Скорость продвижения фронта направленной кристаллизации алюминия в цилиндрическом тигле при различных режимах МГД-перемешивания

Авторы

  • С.Ю. Хрипченко Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • В.М. Долгих Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/2658-705X/2022.3.1

Ключевые слова:

бегущее магнитное поле, вращающееся магнитное поле, скорость продвижения фронта кристаллизации, жидкий алюминий, МГД-перемешивание, тороидальное и полоидальное течение, эксперимент

Аннотация

Для повышения качества непрерывных цилиндрических слитков из алюминия и его сплавов в машинах непрерывного литья в процессе их работы применяется МГД-перемешивание в теплом верхе кристаллизатора. В жидком металле в этом случае возбуждаются полоидальное и тороидальное течения. Эти течения существенно влияют на перенос тепла от поступающего в теплый верх кристаллизатора горячего металла к зоне охлаждения, где формируется фронт кристаллизации.

Эксперимент показал, что тороидальное течение сначала снижает скорость продвижения фронта кристаллизации, затем с усилением величины вращающегося поля (усиление тороидального течения) скорость перестает заметно меняться. Полоидальное течение (бегущее магнитное поле) также сначала снижает скорость фронта, но несколько быстрее, чем тороидальное, и на кривой зависимости скорости продвижения фронта от величины бегущего поля есть минимум, после которого скорость продвижения фронта кристаллизации начинает расти. Было обнаружено, что при совместном
действии бегущего и вращающегося магнитных полей скорость продвижения фронта кристаллизации сначала снижается, затем возрастает.

Биографии авторов

С.Ю. Хрипченко, Институт механики сплошных сред УрО РАН

доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник

В.М. Долгих, Институт механики сплошных сред УрО РАН

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Библиографические ссылки

1. Protokovilov I.V. MHD-technologies in metallurgy. Modern Electrometallurgy // General Questions of Metallurgy. – 2011. – Vol. 105. – №. 4. – Р. 32–41.

2. Timofeev V., Khatsayuk M. Theoretical Design Fundamentals for MHD Stirrers for Molten Metals // Magnetohydrodynamics. – 2016. – Vol. 52. – № 4. – P. 495–506.

3. Mapelli C., Gruttadauria A., Peroni W. Application of electromagnetic stirring for the homogenization of aluminium billet cast in a semicontinuous machine // Journal of Materials Processing Technology. – 2010. – Vol. 210. – P. 306–314.

4. Yu W., Ma W., Ly G., Xue H., Li S., Dai Y. Effect of electromagnetic stirring on the enrichment of primary silicon from Al-Si melt // Journal of Crystal Growth. – 2014. – Vol. 405. – P. 23–28.

5. Mohammed M.N., Omar M.Z., Salleh M.S., Alhawari K.S., Kapranos P. Semisolid metal processing techniques for nondendritic feedstock production // The Scientific World Journal. – 2013. – Vol. 2013. – article ID752175, – P. 16 DOI:10.1155/2013/752175.

6. Borisov V.G. Production technologies of shaped articles made of aluminum alloys using the thixoforming technique. Problems and solutions // Light Alloy Technology. – 2016. – №. 2. – P. 71–79.

7. Borisov V.G. Process for production of aluminum-alloy ingots with non-dendritic thixotropic structure // Metallurgist. – 2008. – Vol. 52. – № 11–12. – P. 672–676.

8. Borisov V. Aluminum-Dased Cmposite Billets Produced by Plasma Injectin and Thixocasting// Light metal Age. – April 2017. – P. 48–51.

9. Gelfgat Yu., Skopis M., Grabis J. Electromagnetically driven vortex flow to introduce small solid particles into liquid metal // Magnetohydrodynamics. – 2005. – Vol. 41. – № 3. – P. 249–254.

10. Khripchenko S., Dolgikh V., Kiselkov D. Experiment on Injection of SIC and BN Nanoparticles into Liquid Aluminum Using MHD Stirring with Subsequent Crystallization of the Melt // IOP Publishing Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 1945. DOI:10.1088/1742-6596/1945/1/012017.

11. Kolesnichenko I., Khalilov R., Khripchenko S., Pavlinov A. MHD Stirrer for cylindrical molds of continuous casting machines fabricated aluminium alloy // Magnetohydrodynamics. – 2012. – Vol. 48. – № 1. – P. 221–233.

12. Barami E., Mikhailovich B., Shukrun T., Sukoriansky S., Zemach E. Heat transfer enhancement in liquid metal by rotating magnetic field // Magnetohydrodynamics. – 2017. – Vol. 53. – № 1. – P. 201–211.

13. Denisov S., Dolgikh V., Khripchenko S., Kolesnichenko I., Nikulin I. The effect of traveling and rotating magnetic fields on the structure of aluminum alloy during its crystallization in a cylindrical crucible // Magnetohydrodynamics. – 2014. – Vol. 50. – № 4. – P. 407–422.

14. Kolesnichenko I., Pavlinov A., Khalilov R. Movement of the solid–liquid interface in gallium alloy under the action of rotating magnetic field // Magnetohydrodynamics. – 2013. – Vol. 49. – №. 1. – P. 191–197.

15. Антонов П.В., Бердников В.С. Зависимость фронта кристаллизации и скорости роста слитка кремния от режима теплообмена в методе Бриджмена-Сстокбаргера // Прикладная механика и техническая физика. – 2012. – Т. 53. – № 6. – C. 65–77.

16. Khripchenko S.Yu., Denisov S.A., Dolgikh V.M., Shestakov A.V., Siraev R.R. Structure of solidified aluminum melt in crucibles of circular and square cross-sections in reverse regimes of rotating magnetic field // Magnetohydrodynamics. – 2019. – Vol. 55. – № 4. – P. 437–445.

Загрузки

Опубликован

2022-10-24

Как цитировать

Хрипченко, С., & Долгих, В. (2022). Скорость продвижения фронта направленной кристаллизации алюминия в цилиндрическом тигле при различных режимах МГД-перемешивания. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, (3), 7–13. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2022.3.1

Выпуск

Раздел

Статьи