Способ литья слитков в кристаллизаторе скольжения Советский патент 1993 года по МПК B22D11/00 

Изобретение относится к способам литься слитков в кристаллизатор скольжения и может быть использовано при непрерывном литье слитков, например, из алюминиевых и магниевых сплавов

Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет отливки слитков из химически активных расплавленных металлов.

На чертеже изображено устройство для реализации способа.

Устройство содержит кристаллизатор 1 скольжения, снабженный вставкой 2 с зазором 3 между ними. Через зазор 3 протоком 4 принудительно подают смазку. В полость кристаллизатора 1 сверху через полость вставки 2 подается расплавленный металл 5, а снизу из полости кристаллизатора 1 вытягивается слиток 6.

Кроме того, устройство включает сливной порог для отработанной смазки, канал 8, сообщенный с коллектором 9, который сообщается непосредственно с трубкой 10, заведенной свободным концом в полость кристаллизатора 1 через полость вставки 2.

Кроме того, коллектор 9 сообщен через дроссель 11с источником 12 сжатого газа, а через регулятор 13 - со сбросом в атмосферу. Вставка 2 выполнена из трех частей: газонепроницаемой оболочки 14, обращенной внутрь кристаллизатора 1 и вниз в сторону формируемого слитка, газопроницаемой несмачиваемой расплавленным металлом оболочкой 15, обращенной в сторону зазора 3 и мениска 16 расплавленного металла 5, основной части 17, выполненной из теплоизоляционного материала.

Примеры реализации способа.

П р и м е р 1, Литье слитка 6 в кристаллизатор скольжения 1, снабженный вставкой 2 с зазором 3 между ними, осуществляют под избыточным металлостатическим давлением на уровне зазора 3, через который принудительно подают смазку.

Давление смазки на уровне зазора 3 изменяют синхронно с изменением металло- статического давления на уровне зазора 3, При этом величину разности между этими давлениями поддерживают в пределах, при которых расплавленный металл 5 проникает

Ё

00

ю о о

W

Сл

в зазор 3 на величину, меньшую, чем максимальная высота мениска 16 расплавленного металла 5. Предельное значение указанной разности давлений теоретически можно выразить формулой

ДР 2§ COS6 ,

где АР - разность между металлическим давлением на уровне зазора и давлением на этом же уровне со стороны смазки;

Q - коэффициент поверхностного натяжения расплавленного металла;

д - величина зазора между кристаллизатором и вставкой;

в- наименьший краевой угол смачивания жидким металлом поверхности вставки и стенки кристаллизатора в месте зазора.

Краевой угол смачивания стенки кристаллизатора будет близок к 180° и косинус этого угла близок к единице, так как стенка покрыта смазкой, а смазка в контакте с жидким металлом образует паровую прослойку. Краевой угол смачивания оболочки 15 вставки 2 специально делают близким к 180° путем подбора материала,

П р и м е р 2. По примеру 1, но смазку прокачивают потоком, омывающим поверхность ее контакта с расплавленным металлом в зазоре 3, При этом смазка поступает через проток 4 по поверхности кристаллизатора 1 в зазор 3, омывает расплавлеИ- ный металл 5 по его мениску 16, а затем восходящим конвективным потоком поднимается и поступает на слив через сливной порог 7, унося в себе и продукты взаимодействия смазки с расплавленным металлом 5.

П р и м е р 3. По примеру 2, но над потоком смазки создают поток газа под давлением смазки на уровне зазора 3 за вычетом гравитационного давления самой смазки, т.е. давления столба смазки высотой от уровня зазора 3 до уровня слива, определяемого высотой сливного порога 7.

П р и м е р 4. По примеру 3, но величину гравитационного давления смазки поддерживают постоянной, а давление газа изменяют синхронно с изменением метад- лостатического давления, при этом синхронность обеспечивают путем уравновешивания давления расплавленного металла 5 в полости кристаллизатора 1 давлением газа.

На чертеже показано, как это может быть осуществлено; сжатый газ от источника 12 подается с калиброванным расходом, например, с помощью дросселя 11 в коллектор 9, который имеет сообщение с трубкой

10, погруженной в расплавленный металл 5 на расчетную глубину. Кроме того, этот коллектор сообщен посредством канала 8 с потоком газа над потоком смазки и с

регулированным с помощью регулятора 13 сбросом.

Поступление газа через дроссель 11 задают большим, чем может пропустить регулятор 13. Тогда избыток газа будет выходить

° по трубе 10 через расплавленный металл 5. Это обеспечивает равенство металлостати- ческого давления давлению газа над потоком смазки и взаимную синхронность их изменений.

5 Технико-экономические особенности предложенного способа.

Принципиальная работоспособность s проверялась на натурном образце, выполненном и смонтированном в соответствии

0 со схемой, изображенной на чертеже. Этот образец был установлен на промышленном плавильно-литейном агрегате, предназначенном для приготовления в нейтральной атмосфере, вакуумирования и закрытой раз5 ливки алюминиевых сплавов с присадками дорогостоящих и химически активных компонентов, в частности лития.

Кристаллизатор имел диаметр формообразующей поверхности 370 мм и актив0 ную высоту 150 мм.

Исследования проводились при литье чистого алюминия при температуре расплавленного металла 750° С. Величина зазора 3 составляла 1 мм. Высота вставки 2 от

5 уровня зазора 3 до максимально возможного уровня жидкого метала составляла 400 мм. Высота сливного порога 7 для отработанной смазки над уровнем зазора 3 составляла 17 мм, В качестве смазки использовалось

0 масло цилиндровое 50 (ГОСТ 6411 -76), кото- .рое подавалось насосом в зазор 3 с производительностью до 3 кг/ч. Результаты проверки. В пределах значений АР- разности

5 между металлостатическим давлением на уровне зазора 3 и давлением на этом же уровне со стороны смазки, - составляющих 0-2750 Н/м2, при изменении металлостати- ческого давления на уровне зазора в пределах

0 0-ЮОООН/м литье и формирование слитка происходило нормально, проникновения газообразных продуктов смазки в полость вставки 2 не наблюдалось, безвозвратный расход смазки составил 0,1-0,2 кг/ч,

5 При давлении со стороны смазки, большем, чем металлостатическое на уровне зазора 3, резко увеличился безвозвратный расход смазки и ее газообразные продукты проникали внутрь вставки, обтекая всю поверхность расплавленного металла 5, и возгорались над поверхностью расплавленного металла 5 на выходе из вставки 2. При давлении со стороны расплавленного металла, большем, чем давление со стороны смазки на величину 2750Н/М2 и более, происходил прорыв расплавленного металла 5 через зазор 2 в систему подачи смазки, прекращалась подача смазки и слиток б заклинивался в кристаллизаторе 1.

Работоспособность в указанных значениях параметров обеспечивалась при работе по всем четырем примерам осуществления, но со следующими особенностями:

по примеру 1 расход смазки составлял 0,1-0,2 кг/ч, газообразные продукты смазки накапливались над поверхностью смазки, а твердые взвеси попадали на поверхность слитка и кристаллизатора, не нарушая процесса литья, но требуя удаления после отливки слитка 6;

по примеру 2 твердые взвеси ни на кристаллизатор 1, ни на слиток 6 не попадают, а переходят в слив отработанной смазки. При этом полный расход смазки составлял 3 кг/ч при безвозвратном расходе 0,1-0,2 кг/ч;

по примеру 3, кроме твердых взвесей, непрерывно удалялись и газообразные продукты смазки;

по примеру 4 достигалась полная автоматизация поддержания заданной величины разности давлений между расплавленным металлом 5 и смазкой.

Таким образом, экспериментально подтверждена принципиальная работоспособность предлагаемого способа литья в указанном диапазоне разности давлений между расплавленным металлом и смазкой, олределйемой в формуле изобретения, при обеспечении возможности отливки слитков из химически активных расплавленных металлов при исключении контакта смазки с расплавленным металлом внутри вставки.

В настоящее время в кристаллизатор скольжения, снабженный в верхней части вставкой, установленной с зазором относительно кристаллизатора, под избыточным металлостатическим давлением на уровне зазора и при принудительной подаче смазки по известному способу не удается осуществить литье слитков из химически активных расплавленных металлов, например из алюминиевых и магниевых сплавов, содержащих литий. Либо смазка проникает в полость вставки и реагирует с расплавленным металлом, либо расплавленный металл заплавля- ет каналы подачи смазки. Поэтому сейчас осуществляют литье без вставки, прикрывая верхнюю часть кристаллизатора крышкой, под которую на проток подают защитный газ, а смазку наносят при помощи кисти. При

таком способе литья происходит активное ; окисление поверхности жидкого металла в кристаллизаторе из-за нарушения в результате конвекции слоя защитного газа над 5 жидким металлом, а также реакции продуктов смазки с жидким металлом на его поверхности.

В результате происходит загрязнение металла слитка окисными включениями и

0 водородом, а на поверхности слитка получа- ются неслитины глубиной до 35 мм при структурной неоднородности слитка. Значительная часть отлитых слитков по указанным дефектам отбраковывается, а то, что не

5 отбраковывается, имеет пониженный уровень качества.

Реализация предлагаемого способа позволит осуществить автоматизированный процесс литья слитков из алюминиевых и

0 магниевых сплавов при закрытом сверху кристаллизаторе и герметичном его сообщении с подающим расплавленный металл металлопроводом, при-пониженных потерях тепла расплавленным металлом путем реализации тепловых свойств вставки, например, путем сочетания теплопроводящих теплоизоляционных и теплоемких ее элементов.

Все это дает возможность отливать

0 слитки из химически активных расплавленных металлов, в частности из алюминиевых и магниевых сплавов, содержащих литий, при полном исключении попадания в слиток неметаллических твердых и газообразных

5 включений, в частности окислов и водорода. Кроме того, благодаря ламинарному подходу расплавленного металла к области зазора и почти без снижения температуры уменьшится величина неслитин на поверх0 ноети слитка и уменьшится тенденция к образованию структурных неоднородностей по сечению слитка. В итоге повысится выход годных слитков на фоне общего повышения их качества. Откроется возможность для

5 широкого использования специальных сплавов, содержащих химически активные компоненты, в народном хозяйстве, в частности в авиации.

50

Формула изобретения

1, Способ литья слитков в кристаллизаторе скольжения, включающий подачу расплавленного металла под избыточным металлостатическим давлением через установленную в полости кристаллизатора с зазором надставку и подачу в зазор смазки под давлением, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет отливки слитков из

химически активных металлов, давление смазки на уровне зазора изменяют синхронно с изменением металлостатического давления металла на этом уровне, при этом величину разности между указанными давлениями поддерживают в пределах величины давления на металл со стороны его мениска в зазоре.

2. Способ по п. 1,отличающий- с я тем, что смазку в зазор подают потоком, контактирующим с мениском металла в нем.

0

,3, Способ по п. 2, отличающийся тем, что на поверхность смазки в зазоре подают газ под давлением, равным разности между давлением смазки на уровне зазора и ее гравитационным давлением.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что гравитационное давление смазки поддерживают постоянным, а давление газа изменяют синхронно с изменением металлостатического давления путем уравновешивания давления металла в полости кристаллизатора давлением газа.

В кристаллизаторе, имеющем вставку, в зазор между ними подают смазку под давлением, изменяемым синхронно с металлостатическим давлением на уровне зазора, при этом величину разности между этими давлениями поддерживают в пределах, при которых расплав проникает в зазор на величину, меньшую максимальной высоты мениска расплава. При этом над потоком смазки создают поток газа под давлением, равным давлению смазки на уровне зазора за вычетом гравитационного давления самой смазки, а гравитационное давление смазки поддерживают постоянным. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

8

6

Редактор А. Корина

Составитель Г.Кабаков Техред М.Моргентал

Ю

Корректор М. Андрушенко