V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Для проведения эксперимента в кристаллизаторе переменного сечения литейно-ковочного модуля[1] отливаются заготовки из сплава свинца и сплава алюминия. Бойки кристаллизатора покрываются жидкими кристаллами. Заготовки нагревают до заданной температуры и помещают поочерёдно в кристаллизатор. На бойках кристаллизатора появляется градиентная термограмма тепловых потоков от заготовки. Полученная термограмма фиксируется электронной фотокамерой. Полученные фотоснимки служат исходным материалом для исследования тепловых потоков на границах раздела вертикальных и наклонных участков кристаллизатора.

Интенсивность теплопередачи в данной точке пространства измеряется [2] величиной плотности теплового потока:

q = Q1Fτ= QF , (1)

где Q1 – количества тепла проходящего за время τ через участок F изотермической поверхности, к которому относиться рассматриваемая точка.

Обозначим массу модельного расплава Pb-Sb рис.1 на вертикальных стенках 1, через m_1S, массу на вертикальных стенках 2 через m₂S, массу на наклонных стенках через m₃S.

Рис.1. Градиентные термограммы участков температурных полей свинцового и алюминиевого сплавов (слева направо) за 100с.

Параметры заготовки: Материал - сплав Pb-Sb;

длина 145 мм,

масса - 530 г.

Протяжённость верхних вертикальных участков -36,25 мм, наклонных- 45,3125 мм, нижних вертикальных -63,4375 мм

Тогда объём верхнего вертикального участка с расплавом - 23х20х36,25 мм =16675мм³ =16,675 см³.

Масса расплава в верхней прямоугольной полости кристаллизатора:

m₁S= 189,04g .

Масса расплава в нижней части кристаллизатора 10 х 23 х63.43мм:

m₃S =164,27 g.

Масса расплава в области наклонных стенок:

m₂S =530-189,04-164,27 = 176,69g.

Аналогично для сплава алюминия AД рис.1 - m_1A, m_2A,m_3A.

Параметры заготовки: Материал- сплав АД;

длина 145 мм,

масса - 138,2 г.

Протяжённость верхних вертикальных участков -36,25 мм,

наклонных- 45,3125 мм, нижних вертикальных -63,4375 мм

Тогда объём верхнего вертикального участка с расплавом - 23х20х36,25 мм.=16675мм³ =16,675 см³.

Масса расплава в верхней прямоугольной полости кристаллизатора:

m_1A= 16,675∙2,7=44,89g .

Масса расплава в нижней части кристаллизатора 10 х 23 х 63,43мм:

m_3A =39,123 g.

Масса расплава в области наклонных стенок:

m_2A = 54,187g.

Таким образом, мы определили массу модельного материала на наклонном и вертикальных участках кристаллизатора. Зная массу материала и температуру на границах участка определим количество тепла на каждом участке исследуемого кристаллизатора, положив в основу выражение:

Q = C_v m (t₂-t₁). (2)

Для расшифровки термограмм на рис1 воспользуемся градуированной шкалой

Рис.2. Градуированная шкала для термоиндикаторов 40-47℃.

Красный цвет 40℃ . Оранжевый 41 ℃. Жёлтый 42 ℃ . Зелёный 43 ℃ . Голубой 44 ℃ . Синий 45℃ . Фиолетовый 46℃.

Суммарное количество тепла:

Q = Q₁+Q₂+Q₃ ,

где количество тепла Q₁- на первом вертикальном участке кристаллизатора.

Количество тепла Q₂ - на наклонном участке кристаллизатора.

Количество тепла Q₃ - на втором вертикальном участке кристаллизатора.

Суммарный тепловой поток (1) в данный момент времени будет складываться из тепловых потоков участков кристаллизатора.

q = Q1F1+Q2F2+Q3F3, (3)

где Q1F1 тепловой поток через границу раздела верхнего вертикального участка кристаллизатора.

Тепловой поток через наклонные стенки Q2F2.

Тепловой поток через нижние вертикальные стенки Q3F3.

Вывод. Предложена методика расчёта теплового потока в кристаллизаторе переменного сечения с использованием градиентных термограмм и модельной заготовки.

Литература.

1.В.И.Одиноков, В.В. Стулов. Литейно-ковочный модуль (Литьё и деформация). Владивосток: Дальнаука, 1998.С.149 с.

2.В.В. Стулов, В.И. Одиноков, Г.В. Оглоблин. Физическое моделирование процессов при получении литой деформируемой заготовки. Владивосток: Дальнаука, 2009.-175с.

3 Г.В. Оглоблин, В.В. Стулов. Методика моделирования теплообмена на стенках кристаллизатора.//Известия ВУЗов. Чёрная металлургия.№10.2012.С.14-16

4. Г.В. Оглоблин, В.В. Стулов. Методика моделирования формирования корочки заготовки в кристаллизаторе. //Известия ВУЗов. Чёрная металлургия.№10.2012.С.67-69.

Код для цитирования: Скопировать