Очистка металлических расплавов фильтрованием в литейной форме Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Традиционно рассматриваются тепловые аккумуляторы с неподвижной или подвижной матрицами. Использование неподвижной матрицы обеспечивает максимальную простоту конструкции, но требует больших масс ТАМ. Кроме этого, температура теплоносителя на выходе из аккумулятора изменяется в течение времени, что требует дополнительной системы поддержания постоянных параметров путем перепуска.

Канальные тепловые аккумуляторы широко применяются в системах электро- и теплоснабжения, использующих вне пиковую энергию. Теплоаккумули-рующий материал (шамот, огнеупорный кирпич и т. п.) нагревается в периоды минимального потребления электроэнергии, что позволяет выравнивать графики загрузки электростанций. Пропуская холодный воздух через матрицу можно производить обогрев помещений.

Таким образом, применение аккумуляторов теплоты в системах теплоснабжения позволит повысить эффективность использования топлива, шире применять вторичные энергоресурсы, нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.

Библиографические ссылки

1. Левенберг В. Д., Ткач М. Р., Гольстрем В. А. Аккумулирование тепла. Киев : Техника, 1991. С. 49-74.

2. Мозговой А. Г., Шпильрайн Э. Э., Дибиров М. А. и др. Теплофизические свойства теплоаккумулирую-щих материалов. Кристаллогидраты. М. : ИВТАНАН СССР, 1990. № 2 (82).

3. Сотникова О. А., Турбин В. С., Григорьев В. А. Аккумуляторы теплоты теплогенерирующих установок систем теплоснабжения. Энергоэффективность: опыт, проблемы, решения. Вып. 1-2. 2004. С. 82-86.

© Шелепов В. А., Мелкозёров М. Г., 2011

УДК 669.054.2:66.067.1

И. Н. Щукина1, М. А. Воеводина1 Научный руководитель - Г. Г. Крушенко2 1Хакасский технический институт, Абакан 2Институт вычислительного моделирования СО РАН, Красноярск

ОЧИСТКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ ФИЛЬТРОВАНИЕМ В ЛИТЕИНОИ ФОРМЕ

Разработана модель фильтрационного рафинирования металлических расплавов. Непрерывный процесс течения расплава по каналам фильтра представлен как прерывный пошаговый. Для оценки эффективности фильтрования введен параметр - коэффициент эффективного использования поверхности фильтра

Фильтрование металлических расплавов, как цветных, так и черных сплавов находит все более широкое распространение. Например, в результате фильтрования алюминиево-кремниевого сплава АК7 через фильтр, представляющий собой засыпанные в литниковую чашу кусочки дробленого переплава фторидов (50 % М^2 + 50 % СаР2) механические свойства отливок и плотность отливок оказались более высокими, чем при заливке без фильтрования. [1]. Это связано с адсорбцией неметаллических примесей при протекании множества струек по поверхности фильтрующего материала [2].

Результаты экспериментальных и промышленных исследований свидетельствуют о высокой эффективности процесса очистки от вредных примесей и расплава чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ) фильтрованием с помощью тканых, пенокерамических и ячеистых фильтров [3; 4].

Осаждение неметаллических частиц на фильтре происходит путем доставки их к поверхности адсорбента (фильтра), перехода ими границы раздела расплав - фильтр и агрегации частиц на поверхности фильтра [5]. Следовательно, одним из обязательных условий фильтрационного рафинирования металлических расплавов от взвешенных в них неметаллических частиц является обеспечение прямого контакта их с материалом фильтра.

При прохождении струйкой расплава пути Ш в канале фильтра концентрация НВ уменьшается на

Общее изменение количества НВ для элементарного промежутка времени составит

dq' = - Уф-Бк^с. (1)

С другой стороны неметаллические частицы со скоростью и доставляются к поверхности фильтра. На элементарном участке dl площадь поверхности фильтра равна П-Ш.

Поэтому общее количество доставляемых частиц равно

dq' = П-Ш-и-с. (2)

Приравнивая правые части уравнений (1) и (2) получили

уф-Бк^с = П-Ш-и-с. (3)

^с _ П • и • d1

с Vф • 8к '

(4)

Интегрируя правую и левую часть равенства в пределах изменения концентрации включений от с0 до ск и длины канала фильтра от 0 до Ь получаем

1пс!к _-

П • и

(5)

Эффективность рафинирования описывается урав-

нением

^ _ е уф ^к

П • и • Ь

с

0

Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»

Если в процессе рафинирования участвует не вся поверхность фильтра, а только 6-ая часть, то вместо (2) имеем

= п-ш-и-с 6. (6)

Тогда

dc _ П • 8 • u • dl

c Уф • Sk

(7)

При обеспечении прямого контакта с расплавом фильтра в течение всего времени фильтрования эффективность рафинирования расплава описывается

уравнением

П _ 1 - K _ 1 - exp

( т гт^

u • L • П

(8)

С учетом параметра 6 фактическая поверхность осаждения неметаллических включений в каналах фильтра составит П ■ Ь ■ 6. Следовательно, эффективность рафинирования расплава в этом случае равна:

(

П1 _ 1 - K1 _ 1 - exp

u • L • П • 8

Л

(9)

где п и К - коэффициенты осаждения и проскока соответственно,

п =(Сос-Сь), К =

С0 Со

с0 и сЬ - содержания неметаллических включений в нефильтрованном и фильтрованном расплавах соответственно, %; Уф и и - соответственно скорость продольного течения расплава в каналах фильтра и скорость миграции неметаллических частиц в направлении стенок фильтра, м/с; Ь и П - протяженность (длина) и периметр канала фильтра соответственно, м; 8к - площадь поперечного сечения канала фильтра, м2.

На начальном этапе фильтрации на поверхности фильтра может образоваться затвердевшая корка сплава. В течение всего времени существования твердой корки прямой контакт неметаллических включений с поверхностью фильтра невозможен.

Для количественной оценки влияния этого фактора на эффективность фильтрационного рафинирования расплава ввели параметр - коэффициент эффективного использования поверхности фильтра 6.

Таким образом, разработана модель пошагового прохождения струйки расплава по каналам фильтра. На основе этой модели получены математическая и численная модели расчета критерия активной работы фильтра. Коэффициент активной работы фильтра 6 позволяет оценить степень участия поверхности фильтра в процессе рафинирования.

Библиографические ссылки

1. Крушенко Г. Г., Торшилова С. И. Совмещение модифицирования доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов с фильтрованием // Технология металлов. 2009. № 3. С. 30-31.

2. Флюсовая обработка и фильтрование алюминиевых расплавов / А. В. Курдюмов, С. В. Инкин, В. С. Чулков и др. М. : Металлургия, 1980.

3. Чайкин А. А., Ткаченко В. М, Бондарев М. М. Рафинирование модифицированного в форме ЧШГ с помощью фильтрованной сетки из стекловолокна // Литейное производство. 1988. № 4. С. 4-5.

4. Hawranek R., Lelito J., Suchy J.S, Zak P. The simulation of a liquid cast iron flow through the gating system with filter // Archives of metallurgy and materials. 2009. V. 54. Issue 2. P. 351-358.

5. Тен Э. Б. Механизм фильтрационного рафинирования металлических расплавов // Литейное производство. 1990. № 9. С. 5-6.

© Щукина И. Н., Воеводина М. А., Крушенко Г. Г., 2011