Сергей Борисович Гаманюк, к.т.н., доцент кафедры «Технология материалов»
Россия, 400005, Волгоград, пр. им. В.И. Ленина, 28
Sergei B. Gamanyuk, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Materials Technology”
28 Lenina Ave., Volgograd 400005, Russian Federation
Дмитрий Владимирович Руцкий, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Технология материалов»
Россия, 400005, Волгоград, пр. им. В.И. Ленина, 28
Dmitrii V. Rutskii, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof., Head of the Chair “Materials Technology”
28 Lenina Ave., Volgograd 400005, Russian Federation
Николай Александрович Зюбан, д.т.н., профессор кафедры «Технология материалов»
Россия, 400005, Волгоград, пр. им. В.И. Ленина, 28
Nikolai A. Zyuban, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair “Materials Technology”
28 Lenina Ave., Volgograd 400005, Russian Federation
Михаил Владимирович Кириличев, заведующий лабораторией кафедры «Технология материалов»
Россия, 400005, Волгоград, пр. им. В.И. Ленина, 28
Mikhail V. Kirilichev, Head of the Laboratory of the Chair “Materials Technology”
28 Lenina Ave., Volgograd 400005, Russian Federation
Макс Станиславович Никитин, аспирант кафедры «Технология материалов»
Россия, 400005, Волгоград, пр. им. В.И. Ленина, 28
Maks S. Nikitin, Postgraduate of the Chair “Materials Technology”
28 Lenina Ave., Volgograd 400005, Russian Federation
В работе представлены результаты лабораторного исследования эффекта доливки прибыльной части слитка расплавом на процесс затвердевания и структурообразование модельного слитка. Доливка производилась через определенный интервал времени после заливки тела слитка. Исследования проводили методом физического (холодного) моделирования, для которого была разработана и изготовлена лабораторная установка (изложница-кристаллизатор), позволяющая визуально изучать процессы, происходящие при затвердевании и структурообразовании на модели слитка массой 19,6 т. В качестве моделирующего раствора использовали натрий серноватистокислый (кристаллический гипосульфит). Соответствие процессов, происходящих на модели и в реальных условиях отливки промышленных слитков, оценивалось с помощью критериев подобия. Они получены на основе теории размерностей исходя из анализа физико-химических процессов, происходящих при разливке и кристаллизации слитка. Разливка расплава в изложницу-кристаллизатор выполнялась сверху. С целью оценки изменения поля температур при разливке и кристаллизации слитка в течение всего времени затвердевания проводили термометрирование поверхности модели изложницы. Анализ результатов проведенных исследований показал, что доливка расплава до 40 мин приводит к стимулированию раннего оседания кристаллов («дождь кристаллов»), что способствует увеличению направленности кристаллизации в вертикальном направлении. Установлено, что в обычном слитке до 40 мин затвердевание идет по последовательному механизму, а после начинается оседание кристаллов («дождь кристаллов») и затвердевание слитка проходит по объемно-последовательному механизму. Доливка прибыльной части слитка расплавом спустя 40 мин после заливки тела слитка способствовала продолжению последовательного механизма затвердевания слитка. Это привело к образованию монолитной бездефектной структуры в теле слитка и наименьшему развитию усадочной раковины в объеме прибыли. Полученные результаты обусловливают возможность разработки технологии дифференцированной разливки слитков при наполнении их прибыли расплавом через определенный интервал времени после заливки тела слитка. Это позволит воздействовать на процесс формирования структуры металла и сокращение дефектных зон.
The paper presents the results of a laboratory study of the effect of refilling the ingot knock-off head with melt in a certain time interval after pouring the ingot body on solidification and structure formation of the model ingot. The research was carried out by the method of physical (cold) modeling for which a laboratory installation (casting form-mold) was developed and manufactured. It allows visually studying the processes occurring during solidification and structure formation on a 19.6-ton model ingot. We used sodium sulfuric acid (crystalline hyposulfite) as a modeling solution. Correspondence of the processes occurring on the model and in real conditions of industrial ingots casting was evaluated using similarity criteria obtained on the basis of dimension theory with analysis of physico-chemical processes occurring during casting and crystallization of the ingot. Casting of the melt into the casting form-mold was downhill. In order to assess changes in the temperature field during casting and crystallization of the ingot in the entire solidification time, we performed thermometry of the mold model surface. Analysis of the conducted studies results showed that refilling the melt before 40 min leads to stimulation of early settling of crystals (“rain of crystals”), which contributes to an increase in the crystallization directivity in vertical direction. It was established that in a conventional ingot up to 40 min solidification proceeds by a sequential mechanism, and after that the crystals begin to settle (“rain of crystals”) and the solidification of the ingot passes through a volume-sequential mechanism. Refilling the ingot knock-off head with melt 40 min after pouring the ingot body contributed to the continuation of the sequential mechanism of ingot solidification, which led to the formation of a monolithic defect-free structure in the ingot body and the least development of shrinkage shell in the knock-off head. The results obtained make it possible to develop a technology for differentiated ingots casting when filling their knock-off heads with melt in a certain time interval after pouring the ingot body, which will affect the process of metal structure formation and reduce defective zones.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.