SU1592100A1 - Способ горизонтального полунепрерывного литья металлов - Google Patents

Description

Изобретение относится к металлур- Известен способ полунепрерывного

гии, в частности к полунепрерывному литья заготовки, согласно которому

литью заготовки. заготовку отливают посредством пере3

1592100

4

мещаемого кристаллизатора с закрытым торцом, причем жидкий металл в кристаллизатор подают через формируемую заготовку, 5

К недостаткам способа относятся низкие скорость разливки и качество металла в осевой зоне. Кроме того, способ имеет ограничение по числу марок разливаемых металлов и спла- ю вов (этим способом нельзя, например, отливать заготовки из алюминиевых сплавов, имеющих широкий интервал кристаллизации),

Наиболее близким К предлагаемому 15 по технической сущности и достигаемому результату является способ полунепрерывного литья металлов, включащий заполнение двух метаЛлоприемников и горизонтально расположенного 20 между ними кристаллизатора жидким металлом, выдержку во времени, в течение которой в кристаллизаторе осуществляют начальное формирование кор-’ ки заготовки и сцепление ее с полой 25 затравкой, перемещение заготовки при подаче в кристаллизатор жидкого металла со стороны его торцов из двух металлоприемников, завершение . формирования неподвижной заготовки при периодическом перемещении жидкого металла через формируемую заготовку из одного металлоприемника в другой.

Однако по этому способу трудно обеспечить стабильность ведения процесса, поскольку двухстороннему вытягиванию заготовки предшествует разрыв достаточно толстой корки заготовки, надежно сцепленной с затравками.

Этот разрыв предпочтительно иметь дд в средней части кристаллизатора, однако он может произойти и в той части кристаллизатора, где он нежелателен, и это может привести к нарушению ведения процесса.

Кроме того, имеет место неудобство в подаче жидкого металла в два металлоприемника, когда они непрерывнс перемещаются. ' -50

Заготовку при ее вытягивании до установленной длины нельзя перемещать периодически и, следовательно в начальный период формирования корки заготовки нельзя создавать на нее повышенное давление и улучшать за счет этого качество отливаемой заготовки ,

Целью изобретения является повышение качества отливаемых заготовок и увеличение их номенклатуры.

Поставленная цель достигается тем, что в способе горизонтального полунепрерывного литья металлов, включающем заполнение двух металлоприемников и горизонтально расположенного между ними кристаллизатора жидким металлом, выдержку по времени, в течение которой в кристаллизаторе осуществляют начальное формирование корки заготовки и сцепление ее с полой затравкой, перемещение заготовки при подаче в кристаллизатор жидкого металла со стороны его торцов из двух металлоприемников, завершение формирования неподвижной заготовки при периодическом перемещении жидкого металла через формируемую заготовку из одного металлоприемника в другой, один из металлоприемников перед его заполнением герметизируют и заполняют металлом из второго металлоприемника через формируемую в кристаллизаторе заготовку с созданием избыточного давления газа над мениском жидкого металла в пределах 0,1-0,5 МПа, герметизированный.металлоприемник, соединенный посредством полой затравки с отливаемой заготовкой, периодически перемещают со скоростью О,ΙΟ,5 м/с на шаг, равный 30-95% длины кристаллизатора, причем перед оче^редным перемещением герметизированного металлоприемника давление газа в нем снижают до атмосферного, а в период пауз между перемещениями в герметизированном металлоприемнике осуществляют колебания уровня жидкого металла.

Колебания уровня жидкого металла " в герметизированном металлоприемнике осуществляют через каждые 2-4 с, изменяя при этом давление газа в металлоприемнике на величину Р = где у - удельный вес разливаемого ! металла, Н/м³ ; Н - разность между верхним и нижним уровнями жидкого металла, м. ...

Создание избыточного давления в пределах до 0,5 МПа над мениском жидкого металла в герметизированном металлоприемнике в паузах между его перемещениями позволяет начальное формирование корки заготовки в кристаллизаторе осуществлять под давлением, достаточным для устранения

5

1592100

усадочного зазора между коркой затотовки и стенкой кристаллизатора, что способствует повышению качества отлит ваемой заготовки.

, Сцепление первого участка затвердевшей корки заготовки с полой -затравкой, размещенной только на одном перемещаемом металлоприемнике, позволяет осуществить одностороннее периодическое вытягивание заготовки из кристаллизатора на шаг, близкий к длине кристаллизатора и соответствующий длине мерной отделяемой части заготовки, устраняет необходимость иметь нестабильный разрыв корки заготовки в кристаллизаторе, который может . иметь место в случае двухстороннего вытягивания заготовки из кристаллизатора.

Скорость перемещения герметизированного металлоприемника рекомендуется принимать в пределах 0,1-0,5 м/с, потому что скорость 0,1 м/с и более обеспечивает наличие за торцом очередного вытягиваемого участка корки заготовки незатвердевшего жидкого металла, что необходимо для качествен· ной отливки заготовки. Скорость перемещения герметизированного металлоприемника до 0,5 м/с вполне достаточна, чтобы быстро вытянуть очередной участок корки заготовки из кристаллизатора при любой возможной длине кристаллизатора, причем даже при максимальной рекомендуемой скорости перемещения герметизированного металлоприемника обеспечивается надежное заполнение кристаллизатора жидким металлом и не возникает опасных динамических нагрузок в узлах машины.

Некоторое изменение величины давления газа над мениском жидкого металла. в герметизированном металлоприемнике в паузах между его перемещениями позволяет иметь в этот период постоянное движение жидкого металла в заготовке относительно всего фронта затвердевания, что способствует измельчению структуры отливаемой заготовки и,следовательно, повышению ее качества и позволяет расширить номенклатуру заготовок, отливаемых на машинах горизонтального типа, в частности отливать на таких машинах заготовки из отдельных алюминиевых сплавов сравнительно большого сечения, например диаметром 200-300 мм.

45

10

15

20

25

30

35

40

50

55

Рекомендация изменять давление газа над мениском жидкого металла в герметизированном металлоприемнике через 2-4 с позволяет изменять направление движения жидкого металла в отливаемой заготовке в единицу времени такое число раз, которого достаточно, чтобы получить такой же эффект, который получают в случае реверсивного перемещения жидкого металла реверсируемым электромагнитным полем.

На фиг. 1 показана схема машины полунепрерывного литья заготовки и процесс формирования первого участка корки заготовки; на фиг. 2 - момент вытягивания сформированной заготовки из кристаллизатора на установленный шаг вытягивания.

Машина для осуществления способа (фиг. 1) имеет неподвижный металлоприемник 1 с отверстиями 2 для выпуска металла, в котором размещен металлопровод 3. К металлопроводу 3 ' подсоединен кристаллизатор 4. К кристаллизатору 4 в исходном положении примыкает герметизированный металлоприемник 5, снабженный полой затравкой 6, которая введена в полость кристаллизатора 4 и перекрывает торец кристаллизатора. В затравке размещён металлопровод 7, сообщающийся с герметизированным металлоприемником 5 через горизонтальный 8 и вертикальный 9 каналы, выполненные в огнеупорном блоке 10. Огнеупорный блок 10 размещен на приводной тележке 11. Герметизированный металлоприемник 5 сверху перекрыт крышкой 12 с отверстием, в котором размещен фланец 13, соединяющий герметизированный метал- ’ лбприемник 5 с газовой системой (не показана).

Способ осуществляют следующим образом.

В исходном положении (фиг. 1) к кристаллизатору 4 прижимают затравку 6 и герметизируют металлоприемник 5, оставляя неперекрытым отверстие во фланце 13. Затем в металлоприемник 1 подают жидкий металл 14, который через отверстие 2 и металлопровод 3 поступает в кристаллизатор 4 и далее через металлопровод 7 в затравке 6 и каналы 8 и 9 в огнеупорном блоке 10 в герметизированный металлоприемник 5, при этом газ из металлоприемника 5 удаляют через от7

1592100

8

верстие во фланце 13,'Заполнив жидким металлом кристаллизатор 4 и металлоприемник 5 до заданного уровня, отверстие во фланце 13 перекрывают и д над мениском жидкого металла в металлоприемнике 1 создают давление газа заданной величины. При создании давления газа над мениском жидкого металла в металлоприемнике 1 зд произойдет некоторое повышение уровня металла в герметизированном металлоприемнике 5 и сжатие в нем газа.

Величина давления газа в металлоприемниках зависит от разливаемого 15 металла. При разливке легких сплавов (алюминиевых, магниевых) давление газа может быть доведено до 0,2 0,3 МПа, при разливке стали - до 0,4 - 0,5 МПа. 20

Для создания давления газа в ме,таллоприемнике 5 не обязательно создавать избыточное давление газа под мениском жидкого металла в металлоприемнике 1. При разливке, например, 25 легких сплавов можно между металлоприемником 1 и кристаллизатором 4 разместить индукционный насос и с его помощью обеспечивать создание необходимого давления газа в металло- 39 приемнике 5.

Создавая необходимое давление газа в металлоприемниках 1 и 5, осуществляют начальное формирование кор- ки 15 в кристаллизаторе 4,. причем формируемая корка заготовки испытывает при этом давление со стороны жидкого металла, что способствует прижатию ее к стенкам кристаллизатора и устранению раннего образования зазора между поверхностью корки заготовки и стенкой кристаллизатора,

В условиях горизонтального литья исключение раннего образования зазора позволяет отливать заготовки с дд 'равномерной толщиной корки по ее периметру.

После заполнения металлоприемника 5 жидким металлом и создания над его мениском установленного давления газа через каждые 2-4 с осуществляют неоднократные опускания и подъемы жидкого металла на установленное расстояние Τι (фиг. 1) и тем самым со- $$ здают возвратно-поступательное перемещение жидкого металла относительно фронта кристаллизации отливаемой заготовки, что способствует получению заготовки с качественной мелкозернистой структурой.

Опускание и цодъем уровня жидкого металла на величину Ь в металлоприемнике 5 можно осуществить, изменяя давление газа в металлоприемнике 1, однако более просто его опускать, увеличивая давление газа в металлоприемнике 5 путем ввода сжатого газа через отверстие во фланце 13, и поднимать мениск до прежнего уровня,стравливая часть газа из металлоприемника 5.

Когда корка 15 участка заготовки в кристаллизаторе 4 достигнет заданной толщины и произойдет ее сцепление с затравкой 6, прекращают периодическое изменение давления газа в металлоприемнике 5 и снижают давление газа в металлоприемниках 1 и 5 до атмосферного. После этого герметизированный металлоприемник 5 со скоростью 0,1-0,5 м/с перемещают на установленный шаг, который может быть равным 30-95% длины кристаллизатора. На фиг. 2 показан момент перемещения герметизированного металлоприемника 5 на установленный шаг 1.

При перемещении металлоприемника 5 на установленный шаг 1 на этот же ₎ шаг посредством затравки 6 из кристаллизатора 4 вытягивается участок затвердевающей заготовки 16 и в кристаллизатор 4 со стороны двух его противоположных торцов из металлопри(емников 1 и 5 подается жидкий металл.

Во время вытягавания заготовки 16 из кристаллизатора 4 со стороны металлопровода 3 начинает формироваться корка 17 следующего участка заготовки, причем между вновь формирующейся коркой 17 и ранее сформированной и вытягиваемой из кристаллизатора коркой 15. на расстоянии металл нахо- , дится в жидком состоянии. Величина зависит от перегрева поступающего в кристаллизатор жидкого металла и от скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора. Через 1-2 с после прекращения вытягивания заготовки из кристаллизатора жидкая фаза металла между вновь формируемой коркой 17 и ранее сформированной коркой 15 исчезает и на стыке указанных корок происходит их соединение, причем прочность указанного соединения может быть разной. Если в последующем по стыку корок будет осуществляться разделе9

10

15921

ние заготовки на мерные части, прочность в сечении заготовки, проходящем по стыку, желательно иметь минимально возможной. Если же разделение $ отделяемой заготовки будет осуществляться не по месту стыка, то необходимо принять меры к тому, чтобы в зоне стыка произошла надежная сварка соседних корок заготовки. Это до- ю стигается исключением окисления торцовых частей корочек и их переохлаждения и тем, что после очередного вытягивания заготовки из кристаллизатора ей дают небольшое обратное пере- 15 мещение.

В машинах для осуществления предлагаемого способа рекомендуется применять кристаллизаторы длиной 0,751,5 м. При таких длинах кристал- 20

лизаторов и установленном в процентах шаге вытягивания в зависимости от длины кристаллизатора могут быть получены заготовки, разделенные по стыку участков, длина которых будет 25 в пределах 0,225-1,425. Промышленные круглые заготовки, например, из алюминиевых сплавов, которые, как правило, направляются на прессование, имеют длину 0,25-1,4 м. 30

Далее наступает пауза, в течение которой в соответствии с предлагаемым методом в кристаллизаторе формируется новый участок корки заготовки и продолжается формирование ранее 35

сформированной корки.

Техпроцесс отливки заготовки при ' ее периодическом перемещении повторяется до тех пор, пока герметизированный металлоприемник 5 не будет пе- дд ремещен на установленное расстояние, соответствующее заданной длине заготовки. После перемещения металлоприемника 5 на установленное расстояние заканчивают формирование заготов- ^5 ки при постоянном возвратно-поступау тельном перемещении жидкого металла относительно всего фронта затвердевания заготовки 16 и сохранении установленного повышенного давления в металлоприемниках,

Перед полным затвердеванием заготовки прекращают возвратно-поступательное перемещение жидкого металла в заготовке и жидкий металл из металло- $ приемника 5 полностью удаляют.

Закончив формирование заготовки 16, отверстие 2 в металлоприемнике 1 перекрывают (устройство для перекры00

тия отверстия не показано), а заготовку и металлоприемник 5 перемещают на расстояние большее длины кристаллизатора. Затем заготовку 16 отсоединяют от затравки 6, удаляют с линии разливки, металлоприемник 5 перемещают в исходное положение и начинают ютливку следующей заготовки.

В случае использования между метал'лоприемником 1 и кристаллизатором 4 индукционного насоса перекрывать отверстие 2 в металлоприемнике 1 перед удалением заготовки 16 с линии разлив- ки не требуется, так как насос обеспечивает предотвращение утечки жидкого металла из металлоприемника 1.

Пример. Отливается круглая заготовка длиной 5 м из алюминиевого сплава диаметром 250 мм через кристаллизатор длиной 1,05 м.

Примем шаг перемещения металлоприемника 5 (фиг. 1 и 2) 1м, среднюю скорость перемещения металлоприемника 5 0,2 м/с, паузу между очередными перемещениями металлоприемника 5 55 с, время первоначального заполнения кристаллизатора 4 металлом 5 с, время формирования первого участка корки заготовки в кристаллизаторе 55 с.

В паузах между периодическими перемещениями металлоприемника 5 и после его перемещения на. заданное расстояние давление газа в нем устанавливают 0,2 МПа, а затем изменяют в

Л·

сторону увеличения и снижения в соответствии с заданной величиной опускания мениска жидкого металла Н.

Если величину Н (фиг. 1) принять 0,25 м, то указанное давление необходимо будет увеличить на 6750 МПа.

Т1ри принятом режиме отливки заготовки время от начала подачи жидкого металла в кристаллизатор до окончания периодического перемещения металлоприемника 4 на установленное расстояние будет 4 мин 5 с (~4 мин).

Если принять для алюминиевого сплава средний коэффшЕиент кристаллизации К = 3,5 см.мин"®^ то время полного затвердевания заготовки после перемещения металлоприемника 5 на установленное расстояние, & данном случае на 4 м, будет равно 13 мин. Общее время формирования заготовки с учетом времени на периодическое

¹¹ 15921

перемещение металлоприемника 5 на .5 м ' составит 17 мин.

Три минуты потребуется для удаления заготовки с линии разливки и на $ возвращение металлоприемника 5 в исходное положение. Общий цикл отливки заготовки .составит 20 мин.

Средняя часовая скорость разливки будет 15 м/ч, Ю

На известных машинах полунепрерывной разливки металлов вертикального типа алюминиевые сплавы, например, марок Д16-, АКб, АК4 и ряда других разливают в круглые заготовки диа- 55 метром 200-250 мм со скоростью 5-8 м/ч", т.е. примерно в два раза меньшей,

.Указанные сплавы могут разливаться 20 предлагаемым способом только в том случае, если при формировании заготовки будет обеспечено постоянное движение жидкого металла относительно фронта затвердевания. Для данного 25

примера оно будет обеспечено, если каждые 3 с будет повторяться цикл

00 ¹²

опускания и подъема мениска жидкого

металла в металлоприемнике 5 на расстояние 200-250 мм.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет отливать заготовки в стабильных условиях повышенного качества при производительности одного ручья установки, в полтора-два раза большей при отливке, например, круглых -заготовок диаметром 200-300 мм й длиной 5-6 м.

Этим способом возможна отливка ряда сплавов, например, алюминиевых, которые вообще не разливаются на установках горизонтального типа. Указанные сплавы не могут разливаться и способом, принятым за прототип.

Предлагаемый способ позволяет расширить номенклатуру отливаемых заготовок из различных металлов и сплавов, отливаемых на машинах-горизонтального литья, которые с экономической точки зрения являются наиболее выгодными. Дешевле обходится их сооружение и их проще эксплуатировать.

Фиг.1

1592100

Фиг 2

Claims (2)

1 . СПОСОБ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ, включающий заполнение двух металлоприемников и горизонтально расположенноιΓο между ними кристаллизатора жид-’ |ким металлом, выдержку во времени,

в течение которой в кристаллизаторе осуществляют начальное формирование корки заготовки и сцепление ее с полой затравкой, перемещение заготовки при подаче в кристаллизатор жидкого металла со стороны его торцов из. двух металлоприемников, завершение формирования неподвижной заготовки при периодическом перемещении^ жидкого металла через формируемую заготовку из одного металлоприемника в

другой, отличающийся тем, что,с целью повышения качества отлива емых заготовок и увеличения их- номенклатуры, один из металлоприемников перед его заполнением герметизируют и заполняют металлом из второго металлоприемника через формируемую в кристаллизаторе заготовку с созданием избыточного давления газа над мениском металла в пределах 0,ΙΟ, 5 МПа, герметизированный металлоприемник, соединенный посредством полой затравки с отливаемой заготовкой, периодически перемещают со скоростью 0,1-0,5 м/с на шаг, равный 30-95% длины кристаллизатора, причем перед очередным перемещением герметизированного металлоприемника давление газа в нем снижают до атмосферного, а в период пауз между перемещениями в герметизированном металлоприемнике осуществляют колебания уровня жидкого металла.

2. Способ по п. 1, отличаю-’ щ и й с я тем, что колебания уровня жидкого металла в герметизированном металлоприемнике осуществляют через каждые 2-4 с, изменяя при этом давление газа в металлоприемнике на.величину Р = уЬ, где 2Г ” Удельный вес разливаемого металла, Н/м’;

Ь - разность между верхним и нижним уровнями жидкого металла, м.

1592ЯШ_Δ