УДК 539.19+541.6

Об одном методе расчета скорости течения расплава

Арынгазин К.М., Шалтаков С.Н., Кабиева Г.К.

Как известно, на расплав, покоящийся в желобе, действует сила тяжести, которая является источником потенциальной энергии частиц расплава. Объемная сила , действующая на расплав меди, приводит к преимущественной направленности скачков частиц расплава с преодолением потенциального барьера вдоль направления действия силы. Атомы расплава меди в момент соударений максимально сближаются и находятся под действием электрических сил. При течении расплава в желобе не происходит перемешивание различных слоев расплава, таким образом, поток расплава меди можно представить в виде отдельных слоев, которые перемещаются с различными скоростями, увеличивающимися к поверхности расплава.

С учетом сдвиговой и объемной вязкостей расплава меди распределение скоростей течения в нижнем желобе при температурах 1358К, 1398К, 1438К, 1478К, 1518К, 1558К, 1598К, 1638К в проекциях на плоскость XOY представлены в соответствии с рисунком 1. Видно, что линии постоянной скорости, изотахи, меняются от до . Причем максимальная скорость течения достигается на самой поверхности, а на дне желоба она практически равна нулю. Средняя величина изолинии скорости примерно равна средней скорости течения расплава Шаг расчета для всех температур оставался постоянным. По логике построения изолиний количество их должно оставаться постоянным. Но в данном случае ситуация другая. Число изолиний при соответствующих температурах следующее:

T, К 1358 1398 1438 1478 1518 1558 1598 1638

n – число изолиний 19 21 23 24 26 28 12 12

Эти данные показывают, что число изолиний проходит через максимум при температуре 1558 К. При меньших температурах, например при 1358К, а также при больших температурах, например при 1598К, распределение скоростей не так плотно. Это, возможно, связано с тем, что расплав вблизи температуры плавления неоднороден из-за существования в нем кластеров образований. А неоднородность при температурах 1598К и выше связана с тепловым разрыхлением структуры расплавленного металла и не является технологически целесообразной, поскольку приводит к образованию механических дефектов готовой продукции.

Данный метод расчета может быть применен для расчета движения расплава меди при розливе из конвертеров, из анодных печей, а также в линии непрерывного литья и прокатки при производстве медной катанки. Примечательно, что установленная температура близка к оптимальной температуре розлива меди на СП «Казкат» в Жезказгане, то есть к температурам реального движения расплавов в промышленных условиях.

а) б)

в) г)

д) к)

л) м)

Рисунок 1 – Изолинии скорости – а), б), в), г), д), к), л), м) при температурах

1358 К, 1398, 1438К, 1478К, 1518К, 1558К, 1598К , 1638К соответственно.