Stanovení intenzity chlazení během semikontinuálního odlévání hliníkových slitin

Determination of Cooling Intensity During the Semi-continuous Casting Process of Aluminum Alloys

journal article - other

Czech

Při odlévání ingotů z hliníkových slitin je velký důraz kladen na dosažení výrobků bez vad. Hlavní vliv na tvorbu defektů má množství tepla, které je odebíráno z odlévaného kovu pomocí vodního proudu stékajícího z krystalizátoru po povrchu ingotu. Licí proces má dvě hlavní části. Počáteční fázi, kdy je tekutý kov nalitý do prostoru mezi krystalizátory, a ustálenou fázi, kdy je již vytvořena počáteční část ingotu a parametry lití jsou již neměnné (licí rychlost, průtok chladicí vody krystalizátorem, počáteční teplota atd.). Na tvorbu trhlin má zásadní vliv počáteční fáze, kde jsou podmínky lití velice proměnné, a proto zde dochází k velkému vnitřnímu pnutí v materiálu. Řešením je využít pulzní chlazení, které umožňuje vhodným nastavením délky pulzů snížit intenzitu chlazení. Zároveň umožňuje udržení průtoku krystalizátorem nad minimální doporučenou hodnotou, čímž nedojde k nehomogennímu chlazení po obvodu ingotu. Tento článek porovnává vliv dvou různých typů chlazení (pulzního a kontinuálního) na výslednou intenzitu chlazení, kterou reprezentuje součinitel přestupu tepla α v závislosti na povrchové teplotě ingotu. Pro účely těchto měření bylo zkonstruováno speciální měřicí zařízení, které bylo vybaveno vzorkem se zabudovanými termočlánky. Záznam teplot z experimentu byl za pomoci vyvinutého softwaru pracujícího na principu inverzního výpočtu přepočítán na povrchové teploty a odpovídající součinitel přestupu tepla α, které se dají použít jako okrajové podmínky do numerických simulací. Tím se dají přesně modelovat reálné procesy chlazení.

One of the most important considerations during the aluminum casting process is the capability of attaining defect-free ingots. A superheat extraction from the incoming liquid metal by the secondary water-cooling system has the major influence on defect generation due to direct water impingement on the ingot surface. The casting process has two distinct stages – start-up, when the liquid metal is filled between the molds, and steady state, when casting parameters do not change. Considerable attention should be paid to the initial start-up stage, where defects are most likely to be initiated. A solution is to use a pulse cooling, which reduces the cooling intensity, but keeps water flow rate above the minimum value. No available function exists, which accurately describes the cooling intensity using all of the aforementioned parameters, and so real measurement is the only way to determinate the cooling intensity. This paper deals with experimental investigation of the cooling intensity, which is described by a heat transfer coefficient dependence on the surface temperature during the casting process of ingots and which compares different cooling modes - continuous and pulse one. For measurement a special experimental device was designed and a sample with built-in thermocouples. Temperature history from the experiment is used as an input for mathematical software, which is based on inverse computation. Results of this program are surface temperature and heat transfer coefficient, which can be used as boundary conditions for a numerical model, which can simulate temperature distribution inside the ingot during the cooling process. Computed results showed that reduction of the water flow rate during continuous cooling by 62% brought approx. 45 % reduction of average heat transfer coefficient. If this is not enough, the pulse cooling is approx. 50 % less intensive than continuous cooling for the same water flow rate.

odlévání hliníkových slitin; součinitel přestupu tepla; experiment; inverzní výpočty

casting process of aluminium alloys; heat transfer coefficient; experiment; inverse task

GUZEJ, M.; HORSKÝ, J.

2015

2. 9. 2015

Ocelot s.r.o

Ostrava - Vítkovice

0018-8069

Hutnické listy

LXVIII

4

Czech Republic

20

25

6