Розмір шрифту: 

В большинстве традиционных литейных и металлургических технологий окружающая среда оказывает комплексное динамическое, теплофизическое и физико-химическое воздействие на жидкий и кристаллизующийся металл в си- стемах: отливка – форма, слиток – изложница и заготовка – кристаллизатор. Системный анализ разных технологий литья [1-3] показал, что расплавы черных и цветных металлов и сплавов при высоких температурах разливки ак- тивно взаимодействуют с кислородом атмосферного воздуха. Это приводит к окислению поверхности струи и зеркала расплава при наполнении жидким ме- таллом литейных форм, металлургических изложниц, кристаллизаторов МНЛЗ. При заглублении разливочной струи внутрь жидкого металла, образовавшиеся на ее поверхности оксидные пленки затягиваются в объем залитого расплава.

Разливочная струя, являясь высокоскоростным потоком жидкого металла или интервального сплава, создает динамические условия для нежелательной инжекции окружающего струю воздуха в расплав. При инжекции воздуха в жидкий металл происходит окисление внутренних слоев расплава и образуется много газовых пузырьков, которые всплывают к открытому зеркалу металла. Поэтому разливочная струя под действием гравитационной силы тяжести мо- жет создать режим интенсивного циркуляционного перемешивания металли- ческого расплава в литейной полости формы, изложницы или кристаллизатора.

При вынужденном циркуляционном перемешивании расплава окисленные верхние слои жидкого металла замещаются новыми порциями не окисленного металла, который поступает из горячей сердцевины формирующихся отливок и слитков к зеркалу расплава. При интенсивном конвективном движении металла в литейной полости затопленная струя вытесняет его из глубинных слоев вверх. Так как поверхностные слои расплава обновляются, то при взаимодействии с воздухом окружающей среды зеркало жидкого металла постоянно окисляется.

Поэтому в отливках, слитках и непрерывных заготовках образуется много  экзогенных и эндогенных неметаллических включений (оксиды, оксисульфиды и другие включения). В условиях эксплуатации литых деталей и при ковке или прокатке слитков неметаллические включения, как концентраторы термических и механических напряжений, способствуют появлению макро- и микротрещин в литом и деформированном металле. Это снижает прочность и пластичность металла, что негативно влияет на качество его кристаллической структуры.

Слитки и массивные отливки затвердевают в нестационарных условиях ес-тественного конвективного перемешивания неизотермического расплава (ре- жим тепловой конвекции). Если на зеркало расплава для его защиты от потерь теплоты в окружающую среду и от окисления подают шлакообразующую смесь, то в объем жидкого металла могут вовлекаться ее частицы, что может ухудшить качество структуры литых заготовок ответственного назначения.

Из системного анализа процессов взаимодействия высокотемпературных расплавов с окружающей средой вытекает требование – уменьшить вредное влияние химического фактора (окисление жидкого металла) на качество литых заготовок. Необходим поиск эффективных динамических, теплофизических и физико-химических воздействий на температуру расплава при затвердевании отливок, слитков и непрерывных заготовок и кристаллизации промышленных сплавов (стали, чугуны, бронзы, латуни, силумины и другие сплавы).

Интенсификация внешнего теплоотвода от жидкого металла через стенки литейной формы, чугунной изложницы или медного кристаллизатора может ус- корить появление корочки твердого металла в поверхностных слоях литых за- готовок. Такая корочка препятствует химическому взаимодействию жидкого металла с окружающей средой. К эффективным способам ускорения внешнего теплообмена в системе отливка – форма относится [3,4] литье в замороженные при низкой температуре окружающей среды влажные песчаные формы. При этом от жидкого и кристаллизующегося металла в стенки замороженной формы отводится дополнительное количество теплоты, которая идет на расплавление прослоек льда между песчинками и на испарение образующихся пленок воды.

Если вынужденное перемешивание расплава будет происходить в оболочке затвердевшего металла, то в кристаллизующемся ядре массивных отливок или кузнечных и прокатных слитков можно исключить окисление жидкого металла. Мощный конвективный поток горячего металла или оплавляет ветви дендритов или их обламывает. В результате увеличивается число центров кристаллизации, что приводит к получению более мелкой первичной структуры литого металла. Все это положительно влияет на процессы структурообразования металла или интервального сплава во внутренних слоях формирующихся литых заготовок.

Для повышения эффективности разных технологий литья полезно также ин- тенсифицировать процесс внутреннего теплоотвода [1,2,4] от жидкого металла к введенным в расплав твердым частицам (микрохолодильники, инокуляторы, модификаторы, легирующие добавки, гранулированные раскислители и др.).

Таким образом, комплексный системный анализ процессов динамического, теплофизического и физико-химического взаимодействия жидкого металла с окружающей средой облегчает поиск рациональных тепловых режимов литья. Это способствует получению кристаллической (дендритной или недендритной) структуры металла с высоким уровнем служебных свойств литых изделий.