УСТАНОВКА ПОЛУНЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ В ЗАГОТОВКИ Советский патент 1996 года по МПК B22D11/14 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к полунепрерывной разливки металлов и сплавов.

Известна установка Уоттса полунепрерывной разливки горизонтального типа и ее вариант с наклонной осью разливки.

Установка имеет металлоприемник, металлопровод, соединенный с металлоприемником и первоначально размещенный в кристаллизаторе, глуходонный кристаллизатор, привод перемещения кристаллизатора вдоль оси неподвижно отливаемой заготовки.

На установке не содержатся узлы, позволяющие отливать заготовки из трудноразливаемых сплавов, например с большим температурным интервалом затвердевания, в условиях периодического перемещения кристаллизатора вверх.

Известна установка полунепрерывной разливки металлов в заготовки, содержащая кристаллизатор, систему подачи металла в кристаллизатор, снабженная открытой снизу накопительной емкостью с нижним фланцем, установленной внутри кристаллизатора с уплотнением.

Известная установка не может обеспечить высокое качество поверхности заготовок.

Наиболее близка изобретению по своей технической сущности установка полунепрерывной разливки металлов в заготовки конструкции Думхарта, содержащая кристаллизатор, размещенный с возможностью перемещения его вверх относительно неподвижной формируемой заготовки, раму, соединенную с кристаллизатором, систему подачи металла в кристаллизатор, снабженную дополнительной разливочной емкостью (тиглем), привод одновременного перемещения кристаллизатора, рамы и дополнительной разливочной емкости.

Установка не имеет узлов, позволяющих влиять на качество отливаемой заготовки, особенно при разливке трудноразливаемых сплавов. Система питания кристаллизатора жидким металлом, включающая дополнительную разливочную емкость (тигель), предусматривает подачу жидкого металла в кристаллизатор только сверху. При перемещениях кристаллизатора вверх вся система также должна перемещаться вверх, что представляет определенные трудности в случае отливки сравнительно длинных заготовок, например длиной более 2 м.

Целью изобретения является создание такой установки полунепрерывной разливки металлов и сплавов, на которой становится возможной, при периодическом перемещении кристаллизатора вверх, отливка заготовки из трудноразливаемых сплавов с повышенным качеством и которая позволяет отливать длинные (до 6 м) заготовки без перемещения на такое же расстояние всей системы подачи жидкого металла в кристаллизатор.

Поставленная цель достигается тем, что в установке полунепрерывной разливки металлов в заготовки, содержащей кристаллизатор, раму, снабженную приводом и соединенную с кристаллизатором, систему подачи металла в кристаллизатор, снабженную дополнительной разливочной емкостью, дополнительная разливочная емкость выполнена с нижним фланцем и снабжена индивидуальным приводом, соединенным с рамой. Фланец дополнительной емкости снабжен уплотнением, дополнительная разливочная емкость снабжена датчиком уровня металла и теплоизоляцией.

Конструкция установки поясняется чертежом, на котором показана схема установки полунепрерывной разливки металлов в заготовки.

Установка содержит охлаждаемый кристаллизатор 1, соединенный жестко с рамой 2, на которой установлен гидроцилиндр 3 привода перемещения дополнительной разливочной емкости 4.

Рама 2 через цепи связана с приводными блоками 5 и натяжным блоками 6 (привод блоков 5 не показан). Приводные блоки 5 соединены между собой и с валом двигателя через редуктор, конические передачи, передаточные валы и муфты, причем одна из муфт, размещенная на валах между редуктором и одним из приводных блоков, обгонного типа, что позволяет перемещать раму 2 и кристаллизатор 1 вверх за счет привода дополнительной разливочной емкости 4 при отключенном приводе перемещения рамы в условиях, когда обеспечивается неподвижность дополнительной разливочной емкости 4.

Использование обгонной муфты в приводе рамы 2 обеспечивает ее подъем только вверх. Вниз рама 2 перемещается за счет собственного веса и веса установленных на ней узлов, причем перемещение рамы 2 вниз может происходить при отключенном двигателе и действии тормоза, ограничивающего скорость перемещения рамы, что не может обеспечить строго заданной скорости опускания рамы 2 вниз, или при включенном на реверс двигателе с точно заданным числом оборотов, что позволяет осуществлять опускание рамы 2 со строго установленной скоростью.

Дополнительная разливочная емкость 4 в нижней части имеет фланец, к которому подсоединено кольцо 7. Размер кольца соответствует размеру поперечного сечения отливаемой заготовки. Между кольцом 7 и фланцем дополнительной разливочной емкости 4 размещено уплотнение 8.

В дополнительной разливочной емкости 4 размещены датчики 9, с помощью которых в указанной емкости определяется уровень подаваемого снизу жидкого металла.

Дополнительная разливочная емкость 4 снабжена также теплоизоляцией 10, размещенной между кожухом 11 и ее цилиндрической частью.

На верхней крышке дополнительной разливочной емкости 4 выполнены элементы, соединяющие ее со штоком гидроцилиндра 3, а также размещен клапан подачи и сброса газа в указанную емкость (на чертеже не показан).

Работа установки осуществляется следующим образом.

Перед началом разливки выполняют подготовительные операции, включающие установку кристаллизатора 1 в крайнее положение и установку дополнительной разливочной емкости 4 или в крайнее нижнее положение, что предпочтительно, или в крайнее верхнее положение, как показано на чертеже. При необходимости в полость дополнительной разливочной емкости 4 и кристаллизатор 1 вводят инертный газ.

Между нижним торцом кристаллизатора 1 и фланцем подводящего металлопровода 12 целесообразно разместить асбестовый шнур и через него пригнать кристаллизатор 1 к фланцу подводящего металлопровода 12. Усилие прижатия кристаллизатора 1 к фланцу подводящего металлопровода 12 определяется его весом, а также весом рамы 2, дополнительной разливочной емкости 4 и гидропривода 3.

Если дополнительную разливочную емкость 4 устанавливают в крайнее нижнее положение, то ее также с небольшим усилием прижимают к фланцу подводящего металлопровода 12. Прижатие осуществляют за счет гидроцилиндра 3.

Рассмотрим работу установки исходя из условий, что дополнительная разливочная емкость 4 первоначально установлена в крайнее нижнее положение.

Первоначально жидкий металл через металлопровод 12 подают в дополнительную разливочную емкость 4, вытесняя из нее газ через клапан в верхней крышке. Уровень металла в дополнительной разливочной емкости 4 определяют с помощью элементов 9, причем, когда мениск жидкого металла поднимут до крайнего верхнего уровня, клапан в верхней части крышки прекращает сброс газа и подача металла в дополнительную разливочную емкость 4 прекращается.

Далее дополнительную разливочную емкость 4 гидроцилиндром 3 перемещают на установленный шаг, который должен быть не более длины кристаллизатора 1. При подъеме дополнительной разливочной емкости 4 вверх жидкий металл поступает в кристаллизатор 1, причем подачу жидкого металла в кристаллизатор 1 осуществляют как со стороны подводящего металлопровода 12, так и со стороны дополнительной разливочной емкости 4, К концу перемещения дополнительной разливочной емкости 4 на установленный шаг жидкий металл из нее сливают полностью или доводят до установленного нижнего уровня.

Скорость перемещения дополнительной разливочной емкости 4 следует принимать не менее 100 мм/с, желательно 200-250 мм/с.

После перемещения дополнительной разливочной емкости 4 на установленный шаг поступает пауза во времени между окончанием перемещения дополнительной разливочной емкостью 4 и перемещением кристаллизатора 1 и начинается формование корки заготовки в кристаллизаторе до установленной толщины. В начале этой паузы продолжают подачу металла из подводящего металлопровода 12 и через формируемую в кристаллизаторе заготовку подают его в дополнительную разливочную емкость 4 до верхнего уровня, контролируемого элементами 9. Давление в жидком металле в это время повышают в несколько раз, например в 10-15 раз, по сравнению с давлением подачи жидкого металла в кристаллизатор 1. Для алюминиевого сплава с удельным весом 2,5 г/см³, например, при подаче его в кристаллизатор на высоту 0,8 м давление подачи должно быть 0,2 ати, а если во время паузы между перемещениями кристаллизатора на корку заготовки со стороны жидкого металла создать давление в 2-3 ати, что рационально, то давление в жидком металле, как это указано выше, следует повысить в 10-15 раз по сравнению с давлением подачи. Повышенное давление на корку в 2-3 ати способствует получению заготовки с высоким качеством поверхности.

Создавая повышенное давление на корку заготовки в период паузы, одновременно обеспечивают постоянное движение жидкого металла относительно формируемой корки заготовки, что позволяет отливать заготовки с мелкозернистой качественной структурой по ее сечению. Чтобы выполнить это условие, через клапан в верхней крышке дополнительной разливочной емкости 4 неоднократно на небольшое время в указанную емкость вводят порцию газа, в котором давление превышает давление первоначально сжатого газа во время подъема жидкого металла в дополнительной разливочной емкости 4. В результате обеспечивают контролируемые элементы 9 опускания и подъемы жидкого металла в дополнительной разливочной емкости и, следовательно, возвратно-поступательные перемещения жидкого металла относительно формируемой в кристаллизаторе корки заготовки.

Длительность указанной выше паузы зависит от заданной толщины формируемой в кристаллизаторе корки заготовки. При формировании ее из алюминиевого сплава, например, до толщины 30-50 мм, длительность паузы будет 1-2 мин. Число возвратно-поступательных перемещений жидкого металла относительно формируемой заготовки в период паузы рекомендуется иметь до 10-15 в минуту.

В конце паузы давление в жидком металле понижают до давления подачи и, как только пауза кончится, со скоростью 10)-300 мм/с раму 2 и кристаллизатор 1 перемешают вверх на установленный шаг, причем указанное перемещение осуществляют за счет гидроцилиндра 3. Дополнительная разливочная емкость 4 в это время неподвижна и через нее передается сжимающее усилие на затвердевшую корку заготовки. Привод рамы 2 в это время бездействует, но блоки 5 и 6 беспрепятственно вращаются от действия цепей, с которыми соединена рама 2. Обгонная муфта позволяет это сделать.

В период движения кристаллизатора вверх на шаг перемещения относительно формируемой корки заготовки уровень жидкого металла в дополнительной разливочной емкости 4 устанавливают на верхней отметке. Как только закончится перемещение рамы 2 и кристаллизатора 1 вверх, при неподвижных раме 2 и кристаллизаторе 1 гидроцилиндром 3 дополнительную разливочную емкость 4 со скоростью 200-250 мм/с поднимают на установленный шаг перемещения и кристаллизатор заполняют жидким металлом, подавая его снизу из подводящего металлопровода 12 через формируемую заготовку и сверху из дополнительной разливочной емкости 4.

После быстрого перемещения кристаллизатора вверх, к освободившейся от кристаллизатора корке формирующейся заготовки, прижимают охлаждаемые башмаки устройства вторичного охлаждения.

Отвод тепла от освободившейся от кристаллизатора части заготовки может быть организован путем непосредственной подачи охладителя к заготовке. В этом случае указанную подачу охладителя к заготовке начинают одновременно с подъемом кристаллизатора вверх.

Далее обеспечивают формирование 2-го и следующих участков заготовки, повторяя описанные выше технологические операции до тех пор, пока рама 2 и кристаллизатор 1 не поднимутся до установленной высоты.

Затем заготовку формируют до заданной толщины как стенки полой заготовки или до сплошного сечения, постоянно перемещая жидкий металл внутри формируемой заготовки.

По окончании формирования заготовки раму 2 и кристаллизатор 1 за счет привода рамы поднимают вверх до положения, когда верхняя часть заготовки освободится от кристаллизатора. После этого заготовку удаляют с линии разливки, а раму 2 и кристаллизатор 1 быстро опускают в стартовое нижнее положение и начинают отливку следующей заготовки.

Предлагаемая установка позволяет отливать заготовки из алюминийлитиевого сплава при подаче сплава на разливку закрытым способом. Отпадает надобность в применении флюса. Устраняются причины образования плохой поверхности заготовки, что резко снижает объем последующей механообработки.

Реализуемая на предлагаемой установке технология позволяет утверждать, что выход годного на ней составит не менее 70%
Заготовка длиной 3000 мм и диаметром 420 мм может быть отлита примерно за 1 ч на предлагаемой установке. На существующей установке такая заготовка отливается 3-4 ч.

Значительно улучшаются условия труда персонала, обслуживающего предлагаемую установку.

На установке возможна и экономически выгодна разливка других легких сплавов, в том числе в многослойные заготовки.

1. УСТАНОВКА ПОЛУНЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ В ЗАГОТОВКИ, содержащая кристаллизатор, раму, снабженную приводом и соединенную с кристаллизатором, систему подачи металла в кристаллизатор, снабженную дополнительной разливочной емкостью, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества заготовок и увеличения выхода годного при разливке трудноразливаемых сплавов, дополнительная разливочная емкость выполнена с фланцем на нижнем срезе, снабжена индивидуальным приводом, соединенным с рамой.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что фланец дополнительной разливочной емкости снабжен уплотнением.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительная емкость снабжена датчиками уровня металла.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительная разливочная емкость снабжена теплоизоляцией.

1. УСТАНОВКА ПОЛУНЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ В ЗАГОТОВКИ, содержащая кристаллизатор, раму, снабженную приводом и соединенную с кристаллизатором, систему подачи металла в кристаллизатор, снабженную дополнительной разливочной емкостью, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества заготовок и увеличения выхода годного при разливке трудноразливаемых сплавов, дополнительная разливочная емкость выполнена с фланцем на нижнем срезе, снабжена индивидуальным приводом, соединенным с рамой. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что фланец дополнительной разливочной емкости снабжен уплотнением. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительная емкость снабжена датчиками уровня металла. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительная разливочная емкость снабжена теплоизоляцией.