Расчетное исследование влияния перегрева алюминиевого расплава на теплообмен при непрерывном совмещенном процессе литья-прессования

Приведены результаты численного исследования температурно-временных зависимостей при непрерывном совмещенном процессе литья и прессования опытного алюминиевого сплава АК12, имеющего различную температуру перегрева, в интервале времени от пуска до момента выхода установки на стационарный тепловой режим. Расчеты выполнены на основе трехмерной компьютерной модели сложного теплообмена в установке новой конструкции, оснащенной горизонтальным карусельным кристаллизатором. Проведены теоретические исследования воздействия перегрева заливаемого алюминиевого расплава на процессы нестационарного теплообмена. Определено влияние характера теплообмена в переходном тепловом режиме на температурное поле затвердевающего расплава на различном его удалении от места заливки. Показано, что по мере разогрева кристаллизатора в переходном процессе возрастает несимметричность температурного поля в контрольном сечении металла вблизи инструмента прессования со сдвигом области с максимальной температурой к контактирующей поверхности кристаллизатора. Установлено, что продолжительность переходного процесса при пуске установки из холодного состояния до достижения ею стационарного теплового режима зависит от температуры заливаемого расплава. Определен максимальный предел величины перегрева заливаемого металла, выше которого при реализации технологии непрерывного совмещенного процесса литья-прессования алюминиевый расплав не затвердевает в кристаллизаторе, и требуется организация принудительного охлаждения элементов установки. Проведена оценка влияния перегрева расплава на характер температурного поля по сечению кристаллизатора во всем периоде переходного теплового процесса. Предложены конструктивные мероприятия, обеспечивающие в ходе эксплуатации установки рациональные температурные условия работы подшипников.

1. Goodes I.M. Continuous extrusion by the Conform process. Wire Ind. 1975. Vol. 501. P. 677-678.

2. Абдулов А.А., Сергеев Н.В., Гудков И.С., Тимофеев В.Н., Горохов Ю.В., Авдулова Ю.С. Разработка технологии производства проволоки из специальных алюминиевых сплавов на основе способа литья в электромагнитный кристаллизатор и непрерывного процесса прессования способом Конформ. Журн. СФУ. Сер. Техника и технологии. 2017. Vol. 10. No. 1. С. 85-94.

3. Yun X.-B., Yao M.-L., Wu Y., Song B.-Y. Numerical simulation of continuous extrusion extending forming under the large expansion ratio for copper strip. Appl. Mech. Mater. 2011. Vol. 80-81. P. 91-95.

4. Raab G.I., Raab A.G., Shibakov V.G. Analysis of shear deformation scheme efficiency in plastic structure formation processes. Metalurgija. 2015. Vol. 54. No. 2. P. 423-425.

5. Zhou T.G., Jiang Z.Y, Wen J.L., Li H., Tieu A.K. Semisolid continuous casting-extrusion of AA6201 feed rods. Mater. Sci. Eng. 2012. Vol. 8. P. 108-114.

6. Mitka M., Gawlik M., Bigaj M., Szymanski W. Continuous rotary extrusion (CRE) of flat sections from 6063 alloy. Key Eng. Mater. 2015. Vol. 641. P. 183-189.

7. Скуратов А.П., Потапенко А.С., Горохов Ю.В. Исследование тепловой работы установки непрерывного литья и прессования алюминия в переходном режиме. Журн. СФУ. Сер. Техника и технологии. 2017. Т. 10. No. 3. С. 337-345.

8. Скуратов А.П., Потапенко А.С. Компьютерная модель теплообмена в установке непрерывного литья и прессования цветных металлов. Журн. СФУ. Сер. Техника и технологии. 2017. Т. 10. No. 8. С. 10191030.

9. Черномас В.В., Ловизин НС., Соснин А.А. Исследование теплового режима кристаллизатора установки горизонтального литья и деформации металла при изготовлении металлоизделий из алюминиевых сплавов. Кузн.-штамп. пр-во. Обработка материалов давлением. 2011. No. 10. С. 39-45.

10. Лехов О.С., Лисин И.В. Установка совмещенного процесса непрерывного литья и деформации для производства биметаллических полос. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 6. С. 30-35.

11. Фомина Е.Е, Жиганов Н.К. Моделирование и исследование процесса затвердевания заготовок при дискретно-непрерывном литье металлов. Компьютерные исследования и моделирование. 2009. Т.1. No. 1. С. 67-75.

12. Popescu I.N., Bratu V, Rosso M., Popescu C., Stoian E.V. Designing and continuous extrusion forming of Al-Mg-Si contact lines for electric railway. J. Optoelectr. Adv. Mater. 2013 Vol. 15. P. 712-717.

13. Zhao Y, Song B.-Y., Yun X.-B., Pei J.-Y., Jia C.-B., Yan Z.-Y. Effect of process parameters on sheath forming of continuous extrusion sheathing of aluminum. Trans. Nonferr. Met. Soc. China (Eng. ed.). 2012. Vol. 22 (12). P. 3073-3080.

14. Krol M., Tanski T, Snopinski P., Tomiczek B. Structure and properties of aluminium - magnesium casting alloys after heat treatment. J. Therm. Anal. Calorimetr. 2017. Vol. 127. No. 1. P. 299-308.

15. Wan Y.C., Xiao H.C., Jiang S.N., Tang B., Liu C.M., Chen Z.Y, Lu L.W. Microstructure and mechanical properties of semi - continuous cast Mg-Gd-Y-Zr alloy. Mater. Sci. Eng. 2014. Vol. 617. No. 1. P. 243-248.

16. Будилов И.Н., Лукащук Ю.В. Лукащук С.Ю. Моделирование образования алюминиевого слитка в процессе полунепрерывного литья. Вестн. УГАТУ 2011. Т. 15. No 1 (41). С. 87-94.

17. Черномас В.В., Химухин С.Н., Саликов С.Р., Коновалов А.В. Моделирование процесса деформации при получении алюминиевой полосы совмещенным методом литья и деформации металла. Технология. Обработка металлов. 2012. No. 3(56). С. 5-11.

18. Liu J., Liu C. Optimization of mold inverse oscillation control parameters in continuous casting process. Mater. Manufactur. Process. 2015. Vol. 30. No. 4. P. 563-568.

19. Космацкий Я.И., Фокин Н.В. Математическое моделирование совмещенного процесса разливки и бокового прессования. Вестн. ЮУрГУ. Сер. Металлургия. 2015. Т. 15. No. 1. С. 29-33.

20. Assungao C., Parreiras R., Oliveira G. Water distribution assessment applied to mathematical model of continuos casting of steel. Aistech-Iron and Steel Technology Conf. Proc. 2014. P. 2895-2905.

21. Kaschnitz E., Romansky M., Mergen R. Numerical simulation of temperature distribution in a continuous casting process for the production of AlSn(Cu) alloys. High Temperatures — High Pressures. 2002. Vol. 34. Р 699-704.

22. Потапенко А.С., Скуратов А.П., Горохов Ю.В. Динамика затвердевания алюминиевого сплава при нестационарном тепловом режиме установки непрерывного литья и прессования. Вестн. ИрГТУ. 2017. Т. 21. No. 7. С. 109-118.