Хрычиков В.Е.

(НМетАУ, г. Днепропетровск)

Влияние усадочного зазора на температурное поле кокиля при затвердевании массивной чугунной отливки

Исследовали особенности нагрева и охлаждения стенки чугунного кокиля толщиной 180мм (рис. 1), формирующего бочку чугунного прокатного валка диаметром 450 мм. Плавка металла проходила в коксовой вагранке, химический состав расплава, масс. %: С - 3,67; Si - 0,50; Мп - 0,51; Р - 0,380; S - 0,122.

Хромель-алюмелевые термопары 1, 2 и 3, установленные на расстоянии 10, 90 и 180 мм соответственно от внутренней поверхности кокиля, фиксировали температуру на потенциометре КСП-4. По полученным кривым (см. рис. 1а), строили на температурном поле изохроны в минутах: 0^I, 2^I, 3^I, 5^I, 10^I, 15^I, 20^I, 30^I, 40^I, 60^I, 90^I, 120^I, 150^I, 180^I. На кинетической диаграмме (см. рис. 1в) выполняли построение изотерм: 100⁰, 200⁰, 300⁰, 400⁰, 415⁰, 447⁰, 460⁰С.

Сопоставление экспериментальных кривых 1, 2, 3 показало, что интенсивный нагрев внутреннего поверхностного слоя кокиля до температуры 450^оС в первые 2...3 минуты прекращается из-за образования усадочного зазора между бочкой валка и кокилем. Таким образом, прекращается контактный теплообмен между расплавом и кокилем.

В дальнейшем происходит постепенное повышение температуры в поверхностном слое кокиля до максимальных значений, которые зафиксированы на 80...90 минутах. Экспериментальные замеры температур затвердевания валка показали, что общая продолжительность затвердевания бочки составляет ~64 минуты, что на 16...26 минут позже максимальных значений в кокиле. Поэтому использовать температурные замеры в литейной форме для определения особенностей затвердевания отливок не совсем корректно ввиду инерционности процесса тепломассопереноса в системе отливка-кокиль или необходимо вводить поправки, значение которых рассчитать сложно.

Кинетическая диаграмма (см. рис. 1в) и изохроны температурного поля (см. рис. 1г) позволяют приближённо определить температуру внутренней поверхности кокиля методом графических построений (см. t_пов. на рис. 1б). Как видно, изменение температуры на внутренней поверхности кокиля соответствует по форме кривой, полученной с термопары № 1, установленной на глубине 10мм от поверхности теплоотвода. Анализ этих данных позволяет оценить условия эксплуатации кокилей и наметить пути усовершенствования технологии их производства и эксплуатации.