Simulace proudění kovu ve slévárenské formě z hlediska jeho reoxidace

Abstract

Výskyt reoxidace je klíčovým aspektem v řízení jakosti odlitků. Kov vstupující do formy má za následek tepelnou degradaci pojiv, vody a přísad. Dochází k vytvoření velkého množství plynů a par. Vzdušný kyslík, atmosféra formy nebo oxidy ve formovací směsi mohou způsobit sekundární oxidaci proudu kovu. Nedokonalé plnění odlitků vyvolává promíchání proudícího kovu s kyslíkem v plynech a parách. A právě tato skutečnost může vést k reoxidaci prvků podle jejich afinity ke kyslíku. Tato disertační práce je zaměřena na studium reoxidačních procesů při odlévání do syrových forem s využitím nástrojů počítačové simulace, analýzy vad odlitků a sledováním změn aktivity kyslíku během plnění formy. Reoxidační pochody jsou častým důvodem slévárenských vad. Jejich příčinou mohou vzniknout dutiny (bubliny, bodliny), makrovměstky a dále nepříznivě ovlivňují morfologii oxidů i sulfidů vyloučených jako mikrovměstky. V teoretické části je shrnuta podstata reoxidačních pochodů, teoretické základy proudění roztavených kovů a možnost využití počítačové simulace při modelování slévárenských procesů. Praktická část obsahuje výsledky vizualizace počítačové simulace, laboratorní zkoušky a analýzu slévárenských vad, které se v průběhu zkoušek vyskytly. Laboratorní experimenty obsahovaly kontinuální měření aktivity kyslíku v průběhu plnění formy a tuhnutí kovu. Dále sloužily k realizaci srovnávacího experimentu, kdy za jinak stejných podmínek (stejné složení odlévaného kovu, stejná licí teplota) se měnila vlhkost formovací směsi, obsah Al a způsob plnění formy. Předložená disertační práce shrnuje získané výsledky studia reoxidačních procesů a vyhodnocuje vliv dominantních faktorů experimentu na výskyt vad (bodlin) u odlitků z LČG.

The occurrence of reoxidation is a key aspect of the control of casting quality. The metal entering the mould cavity results in thermal degradation of binders, water and additives. Large quantities of gases and vapours are produced. Air oxygen, mould atmosphere or oxides in the moulding sand may cause secondary oxidation of the metal flow. Imperfect filling of castings induces blending of metal flow with oxygen present in gases and vapours. This might lead to reoxidation of elements in sequence of their affinity to oxygen. The focus of this dissertation is the study of reoxidation processes during casting into green-sand moulds with the utilization of computer simulation, analysis of casting defects and monitoring of changes in oxygen activity during filling of a mould. Reoxidation processes are a frequent cause of foundry defects. They may cause cavities (blowholes, pinholes), macroinclusions and further they negatively affect the morphology of oxides and sulphides discharged as microinclusions. The theoretical part summarizes the nature of reoxidation processes, theoretical foundations of molten metal flow and the application possibility of computer simulation when modelling foundry processes. The practical part contains the results of computer simulation, laboratory tests and an analysis of foundry defects, which occurred during the tests. Laboratory experiments involved continuous measuring of oxygen activity during filling of a mould and metal solidification. Further, a comparative experiment was carried out in which, under otherwise identical conditions (identical composition of cast metal, identical casting temperature), the moisture of moulding sand, the content of aluminium and the manner in which the mould was filled changed. The present dissertation summarizes findings obtained in the study of reoxidation processes and evaluates the influence of dominant factors on the occurrence of defects (pinholes) in castings from GJV.