автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка процессов управления затвердеванием литых заготовок с целью уменьшения дефектов усадочного характера и повышения выхода годного металла

На правах рукописи

Сивков Владимир Лаврентьевич

Разработка процессов управления затвердеванием литых заготовок с целью уменьшения дефектов усадочного характера и повышения выхода годного металла

Специальности: 05. 16. 04 - Литейное производство

05. 16. 02 — Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Нижний Новгород 2005

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Леушин Игорь Олегович (г. Нижний Новгород)

доктор технических наук, профессор Цаплин Алексей Иванович (г. Пермь)

доктор технических наук, лауреат премии Правительства РФ, профессор Жульев Сергей Иванович (г. Волгоград)

Ведущее предприятие - ОАО «Горьковский металлургический завод», г. Нижний Новгород.

Защита диссертации состоится 25 апреля 2005 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.07 Нижегородского государственного технического университета по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д.24, корп. 1, ауд. 1258.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просим выслать по указанному адресу на имя секретаря диссертационного совета (факс 8.8312-36 94 75).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан 24 марта 2005 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Ульянов В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие современного машиностроения

выдвигает перед литейным и металлургическим производствами задачи со здания конкурентно-способных, мало-затратных технологий производства от. ншок и слитков, обеспечивающих их высокое качество и минимизацию брака.

Наибольшее влияние на брак в литейных заготовках оказывают дефекты усадочного происхождения - усадочные раковины и пористость. Они возникают в результате кристаллизации металла и затрудненности питания отдельных объемов отливок и слитков. Традиционные методы борьбы с этими дефектами, это обеспечение направленности затвердевания в литых заготовках в вертикальном направлении.

При производстве слитков - увеличение объема прибыли, повышение конусности изложницы и уменьшение отношения ее высоты к диаметру (H/D) позволяют повысить плотность осевой зоны и подавить V - образную неоднородность. Это однако не всегда целесообразно с точки зрения экономики.

Повышение плотности отливок изготовляемых в песчано-глинистых формах, обычно обеспечивается за счет использования массивных прибылей и напусков, что определяет низкий выход годного металла.

Для уменьшения развития усадочных дефектов в литых заготовках, кроме изменения их геометрических параметров, широко используются различные способы организации утепления прибылей с помощью засыпки экзотермическими и теплоизолирующими смесями зеркала жидкого металла. Как правило, это приводит к ухудшению условий труда и экологии, а также к увеличению стоимости продукции. В последние годы ограниченное применение, для производства крупных единичных заготовок ответственного назначения, получили такие способы, как электродуговой подогрев, различные варианты электрошлакового подогрева и подпитки, электрошлаковое литье и порционная электрошлаковая отливка. Эти методы значительно уменьшают развитие усадочных дефектов в отливках и слитках, но требуют сложного оборудования и значительных энергетических и капитальных затрат.

Все эти технологии направлены на создание условий для поддержания металла в головной части литой заготовки в жидком состоянии как можно дольше за счет теплоизоляции или, что более эффективно обогрева металла в форме. Однако известно, что при непрерывной разливке стали, условия полностью обеспечиваются, имеет место значительное развитие осевой V - образной неоднородности в заготовках.

Одним из способов обеспечения направленности затвердевания слитков и отливок является экранирование их головной части, описанное в работах А.И. Вейника, ГА Анисовича и Е.М. Китаева.

Эта технология позволяет управлять затвердеванием счет перераспределения отходящих от кристаллизующего металла тепловых особую значимость в

кроме экономических и экологических преимуществ, может компенсировать отрицательное влияние теплоотвода в нижнюю полку кожуха прибыльной надставки при затвердевании слитка в изложнице. По мнению большинства исследователей, именно этот фактор в подприбыльной зоне является причиной образования «моста» и усадочных дефектов в стальном слитке

Поэтому разработки в области производства слитков с использованием жранирования головной части представляются актуальными в теоретическом и практическом плане.

Экранирование головной части изложницы, и применение особой конструкции нефутерованной экранируемой прибыльной надставки позволяет экономически эффективно использовать энергию, выделяющуюся при затвердевании металла для поддержания его части в объеме прибыли в жидком состоянии до полного затвердевания тела слитка. Разработанные рациональные и эффективные технологии по управлению процессами затвердевания дают возможность улучшить условия питания жидким металлом осевой зоны формирующихся литых заготовок с малой конусностью и большим отношением H/D, уменьшить развитие дефектов усадочного происхождения и увеличить выход годного металла.

Исследования проводились в соответствии с Координационным планом НИР АН СССР на 1981-1985 гг. по проблеме 2.25.1.5, по заданию 01.01 «Разработка теоретических и технологических основ управления процессами разливки металла и формирования отливок и слитков». По заказу Управления конструкторских экспериментальных работ ОАО «ГАЗ» при создании новых образцов военной техники для Министерства обороны РФ 2001 г. и по плану НИР 1.436.03 Министерства образования России на 2003 г. по заданию 1.2 «Исследование закономерностей строения и формирования крупных стальных слитков при использовании новых теплоизолирующих покрывных материалов».

Цель работы:

Развитие научных основ повышения качества литых заготовок (отливок и слитков) за счет перераспределения отходящих от кристаллизующегося металла тепловых потоков на базе разработки процессов по управлению их затвердеванием путем:

изучения влияния экранирования головной части изложницы и прибыльной надставки на продвижение фронта затвердевания в слитке и формирования дефектов усадочного происхождения;

решения проблемы, увеличения плотности осевой зоны литых заготовок и увеличения выхода годного металла за счет перераспределения тепловых потоков от кристаллизующегося металла;

разработки способов производства лить'х заготовок с исполыованием •энергетически рациональных технологий, обеспечивающих их направленность затвердевания для уменьшения в них осевой рыхлости;

внедрения в производство практических рекомендации по использованию разработанных технологических процессов фасонных отливок из различных сплавов и повышению выхода годного металла.

Фактический материал. Исследования проводились в лабораториях Нижегородского государственного технического университета, ряда заводов и НИИ на основании совместных договоров. Промышленное опробование и внедрение осуществлялось с использованием материальной и производственной базы следующих предприятий: ОАО «Красное Сормово», ОАО «Нижегородский машиностроительный завод» (НМЗ), ЗАО Нижегородский научно-производственный центр современных технологий (ННПЦСТ) «Берег-Волна», ОАО Нижегородский научно-исследовательский институт машиностроительных материалов (ННИИММ) «Прометей» и ПО «Ново-Краматорский машиностроительный завод» (г. Краматорск, Украина).

Научная новизна:

1. Разработана методика расчета затвердевания стальной цилиндрической заготовки в металлической форме, учитывающая теплопередачу из прибыльной части в тело отливки (слитка) и позволяющая произвести оценку влияния экранирования головной части на развитие усадочных дефектов в осевой зоне при различной интенсивности отраженных тепловых потоков.

2. Выявлено, что при затвердевании литых заготовок в подприбыльном сечении имеют место периодические колебания температуры жидкой фазы. Этот эффект связан с перераспределением гидродинамических потоков, за счет опережающего продвижения фронта твердой фазы в металлической изложнице по сравнению с футерованной прибыльной частью. Показано, что перераспределение отходящих тепловых потоков от затвердевающей заготовки, путем ее экранирования позволяет повысить температуру металла в подприбыльной области на более длительное время и уменьшить скорость ее падения.

3. Установлена эффективность способа экранирования и разработанных устройств для его реализации (экрана-отражателя и нефутерованной экранируемой прибыльной надставки) при производстве стальных слитков. Они позволяют использовать тепловую энергию, выделяющуюся в процессе кристаллизации металла в окружающую среду как дополнительный ист очник-тепла для улучшения работы прибыли при формировании литых подавления развития дефектов усадочного происхождения, химической неоднородности и повышения выхода годного металла.

4. Определены геометрические и теплофизические параметры блокирующей вставки для саморегулирующейся литниковой системы с целью создания температур по высоте отливки и постоянства напора расплава при 'заполнении песчано-глинистых форм для получения заготовок с высокой плотностью.

Практическая ценность работы

1. На основе анализа причин возникновения дефектов усадочного характера в стальном слитке разработаны конструкции экрана-отражателя и нефутерованной экранируемой прибыльной надставки. Внедрены технологии разливки стали с их использованием. Применение этих устройств при отливке слитков массой 2,7т, 8т, 57т и 63т обеспечило одновременное повышение плотности осевой зоны слитков и выхода годного металла на 2-3%. Это обеспечило повышение качества металла в литом и деформируемом состоянии и позволило получить экономический эффект на ОАО завод "Красное Сормово" 19,9 тыс. рублей (в ценах 1982 года); ПО "НКМЗ" 232,9 тыс. рублей (в ценах 1983 года); ОАО "НМЗ" 1429 тыс. рублей (в ценах 2003 года).

2. Разработаны технологии производства отливок из легированных сталей и алюминиевых сплавов в песчано-глинистых формах с созданием градиента температур по их высоте за счет обогрева прибыли или охлаждения горячих узлов, что обеспечило повышение плотности и выхода годного металла на 20%.

4. Промышленное опробование новых технологий с созданием градиента температур по высоте литых заготовок предоставило возможным получать отливки из стальных и алюминиевых сплавов в песчано-глинистых формах с повышенной плотностью и увеличение выхода годного металла. Ожидаемый годовой экономический эффект составит на ОАО ННИИММ «Прометей» 320 рублей на тонну годного металла или 784 тыс. рублей в год (в ценах 2002 года), на ЗАО ННГЩСГ «Берег-Волна» 480 тыс. рублей (в ценах 2001 года).

5. Разработанные конструкции и технологии защищены пятью авторскими свидетельствами и патентом РФ,

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Методика расчета затвердевания стального слитка (отливки) круглого сечения в изложнице (в кокиле), учитывающая теплопередачу из прибыльной части в тело литой заготовки и позволяющая произвести оценку влияния

головной части на развитие усадочных дефектов в осевой при различной интенсивности отраженных тепловых потоков.

2. Результаты физического моделирования затвердевания 8-и 50-тонных

Влияние различной интенсивности отраженных

тепловых потоков на продвижение фронта затвердевания, конфигурацию и глубину усадочной раковины. 3 Выявленные возможности управления тепловыми поюками от формирующегося слитка с помощью экранирования и обеспечивающие последовательность вертикального затвердевания слитка и подавления осевой рыхлости с одновременным уменьшением глубины залегания усадочной раковины.

4. Разработанные и защищенные авторскими свидетельствами и патентом РФ устройства экранирования тепловых потоков от кристаллизующегося ститка, обеспечивающие повышение качества металлургической продукции без дополнительного подвода энергии и загрязнения окружающей среды.

5. Результаты анализа эффективности воздействия экранирования на уменьшение

осевой рыхлости в литых заготовках различной массы, увеличение выхода годного металла и повышение качества поковок с различной степенью деформации.

6. Разработанные технологии повышения плотности фасонных отливок из цветных металлов и легированной стали в песчано-глинистых формах путем создания градиента температур по их высоте.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на всесоюзных, всероссийских, межреспубликанских, региональных, межотраслевых и областных научно-технических конференциях, семинарах, которые проводились в городах: Москва (1998 г.), Киев (1982, 1983 г.), Мариуполь (Жданов) (1987 г.); Краматорск (1981, 1985г.), Владимир (1998 г.); Арзамас (2001г.), Волгоград (1990 г.), Чебоксары (1986 г.), Н. Новгород (Горький) (1978, 1979, 1982, 1983, 1986, 1988, 1998, 2000, 2002, 2003 и 2004 г.).

В диссертационную работу вошли материалы, за которые автор был удостоен звания Лауреата премии Горьковского комсомола в области науки и техники (1979 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 32 печатных работах, в том числе в 2 книгах, в 5 авторских свидетельствах и патенте РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, литературы и приложения. Основная часть диссертации изложена на 252 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок, 35 таблиц, библиографию из 211 наименований и приложение на 14 страницах машинописного текста.

В работе приведены результаты, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками Нижегородского государственного технического университета и перечисленных выше организаций При этом автору принадлежат: постановка проблемы в целом и отдельных задач в частности; проведение экспериментов и анализ их результатов; разработка теоретических основ в использовании тепловой энергии, выделяемой в литых заготовок и непосредственное участие в освоении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены и проанализированы новые технологии управления затвердеванием отливок и слигков, применяемые с целью уменьшения осевой неоднородности в литом металле, обоснована актуальность темы исследования и представлен перечень задач, решенных в данной работе.

В первой главе приведен анализ современного состояния теории формирования, основных дефектов литых заготовок. Показано, что в настоящее время, несмотря на значительные успехи в теории и практике металлургии, существует ряд спорных вопросов по объяснению многих процессов и явлений, происходящих при затвердевании отливок и слитков. Нет единого мнения о механизме продвижения фронта твердой фазы в затвердевающей заготовке -рассматриваются механизмы как последовательного, так и объемного (объемно-последовательного) затвердевания.

В соответствии с теорией последовательного затвердевания рассматриваются следующие схемы образования твердой фазы в объеме жидкости: подплавление и обламывание осей столбчатой зоны, смывание потоками расплава в период заливки зародившихся на стенках формы кристаллов, внесение в объем отливки кристаллов, образовавшихся на поверхности жидкого металла в форме, на стенках ковша и литниковой системы.

В теории объемного затвердевания предполагается возможность зарождения изолированных кристаллов в зоне концентрационного (диффузионного) переохлаждения. После достижения величины переохлаждения, достаточной для зарождения изолированных кристаллов на примесях, перед фронтом столбчатых дендритов возникает жидко-твердая зона. Формируется разноориентированная структура.

Теория объемно-последовательного затвердевания удовлетворительно объясняет переход от столбчатой к разноориентированной структуре и механизм образования изолированных кристаллов. В то же время оппоненты этого направления указывают на следующие несоответствия:

- размеры диффузионного слоя примесей на поверхности растущего кристалла чрезвычайно малы и, следовательно, концентрационное переохлаждение имеет место только в непосредственной близости от осей дендритов, а не в широкой области;

- также указывается на невозможность условий, при которых переохлаждение (термическое) на фронте кристаллизации равно нулю, т.е. на границе раздела жидкой и твердой фазы существуют равновесные условия и затвердевание не происходит (в то же время большинство сторонников теорий объемного зарождения кристаллов рассматривают именно такой случай). Наличие термического переохлаждения в жидкости перед фронтом транскристаллов ведет к росту последних, а не к зарождению изолированных

Таким образом, дальнейшая разработка положений н-.орис кристаллизации металлов и сплавов и процессов регулирования затвердевание представляется актуальной проблемой и на сегодняшний день.

Дефекты усадочного характера возникают в области ускоренно! (I затвердевания при смыкании фронтов от боковых

слитка. Образованию подприбыльного "моста" способствует большая масса каркаса прибыльной надставки, который поглощает большое количества тепла. Наличие "моста" затрудняет подпитку жидким металлом затвердевающего тела слитка и способствует возникновению в нем осевой рыхлости. На усадочных дефектов влияет и интенсивный теплообмен между затвердевающим слитком и изложницей и тепловая работа прибыли. Повышение эффективной работы последней приводит к уменьшению осевой рыхлости в слитке и повышению выхода годного металла за счет формирования усадочной раковины малой глубины.

Известно, что при затвердевании слитка в изложнице тепловые потоки от жидкого металла в прибыли распределяются по трем направлениям:

-от зеркала жидкого металла в окружающую среду;

-в футеровку прибыльной надставки и ее корпус с частичными потерями в окружающую среду;

-в тело слитка.

При обычной футеровке прибыльной надставки шамотным кирпичом за время затвердевания слитка тепловые потери через зеркало металла составляют 5-25 %, футеровкой прибыльной надставки - 52-75 %, в корпус прибыльной надставки - 10-15 %. В тело слитка передается только 3-10 % от общего теплосодержания металла прибыли.

В настоящее время борьба с дефектами усадочного происхождения при производстве стальных слитков сводится к обеспечению направленности затвердевания снизу вверх и ведется в трех основных направлениях:

- изменение геометрии слитка (уменьшение соотношения Н/О и увеличение конусности изложницы);

- теплоизоляция прибыли слитка;

- дополнительный подвод тепла в прибыль.

Геометрические параметры слитка (передельной заготовки), как правило выбираются из условий последующей деформации. Поэтому первое в настоящее время практически исчерпано.

Второе направление предполагает в основном применение теплоизолирующих засыпок зеркала металла в изложнице и дополнительную теплоизоляцию боковых поверхностей прибыли. Эти методы дают ограниченный эффект в связи с тем, что они не позволяют исключить влияние корпуса прибыльной надставки на образования подприбыльного Исполь?мщщ5.

экзотермических засыпок (люнкериты) прибылей достаточно используется при разливке высоколегированных Однако

стоимость и отрицательное влияние на

их применение. Известно использование экономически более выгодных утепляющих засыпок, таких, как известково-коксовой смеси, волокнистые материалы с малым коэффициентом теплопроводности на основе асбеста. Однако псе вышеперечисленные способы утепления зеркала жидкого металла в прибыли малоэффективны, приводят к загазованности, запыленности и задымленности цехов и окружающей среды, снижению культуры производства.

Факельный, электродуговой и электрошлаковый подогрев прибылей слитков позволяет в большей степени влиять на подавление усадочных дефектов, однако из-за сложности оборудования и значительной энергоемкости, применение этих методов весьма ограниченно.

В связи с тем, что при кристаллизации литых заготовок выделяется значительное количество тепловой энергии в окружающую среду, рядом ученых АИ. Вейником, Г.А. Анисовичем и Е.М. Китаевым были проведены исследования по возможности повышения качества отливок и слитков с использованием метода перераспределения отходящих тепловых потоков от затвердевающего металла. С этой целью использовались экраны-отражатели, обеспечивающие дифференцирование отходящих тепловых потоков от кристаллизующихся литых заготовок. Этот способ позволяет уменьшить тепловые потери в окружающую среду как от зеркала металла прибыли, так и с поверхности корпуса прибыльной надставки.

Анализ исследований, проведенных в этом направлении, показал, что для успешного внедрения методов экранирования в производство стальных слитков необходимо решить следующие задачи:

-произвести оценку возможности теплопередачи из экранируемой прибыли в тело слитка;

-установить закономерности продвижения фронта кристаллизации в экранируемых слитках;

-разработать конструкции промышленных устройств для реализации данного способа;

-реализовать результаты работы в промышленности.

Экранирование возможно при производстве слитков в металлические изложницы. Однако этот метод не применим к литью в землю. С целью подавления усадочных дефектов при производстве отливок в песчано-глинистых формах в настоящее работе ставились задачи обеспечить направленность затвердевания двумя путями - за счет электрошлакового подогрева прибыли при минимальных затратах энергии и использования совмещенных с литниковой системой холодильников.

Во второй главе на основе проведенного анализа и обобщения причин образования дефектов усадочного происхождения, а также уточнения количественных потерь тепловой энергии в окружающую среду в процессе кристаллизации литых заготовок приведен расчет затвердевания стального слитка круглого сечения методом интегрального теплового баланса с учетом передачи тепла из прибыли в тело слитка.

Для решения данной задачи был сделан следующий ряд допущении.

1. Толщина затвердевшей корки \ в данный момент времени, от боковых поверхностей и от поддона одинакова.

2. Распределение температур в сечении затвердевшей корки носит параболический характер с показанием степени параболы //.

3. Задача кристаллизации слитка решалась при граничных условиях первого рода, то есть Д/кор - const.

Дифференциальное уравнение теплового баланса с учетом тепловой работы прибыли имеет вид:

dQ = dQam+dQKp+dQnp,

где dQ - количество тепла, отдаваемое поверхностью слитка;

dftn™ -тепло, аккумулированное затвердевшей коркой;

- теплота затвердевания расчетной области тела слитка;

dQnp - количество тепла, полученное от прибыли.

Для выполнения расчетов разделим продольное сечение слитка по его оси на участки 1, 2, 3, которые являются простыми геометрическими телами (рис. 1). Количество тепла dQ равно:

где А. - коэффициент теплопроводности, Вт/м-К;

- температура поверхности, которая задавалась в каждый момент времени, К; 4 - толщина твердой корки, м; F - площадь поперечного сечения радиуса R, м2; п - количество расчетных участков.

Раскрывая и преобразовывая выражение (2), получаем:

Л}-*}, +</Q2 WQ3 =

£ [cos P + JL[4- 4WP + Stgfi -5] + [1 - rpgfi -5]2 }dr =

x {(г) - <S)[l + A + <5(1 - B)]+ 0,8<У[4А - <®]+ [A - ¿]2 jrfr,

где A -1 - r|tg[3, В = 1 - tgp, r|=H/R, 5=!;/R, p -угол наклона слитка (конусность), градус.

Теплота затвердевания корочки dQk определяется по выражению

d aP=w, (4)

где - плотность, кг/м3;

L - удельная теплота кристаллизации, кДж/кг;

Рис 1 Разбивка затвердевающего слитка круглого сечения из расчетные участки

(3)

V- объем затвердевшей корки, м3.

[35,62 - 2(Щ + С, )5 + пС, + Л,

(5)

где А| = 1+А+А ; В,=1+В+В"; С,=2+А+В+2АВ.

Для определения теплоты аккумуляции затвердевшей корочкой выполняется решением выражения

где -',.„)- разность между температурами затвердевания и средней по объему

корки. Эта величина определяется из выражения:

(7)

Элементарный объем ёУ, обладающий температурой 1, определяется как

(3

сЗ V = у{Н - 4) = 2к(Н -

¿У-

(8)

Здесь за плоскостью отсчета принимаем границу фаз. В этом случае выражение для температурной кривой в сечении затвердевшей корки принимает вид:

(9)

где 13 - 1пов= Д ^ов; 1з - температура затвердевания

Подставляя (8) и (9) в выражение (6) <Закк и продифференцировав его, получаем элементарное количество аккумулированной теплоты по

расчетным участкам 1, 2 и 3, получим:

(10)

Количество тепла, получаемое слитком от прибыли, определялось по формуле:

где <y„j, - плотность теплового потока, передаваемого и< прибыли в тело ели пса кВт/м".

Подставляя в уравнение теплового баланса (1) выражения (3), (5). (10-13) и разделяя переменные, получим выражение, в левой части которого находится только дифференциал по времени dt, а в правой - некоторая функция от § и варьируемых переменных Д/пр, р, г) и констант, используемых в данном расчете, умноженная на d8, то есть

Интегрируя, получаем:

Ввиду громоздкости функции /(б,Д^пр,р,г|) интеграл в выражении (15)

решался численно, при фиксированных параметрах Д/пр, Р, т| на ЭВМ, приближенным методом Симпсона.

По результатам расчетов были построены кривые продвижения фронта кристаллизации (солидуса) в вертикальном направлении затвердевающего в чугунной изложнице 8-тонного стального слитка с учетом трех вариантов тепловой работы прибыли (прибыльная надставка футерована шамотным кирпичом):

1- контрольный вариант (д„р~ 0);

2- с экранированием прибыльной надставки двумя экранами ( q,v =• 30 кВт/м2);

3- с экранированием прибыльной надставки пятью экранами ( г/„р 50 кВт/м2).

Расчетная продолжительность полного затвердевания слитка при этом увеличивается с 2,5 часов до 3,66 и 5 часов.

Влияние экранирования головной части сказываться после затвердевания примерно 2/3 высоты (на

расстоянии 900-1000 мм от нижнего торца изложницы). При этом вертикальная скорость продвижения фронта твердой фазы резко снижается, что условия для улучшения питания кристаллизующихся объемов в подприбыльной части слитка и уменьшения осевой рыхлости литого

Для дальнейшего и более детального изучения влияния экранирования пл процесс затвердевания слитков различной массы физического моделирования, который изучать сложные процессы, исследование

невозможно или требует больших материальных затрат. За основу была принята методика, разработанная ЭА Иодко, А.А. Скворцовым, А. Д. Акименко и СП. Сидоровым.

Исследовался процесс формирования стальных слитков массой 8 и 50 тонн в изложнице с прибыльной надставкой, футерованной шамотным кирпичом (контрольный), и с экранируемой прибыльной надставкой (опытный). В качестве моделирующей среды использовался парафин. Масштабы моделирования исходя из условий идентичности критериев подобия. Для 8-слитка они составили: линейный масштаб 20, временной - 6,4 и температурный - 32, а 50-тонного -15, 3,6 и 32 соответственно.

Установка для моделирования процесса формирования стального слитка состояла из модели изложницы с прибыльной надставкой, разрезанной вдоль вертикальной оси повторяющих их геометрию. Плоскость сечения была закрыта органическим стеклом, которое обогревалось лампами накаливания для предотвращения «намерзания» на нем модельного расплава. Это представляло возможным визуального наблюдения за процессом затвердевания модели слитка. Наружные поверхности изложницы и прибыльной надставки были снабжены системой жидкостного терморегулирования. Тепловые потоки от моделирующего слитка к изложнице и прибыльной надставки моделировались путем изменения температуры теплоносителя (воды) к ним. Кроме визуального наблюдения за продвижением фронта затвердевания слитка, использовалось термометрирование. Продвижение фронта затвердевания фиксировалось через каждые 5 минут.

После обработки экспериментальных данных были построены кривые вертикального фронта затвердевания контрольного и опытного Время полного затвердевания контрольного слитка составило 29 минут, а опытного 35 минут (в реальных условиях 3,08 часа и 3,73 часа соответственно). Влияние «экранирования» на изменение фронта затвердевания в вертикальном направлении начинает сказываться на расстоянии 40-45 мм от дна изложницы, соответствует 800-900 мм в реальном слитке, а по расчетным данным интегрального теплового баланса 900-1000 мм. Увеличение времени слитка свидетельствует об улучшении работы прибыли и пропитки осевой зоны. С «экранируемой» прибыльной надставкой усадочная раковина имеет чашевидную форму с глубиной в 2 раза меньше, чем в обычной.

При исследовании продвижения фронта затвердевания 50-тонного слитка в вертикальном направлении осуществлялось по трем вариантам тепловой работы прибыли (с обычной прибыльной надставкой, с экраном-отражателем из двух и с пятью обечайками). Время полного затвердевания слитка с обычной надставкой составило с 4,33 часа с экранами из двух и пяти обечаек 5 66 часа и 6,66 часа соответственно. В пересчете на реальные условия время составит 15,6 часа, 20,4 и 23 часа соответственно. Усадочная с обычной прибыльной надставкой имеет коническую форму,

с двумя и пятью обечайками на 57 и

50% соответственно, имея в том и другом случае чашевидную форму, При моделировании процесса затвердевания слитка по показаниям медь-константановой термопары, установленной в его подприбыльном сечении, был выявлен процесс периодического распределения в ядре

времени, представленного на рисунке 2.

>меньшение потерь суммарного теплового потока

Рис. 3. Изменение величины амплитуды колебаний температуры в подприбыльном сечении в зоне жидкого ядра расплава от тепловой работы прибыли

Рис. 2. Изменение температуры во времени в центре жидкого ядра расплава в подприбыльном сечении слитка. 1 - футировка шамотным кирпичом; 2, 3 - экран с двумя и с пятью обочайками соответственно

Величина периодичности колебания температуры жидкой фазы зависит от тепловой работы прибыли. Улучшение тепловой работы прибыли приводит к перераспределению отходящих тепловых потоков от затвердевающего слитка и позволяет снизить перепад температуры и увеличить время постоянной температуры жидкого металла в подприбыльном сечении слитка. Уменьшение скорости восходящих конвективных потоков способствует улучшению условий подпитки подпитке жидким металлом затвердевающих объемов литой заготовки. В первоначальный момент времени после заливки изложницы расплавом движение конвективных потоков (особенно при сифонной разливке) осуществляется с большими скоростями вверх по оси затвердевающего слитка и с меньшими вниз вдоль формирующейся корочки. По мере снижения перегрева металла формирующегося слитка жидко-твердая зона распространяется на всю его высоту. Увеличение толщины затвердевшей корки приводит к тому, что доля излучаемого от зеркала металла тепла в общем балансе возрастает. В тепловой центр слитка (положение которого на оси симметрии нулевым значением градиента температур по вертикали) смещается в нижнюю часть прибыли. Скорости конвективного течения расплава в верхних объемах расплава сохраняют свою направленность в силу неразрывности потока, однако их величины падают. В зоне, прилежащей к тепловому центру со слитка, где наряду с достаточно широкой жидко-твердой областью меньшая, чем в нижележащих слоях, интенсивность потоков, создаются условия ускоренного продвижения

-1 5 -

динамического давления в меньшей мере препятствуют присоединению к нему изолированных кристаллов. Формирующийся подприбыльный «мост»

характер конвекции расплава, и появляются отдельные потоки в прибыли и в тече слитка.

С улучшением тепловой работы прибыли ядро жидкого расплава сохраняет больший объем на более длительное время. Поэтому перепад 1емпературы уменьшается с 1,6 до 0,6 °С, а время увеличивается с 1,75 часа до 2,5 часов, что приводит к уменьшению скорости восходящих конвективных потоков, к замедлению образования подприбыльного «моста» и улучшению условий пропитки жидким металлом осевой зоны затвердевающего слитка. В пересчете на реальные условия составит: температура с 50 до 19 °С, а время с 6,3 часа до 9 часов соответственно. Улучшение работы прибыли приводит к подавлению колебания температур и тем самым к улучшению условия подпитки жидким расплавом кристаллизующихся объемов литой заготовки в ее осевой зоне. Изменение амплитуды периодических колебаний температуры в жидком ядре расплава от тепловой работы прибыли приведены на рисунке 3. Чем выше эффективность работы прибыли, тем меньше температурный перепад в ядре жидкого расплава осевой зоны подприбыльного сечения литой заготовки.

Третья глава посвящена разработке процессов управления затвердеванием литых заготовок с использованием энергетически рациональных технологий по уменьшению осевой рыхлости в литых заготовках и увеличению выхода годного металла. На основе анализа результатов математического и физического моделирования, приведенных во второй главе, была разработана и изготовлена конструкция экрана-отражателя для отливки слитка массой 8 тонн. Экран-отражатель представляет собой три обечайки из листовой стали толщиной 1,5 мм с зазором между ними 50 мм. Каждая обечайка имеет свою приваренную крышку из того же материала. Эта конструкция позволила экранировать зеркало металла в прибыльной надставке, ее боковую поверхность и верхнюю часть изложницы на 400 мм. Для снятия температурных полей в стенке изложницы в ней были установлены хромель-алюмелевые (ХА) термопары. Три термопары на наружной поверхности изложницы на расстоянии 80, 360 и 640 мм от ее верхнего края на глубине 5 мм и по две термопары на двух горизонтальных уровнях (100 и 400 мм от верхнего края), в середине стенки и на расстоянии 15 мм от внутренней поверхности изложницы

Процесс направленного затвердевания обеспечивается замедлением затвердевания головной части литой заготовки с помощью экранов. Из теории лучистого теплообмена известно, что

где <г/- результирующая плотность лучистой составляющей теплового потока; с,, - коэффициент излучения абсолютно черного тела;

(16)

е,. и с, - степени черноты излучающей среды и экранов;

и - температуры излучающей среды и окружающей среды

При условии бь = еэ из (16) следует

Ч1=~Ч\ (17)

п +1

где (/'' - результирующая плотность' лучистой составляющей тепловою потока при отсутствии экранов; п - число экранов.

При использовании ряда экранов со степенью черноты возможно

полное устранение лучистой составляющей при теплообмене в системе «изложница - экран - окружающая среда».

Применив один экран с е, = 0,05 для £с = 0,8, расчет по (16) дает (^/д ~0,04.

У стальных листов (обечаек) экрана-отражателя и поверхности стенки изложницы в реальных условиях степень черноты в пределах 0,8-0,9.

По экспериментальным данным распределение температуры в стенке изложницы по ее сечению (100 и 400 мм от верхнего края) в течение первых 0,5 часа после окончания заливки изложницы жидким металлом в обычной и экранируемой изложнице практически одинакова. Через 2,0-2,33 часа перепад температур между внутренней и наружной стенкой в обычной изложнице на расстоянии 100 мм от ее верхнего края составил Д/ 140-150 °С, в экранируемой -А/ 50-60 °С, а на расстоянии 400 мм (на границе нижнего края экрана-отражателя) 220-240 °С и 75-85 °С соответственно.

Так как температурное поле в это время в стенке изложницы имеет линейную зависимость, то тепловой поток д в стенке изложницы будет

где X - коэффициент теплопроводности материала стенки изложницы, Вт/м К; - толщина стенки изложницы, м.

Из (18) следует, что

дг,

(19)

д/

После подстановки значений перепадов температур в экранируемой , и обычной М изложнице получаем ^3=0,35^ Видно, что экраны уменьшили теплопередачу от слитка в окружающую среду почти в 3 раза. Согласно (17) при использовании трех экранов и при условии £с=£э, д" = 0,25. Различие объясняется тем, что в реальных условиях при экранировании повышается температура наружной поверхности стенок изложницы, а также тем, что выражения (16) и (17) не учитывают конвективную составляющую теплоотдачи.

Для определения эффективности экрана-отражателя на расстоянии 390 мм от нижнего его края в каждой из трех обечаек были установлены Максимальная температура внутренней пластины через 2,0-2,17 часа после

заливки металлом изложницы составила 520°С, средней и наружной пластины -450°С и 305°С соответственно.

До 2,5 часов имеет место нестационарный процесс теплопередачи от слитка в окружающую среду - изложница прогревается, и температуры наружной поверхности обычной и экранированной изложниц, температуры экранов возрастают. При т >2,5 часов все температуры практически постоянны. Поскольку для этих моментов времени плотность тепловых потоков между участвующими в теплопередаче поверхностями (стенка изложницы - первая обечайка , первая обечайка - вторая обечайка) и т.д. равны то

где Гс - температура последней от стенки изложницы обечайки;

ак - конвективный коэффициент теплоотдачи, его можно определить по выражению

ак = 2,6л/Д? Вт/м2град.

Подставляя значения температуры в (20) в момент времени т = 2,0; 2,5 и 3,0 часа, в реальных условиях получаем величины д-, / q = 0,31; 0,341 и 0,356 соответственно, то есть величины, довольно близкие к полученным при анализе температурных полей экранированной и обычной стенок изложницы.

Теплотехнический расчет эффективности использования экранов-отражателей при отливке 8-тонного стального кузнечного слитка производился следующим образом.

Потери теплоты при затвердевании слитка в изложнице складываются из

<7сл =?л + (21)

где лучистая, конвективная и аккумулированная плотности теплового потока рассчитывались по формулам:

где и /с - температура стенки изложницы, К; Т0 и - температура окружающей среды, К; /с и 1„ -средняя и начальная температура стенки изложницы, К; с„ - коэффициент излучения абсолютно черного тела 5,67 Вт/м2К4; £с- степень черноты поверхности металла принята равной 0,8; А - коэффициент, зависящий от температуры;

Л(2акк ~ изменение количества теплоты, аккумулированное стенкой изложницы за промежутки времени Дт;

Гсл - площадь поверхности слитка, м2;

с - удельная теплоемкость материала изложницы, кДж/кгК;

р - плотность материала изложницы, кг/м3.

При расчете и дк определение тепловой работы обычной и экранируемой изложниц необходимо отнести плотности тепловых потоков к поверхности слитка. Для этого введены коэффициенты:

для обычной изложницы - = 1,5,

для экранируемой изложницы - = 2,

где - наружный диаметр изложницы, м; сIз - диаметр наружной обечайки, м; с1с„ - диаметр слитка, м.

Максимальное значение лучистой составляющей цл через 2,5 часа в обычной изложнице составило ~ 24 кВт/м2, а в экранируемой - ~ 10 кВт/м2.

Конвективная составляющая в обычной изложнице достигает максимума 6,2 кВт/м2 через 2,5-2,58 часа, а в экранируемой - около 3,6 кВт/м2.

Суммарная (лучистая и конвективная составляющие) плотность теплового потока при затвердевании 8-тонного стального слитка, отливаемого в экранируемой изложнице, уменьшилась на 45% по сравнению с обычной. Поскольку теплоотдача при экранировании от головной части слитка значительно сократилась, то это приводит к продолжительности затвердевания и улучшения питания затвердевающей его осевой зоны.

Для исследования продвижения фронта кристаллизации слитка в вертикальном направлении массой 8 тонн проводились методом зондирования, на десяти плавках в различные моменты времени в процессе его затвердевания не более четырех замеров на одном слитке в обычной и не более двух в экранируемой изложнице.

После обработки экспериментальных данных были построены кривые вертикального затвердевания слитков. В обычной изложнице время полного затвердевания тела слитка составило 2,83 часа (по расчетным данным 2,5 часа, методом моделирования 3,08 часа). В экранированной 3,42 часа (по расчетным данным 3,66 часа, методом моделирования 3,73 часа), что свидетельствует об улучшении тепловой работы прибыли и, как следствие, улучшении условий пропитки осевой зоны слитка.

С целью улучшения тепловой работы прибыли для литой заготовки массой 2,9 тонны была разработана новая конструкция прибыльной нефутерованной надставки. Она состоит из литого чугунного каркаса, внутренняя поверхность представляет воздушную полость, которая выполняет роль теплоизолятора. Для уменьшения теплового потока от прибыли в окружающую

среду во внутренней полости прибыльной надставки была установка одной или нескольких металлических обечаек, выполняющих отражателей. Для более эффективной работы прибыльной подставки в воздушную полость установлены утеплители. В первоначальный момент заполнения прибыли жидким металлом внутренняя часть чугунной быстро аккумулирует тепло, а благодаря воздушному зазору теплопередачу тепловой энергии. Поверхность стальной обечайки возвращает на внутреннюю поверхность чугунного каркаса надставки, а утеплитель, установленный за обечайкой, уменьшает теплопередачу на вторую внутреннюю обечайку через воздушный зазор.

Методом зондирования контролировалось перемещение фрон га кристаллизации слитка в вертикальном направлении слитка массой 2,9 тонны. Время полного затвердевания слитка, отлитого в изложнице с прибыльной надставкой, футерованной кирпичом, составляет 1,5 часа, а с использованием прибыльной надставки новой конструкции (нефутированной) - 1,66 часа. Время полного затвердевания тела слитка с применением новой (опытной) прибыльной надставки увеличилось на 11%, что свидетельствует об улучшении работы прибыли.

В четвертой главе приведены исследования качества литого металла отливок и слитков. Для сравнительных исследований качества металла, отливаемого в обычной (с прибыльной надставкой, футерованной шамотным кирпичом - контрольной) и экранируемой (опытной) изложнице, была отлита партия 8-тонных слитков марки сталь 45 причем с каждой плавки подвергались контролю по два слитка.

Из слитков были изготовлены две пары осевых продольных темплетов, с которых снимались серные отпечатки. Сравнительное исследование качества продольных осевых темплетов слитков массой 8 тонн показывает, что в контрольных слитках прибыльная часть полностью поражена усадочной раковиной, а при использовании экранов-отражателей глубина усадочной раковины уменьшилась на 40%. Уменьшилась зона осевых дефектов в слитках. Если в контрольном слитке она составляла 65% относительно площади его тела, то в экранируемом всего 18%, а протяженность дефектов осевой зоны относительно высоты тела у опытного слитка уменьшилась в 3 раза.

На рентгеновской установке ГУПСО-50-3 с использованием радиоактивного изотопа Со-60 активностью 50 грамм-эквивалента радия производился контроль качества литого металла верхней части слитка от подприбыльного сечения площадью 25 % от всего продольного темплета тела слитка. Облучению подвергались два образца, один из темплета, отлитого с прибыльной надставкой, футерованной шамотным кирпичом (контрольный), другой в экранируемой (опытный). Расшифровка рентгеноскопии производилась по ОСТ 5.9217-75 и ОСТ 5.906-77. В корковой зоне контрольного и опытного слитков наличие пор выявлено в незначительном количестве. В зоне кристаллов дефектов нет в обоих слитках. Осевая зона контрольного

поражена дефектами усадочного характера, причем, 65,2 % составляют дефекты усадочной рыхлости, 23,4 % - неметаллические включения и 11,4 % -газоусадочная пористость, а в опытном дефектов усадочного характера не обнаружено.

Положительный эффект в повышении качества литого металла получен благодаря созданию условий направленного затвердевания за счет значительного температуры по высоте слитка. Все эти данные позволяют сделать вывод об эффективности экранов-отражателей и возможности управления процессами затвердевания в литых заготовках, используя тепло, выделяемое в окружающую среду при кристаллизации металла.

В первой главе отмечалось, что одним из методов повышения качества литья является электрошлаковая подпитка прибыли (ЭШПП). Этот процесс позволяет создать условия направленного затвердевания за счет градиента температуры по высоте отливки с минимальным расходом металла на прибыль. В то же время химически активный горячий шлак взаимодействует с песчано-глинистой формой, разрушая ее. Австрийская фирма «ФЭВ» (бывшая «Бёллер») при отливке лопастей гидротурбин с ЭШПП использует металлические шлакоудерживающие надставки, что приводит к значительному расходу электроэнергии >120 кВт ч/т.

С целью значительного уменьшения расхода электроэнергии нами было предложено использовать в качестве шлакоудерживающей и одновременно прибыльной надставки шамотный кирпич на глиняной связке. Проводились эксперименты при отливке в песчано-глинистых формах заготовок лопастей судовых винтов из стали марки 08Х15Н4ДМЛ массой 300 килограммов.

Электрошлаковая подпитка прибыли проводилась на модернизированной флюсоплавильной печи У-350, питаемой от двух параллельно включенных сварочных выпрямителей ВДМ-1601. В качестве расходуемого электрода использовались литники из стали марки 08Х15Н4ДМЛ диаметром 160 мм.

Заливку производили одновременно в две песчано-глинистые формы. В контрольной (по обычной технологии) высота прибыли составляет 300 мм, а в опытной с ЭШПП высота прибыли была выполнена 100 мм и футерована шамотным кирпичом, чтобы избежать ее разъедания.

Подпитка опытной отливки проводится по следующему режиму:

- напряжение в цепи электрода - 32 В;

- ток в цепи электрода - 500-800 А;

- продолжительность подпитки - 35 мин;

- расход электрода на подпитку - 16 кг.

После выбивки из формы и обрезки литников было произведено взвешивание отливок. Масса опытной отливки составила 255 кг, а контрольной 312 кг.

Для обеспечения контроля качества отливок из них были изготовлены продольные макротемплеты. Макроструктура лопасти судового винта из стали марки О8Х15Н4ДМЛ, отлитой по обычной технологии, имеет длинноосные дендриты, а с электрошлаковой подпиткой прибыли мелкодендритную и

глобулярную структуру с устранением дефектов усадочного характера в подприбыльной зоне отливки.

Выход годного увеличили на ~ 20 % за счет уменьшения в ~ 3 раза высоты прибыли.

Проведенные исследования показали перспективность применения электрошлаковой подпитки прибыли (расход электроэнергии на подпитку составил всего 12 кВт ч/т) футерованной шамотным кирпичом, в песчано-глинистых формах при производстве отливок стальных лопастей судовых винтов.

Была разработана новая саморегулирующаяся литниковая система для литого разностенного корпуса преобразователя напряжения из алюминиевых сплавов с высокой плотностью. В этом случае блокирующая вставка саморегулирующейся литниковой системы одновременно выполняла роль холодильника, создавая условия направленного затвердевания за счет градиента температуры по высоте отливки.

Известно, что причиной образования дефектов в отливках из-за вихрей, разрывов сплошности потока жидкого металла, инжекции газов, шлаковых и окисных включений, является разряжение в переходных сечениях литниковой системы. Кроме того, оптимальные соотношения сечений литниковых каналов при заполнении разностенных отливок из алюминия и бронзы нарушают условия, от которых также зависит их качество. Это минимальные тепловые потери и постоянство гидростатического напора.

Саморегулирующаяся литниковая система отличается от обычных систем наличием расплавляемой вставки, которая на момент заполнения жидким металлом стояка блокирует форму, а затем, проплавляясь, образует канал с увеличивающимся сечением / (переменного радиуса R —► Л„ит)- Вставка выполнена по периметру стояка с зазором не более 0,5 мм, зафиксирована по верхнему торцу формой, а нижнему - на обратном конусе стержня. Жидкий металл поступает в утепленную заливочную чашу, затем в полость стояка и через канал/в полость формы. Заливка стояка не прекращается, и каждая последующая доза поддерживает Н = const и увеличивает f, растворяя вставку. В центральном литнике образуется бассейн жидкого металла, уменьшающий тепловые потери.

В конце заполнения блокирующая вставка растворена, сечение f максимально (R = ДПит)- Весь процесс делится на три этапа: 1 - заливка стояка до уровня И, мм; 2 - проплавление литникового канала сечением / мм ; 3 -заполнение полости отливки. Второй и третий этапы обеспечивают полное растворение вставки по периметру.

Последовательность этапов возможна при условии

где: - продолжительности сохранения жидкоподвижности металла,

расплавления блокирующей вставки, заполнения формы под напором Н, с.

Используя теорию заполнения литейных форм, выражаем

(25)

(26)

где А, В - постоянные для данного сплава и материала формы; t - перегрев над точкой ликвидуса, К; R - радиус живого сечения, м; F„ - поверхность, м2; ^ толщина вставки, м; % - удельный вес металла вставки, кг/м3; С„, Сж -теплоемкости вставки и жидкого металла, Дж/кг-К; Та, Ты - начальная температура и температура плавления вставки, К; Су - теплота плавления вставки, Дж/кг, Та,, Ттш - температура металла в центральной зоне стояка и на выходе из вставки, К; r - внутренний радиус стояка, м; h - высота стояка, м; Q -объем металла, протекающий через живое сечение, м3; V - скорость истечения, м/с; тсг, Тф - время заполнения стояка и формы, с; /ис - масса металла в стояке, кг; к - коэффициент затвердевания, с"2.

Числитель формулы (25) - это количество тепла, необходимое для расплавления вставки, знаменатель -скорость подвода тепла. Решение уравнения (24) состоит в определении живого сечения /, образуемого при оплавлении вставки из уравнения (24):

f = (R-k^J. (27)

Решая квадратное уравнение, получим а неравенство (23) с использованием (24) и (25) дает толщину блокирующей вставки А* 4к2В2Н2тсСж (Гсц -Гтах)_

0.

,74Х-[С„ • (Тм-T0)+Cx]-n'k'FH [l-tA2 -(4Л2/0,74)]2'

(28)

где: к' и п' - коэффициенты, зависящие от площадей контакта жидкого металла и вставки и от зазора между формой и вставкой. Температура плавления вставки должна быть меньше заливаемого расплава и иметь большую теплоемкость. Вставка изготавливается из чистого металла или многокомпонентных, легко расплавляющихся сплавов, а также с использованием композитов и специальных покрытий.

Расчетные значения Е, для сплавов АК9ч и Бр010С2НЗ при к' = 0,03 и п' = 0,35; А = 0,25 и А =0,48; В = 20 и В = 40 при тс = 30 кг соответствовали =1,36 мм и £Вр = 0,9 мм. Вставки соответствующих толщин из А1(А00) и Си(М00) расплавляются через 10 и 15 с после заполнения стояка. Время заполнения полости формы составляло 7 и 5 с. Согласно кривым охлаждения, получено однородное температурное поле структура без ликвационной

неоднородности и равномерная плотность по сечению

Блокирующие вставки обеспечивают сплошность потока и постоянство напора, а выбор материала вставки решает дополнительные проблемы по химической неоднородности, включая легирование и модифицирование. Эффективность заполнения подтверждается равномерной плотностью, отсутствием окисных включений и следов растворяемых вставок

Была отлита опытно-промышленная партия отливок корпуса преобразователя напряжения в песчано-глинистых формах. При исследовании структуры на наличие дефектов усадочного характера обнаружено не было

В пятой главе приведены исследования и анализ качества деформируемого металла. Представлены результаты исследовании качества заготовок, полученных из 8, 2,9- и 2,7-тонных стальных кузнечных слитков с различной степенью деформирмации, которые оценивались по серным отпечаткам макро- и микроструктур поковок и по механическим свойствам кованого металла. Для достоверности полученных данных исследованию подвергались по две поковки из слитков (контрольный и опытный) одной плавки. Работы проводились с углеродистыми сталями 35; 40; 45 и 50.

Из подприбыльной части продольного темплета (контрольного и опытного, толщиной 40 мм) 8-тонного слитка, длиной 200 мм и шириной 140 мм, были вырезаны по три образца. Из зоны столбчатых кристаллов, разориентированных и осевой зоны. Эти образцы в горячем состоянии были деформированы с уковом, равным двум. После механической обработки поверхности шести образцов (по три от каждого темплета) с них были сняты серные отпечатки. Контроль качества поковок осуществлялся по серным отпечаткам и оценивался по 4-балльной шкале ГОСТ 8536-68 и представлен в таблице 1.

Если оценка по серным отпечаткам поковок в зоне столбчатых кристаллов в обоих случаях равняется 1 баллу, то в поковках, взятых из зоны разориентированных кристаллов и осевой зоны, в экранируемом (опытном) слитке, оценочный балл снизился почти в 2 раза, что доказывает эффективность использования экранов-отражателей.

Таблица 1

Оценочный балл по серным отпечаткам

Зона слитка с обычной прибыльной с экранируемой

надставкой прибыльной надставкой

столбчатых кристаллов 1,0 балл 1,0 балл

разориентированных 2,5 балла 1,5 балла

кристаллов

осевая 3 балла 1,5 балла

Из этих поковок (контрольного и опытного слитка) изготовлены продольные и поперечные образцы для исследования механических металла в этих зонах. Результаты испытаний показали, что в зоне опытного слитка, повышаются прочностные

10 16% с сохранением ударной вязкости (КСи) на прежнем уровне по сравнению с контрольным. Повышение механических свойств металла в осевой зоне экранируемого слитка объясняется улучшением условий ее пропитки расплавом из прибыли. Механические свойства в зоне разориентированных имеют ту же зависимость, что и в металле осевой зоны, а в зоне кристаллов свойства имеют одинаковые прочностные характеристики в том и другом слитке.

Исследовалось качество деформированного металла, взятого из подприбыльного сечения 8-тонных стальных кузнечных слитков с различной степенью укова. Оценка качества металла осуществлялась по серным отпечаткам поперечных темплетов поковок одной плавки. Результаты контроля качества поперечных темплетов поковок приведен в таблице. 2.

Таблица 2

№№ плавки Марка стали Степень укова Оценочный балл серного отпечатка поковки

контрольный слиток опытный слиток

35875 Сталь 45 6,8 1,5 1,0

35918 Сталь 50 8,3 2,5 1,0

25657 Сталь 35 13,7 1,5 1,0

45479 Сталь 45 15,2 3,0 1,0

Стабильность оценочного балла (равного 1) в поковках, полученных из слитков, отлитых в экранируемой изложнице, объясняется улучшением тепловой работы прибыли. За счет этого расплав большее время находится в перегретом состоянии выше что увеличивает время его затвердевания, способствует уменьшению величин скоростей конвективных потоков, приводит к подавлению колебания температур и тем самым к равномерному перераспределению ликвационных примесей по всему объему жидкого ядра металла и всплытию (выносу) их в прибыль слитка.

Приведены данные по исследованию качества кованых заготовок локомотивных осей из слитков массой 2,7 и 2,9 тонны из марки стали ОС ГОСТ4728 следующего химического состава:

Контроль качества поковок на соответствие ГОСТ 30272-96 производился по серным отпечаткам поперечных темплетов ГОСТ 8536-68, по макроструктуре ГОСТ 10243-75, на величину зерна после нормализации, которая должна быть не менее №4 по ГОСТ 5639-82, на загрязненность неметаллическими включениями

по ГОСТ 1778-70 и по механическим свойствам (на растяжение и ударный изгиб при температуре 20°С) по ГОСТ 1497-84.

Поковки подвергались ультразвуковому контролю (УЗК) по методике РД 32.144-2000 на отсутствие внутренних дефектов (газовых пузырей, трещин, усадочных рыхлостей и шлаковых включений).

Контролю было подвергнуто 440 поковок, изготовленных из слитков массой 2,9 тонны, отлитых с прибыльной наставкой, футерованной шамотным кирпичом, и 64 поковки из слитков массой 2,7 тонны, отлитые с использованием нефутерованной экранируемой прибыльной наставки новой конструкции (патент РФ № 33050). Результаты показали, что качество поковок и в том и в другом случае соответствует требованиям ГОСТ 30272. Таким образом, уменьшение массы слитка на 0,2 тонны не влечет ухудшение качества металла. Исходя из этого, был произведен переход к производству слитков массой 2,7 тонны вместо слитков массой 2,9 тонны для производства локомотивных осей.

В шестой главе представлены результаты разработанных технологий и внедрения этих работ в производство.

В результате внедрение новой технологии с использованием экранов-отражателей в мартеновском цехе завода «Красное Сормово» при разливке 8-тонных стальных кузнечных слитков позволило повысить плотность осевой зоны слитка, снизить на 10-15 % массу прибыли с одновременным улучшением макроструктуры поковок по ликвационным дефектам в среднем на 1 балл. Годовой экономический эффект от внедрения экранов-отражателей на заводе «Красное Сормово» составил 19800 рублей (по ценам 80-х годов).

В мартеновском цехе ПО «НКМЗ» им. В.И. Ленина (г. Краматорск, Украина) была отлита опытная партия 57- и 63-тонных слитков из сталей марок 34ХНЗМ, 35 и 45 с применением экранов-отражателей. Производилось экранирование их головной части с прибыльной надставкой. В результате проведенной работы была получена экономия металла за счет уменьшения массы прибыли на 2-3% с одновременным улучшением качества литого металла в осевой зоне слитков. Ожидаемый годовой экономический эффект составит 232,9 тысячи рублей (в ценах 80-х годов).

ОАО «НМЗ» более 40 лет является поставщиком для заводов МПС (сейчас ОАО «Российские железные дороги») черновых локомотивных осей (поковок) по ГОСТ 30272-96. На предприятии производится около 50 наименований осей подвижного состава для вагонов электровозов и тепловозов. По результатам проведенных исследований было принято решение о внедрении технологии при отливке слитков для производства локомотивных осей ГОСТ 4728-96, с использованием нефутерованной экранируемой прибыльной надставки новой конструкции для слитков 2,7 тонны. Данная технология позволила повысить качество осевой зоны слитков, увеличить выход годного металла на 4-5% с одновременным улучшением макроструктуры поковок осей. Экономический эффект от внедрения новой технологии при разливке 2,7-тонных слитков составил 240 рублей на тонну, а с переходом на производство всей номенклатуры

слитков, производимых металлургическим производством ОАО «НМЗ», годовой экономический эффект составит 1429000 рублей.

На производственной базе ЗАО ННГЩСТ «Берег-Волна» по заказу Управления конструкторских экспериментальных работ ОАО «ГАЗ» при создании новых образцов военной техники для Министерства обороны РФ была разработана новая конструкция и технология литого корпуса преобразователя напряжения в песчано-глинистых формах с саморегулирующейся литниковой системой. Данная технология позволила наиболее дешевым способом, не требующим больших финансовых и временных затрат, получить отливку с плотной литой структурой. Опытно-промышленная партия в количестве 65 штук была отлита в песчано-глинистых формах. При проведении длительных и многоуровневых испытаний замечаний по качеству литья не было. Ожидаемый экономический эффект от внедрения данной разработки составит 480 тысяч рублей.

В литейном цехе ОАО ННИИММ «Прометей» была отлита опытно-промышленная партия лопасти судового гребного винта из стали марки 08Х15Н4ДМЛ в песчано-глинистых формах с применением электрошлаковой подпитки прибыли. Данная технология позволила обеспечить направленное затвердевание за счет градиента температур по высоте отливки. Это технология позволила увеличить выход годного на 20% за счет уменьшения высоты прибыли в 3 раза по сравнению с обычной технологией. Ожидаемый экономический эффект от внедрения данной технологии составит 320 рублей на тонну годного металла или 784 тысячи рублей в год:

Общие выводы

1. Теоретически обоснованы методы борьбы по значительному уменьшению дефектов усадочного происхождения за счет дифференциального теплоотвода по высоте отливок и слитков. Методом интегрального теплового баланса доказано, что при затвердевании литых заготовок круглого сечения за счет уменьшения потерь теплового потока в окружающую среду на 20-60% от головной части отливки обеспечивается уменьшение осевой рыхлости в затвердевающих объемах металла не менее чем на 20%.

2. Решена проблема по значительному уменьшению осевой неоднородности в литых заготовках и увеличению выхода годного металла, за счет разработки энергетически рациональных технологий, не требующих дополнительных затрат энергии для теплоизоляции прибыли.

3. Выявлены периодические колебания температуры в ядре жидкого расплава в подприбыльном сечении осевой зоны формирующейся заготовки, которые подавляются по мере увеличения эффективности тепловой работы прибыли путем ее экранирования. Это происходит за счет увеличения объема жидкого ядра и тепломассопереноса его из прибыли в тело формирующейся

и, как следствие, приводит к уменьшению дефектов усадочного При этом общая протяженность внеосевой химической

неоднородности («усов») уменьшается, и ее угол наклона стремится к вертикальной оси тела слитка.

4. Впервые созданы конструкции устройств экранов-отражателей и нефутерованной экранируемой прибыльной надставки, защищенные 5 авторскими свидетельствами и патентом РФ, позволяющие использовать тепловую энергию, выделяемую в процессе затвердевания металла в окружающую среду как дополнительный источник теплоты для улучшения работы прибыли при формировании литых заготовок.

5. Доказано, что разработанные процессы по управлению затвердеванием в литых заготовках различной массы позволили уменьшить глубину проникновения усадочной раковины в 1,3-1,5 раза, осевую рыхлость в 2-2,5 раза. По темплетам серных отпечатков поковок со степенью деформации от 2 до 15,2, вырезанных из подприбыльного сечения в экранируемой прибыли, стабильно оцениваются в 1 балл, против от 1,5 до 3,5 балла в поковках, из литых заготовок, отлитых по обычной технологии.

6 Установлено, что создание условий направленного затвердевания за счет градиента температуры по высоте отливки (обогрев прибыли) при производстве лопасти судового гребного винта из стали марки 08Х15Н4ДМЛ или использование в горячем узле, в его нижней части, холодильника в виде саморегулирующейся литниковой системы для отливки корпуса преобразователя из алюминиевого сплава АК9 в песчано-глинистых формах, позволяет получить отливки высокой плотности, без дефектов усадочного характера и увеличить выход годного металла на 20% за счет уменьшения высоты прибыли в 3 раза.

7. Результаты исследований внедрены на следующих предприятиях, и экономический эффект составляет (акты внедрения и промышленного опробования прилагаются):

ОАО завод «Красное Сормово»: 19800 рублей в год ( в ценах 1982 года); ПО «НКМЗ» им. В.И. Ленина (г. Краматорск, Украина): 232953 рубля в год (в ценах 1983 года);

ЗАО ННПЦСТ «Берег-Волна»: 480000 рублей (в ценах 2001 года), ОАО ННИИММ «Прометей»: 320 рублей на тонну годного или 784000 рублей в год (в ценах 2002 года);

ОАО «Нижегородский машиностроительный завод»: 240 рублей на тонну, 1429000 рублей в год ( в ценах 2003 года).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Сивков В. Л., Пряничников В А Управление процессами затвердевания отливок и слитков. - Нижний Новгород: НГТУ, 2003. 123 с.

2. Сивков В.Л. Процессы производства отливок и слитков. - Нижний Новгород: НГТУ, 2003. 110 с.

3. Сивков В.Л., Казанский Л.П. Повышение качества отливок комплексным раскислением и модифицированием низколегированных сталей // Литейное производство. 2003. № 11. С. 3.

4. Сивков В.Л., Сенопальников В.М. Производство стальных лопастей судовых винтов в песчаных формах с электрошлаковой подпиткой // Литейное производство. 2003. № 11. С. 13-14.

5. Сивков В.Л. Волновой процесс затвердевания отливок и слитков // Материаловедение и высокотемпературные технологии: Сб. тр. / Нижний Новгород, 2000. С. 49-50.

6. Сивков В. Л., Бычкова ЕА Физическое моделирование процесса затвердевания 50-тонного стального слитка с различной интенсивностью обогрева прибыли // Материаловедение и металлургия: Труды НГТУ / Нижний Новгород, 2003. Т. 38. С. 82-93.

7. Сивков В.Л., Бычкова ЕА Термодинамика процессов формирования слитков и отливок и основы ее практического применения // Современные проблемы машиностроения: Труды НГТУ / Нижний Новгород, 2003. Т. 40. С. 185-187.

8. Сивков В.Л., Бычкова ЕА Физическое моделирование процесса затвердевания 50-тонного стального слитка с различной конусностью // Материаловедение и металлургия: Труды НГТУ / Нижний Новгород, 2003. Т. 38. С. 75-81.

9. Сивков В.Л., Пиунов А.Г., Сборщикова О.И. Эффективность экрана-отражателя при затвердевании 8-тонного кузнечного стального слитка // Управление строением отливок и слитков: Межвуз. сб. / ГПИ. Горький, 1984. С. 112-115.

10. Сивков В.Л. Уменьшение осевой рыхлости в кузнечных слитках путем создания условий направленного затвердевания // Актуальные вопросы научно-технического прогресса и внедрение в практику. Горький, 1984. С. 190.

11. Сивков В.Л. Казанский Л.П. Исследование механических свойств металла, отлитого в экранируемую изложницу // Надежность и работоспособность материалов для судовых машин и механизмов: Сб. тр. / ГИИВТ. Горький, 1990. Вып. 248. С. 47-50.

12. Гущин В.Н., Сивков В.Л. Аналитическое исследование затвердевания слитка // Повышение качества отливок и слитков: Межвуз. сб. / ГПИ. Горький, 1979. С. 38-41.

13. Скворцов А.А., Китаев Е.М., Сивков В.Л. Вертикальное затвердевание пятидесяти тонного, стального слитка // Повышение качества отливок и слитков: Межвуз. сб. /ГПИ. Горький, 1978. Вып. 2. С. 52-54.

14. Скворцов А.А., Китаев Е.М., Ульянов В.А., Сивков В.Л. и др. Исследование влияния перегрева на процесс затвердевания непрерывных заготовок // Металлургия и коксохимия. - Киев: Техника, 1978. Вып. 58. С. 62-65.

15. Китаев Е.М., Скворцов А.А., Сивков В.Л., Северюхин Н.В. Затвердевание стального слитка с утеплением его головной части экранами // Изв. вузов Черная металлургия. 1983. № 7. С. 122-126.

16 Китаев Е М, Скворцов А А, Сивков В Л, Северюхин Н В Создание направленности затвердевания экранированием головной части слигка // Сталь 1986 №8 С 31-32

17 Китаев Е М, Сивков В Л, Гущин ВН Исследование качества литого металла при уменьшении теплоотдачи от прибыли // Прогрессивные методы получения отливок Горький, 1983 С 15-17

18 Скворцов АА, Сивков В Л Уменьшение осевой рыхлости в кузнечных слитках путем экранирования верхней части изложницы // Влияние внешних воздействий на жидкий и кристаллизующейся металл - Киев, 1983 С 54-55

19 Китаев Е М , Сивков В Л , Гущин В Н Улучшение качества стальных слитков путем экранирования головной части // IV Всесоюзная конференция по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах Горький, 1983 С 6-7

20 Сивков В Л Исследование качества металла восьми тонного кузнечного, стального слитка, отлитого в экранируемой изложнице // Тезисы докладов научной конференции молодых ученых Волго-Вятского региона, посвященной 60-летию образования СССР Горький, 1983 С 147

21 Казанский Л П , Пермитин В Е , Сивков В Л Влияние окончательного раскисления и модифицирования на качество отливок из низколегированных кострукционных марок сталей // Прогрессивная технология изготовления форм и стержней для производства отливок из черных и цветных сплавов Чебоксары, 1986 С 46-48

22 Спасская М М , Швецов В Д, Сивков В Л , Орлова Л А Повышение точности отливок // Управление строением отливок и слитков Сб тр / НГТУ Нижний Новгород, 1998 С 65-67

23 Швецов В Д , Спасская М М , Сивков В Л , Яровая Е И Формирование литых резьбовых поверхностей // Управление строением отливок и слитков Сб тр /НГТУ Нижний Новгород, 1998 С 62-64

24 Швецов В Д, Спасская М М, Сивков В Л, Яровая Е И Саморегулирующиеся литниковые системы // Материаловедение и высокотемпературные технологии Нижний Новгород, 1999 С 22-24

25 Сивков В Л Ас № 1639881 СССР, МКИ В 22ё 15/00 Устройство для моделирования непрерывной разливки круглых заготовок / Опубл Б И 1991, № 13

26 Сивков В Л , Пряничников В А , Журавлев П Я , Писеев А Н Патент РФ № 33050 Прибыльная надставка для изложницы / Опубл бюл изобр и полез модели 2003 № 28 от 10 10 03

27 Скворцов А А, Сивков В Л, Китаев ЕМ, Хабаров ВП Ас №914171 СССР, МКИ В 22ё 15/00 Устройство для разливки металла /Опубл Б И 1982, № 11

28 Хабаров В П , Сивков В Л , Скворцов А А и др Ас Х« 1061915 СССР МКИ В 22ё 15/00 Изложница для разливки металлов /Опубл Б И 1983 №47

29. Сивков В.Л., Хабаров В.П., Скворцов А.А., Китаев Е.М. Ас. № 910323 СССР, МКИ В 22d 15/00. Изложница для разливки металла. / Опубл. Б.И. 1982, №9.

30. Швецов В.Д., Спасская М.М., Яровая Н.И., Сивков В.Л. Устройство для получения отливок т с внутренней резьбой. Полезная модель №10128 //Опубл. Б.И. № 6. 1999.

31. Скворцов А.А., Китаев Е.М., Сивков В Л., Гущин В.Н. Ас.№831290 СССР, МКИ В 22d 15/00. Изложница для разливки металла. / Опубл. Б.И. 1981, № 19.

32. Kitaev E.V., Skvortcov A.A., Sivkov V.L., Severyhin N.V. Setting of the steel ingot with the warm his head part by screens // Metals in USSR. London, 1987, v.2, p.48-50.

Подписано в печать 15.03.05. Формат 60 х 84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 171.

Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

OS. SS

477

? ? ,irr

Введение.

Глава 1. Современное представление об управлении процессами затвердевания литых заготовок.

1.1. Кристаллизация стали.

1.2. Физико-химическая неоднородность литого металла.

1.2.1. Дефекты усадочного характера.

1.2.2. Внеосевая химическая неоднородность.

1.3. Методы борьбы с дефектами в литом металле.

1.3.1. Методы управления химической неоднородностью в литых заготовках.

1.4. Выводы и постановка задачи исследования.

Глава 2. Анализ процесса затвердевания литых заготовок (слитков) при различных условиях тепловой работы прибыли.

2.1. Расчет продвижения фронта затвердевания в стальном слитке круглого сечения методом интегрального теплового баланса при граничных условиях первого рода.

2.1.1. Результаты расчета затвердевания 8-тонного стального слитка при различной тепловой работе прибыли.

2.2. Физическое моделирование затвердевания литых заготовок.

2.2.1. Моделирование 8-тонного слитка в обычной и экранируемой изложнице.

2.2.2. Моделирование 50-тонного стального слитка в обычной и экранируемой изложнице.

2.3. Выводы.

Глава 3. Создание условий направленного затвердевания в стальных литых заготовках.

3.1. Разработка конструкции экранов-отражателей для создания ус

S1 ловий направленного затвердевания.

3.2. Тепловая работа обычной и экранируемой изложницы.

3.3. Теплотехнические расчеты в обычной и экранируемой 8-тонной изложнице.•.

3.4. Исследование продвижения фронта затвердевания в вертикальном направлении 8-тонного стального кузнечного слитка в обычной и экранируемой изложнице.

3.5. Разработка не футерованной экранируемой прибыльной надставки для отливки стальных литых заготовок при производстве локомотивных осей.

3.6. Выводы.

Глава 4. Исследование качества литого металла отливок и слитков.

4.1. Методика проведения эксперимента.

4.1.1. Серные отпечатки продольных темплетов прибылей 8-тонных слитков, отлитых в обычной и экранируемой изложницах.

4.1.2. Серные отпечатки продольных темплетов 8-тонных стальных кузнечных слитков, отлитых в обычной и экранируемой изложнице

4.2. Анализ дефектов усадочного характера в 8-тонном стальном слитке. д 4.3. Контроль качества литого металла в подприбыльном сечении

8-тонного стального слитка радиоактивными изотопами.

4.4. Повышение качества отливок из черных и цветных сплавов.

4.4.1. Получение высококачественных отливок ответственного назначения в песчано-глинистых формах с применением электрошлаковой подпитки прибыли.

4.4.2. Саморегулирующиеся литниковые системы для отливок из сплавов на алюминиевой и бронзовой основе в песчано-глинистых формах.

4.5. Выводы.

Глава 5. Исследование качества деформированного металла.

5.1. Исследование качества поковок, полученных из 8-тонного стального слитка. 1'

5.1.1. Контроль качества деформируемого металла с коэффициентом укова, равным 2, из подприбыльной части 8-тонного стального слитка.

5.1.2. Исследование механических свойств деформируемого металла с уковом, равным 2, из слитков, отлитых в обычной и экранируемой изложницах.

5.1.3. Контроль качества поковок с уковом от 6,8 до 15,2, из 8-тонных кузнечных стальных слитков, отлитых в обычной и экранируемой изложницах.

5.2. Исследование качества кованных и термообработанных заготовок локомотивных осей из слитков 2,7 и 2,9 тонны.

5.2.1. Контроль качества поковок локомотивных осей неразрушающими методами контроля.

5.2.2. Исследование качества кованных заготовок локомотивных осей по макро- и микроструктуре металла.

5.2.3. Механические свойства поковок локомотивных осей.

5.3. Выводы.

Глава 6. Технико-экономические результаты от внедрения и промышленного применения работ по уменьшению дефектов в литом и деформируемом металле и увеличению выхода.годного металла

6.1. Внедрение технологии разливки слитков в экранируемые изложницы на заводе «Красное Сормово» и ПО «Ново-Краматорский машиностроительный завод» им. В.И. Ленина.

6.2. Внедрение технологии производства черновых локомотивных осей на ОАО «Нижегородский машиностроительный завод».

6.3. Промышленное опробование технологии при производстве отливок из алюминиевых сплавов в песчано-глинистых формах на ЗАО ННПЦСТ «Берег-Волна».

6.4. Промышленное опробование технологии при отливке лопасти судового гребного винта из легированной стали методом ЭШ1И1 в песчано-глинистой форме на ОАО ННИИММ «Прометей».

6.5. Выводы.

Для успешного решения многих практических вопросов, связанных с производством литых заготовок, необходимо иметь информацию о проблемах их производства на сегодняшний день. Изучая природу образования литейных дефектов и анализируя накопленный опыт, мы ближе подойдем к решению проблем по уменьшению дефектов усадочного характера, осевой рыхлости и увеличению выхода годного металла.

При кристаллизации металла формируются усадочные раковины и развивается осевая пористость в отливках. Величина дефектов усадочного характера значительно зависит от конфигурации литой заготовки (слитка), особенно от отношения ее высоты к диаметру (Н/Д). При значениях Н/Д < 1

I ✓ происходит направленное затвердевание от донной части, что приводит к уменьшению этих дефектов, но такие заготовки имеют очень ограниченный объем выпуска. Большинство заготовок, выпускаемых металлургической промышленностью, имеют значения Н/Д=1,5 — 2,5 и более, в них и возникают условия для образования осевой рыхлости металла.

Безусловно, повышение конусности литых заготовок до 11 и более процентов приводит к уменьшению этого вида дефекта, но это не всегда экономически выгодно при дальнейшей обработке давлением (ковке, прокатке), так как необходима дополнительная технологическая операция -биллетирование.

Для уменьшения осевой рыхлости в литых заготовках, кроме изменения их геометрических параметров, используются различные утеплители прибылей и засыпки экзотермическими смесями зеркала жидкого металла, ввод дополнительного тепла через шлаковую ванну с помощью электрического, газового обогрева и другие технологические приемы. Они загрязняют металл и окружающую среду, ухудшают условия труда. В последние годы разработаны и такие способы, как электрошлаковая подпитка, порционная электрошлаковая отливка, которые значительно уменьшают осевую рыхлость в отливках и слитках, но они требуют значительных энергетических и капитальных затрат.

Все эти мероприятия направлены на то, чтобы жидкий металл в прибыли как можно дольше находился в расплавленном состоянии и осуществлял подпитку кристаллизующих объемов тела отливок и слитков.

Большой вклад в регулирование металлургических процессов внесли российские и зарубежные ученые, такие как: А.Д. Акименко, Г.А. Анисович, А.П. Аносов, A.A. Байков, Г.Ф.Баландин, В.В. Белоусов, А.И. Вейник, Н.Т. Гудцов, Б.Б.Гуляев, Г.Н.Еланский, В.А. Ефимов, С.И. Жульев, В.А. Журавлев, Г.П. Иванцов, Э.А. Иодко, Е.А. Казачков, Е.М. Китаев, М.И. Колосов, В.А. Кудрин, И.Б. Куманин, A.C. Лавров, И.О. Леушин, В.В. Марков, Б.И. Медовар, Г.Н. Ойск, А. Оно, A.A. Рыжиков, Ю.А. Самайлович, А.А.Скворцов, С.Я. Скобло, В.М. Тагеев, Г.И. Тимофеев, В.А. Ульянов, М. Флеминг, А.И. Цаплин, Б. Чалмерс, Д.К. Чернов, Е.А. Чернышов, В.И. Явойский и многие другие.

Их фундаментальные теоретические и практические работы являются основой для изучения и внедрения в производство наиболее эффективных, мало-энергоемких технологий по уменьшению физической неоднородности и увеличению выхода годного металла.

Актуальность данной работы - в разработке процессов управления затвердеванием литых заготовок с целью уменьшения дефектов усадочного характера и повышения выхода годного металла путем экранирования головной части изложницы и новой конструкции прибыльной надставки. В процессе кристаллизации крупных стальных литых заготовок большое количество тепловой энергии аккумулируется изложницей, прибыльной надставкой, телом слитка (формой, отливкой) и безвозвратно выделяется в окружающую среду. Экранирование головной части изложницы и не футерованной экранируемой прибыльной надставки позволило экономически эффективно использовать эту энергию для поддержания металла в расплавленном состоянии в прибыли на более длительное время. Разработанные энергетически .рациональные технологии по управлению процессами затвердевания дали возможность улучшить условия пропитки жидким металлом формирующихся литых заготовок с малой конусностью и большим отношением Н/Д, уменьшить дефекты усадочного характера и увеличить выход годного металла.

Исследования проводились в соответствии с Координационным планом НИР АН СССР на 1981-1985 гг. по проблеме 2.25.1.5, по заданию 01.01. «Разработка теоретических и технологических основ управления процессами разливки металла и формирования отливок и слитков», по заказу Управления конструкторских экспериментальных работ ОАО «ГАЗ» при создании новых образцов военной техники для Министерства обороны РФ 2001 г. и по плану НИР 1.436.03 Министерства образования России на 2003 г. по заданию 1.2. «Исследование закономерностей строения и формирования крупных стальных слитков при использовании новых теплоизолирующих покрывных материалов».

Представлен большой ■ обзорный материал по описанию способов борьбы с дефектами усадочного характера и внеосевой химической неоднородностью. Представлена методика расчета затвердевания стальных слитков круглого сечения. Приведены данные по тепловой работе изложниц и прибылей с использованием экранов-отражателей и специальной прибыльной надставкой в процессе затвердевания слитков различного развеса. Приведены результаты моделирования формирования литых заготовок различного массы с использованием легкоплавкого моделирующего состава. Представлен экспериментальный материал по исследованию литого и деформируемого металла.

На защиту выносятся:

1. Методика расчета продвижения фронта затвердевания в вертикальном направлении в литых заготовках круглого сечения, с учетом передачи

V.) тепла из прибыли в тело слитка.

2. Результаты физического моделирования затвердевания 8- и 50-тонных стальных литых заготовок. Влияние различной степени экранирования головной части на продвижение фронта затвердевания в вертикальном направлении, конфигурацию и глубину проникновения усадочной раковины.

3. Обнаруженный периодический характер изменения температуры в подприбыльном сечении в зоне жидкого ядра формирующейся заготовки, который подавляется по мере увеличения эффективности работы прибыли путем ее экранирования, приводящего к уменьшению дефектов усадочного характера.

1?) 4. Разработанные системы экранной защиты и не футерованной экранируемой прибыльной надставки (Авторские свидетельства и патент РФ) для уменьшения тепловых потерь при формировании литых заготовок от верхней части изложницы и прибыли в окружающую среду. Использование этой тепловой энергии как дополнительного источника тепла для улучшения работы прибыли при формировании литых заготовок за счет увеличения времени затвердевания, создания условий пропитки жидким расплавом осевой зоны с целью уменьшения дефектов усадочного характера в литых заготовках.

5. Результаты анализа эффективности воздействия экранной защиты на значительное уменьшение. осевой рыхлости в литых заготовках ^ различной массы, увеличение выхода годного металла и повышение качества поковок с различной степенью деформации.

Разработанные технологии получения отливок из цветных сплавов с саморегулирующейся литниковой системой, выполняющей роль холодильника и создавающей условия направленного затвердевания за счет градиента температуры по ее высоте в песчано-глинистых формах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснованы методы борьбы по значительному уменьшению дефектов усадочного характера за счет дифференциального теплоотвода по высоте отливок и слитков. Методом интегрального теплового баланса доказано, что при затвердевании литых заготовок круглого сечения за счет уменьшения потерь теплового потока в окружающую среду на 20-60% от головной части отливки обеспечивается уменьшение осевой рыхлости в затвердевающих объемах металла не менее чем на 20%.

2. Решена проблема по значительному уменьшению осевой неоднородности в литых заготовках и увеличению выхода годного металла за счет разработки энергетически рациональных технологий, не требующих дополнительных затрат энергии для теплоизоляции прибыли.

3. Выявлен затухающий характер температурных колебаний в ядре жидкого расплава в подприбыльном сечении осевой зоны формирующейся заготовки, который подавляется по мере увеличения эффективности тепловой работы прибыли путем ее экранирования. Это происходит за счет увеличения объема жидкого ядра и тепломассопереноса его из прибыли в тело формирующейся литой заготовки, и, как следствие, к уменьшению дефектов усадочного характера. При этом общая протяженность внеосевой химической неоднородности («усов») уменьшается, и ее угол наклона стремится к вертикальной оси тела слитка.

4. Впервые созданы конструкции устройств экранов-отражателей и не футерованной экранируемой прибыльной надставки, защищенные 5 авторскими свидетельствами и патентом РФ, позволяющие использовать тепловую энергию, выделяемую в процессе затвердевания металла в окружающую среду, как дополнительный источник теплоты для улучшения работы прибыли при формировании литых заготовок.

5. Доказано, что разработанные процессы по управлению затвердеванием в литых заготовках различной массы позволили уменьшить глубину проникновения усадочной раковины в 1,3-1,5 раза, осевую рыхлость в 2-2,5 раза, сократить общую протяженность внеосевой химической неоднородности «шнуров» в 1,4-1,6 раза. По темплетам серных отпечатков поковок со степенью деформации от 2 до 15,2, вырезанных из подприбыльного сечения в экранируемой прибыли, которые стабильно оцениваются в 1 балл, против от 1,5 до 3,5 балла в поковках из литых заготовок, отлитых по обычной технологии.

6. Установлено, что создание условий направленного затвердевания за счет градиента температуры по высоте отливки (обогрев прибыли) при производстве лопасти судового гребного винта из стали марки 08Х15Н4ДМЛ или использование в горячем узле, в его нижней части, холодильника в виде саморегулирующейся литниковой системы для отливки корпуса преобразованеля из алюминиевого сплава АК9 в песчано-глинистой формах, позволяет получить отливки высокой плотности, без дефектов усадочного характера и увеличить выход годного металла на 20% за счет уменьшения высоты прибыли в 3 раза.

7. Результаты исследований внедрены на следующих предприятиях, и экономический эффект составляет (акты внедрения и промышленного опробования прилагаются):

ОАО завод «Красное Сормово»: 19800 рублей в год ( в ценах 1982 года);

ПО «НКМЗ» им. В.И. Ленина (г. Краматорск, Украина): 232953 рубля в год (в ценах 1983 года);

ЗАО ННПЦСТ «Берег-Волна»: 480000 рублей (в ценах 2001 года),

ОАО ННИИММ «Прометей»: 320 рублей на тонну годного или 784000 рублей в год (в ценах 2002 года).

ОАО «Нижегородский машиностроительный завод»: 240 рублей на тонну, 1429000 рублей в год ( в ценах 2003 года).

1. Чернов Д.К. Наука о металлах. Под редакцией Н.Т. Гудцова. - M.-JL, 1935. 443с.

2. Тимофеев Г.И. Механика сплавов при классификации слитков и отливок. М.: Металлургия, 1977. 160 с.

3. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллического строения отливок. -М.: Машиностроение, 1973. 288 с.

4. Хворинов Н.И. Кристаллизация и неоднородность стали. М.: Маш-гиз, 1958. 392 с.

5. Оно А. Затвердевание металлов. М.: Металлургия. 1980. 152 с.

6. Чалмерс Б. Теория затвердевания. М.: Металлургия. 1968. 288 с.

7. Гаген-Торн В.О. Кристаллизация и строение слитка // Металлург. 1937. № 2. С. 3-20; №11. С. 82-94.

8. Ефимов В.А. Влияние некоторых особенностей затвердевания на развитие химической и физической неоднородности сплавов // Проблемы стального слитка. М.: Металлургия, 1974. 192 с.

9. Новиков И.И., Золотаревский B.C. Дендритная ликвация в сплавах. -М.: Наука, 1966. 156 с.

10. Попов A.A. Фазовые превращения в металлических сплавах. М.: Металлургиздат, 1963. 311 с.

11. Иванцов Г.П. Диффузионное переохлаждение при кристаллизации бинарного сплава // Доклады АН СССР. 1951. Т. 81. № 2. С. 217.

12. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. М.: Металлургия 1976. 552с.

13. Тагеев В.М. Неоднородность строения слитков и отливок // Стальной слиток. -М.: Металлургия, 1952. С. 40-66.

14. Колосков М.И., Строганов А.И., Смирнов Ю.Д., Охримович Б.П. Качество слитка спокойной стали. -М.: Металлургия, 1973. 408 с.

15. Смирнов Ю.Д. О механизме образования внеосевой неоднородности в стальных слитках // Проблемы стального слитка. М.: Металлургия, 1968. С. 49-53.

16. Пискунов В.М. К вопросу о концентрационном переохлаждении и характере кристаллизации сплавов // Плавка и кристаллизация сплавов. -М.: Металлургия, 1980. Вып. 123. С. 76-88.

17. Явойский В.И. и др. Металлургия стали. М.: Металлургия, 1973. 816 с.

18. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. — Л.: Машиностроение. 1976. 216 с.

19. Воздвиженский В.М.,Грачёв В.А. и Спасский В.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение. 1984. 432с.

20. Баландин Г.Ф. Основы формирования отливки. Ч. 1. М.: Машиностроение. 1976. 328 с.

21. Коротич В.И. и Братчиков С.Г. Металлургия чёрных металлов. М: Металлургия. 1987. 240 с.

22. Травин О.В., Травина Н.Т. Материаловедение. М: Металлургия. 1989. 384с.

23. Гуляев А.П. Металловедение. М: Металлургия. 1977. 648 с.

24. Лахтин Ю.М. и Леонтьева В.П. Материаловедение. 1990. 528 с.

25. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов / Под ред. Я.С. Уманского; Пер. с английского О.В. Абрамова. М.: Мир, 1967. 160 с.

26. Флеминг М. Процессы затвердевания. М.: Мир, 1977. 424 с.

27. Данилов В.И., Теверовский Б.М. Кристаллизация органических веществ в ультразвуковом поле // ЖЭТФ, 1940. Т. 10. №11. С. 1305.

28. A.c. № 839665 СССР, МКИ В 22d 15/00. Устройство для исследования процесса кристаллизации металлов / Бровман М.Я., Гилентовский Г.Г.; Опубл. Б.И. 1981, №23.

29. Бровман М.Я., Гилентовский Г.Г. Исследование начальной стадии кристаллизации металлов // Известия АН СССР Металлы. 1983. № 1. С. 39-42.

30. Вейник А.И. Теория затвердевания отливки. М.: Машгиз, 1960. 435 с.

31. Ефимов В.А. Стальной слиток. М.: Металлургиздат, 1961. 356 с.

32. Анисович Г.А. Затвердевание отливок. Минск: Наука и техника, 1979. 232с.

33. Скворцов A.A. К вопросу формирования плоского слитка углеродистой стали // Инженерно-физический журнал. 1958. Т. 1. № 9. С. 109112.

34. Скворцов A.A. К Решению задачи о затвердевании металлов в интервале температур // Научные доклады высшей школы. М.: Металлургия, 1958. №2. С. 29-36.

35. Рыжиков A.A. Теоретические основы литейного производства. М.: -Свердловск: Машгиз, 1961. 447 с.

36. Гуляев Б.Б. Затвердевание и неоднородность стали. M.-JL: Металлургиздат, 1950. 227 с.

37. Самайлович Ю.А. Формирование слитка. М.: Металлургия, 1977. 160 с.

38. Куманин И.Б. Вопросы теории литейных процессов. М.: Машиностроение, 1976. 216 с.

39. Скобло С.Я., Казачков Е.А. Слитки для крупных поковок. М.: Металлургия, 1973. 245 с.

40. Китаев Е.М., Скворцов A.A. Вертикальное затвердевание стальных слитков и связь с дефектами осевой зоны усадочного характера. Сообщение 1 // Изв. вуз. Черная металлургия. 1979. № 1. С. 32-36.

41. Китаев Е.М., Скворцов A.A. Вертикальное затвердевание стальных слитков и связь с дефектами осевой зоны усадочного характера. Сообщение 2 // Изв. вуз. Черная металлургия. 1979. № 3. С. 32-36.

42. Nelson L.N. Transactions of the American Society for Metals. 1934. V 22. №3. P. 193-220.

43. Тагеев В. И., Дудник В.А. Исследование процесса кристаллизации слитков и отливок с применением радиоактивных изотопов (меченых атомов) // Труды НТОЧМ М.: Металлургиздат, 1955. Т. 5. С. 19-38.

44. Забаровский A.A., Стрелков JI.K., Скульский М.К., Рабинович Е.И. Гидродинамика жидкой стали в изложнице // Сталь, 1957. № 1. С. 2430.

45. Скобло С.Я., Казачков Е.А., Кирюшкин Ю.Н., Молотков В.А. Получение крупных кузнечных слитков повышенной однородности. Разливка стали и формирование слитка // Труды 1 конференции по стальному слитку. М.: Металлургия, 1966. С. 112-129.

46. Martin U. Thou Е Stahl and Eisen 1955, H 26. P. 1765-1774.

47. Лебедев B.H., Коровина B.M., Гринюк А.И. Влияние формы слитков на качество крупных поковок // Физико-химические и теплофизические процессы кристаллизации стальных слитков: Труды 2 конференции по слитку. -М.: Металлургия, 1967. С. 264-269.

48. Лебедев В.Н., Коровина В.М. Изготовление крупных уникальных поковок (массой до 100 т.) с выходом годного из слитка 70 % // Проблемы стального слитка: Труды IV конференции по слитку. М.: Металлургия, 1969. С. 460-462.

49. Скобло С.Я. Направленность и характер затвердевания слитков различной конфигурации // Сталь. 1962. № 3. С. 219-223.

50. Maburg, Journal of Metals, 1953, February. P. 157-172.

51. Гранат М.Я., Жегалов A.K. Кристаллизация и строение стального слитка. M.-JL: ОНТИ, 1935. 217 с.

52. Тагеев В.М. Неоднородность строения слитков и отливок // Стальной слиток. М.: Металлургия, 1952. С. 40-66.

53. Тасиро К., Тодороки Т., Кимура С. Рассмотрение макроагрегации, возникающей в крупном слитке и отливке // Тэцу то хаганэ. 1971. Т. 57. № 10. С. 1654-1675.

54. Haltgren A. A-und V- Segregation in Killed Steel Jngots Scundinavian Jornal of Matalurgy. 1973. V 2. № 5. P. 217-287.

55. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. — Д.: Машиностроение, 1976. 216 с.

56. Гуляев Б.Б. Затвердевание и неоднородность слитка. М.: Метал-лургиздат, 1950. 228 с.

57. Pabst W., Kisel К., Skwin К. Zur Ausbuldung von Seiderungsstriefeu in groben Schmiden В locken Krastallisation, heipxig, 1969. S. 119-129.

58. Мадянов А.М.,Пермитин E.C., Миллер M.P. и др. Опыт отливки восьмитонного слитка с малым отношением высоты к диаметру // Новое в литейном произврдстве. Вып. 2. Горький, 1957. С. 222-232.

59. Сергеев А.Б., Швед Ф.И., Тулин H.A. Вакуумный дуговой переплав конструкционной стали. -М.: Металлургия, 1974. 192 с.

60. Гальперин Г.С., Винокуров Г.В., Власов H.H. К вопросу о механизме образования внецентренной ликвации // Процессы разливки стали и формирования слитка. -М.: Металлургия, 1981. С. 50-54.

61. Микульчик A.B., Соколов В.Е. Ликвация углерода в крупных поковках для роторных валов // Проблемы стального слитка. М.: Металлургия, 1974. С. 562-565.

62. Хворинов Н.И. Кристаллизация и неоднородность стали. М.: Маш-гиз, 1958. 392 с.

63. Бутаков Д.К., Лирман A.M., Плотников Г.Н., Гальперина C.B. Квопросу о механизме образования внецентренной ликвации в стальных слитках // Проблемы стального слитка. М.: Металлургия, 1974. С. 9395.

64. Зборовский A.A., Рабинович Е.И. Исследование процесса образования внеосевой неоднородности в слитках спокойной стали и висмута // Проблемы стального слитка. М.: Металлургия, 1968. С. 43-49.

65. Haltgren А. А- und V- Segregation in Killed Steel Jngots- Scundinavian Journal of Matallurgy, 1973. V. 2. № 5. P. 217-287.

66. Смирнов Ю.Д. О природе образования внеосевой неоднородности в стальных слитках // Проблемы стального слитка. — М.: Металлургия, 1978. С. 62-70.

67. Ефимов В.А. Влияние некоторых особенностей затвердевания на развитие химической и физической неоднородности сплавов // Проблемы стального слитка. -М.: Металлургия, 1976. С. 12-27.

68. Зигало И.Н., Просвирин К.С. К вопросу об образовании внеосевой ликвации в стальных слитках // Проблемы стального слитка. М.: Металлургия, 1974. С. 104-110.

69. Ливитасов Я.М., Казаков A.A. Исследование тепловой работы прибыльной части слитка спокойной стали // Сталь. 1962. № 10. С. 900902.

70. Кирюшкин Ю.И., Скобло С.Я., Казачков Е.А., Пивень Г.А. Исследование тепловой работы прибыльных надставок к кузнечным слиткам весом 19-24,5 т. // Производство и обработка стали: Сб. трудов. Харьков: Металлургиздат, 1960. Вып. 6. С. 110-126.

71. Fenton Y. Yourn of the Arona Steel Anst 1957. V. 187. № 4. P. 396-405.

72. Строгонов А.И., Богатиков В.Ф., Колосков М.И. и др. Тепловой баланс прибыльной части слитка // Сталь. 1962. № 1. С. 27-29.

73. Крюковский Ю.В., Жульев С.И., Лебедев В.Н. и др. Исследование тепловой работы прибыльных надставок для крупных кузнечных слитков // Теплофизика стального слитка: Сб. трудов. Киев: ИПЛ АН УССР, 1980. С. 117-122.

74. Солнцев Ю.П., Волосевич С.А., Галкин М.Ф., Лаврентьев Б.А. Применение слюдяных отходов в качестве теплоизоляции прибыльной части слитка // Труды НТО 4M. Т. 28. М.: ЦНИНЧМ, 1961. С. 216217.

75. Ципунов А.Г. Смирнов Д.Ю., Давидюк В.Н. Тепловой баланс слитка весом 2,7 т. Теория и практика металлургии. Челябинск: ЮжноУральское кн. Изд-во, 1964. С. 69-82.

76. Тапилин И.Т., Богатенков В.Ф., Смирнов Ю.Д., Давыдюк В.Н. Тепловой баланс прибыли слитка // Проблемы стального слитка: Труды конференции по слитку. М.: Металлургия, 1969. С. 432-438.

77. ЕфимовВ.А., Осипов В.П. Обогрев прибыльной части слитка экзотермическими смесями // Вопросы производства стали. Киев: Академиз-дат. Вып. 6. С. 77-79.

78. Исупов В.Ф., Носов В.А. Обогрев прибыли слитка экзотермической смесью и люнкеритом // Сталь. 1967. № 12. С. 1099.

79. Умрихин П., Сухова Е. Влияние утепления прибыльной части слитка на уменьшение усадочной раковины // Сталь. 1938. № 1. С. 22-29.•ч

80. Шнееров Я.А., Коновалов Р.П., Поляков В.Ф. и др. Эффективные экзотермические смеси для утепления головной части слитков // Сталь. 1978. №2. С. 121-124.

81. Шнееров Я.А. Коновалов Р.П., Поляков В.Ф., Быков Г.Д. Разработка эффективных экзотермических смесей для утепления головной части слитка // Прогрессивные способы получения стальных слитков. -Киев: ИПЛ АН УССР, 1980. С. 197-201.

82. Козлов Ф.В. Замечания к отдельным элементам технологии разливки стали. Труды НТО ЧМ. М.: Металлургиздат, 1955. Т. 5. С. 77-85.

83. Исупов В.Ф. Применение люнкерита, изготовленного с древесным углем и коксиком // Сталь. № 6. С. 525.

84. Огурцов А.П. Повышение эффективности применения теплоизолирующих плит при разливке стали // Сталь. 1978. № 2. С. 129-131.

85. Брайнин И.Е., Смоленицкий Я.А., Офенгендин А.М. Рационализация формы прибыли слитка// Сталь. 1949. № 7. С. 609-616.

86. Ойск Г.Н. Основные внутренние дефекты слитка спокойной стали и меры борьбы с ними // Труды Московского института стали. М.-Л.: Оборонгиз, 1939. № 14. С. 25-39.

87. Ойск Г.Н. Применение термита и люнкерита с целью уменьшения усадочной раковины и осевой рыхлости в стальных слитках и валках // Труды Московского института стали. М.-Л.: ОНТИ, 1938. С. 204-256.

88. Дементьев В,А., Ткаченко И.А. Уменьшение головной обрези слитков//Сталь. 1944. №5-6. С. 179-181.

89. Панин Б.И. Рациональный способ утепления зеркала металла // Сталь. 1957. № 4. С. 371-372.

90. Панин Б.И., Хмыров В.И., Ульянов Д.П. Плавающие утеплители с керамическими кольцами // Сталь. 1961. № 3. С. 225-227.

91. Монастырский В .Я., Богачев С.И., Васильев и др. Применение асбеста для утепления головной части слитков // Сталь. 1966. № 4. С. 317-318.

92. Денисов В.А., Власов H.H., Милютин Н.М. и др. Отливка крупных слябинговых слитков с теплоизоляционными вкладышами в изложницы уширенные к низу // Сталь. 1977. № 8. С. 703-706.

93. Смирнов Ю.Д., Охримович Б.П., Гриненко A.C. и др. Увеличение выхода годного из слитков высококачественной стали // Сталь. 1979. № 7. С. 593-596.

94. Смирнов Ю.Д., Охримович Б.П., Гриненко A.C. и др. Повышение выхода годного металла из слитков спокойной стали при улучшении теплоизоляции прибыли // Бюлт. Ин-та Черметинформация. 1971. № 20. С. 37-39.

95. Огурцов А.П., Небоча Б.В., Дубина Ю. Г. и др. Влияние способа утепления зеркала металла на степень развития вторичной усадочной раковины в уширенных к низу слитках // Сталь. 1979. № 2. С. 109-110.

96. Беда Н.И., Птичник В.Д., Зусман JI.M., Штефан Г.Н. Улучшение качества слитка путем совершенствования конфигурации прибыльных надставок // Сталь. 1967. № 4. С. 326-327.

97. Якушева М.Д., Спирина B.C., Кабыш Л.Д. и др. Разливка стали под теплоизолирующими смесями // Сталь. 1978. № 2. С. 124-126.

98. Мирошниченко Н.С. Утепление прибыльной части слитков // Сталь. 1947. № 10. С. 942-943.

99. Schenk Н. Archiv fur cías Eisenhint fenuen. 1960. № 1. S. 34-37.

100. Якубович Ю.В., Никитин А.Н., Недодаев Е.М. Повышение выхода годного проката, путем утепления головной части слитка // Сталь. 1977. № 11. С. 998.

101. Птичник B.JI., Воротников C.B., Поляков В.Ф. и др. Тепловая работа прибыльной части слитка утепленной с многослойной надставкой // Сталь. 1977. № 5. С. 404-406.

102. A.c. № 417227 СССР, МКИ В 22d 15/00. Изложница для разливки стали / Болотов Н.П., Жуков A.C., Игнатьев П.П.; Опубл. Б.И. 1974, № 8.

103. A.c. № 407627 СССР, МКИ В 22d 15/00. Изложница для слитков / Кривобоков В.Н., Маликов В.И.; Опубл. Б.И.: 1973, № 47.

104. A.c. № 487710 СССР, МКИ В 22d 15/00. Устройство для разливки стали / Верман A.A., Голятин В.Н., Зотов В.Ф. и др.; Опубл. Б.И. 1975, № 38.

105. Агапов В.Ф. Улучшение структуры головной части слитка спокойной стали // Сталь. 1958. № 3. С. 608.

106. A.c. № 223271 СССР, МКИ В 22d 15/00. Изложница для слитков стали / Ростовский С.Е.; Опубл. Б.И.: 1968, № 24.

107. Королев М.Н. Снижение веса прибыльной части слитка // Сталь. 1957. №2. С. 191.

108. Кирсанов В.М., Коновалов B.C., Клина В.М., Ступарь Н.И. Различные способы утепления головной части слитка и их влияние на качество спокойной стали // Изв. вузов. Черная металлургия. 1964. № 4. С. 5661.

109. Страхов В.Г., Скобло С.Я., Кирюшкин Ю И. и др. Тепловая работа прибыли листового слитка при различном ее утеплении // Металлургия стали. Вып. 7. Харьков: Металлургиздат, 1961. С. 130-144.

110. Колчанов Г.С.Дарапуров Н.П. Применение прибыльных надставок с внутренней металлической стенкой // Сталь. 1967. № 5. С. 419-420.

111. Трубин К.Г., Ойкс Г.Н. Металлургия стали. М.: Металлургия, 1964. 770 с.

112. Михайлов O.A. Производство электростали с применением кислорода. -М.: Металлургиздат, 1954. 160 с.

113. Дудко Д.А., Крутиков Р.Г., Прохоренко К.К. Комплексное улучшение качества стальных слитков. Киев: Техника, 1969. 197 с.

114. Коновалов К.Н., Корнева Н.К., Данилов П.М. и др. Газовый обогрев прибыльной части слитка. Сталь. 1958. № 4. С. 311-316.

115. Prceedings of Electric Furnace Steel Confeces 1952. V. 10. P. 172-183.

116. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллического строения отливок. -М.: Машиностроение, 1973. 286 с.

117. Горшков A.A., Вагин B.B. Влияние встряхивания и вибрации на литейные и механические свойства сплавов // Вопросы теории и практики литейного производства. Вып. 10. -М.: Машгиз, 1960. С. 54-58.

118. Freedman A., Jballace U. Vibrationg Strength into metals. «Modern Castings». 1957. P. 31-36.

119. Романов A.A. Литье стали в вибрирующие формы. М.-Свердловск: Машгиз, 1959. 61 с.

120. Дудко Д.А., Максимович Б.П., Гончаренко В.П. и др. Электрошлаковая разливка крупных кузнечных слитков // Проблемы стального слитка: Труды 6 конференции по слитку. М.: Металлургия, 1969. С. 383-386.

121. Хасин Г.А. Кристаллизация и дефекты слитков при электрошлаковых и вакуумно-дуговых переплавах // Проблемы стального слитка: Труды 3 конференции по слитку. -М.: Металлургия, 1969. С. 157-163.

122. Филатов С.К., Хасин Г.А., Черемиых Б.А. и др. Электрошлаковая подпитка слитков электростали // Проблемы стального слитка: Труды 6 конференции по слитку. М.: Металлургия, 1969. С. 418-422.

123. Медовар Б.И., Емельяненко Ю.Г., Тихонов В.А. Исследование процессов рафинирования металла при ЭШП электродов большого сечения // Проблемы специальной электрометаллургии, 1975. Вып. 2. С. 35.^ у )

124. Трииеев Г.А., Саеико В.Я., Бойко Г.А. и др. Некоторые вопросы упрочнения электрошлаковой стали // Проблемы специальной электрометаллургии, 1975. Вып. 1. С. 28-33.

125. Цвященко H.A., Емельяненко Ю.Г.,Молодая Г.А. Исследование за-вариваемости внутренних дефектов в композитных слитках ЭШП при пластической деформации // Проблемы специальной электрометаллургии, 1975. Вып. 3. С. 45-50.

126. Медовар Б.И., Емельяненко Ю.Г., Козлитин Д.А. и др. Некоторые особенности ЭШП металла в расходуемых кристаллизаторах // Рафинирующие переплавки. Киев: Наукова Думка, 1974. С. 96-100.

127. Латаш Ю.В., Воронин А.Е., Николаев В.А. и др. Новый способ производства крупных кузнечных слитков высокого качества // Проблемы специальной электрометаллургии. Киев: Наукова Думка, 1975. Вып. 2. С. 31-42.

128. Латаш Ю.В., Воронин А.Е., Демченко В.Ф. и др. Тепловые условия формирования слитков при периодической заливке жидкого металла // Проблемы стального слитка: Труды 7 конференции по слитку. М.: Металлургия, 1976. С. 86-90.

129. Колосов М.И., Кульбицкий А.П. Разливка стали. М.: Металлургиз-дат, 1957.212 с.

130. Анисович Г.А., Потанин Ю.С., Манакин A.M. Управление процессом затвердевания слитков в тонкостенных изложницах при помощи экранов // Охлаждение отливки / Под ред. А.И. Вейника. Минск: Наука и техника, 1969. 300 с.

131. Вейник А.И. Кокиль. Минск: Наука и техника, 1972. 352 с.

132. Хольцгрубер В. Обзор новейших специальных методов плавки стали // Электрошлаковый переплав. Киев: Наукова Думка, 1983. Вып. 6. С. 25-41.

133. Мей М.Д., Хойль Д. Какой из видов плавки заслуживает предпочтения? // Электрошлаковый переплав. Киев: Наукова Думка, 1983. Вып. 6. С. 42-59.

134. Зигало И.Н., Просвирин К.С., Дубина Ю.Г., Левошин Н.В. Физико-химическое исследование процесса затвердевания стальных слитков // Сталь. 1979. № 2. С. 105-109.

135. Кюнкель Г., Махнер П. Производство тяжелых кузнечных слитков способами спецэлектрометаллургии // Черные металлы, 1981. № 21. С. 11-16.

136. Патент № 3786853 Производство крупных стальных слитков с подпиткой головной части СЭМ № 36 стр. 65 кл. 164/52/B22d 27/02 Приоритет от 07.06.1972 (США).

137. Фуслегеншрифт № 1145311 СЭМ № 36 стр. 70 кл. 3 lcl4(B22d) приоритет от 20.07.1956 (Германия).

138. Заявка № 2373342 Способ получения слитков и устройство для его осуществления МКИ B22d 27/06 с210;7/00 опубликовано №31 07.08.1978 (Франция)

139. Оффенлегунгстрифт № 1812102 Способ производства слитков СЭМ № 36 стр. 75 Ф92 кл. 31D27/00 (B22d) приоритет от 02.12.1967 (Австрия).

140. Чернега Д.Ф., Дубко Д.А., Тягун-Белоус Г.С. Электрошлаковый обогрев и электрошлаковая подпитка слитков // Металлургия стали: Сб. трудов ЖМИ. М.: Металлургиздат, 1961. Вып. III. С. 266-275.

141. Явойский В.И., Бектурсунов Ш.Ш., Чернега Д.Ф. и др. Электрошлаковый обогрев и подпитка крупных листовых слитков стали 10Г2СД//Сталь. 1962. №7. С. 611-615.

142. Aldo R., Eugnio R., Sandro В., Moriano S., Liciano T. Electroslag remelting ind refractorylined Rot tor for the production of highgality forging ingots. Proc. 3 rd. Jnt. Jron and Steel Congr. Chicago, I, II, 1978, Metals Park, Ohio, 1979. S. 706-717.

143. Безеви С., Скепи M., Репетто Е. Способ ТРЕСТ для производства валов роторов высокого давления из хромомолибденовой стали // Электрошлаковый переплав. Киев: Наукова Думка, 1983. Вып. 6. С. 317322.

144. Махнер П., Кюнельт Т., Егер Г., Плекингер Е. Поковки повышенного качества, изготовленные методами ЭШП и БЭСТ // Электрошлаковый переплав. Киев, Наукова Думка, 1979. Вып. 5. С. 259-266.

145. Плекингер Е., Штраубс Г., Махнер П., Вайс Ф. Использование БЭСТ-процесса для производства листовых слитков // Электрошлаковый переплав. Киев, Наукова Думка, 1979. Вып. 5. С. 267-269.

146. Кюнель Г., Махнер П., Плессинг Р. и др. Экономика процессов ЭШП и БЭСТ по сравнению с обычной технологией производства крупных слитков // Электрошлаковый переплав. Киев, Наукова Думка, 1979. Вып. 5. С. 311-319.

147. Kuhnelt G. Erfarunger bei der Herstellung schwerer Schmidenbloke nach dem B.E.S.T.- Verfahren Freiberg Forschungs. 1979. 13. № 212. S. 105124.

148. Махнер П. Опыт производства крупных кузнечных слитков с помощью БЭСТ просесса и состояние технологии электрошлаковой подпитки // Электрошлаковый переплав. - Киев, Наукова Думка, 1983. Вып. 6. С. 306-316.

149. Заявка № 2373342 Способ получения слитков и устройство для его осуществления МКИ№32 B22D 7/10 опубл. 11.08.1978 (Франция ).

150. Патент № 4167963 Способ и устройство для питания слитка в процессе его кристаллизации в изложнице МКИ т. 986 №3 B22D 27/02 опубл. 18.09.1979 (США).

151. Морннака К. Изготовление слитка для ротора турбины с помощью электрошлаковой подпитки // Тэцу то хаганэ. 1980. 66. № U.C. 842.

152. Морннака К. Изготовление слитка для ротора турбины с помощью электрошлаковой подпитки // Тэцу то хаганэ. 1980. 66. № 11. С. 84.

153. Комаи Т. Электрошлаковая подпитка при производстве крупных плоских слитков // Тэцу то хагангэ. 1980. 66. № U.C. 840.

154. Онодэра Синсаку, Хираока Нобору. Влияние электрообогрева прибыльных надставок крупных слитков на их структуру // Тэцу то хаганэ. 1962. 49. №3. С. 447-448.

155. Латаш Ю.В., Воронин А.Е., Николаев В.А. Производство высококачественных крупных кузнечных слитков способом порционной электрошлаковой отливки // Сталь. 1975. № 11. С. 999-1002.

156. Бастриков М.Ф., Тулин H.A., Немченко В.П. и др. Электрошлаковая разливка. М.: Металлургия, 1978. 56 с.

157. Латаш Ю.В., Воронин А.Е., Николаев В.А., Крутиков Р.Г. Новое направление в производстве крупных кузнечных слитков высокого качества // Проблемы стального слитка. М.: Металлургия, 1978. С. 8792.

158. Forgings from gigantic ingot with 3550 mm. (140 inch) diameter and 400 metric ton (881000 lbs) wieght / S. Rewaguchi, R. Tukaha shi, T. Jin Sixtk in forgmasterc conference Cherry Hill. October. 1972.

159. Купер Л., Могендарф В., Хейман X. Заплавление центральной зоны слитков с использованием электрошлакового переплава // Электрошлаковый переплав. Киев, Наукова Думка, 1977. С. 139-159.

160. Гущин В.Н., Сивков В.Л. Аналитическое исследование затвердевания слитка // Повышение качества отливок и слитков: Межвуз. сб. / ГПИ. Горький, 1979. С. 38-41.

161. Скворцов A.A., Китаев Е.М., Гущин В.Н. Теплоотдача в системе слиток изложница - окружающая среда.//Изв. вузов. Черная металлургия. 1981. №1. С. 118-121.

162. Вейник А.И. Теплообмен между слитком и изложницей. М.: Метал-лургиздат, 1959. 358 с.

163. Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1975. Т. 2. 631 с.

164. Китаев Е.М., Скворцов A.A. Закономерности возникновения физической неоднородности стальных слитков // Повышение качества отливок и слитков: Межвуз. сб. / ГПИ. Горький, 1979. Вып. 1. С. 10-17.

165. Скворцов A.A., Китаев Е.М., Сивков В. Л. Вертикальное затвердевание пятидесяти тонного, стального слитка // Повышение качества отливок и слитков: Межвуз. сб. / ГПИ. Горький, 1978. Вып. 2. С. 52-54.

166. Акименко А.Д., Скворцов A.A., Сидоров С.П. Методика физического моделирования тепловых процессов при затвердевании стальных слитков // Прогрессивная технология литейного производства. Горький, 1969. С. 110-115.

167. Акименко А.Д., Скворцов А,А., Сидоров С. П. Применение физического моделирования для исследования свободной конвекции при затвердевании стальных слитков // Труды ГПИ им. A.A. Жданова. Горький, 1970. Т. 26. Вып. 12. С. 5-13.

168. Скворцов A.A., Чернышев E.H. Белякова Л.И., Сачко В.В. Исследование формирования горизонтального непрерывного стального слитка // Труды ГПИ им. A.A. Жданова. Горький. Т. 29. Вып. 23. С. 512.

169. Акименко А.Д., Скворцов A.A., Сидоров С.П. Исследование затвердевания стальных слитков на физических моделях // Непрерывное литье стали. М. Металлургия, 1975. С. 30-35.

170. A.c. № 1639881 СССР, МКИ В 22d 15/00. Устройство для моделирования непрерывной разливки круглых заготовок / Сивков В.Л.; Опубл. Б.И. 1991, № 13.

171. Иодко Э.А., Ильяшенко Б.Ф. Моделирование процесса затвердевания и усадки слитков спокойной стали // Известия вузов. Черная металлургия. 1965. № 2. С. 53-57.

172. Мадянов A.M. Определение размеров зон кристаллизации в стальных слитках // Труды ГНИ им. A.A. Жданова, Горький, 1959. Т. 15. Вып. 6. С. 94-97.

173. Иодко Э.А., Моргунов A.B. Исследование поведения неметаллических включений при затвердевании слитка спокойной стали. Проблемы стального слитка // Труды 4 конференции по слитку. М.: Металлургия, 1969. С. 237-241.

174. Иодко Э. А., Шкляр B.C. Моделирование тепловых процессов в металлургии. М.: Металлургия, 1967. 167 с.

175. Скворцов A.A., Китаев Е.М., Ульянов В.А., Сивков B.JI. и др. Исследование влияния перегрева на процесс затвердевания непрерывных заготовок // Металлургия и коксохимия. Киев: Техника, 1978. Вып. 58. С. 62-65.

176. Сивков B.JL, Бычкова Е.А. Физическое моделирование процесса затвердевания 50-тонного стального слитка с различной интенсивностью обогрева прибыли // Материаловедение и металлургия: Труды НГТУ / Нижний Новгород, 2003. Т. 38. С. 82-93.

177. Сивков B.JI. Волновой процесс затвердевания отливок и слитков // Материаловедение и высокотемпературные технологии: Сб. тр. / Нижний Новгород, 2000. С. 49-50.

178. Сивков B.JI., Бычкова Е.А. Термодинамика процессов формирования слитков и отливок и основы ее практического применения // Современные проблемы машиностроения: Труды НГТУ / Нижний Новгород, 2003. Т. 40. С. 185-187.

179. Сивков B.JI., Бычкова Е.А. Физическое моделирование процесса затвердевания 50-тонного стального слитка с различной конусностью // Материаловедение и металлургия: Труды НГТУ / Нижний Новгород, 2003. Т. 38. С. 75-81.

180. Сивков B.JI. Процессы производства отливок и слитков. Нижний Новгород: НГТУ, 2003. 110 с.

181. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергия, 1969. 486 с.

182. А. с. №831290 СССР, МКИ В 22d 15/00. Изложница для разливки металла / Скворцов A.A., Китаев Е.М., Сивков B.JL, Гущин В.Н.; Опубл. Б.И. 1981, № 19.

183. A.c. № 914171 СССР, МКИ В 22d 15/00. Устройство для разливки металла / Скворцов A.A., Сивков В.Л., Китаев Е.М., Хабаров В.П.; Опубл. Б.И. 1982, № 11.

184. A.c. №1061915 СССР, МКИ В 22d 15/00. Изложница для разливки металлов / Хабаров В.П., Сивков В.Л., Скворцов A.A. и др.; Опубл. Б.И. 1983, №47.

185. A.c. № 910323 СССР, МКИ В 22d 15/00. Изложница для разливки металла / Сивков В.Л., Хабаров В.П., Скворцов A.A., Китаев Е.М.; Опубл. Б.И. 1982, № 9.

186. Китаев Е.М., Скворцов A.A., Сивков B.JL, Северюхин Н.В. Затвердевание стального слитка с утеплением его головной части экранами // Изв. вузов. Черная металлургия. 1983. № 7. С. 122-126.

187. Тадеев В.М., Гуляев Б.Б. Затвердевание стального слитка // Металлург. 1939. № 8. С. 23-38.

188. Сивков B.JI., Пиунов А.Г., Сборщикова О.И. Эффективность экрана-отражателя при затвердевании 8-тонного кузнечного стального слитка // Управление строением отливок и слитков: Межвуз. сб. / ГПИ. Горький, 1984. С. 112-115.

189. Сивков B.JI. Уменьшение осевой рыхлости в кузнечных слитках путем создания условий направленного затвердевания // Актуальные вопросы научно-технического прогресса и внедрение в практику. Горький, 1984. С. 190.

190. Казачков Е.А., Кирюшкин Ю.И., Скобло С.Я. и др. Условия кристаллизации и неоднородность металла крупного рельсового слитка, отлитого в равностенную изложницу // Металлургия стали: Сб. научных трудов. Вып. 9. Харьков: Металлургиздат, 1967. С. 43-67.

191. Китаев Е.М., Скворцов A.A., Сивков B.JI., Северюхин Н.В. Создание направленности затвердевания экранированием головной части слитка // Сталь. 1986. № 8. С. 31-32.

192. Сивков B.JI., Казанский Л.П. Повышение качества отливок комплексным раскислением и модифицированием низколегированных сталей // Литейное производство. 2003. № 11. С. 3.

193. Патент РФ № 33050. Прибыльная надставка для изложницы / Сивков В.Л., Пряничников В.А., Журавлев П.Я., Писеев А.Н.; Опубл. бюл. изобр. и полез, модели. 2003. № 28 от 10.10.03.

194. Китаев Е.М., Сивков B.JI., Гущин В.Н. Исследование качества литого металла при уменьшении теплоотдачи от прибыли // Прогрессивные методы получения отливок. Горький, 1983. С. 15-17.

195. Скворцов A.A., Сивков B.JI. Уменьшения осевой рыхлости в кузнечных слитках путем экранирования верхней части изложницы // Влияние внешних воздействий на жидкий и кристаллизующейся металл. -Киев, 1983. С. 54-55.

196. Китаев Е.М., Сивков В.Л., Гущин В.Н. Улучшение качества стальных слитков путем экранирования головной части // IV Всесоюзная конференция по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах. Горький, 1983. С. 6-7.

197. Kitaev E.V., Skvortcov A.A., Sivkov V.L., Severyhin N.V. Setting of the steel ingot with the warm his head part by screens // Metals in USSR. London, 1987, v.2, p.48-50.

198. Сивков B.JI., Пряничников B.A. Управление процессами затвердевания отливок и слитков. Нижний Новгород: НГТУ, 2003. 123 с.

199. Сивков В.Л., Сенопальников В.М. Производство стальных лопастей судовых винтов в песчаных формах электрошлаковой подпиткой // Литейное производство. 2003. № 11. С. 13-14.

200. Спасская М.М., Швецов В.Д., Сивков В.Л., Орлова Л.А. Повышение точности отливок // Управление строением отливок и слитков: Сб. тр. / НГТУ. Нижний Новгород, 1998. С. 65-67.

201. Швецов В.Д., Спасская М.М., Яровая Е.И., Сивков В.Л. Устройство для получения отливок с внутренней резьбой. Патент РФ № 10128 // Бюл. № 6. 1999.

202. Швецов В.Д., Спасская М.М., Сивков В.Л., Яровая Е.И. Формирование литых резьбовых поверхностей // Управление строением отливок и слитков: Сб. тр. / НГТУ. Нижний Новгород, 1998. С. 62-64.

203. Швецов В.Д., Спасская М.М., Сивков В.Л., Яровая Е.И. Саморегулирующиеся литниковые системы // Материаловедение и высокотемпературные технологии. Нижний Новгород, 1999. С. 22-24.

204. Сивков В.Л. Казанский Л.П. Исследование механических свойств металла, отлитого в экранируемую изложницу // Надежность и работоспособность материалов для судовых машин и механизмов: Сб. тр. / ГИИВТ. Горький, 1990. Вып. 248. С. 47-50.-С