В машиностроении и металлургии требуется улучшать качество отливок и слитков. Чтобы при кристаллизации стали, чугуна или другого сплава в теле литых заготовок не возникали дефекты литой структуры, необходимо управлять температурными полями в отливке и форме, слитке и изложнице.

На температуру рабочих поверхностей чугунных изложниц и песчаных форм влияют теплоизоляционные и противопригарные покрытия. Так как низкотеплопроводные защитные покрытия создают тепловой барьер между затвердевающей заготовкой и формой, то интенсивность теплоотвода в зоне контакта слитка с изложницей и отливки с формой резко снижается.

Чтобы устранить приварку слитка [1] к чугунной изложнице в месте ее разогрева до предсолидусных температур и предотвратить появление пригара на поверхности отливки [2], затвердевающей в песчаной форме, необходимо  изменять толщину δкр  и теплопроводность λ_кр защитного покрытия.

Для расчетной оценки эффективного коэффициента теплопередачи α_эф от затвердевающих слитков и отливок к стенкам изложниц и форм или от жидкого металла к расплавляющимся литым гранулам с окисной пленкой на их поверхности можно воспользоваться полученными в [3] формулами.

Необходимо выяснить, как влияет тепловое сопротивление огнеупорной краски на внутренней поверхности формы или теплоизоляционной смазки на рабочей поверхности изложницы на теплообмен в зоне контакта отливки с формой и слитка с изложницей или литых гранул с расплавом. Эти формулы полезны для исследования теплообмена через слой огнеупорной краски при затвердевании шарообразных (ш), цилиндрических (ц) и плоских (п) отливок и слитков, соответственно, в песчаной форме и в чугунной изложнице или при плавлении гранул в расплаве, если записать их в следующем виде:

(1а);     (1б);     (1в),

где: λ_кр – теплопроводность краски или окисной пленки, Вт/м К; δ_кр – толщина слоя краски или окисной пленки, м; R – радиус (полутолщина) слитка, отливки или литых гранул, м; α₀ – коэффициент теплопередачи от расплава к изложнице, форме или к гранулам при отсутствии краски или окисной пленки, Дж/м² с К.

Разделив обе части формул (1а) – (1в) на α₀ , получим показатель тепловой активности покрытия  при изменении геометрического δ_кр и теплофизического λ_кр параметров защитного слоя краски на интенсивность теплопередачи в системах слиток – изложница и отливка – форма.

Например, для стального кузнечного слитка эквивалентным радиусом R_э с защитным покрытием толщиной δ_кр и теплопроводностью λ_кр на рабочей поверхности чугунной изложницы из формулы (1б) получим:

.                                                           (2)

Учет влияния защитных покрытий на процесс теплообмена [4] облегчает поиск оптимальных температурных режимов затвердевания слитков и отливок.

Литература:

1. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. – М.: Металлургия, 1976. – 539 с.

2. Дорошенко С.П., Дробязко В.А., Ващенко К.И. Получение отливок без пригара в песчаных формах. – М.: Машиностроение , 1978. – 208 с.

3. Соколовская Л.А. Учет теплового сопротивления неметаллических прослоек в контактной зоне теплообмена / Литейное производство: технология, материалы, оборудование, экономика и экология. Матер. международ. научно-практ. конф. – Киев: ФТИМС НАН Украины. – 2011. – С. 256 – 258.

4. Мамишев В.А. О повышении эффективности теплообмена в системе литая заготовка-форма-окружающая среда // Металл и литье Украины, 2012. – № 11. – С. 31 – 35.