Оценка эффективности фильтрационного рафинирования металлических расплавов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Коэффициент твердости почвы на залежи после поворота серийного трактора по внутреннему радиусу поворота составил 1,06, по наружному радиусу поворота - 1,037, а экспериментального на полугусеничном ходу по внутреннему радиусу поворота - 1,04, по наружному радиусу поворота - 1,007.

Таким образом, во всех случаях поворота трактор класса 1,4 на полугусеничном ходу имеет меньший коэффициент твердости.

Повышение коэффициента твердости и увеличение плотности почвы в конечном итоге приводит к уменьшению ее пористости, вследствие чего затрудняется доступ влаги, воздуха и питательных веществ к корням растений, уничтожаются гумусообразующие и рыхлящие почву живые организмы, обитающие в верхних ее слоях.

С учетом проведенных экспериментальных исследований можно сделать вывод, что после поворота трактора на колесном ходу плодородие почвы ухудшается гораздо больше, чем после поворота трактора на полугусеничном ходу.

Таким образом, постановка вместо колес треугольной гусеницы позволит улучшить кинематику поворота и снизить техногенное воздействие движителя на почву.

Литература

1. Гоменюк В.И. Канделя М.В. К расчету касательной силы тяги трактора класса 1.4 на полугусеничном ходу // Механизация и электрификация технологических процессов в с.-х. производстве: сб. науч. тр. - Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2008. - Вып. 15. - С. 84-88.

2. Иофинов С.А., Лышко Г.П. Эксплуатация машинно-тракторного парка. - М.: Колос, 1984. - 351 с.

3. Основы теории автомобиля и трактора / В.И. Иванов [и др.]. - М.: Высш. шк., 1970. - 224 с.

4. Емельянов А.М. Особенности воздействия гусеничного движителя уборочных машин с переувлажненными почвами Дальнего Востока. - Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2000. - 215 с.

5. Иофинов С.А. Технология производства тракторных работ. - М.: Сельхозгиз,1959. - 231 с.

УДК 669.054.2:66.067.1 М.А. Воеводина

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЛЬТРАЦИОННОГО РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ

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.

Ключевые слова: расплав металлический, модель, фильтр, коэффициент использования поверхности.

M.A. Voevodina EFFICIENCY ESTIMATION OF THE METAL LIQUID FILTRATIONAL FINISHING

The model for metal liquid filtrational finishing is developed. Continuous process of liquid flow through the filter channels is given as discontinuous stepwise. The parameter - ratio of the filter surface effective use is introduced in order to estimate filtration efficiency.

Key words: metal liquid, model, filter, surface operating ratio.

Особенностью технологии получения чугуна с шаровидным графитом является необходимость обработки расплава сфероидизирующими модификаторами. Элементы-сфероидизаторы (Мg, РЗМ) являются сильными раскислителями и десульфураторами. Их сфероидизирующие воздействие проявляется после раскисления и десульфурации чугуна. Поэтому при модифицировании расплав неизбежно загрязняется ок-

сидными и сульфидными включениями. При высоком содержании серы в модифицируемом расплаве включения в отливке выделяются в виде скоплений, которые в изломах выявляются в виде пятнистых дефектов, получивших название «черных пятен» [1, 2].

При относительно невысоких исходных содержаниях серы задачу предупреждения образования «черных пятен» решают путем обработки расплава криолитом в процессе сфероидизирущего модифицирования, однако возможности этого приема также ограничены. Вместе с тем возрастающие требования к качеству отливок из ЧШГ (чугун с шаровидным графитом), часто используемых вместо стальных, поиск методов обеспечения гарантированного стабильного их уровня. Для этой цели в промышленно развитых странах применяют способ внепечной обработки - фильтрационное рафинирование в литейной форме.

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 [3]. Следовательно, одним из обязательных условий фильтрационного рафинирования металлических расплавов от взвешенных в них неметаллических частиц является обеспечение прямого контакта их с материалом фильтра.

Целью данной работы явилась разработка модели фильтрационного рафинирования металлических расплавов. Задачи исследования были выявление факторов, влияющих на эффективность рафинирования, изучение зависимости коэффициента эффективного использования поверхности фильтра от параметров технологического процесса получения качественных отливок.

При прохождении струйкой расплава пути dl в канале фильтра концентрация НВ уменьшается на dс. Общее изменение количества НВ для элементарного промежутка времени составит

Ф' -ёс

(1)

Неметаллические частицы со скоростью и доставляются к поверхности фильтра. На элементарном участке с// площадь поверхности фильтра равна 77 • <7/. Поэтому общее количество доставляемых частиц

равно

с14 =П-с11-и-с. (2)

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

- уф ■ • ёс - 77 • <И ■ и • с, (3)

ёс П-и-<И

(4)

Интегрируя правую и левую часть равенства в пределах изменения концентрации включений от с0 до ^ и длины канала фильтра от 0 до I., получаем

. | ск П ■ и ,|ь

И (5)

Уф Ьк

Эффективность рафинирования описывается уравнением

П-и-Ь Ск _ ^ УФ

С0

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

<7д = 77 -в- <11-и- с. (6)

Тогда

сіс П -в -и-сії

с

(7)

П-в-и-Ь £к_ _ £ УФ ’5і

(8)

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

г/ = 1- К = 1- ехр

С \

и-Ь П

УФ Я*;

(9)

где г] и К - коэффициенты осаждения и проскока соответственно,

■ст

С

К =

Сп

"0 '■'0

С и ^ - содержание неметаллических включений в нефильтрованном и фильтрованном расплаве соответственно, %;

и и - соответственно скорость продольного течения расплава в каналах фильтра и скорость ми-

грации неметаллических частиц в направлении стенок фильтра,

м/

Ь и П - протяженность (длина) и периметр канала фильтра соответственно, м;

^ - 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 в.

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

ґ \ и-Ь П-в

Я

(10)

Для определения в непрерывный процесс течения расплава по каналам фильтра и теплового из взаимодействия рассматривали как квазипрерывный, пошаговый. Длительность шага равна А/. За это время расплав проходит по каналу фильтра расстояние А/ = уф ■ Аґ, где уф - скорость фильтрации, -^/.

Образующийся элементарный объем расплава А¥ контактирует с фильтром через боковую поверхность площадью ЛР-П-А1, где П - периметр канала фильтра, м. Число элементарных слоев фильтра

N = —, где Ь - общая протяженность каналов фильтра, м.

А/

На рисунке показана кинетика образования и оплавления твердой корки на поверхности фильтра. Как видно, в начальный момент времени расплав течет по каналам фильтра без образования твердой корки. Длительность этого этапа непродолжительна менее 1 с. В следующий момент времени толщина твердой корки начинает увеличиваться. Максимального значения она достигает в течение первой - второй секунды фильтрования. После быстрого увеличения толщины намороженного слоя наступает более длительный пе-

С

о

о

V

ф

риод ее медленного оплавления. Продолжительность этого периода составляет 7-8 с. Затем наступает период быстрого оплавления поверхностной корки в течение 1-2 с.

Исходные данные:

ТИшфш = 200°С; Ь = 0,015м, ёэ = 0,006м, уф = ОДм/с \

------ Тш = 1350°С;

- - Тш_ = 1250°С.

Рис. 1. Кинетика образования и оплавления твердой корки чугуна на поверхности фильтра: цифры на кривых соответствуют номерам слоев фильтра по высоте

Таким образом, разработана физическая модель пошагового прохождения струйки расплава по каналам фильтра.

Выводы

На основе физической модели фильтрационного рафинирования получены математическая и численная модели расчета критерия активной работы фильтра. Коэффициент активной работы фильтра в позволяет оценить степень участия поверхности фильтра в процессе рафинирования. Численно он равен отношению общего фактического времени контакта элементарных участков фильтра к теоретически возможному. Выявлена экспоненциальная зависимость коэффициента осаждения неметаллических частиц на фильтре от указанного коэффициента. Получена зависимость толщины твердой корки сплава в зависимости от времени фильтрации, которая позволяет оценить рафинирующую способность фильтра. Использование данной модели позволит оптимизировать параметры технологического процесса и, следовательно, повысит экономическую эффективность получения качественных отливок.

Литература

1. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом / под ред. Б.С. Мильмана. - М.: Машгиз, 1955. - 83 с.

2. Мильман Б.С., Ильичева Л.В., Лисицин В.Т. Неметаллические включения в чугуне с шаровидным графитом. - М.: Металургия, 1968. - 268 с.

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