» » Физическое взаимодействие металла с атмосферой вертикальной изложницы
04.02.2017

Как только первая струя металла попадает внутрь изложницы, смазанной жирной смазкой, последняя сразу начинает перегоняться. Продукты перегонки смазки, состоящие преимущественно из углеводородов, вытесняют воздух из изложницы, а дальше, до конца заливки металла, атмосфера изложницы сохраняется более или менее постоянной — восстановительной. Продукты перегонки смазки, выходя из изложницы, уже на воздухе загораются и дают факел пламени. Внутри изложницы смазка горит только в первый момент, измеряемый долями секунды, пока там еще есть воздух. В дальнейшем, смазка внутри изложницы не горит, а перегоняется; горение же начинается только вне изложницы. Нередко высказывали мнение, что если температура металла при литье слишком низка, то металл нужно отливать в изложницу, имеющую большее количество жирной смазки, полагая, что металл будет, если не подогреваться, то хотя бы медленнее охлаждаться за счет сгорания смазки. Такой взгляд ошибочен. Смазка в изложнице не горит, а перегоняется, поэтому металл в изложнице, не только не получает добавочного количества теплоты, но, наоборот, он затрачивает теплоту на перегонку смазки; и если смазки больше, то и теплоты от металла на свою перегонку она отнимает большее количество.
Если в состав смазки входят вещества, кипящие при разных температурах, то в первый период заливки из нижней части изложницы вверх перемещаются со значительной скоростью навстречу падающей струе металла все продукты перегонки. В верхних частях изложницы продукты перегонки встречают более холодные стенки ее, и часть их, кипящая при высоких температурах, при этом снова может сконденсироваться, почему в процессе литья в верхней части на длине, например, двух третей может оказаться смазки больше, чем ее было нанесено вначале.
На некоторой высоте изложницы (около средины) поднимающийся уровень металла будет встречать стенку, покрытую более толстым слоем смазки, чем внизу. Смазка не будет успевать перегоняться у поверхности зеркала металла и металл будет заливать ее. Перегонка смазки будет продолжаться под металлом, и продукты перегонки будут проходить с поверхности внутрь слитка. В результате появятся свищи вследствие избытка смазки.
Во время литья смазка, находящаяся на поверхности всей верхней части изложницы, нагревается от струи металла. Смазка в самых верхних частях изложницы подвергается нагреву более продолжительное время, так как туда металл доходит лишь в конце литья. Поэтому в верхней части изложницы смазка может потерять значительное количество своих летучих. Поднимающийся металл встречает смазку с малым содержанием летучих, так как большая их часть была удалена уже выше уровня металла. На границе соприкосновения зеркала металла со стенкой изложницы газообразные продукты перегонки почти не выделяются, поэтому твердые частицы кокса, остающиеся от смазки, и другие посторонние тела уже не отбрасываются к средине, а оттесняются к стенкам изложницы. Слиток в верхней части имеет твердые включения с поверхности. Перечисленные дефекты: мелкий засор в нижней части слитка, свищи в средней части и крупный засор вверху — часто получаются при большой высоте слитков и при недостаточно хорошо подобранной смазке. При меньшей высоте слитков и при более тщательно подобранной смазке могут быть получены слитки с безукоризненной поверхностью.
Качество смазки может отразиться не только на качестве поверхности слитков. Иногда и внутреннее строение и плотность слитка в значительной степени зависят от качества смазки, примененной при отливке.
Поток продуктов перегонки смазки, имеющих температуру 150—200°, движется навстречу металлу, имеющему значительно более высокую температуру, например 1100—1200° (при литье меди и медных сплавов). При этом теплота металла нагревает продукты перегонки смазки и, наоборот, металл охлаждается ими, притом тем в большей степени, чем большее количество продуктов перегонки он встречает. Таким образом, теплота расплавленного металла не только отдается изложнице, но также расходуется на перегонку смазки и на нагрев продуктов ее перегонки. Чем больше летучих содержит смазка, тем больше теплоты потеряет металл в процессе литья. В случае недостаточно высокой температуры металла при литье будет происходить образование твердых кристаллов в струе; вместе с жидким металлом они будут падать в изложницу. Вязкость металла вследствие присутствия твердых кристаллов значительно возрастает.
Если в стакан, в котором есть вода, лить волу тонкой струей из крана с некоторой высоты, то вследствие трения жидкости о воздух последний будет увлекаться внутрь воды и постепенно из нее выделяться и уходить вверх (рис. 129, а).
При этом жидкости, обладающие большим поверхностным натяжением, образуют устойчивую пену (рис. 129 б, г).
При литье металла в изложницу вследствие трения струи о газы газ будет захватываться внутрь металла. Если металл не содержит твердых включений, то вязкость его мала, и газ легко выходит наружу, если же в струе образовалось большое количество твердых кристаллов, то вследствие повышенной вязкости металла выход газа затруднен, и слитки получаются пузыристыми (рис. 130).
Физическое взаимодействие металла с атмосферой вертикальной изложницы

В тех случаях, когда изложница имеет по внутренней поверхности углубления и трещины, то при наличии в них жирной смазки перегонка ее будет отставать от поднимающегося уровня металла. Продукты перегонки будут проходить через поверхность слитка внутрь и оставлять след в виде свищей. Там, где в изложнице находилось углубление, в слитке тоже окажется углубление в виде свища. Это типичные свищи, образующиеся в результате избытка летучих в смазке, а в данном случае — в результате местного скопления больших количеств смазки. В этом случае расположение свищей точно соответствует расположению трещин в изложнице (рис. 131, а).
Если трещины не заполнены смазкой, что может наблюдаться при литье без смазки или иногда при литье с сухой смазкой, то при мед ленном литье металл может затекать внутрь трещин в изложнице и давать выступы на слитке, которые являются отпечатками трещин изложницы (рис. 131, б).
Физическое взаимодействие металла с атмосферой вертикальной изложницы

Таким образом, трещины в изложнице вызывают различные дефекты в слитках в случае применения жирной и сухой смазок.
При установке изложниц не достаточно вертикально струя металла может при литье падать на стенку изложницы, с которой она может смыть смазку или удалить летучие. При этом происходит местная перегонка смазки, после чего на изложнице останется пятно, лишенное смазки, или летучих продуктов смазки. Дефекты, присущие литью в изложницу с сухой смазкой, а именно поверхностные включения твердого коксообразного остатка смазки, а иногда также и свищи, будут в этом случае присутствовать там, где струя смыла смазку с поверхности изложницы (рис. 132).
Физическое взаимодействие металла с атмосферой вертикальной изложницы