Способ непрерывного литья полых чугунных заготовок и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК B22D11/00 B22D11/14 

37 значительными силами трения между стенкой кристаллизатора и наружной поверхностью отливки, что обусловлено профилем рабочей поверхности крис таллизатора . В начальный момент формирования корка имеет высокую температуру ( 950-1050°С). При этих температурах прочность чугуна составляет 0,1-0,5 кг/мм . Резкое возрастание скорости движения отливки в начале каждого цикла часто приводит к обрыву корки и прекращению процесса литья. Кроме того, применение соединительного стакана приставного типа не всегда обеспечивает плотный контакт между стаканом и кристаллизатором. Жидкий металл часто попадает под ниж ний торец кристаллизатора и затвердевает там, что препятствует движени отливки вверх и приводит к ее обрыву С целью устранения указанных недо статков уровень жидкого металла в ли никовой системе поддерживают на уров не верхнего торца кристаллизатора, п этом интенсивность теплоотвода от по верхности отливки в збне, расположен ной више зоны затвердевания начально корки до уровня, равного 2/3 высоты кристаллизатора, изменяют в пределах С ,5-й,7) - 103 град, а в верх ней трети кристаллизатора - в пределах 3QO-tOO Вт/м - град, затем отливку охлаждают вне кристаллизатора до температуры на 25 30С ниже температуры эвтектоидного превращения со средней скоростью 0,,1 град/сек. Высота рабочей поверхности кристаллизатора в 1, раза больше его диаметра и на 2/3 высоты выполнена в виде усеченного конуса, диаметр верхнего основания которого на 0,10,2 больше диаметра нижнего, причем в верхней трети кристаллизатора выполнена цилиндрическая расточка, диаметр которой в 1,005-1,05 раза больше диаметра верхнего основания усеченного конуса , а продольные пазы расположены.через 2-23 градуса. Высота вставляемого бурта соедини тельного стакана равна 0,01-0,0 высоты кристаллизатора, а толщина 0,015-0,16 его диаметра. Устройство имеет съемный экран, расположенный над кристаллизатором. На чертеже изображен общий вид устройства. Устройство для осуществления способа имеет один или несколько ручьев 14 каждый из которых содержит медный водоохлаждае «,1й кристаллизатор 1 . (фиг. 1), рабочая поверхность которого на 2/3 его высоты имеет плавное расширение кверху. Величина расширения А Г) определяется из выражения: ЛО 13,8 , где D - диаметр кристаллизатора в нижнем сечении , мм. В верхней трети кристаллизатора выполнена цилиндрическая расточка 2. На рабочую поверхность кристаллизатора через 2-23 нанесены продольные пазы эллипсного профиля в поперечном сечении глубиной от 0,8 до 1,2 мм с шириной по внутреннему диаметру кристаллизатора от 1,0 до 1,5 мм. В зависимости от диаметра отливки DQ высота кристаллизатора Н определяется по соотношению: Нцр Dg + 100 мм Кристаллизатор 1 стыкуется с сиАонной литниковой системой 4 через соединительный стакан 3 вставного типа из огнеупорного материала с высотой вставляемого бурта от 0,01-0,0 высоты кристаллизатора и толщиной бурта по верхнему торцу от 0,015-0,16 его диаметра. Над кристаллизатором 1 расположены съемный экран 5, вытяжной механизм 6 и механизм резки 7. Процесс литья и формирования непрерывной отливки происходит следующим образом. Жидкий чугун из ковша 8 через сифонную литниковую систему и соединительный стакан 3 непрерывно подают в кристаллизатор 1. Твердую корку 9, образующуюся на рабочей поверхности кристаллизатора , по заданному циклическому режиму непрерывно извлекают вверх при помощи вытяжного механизма 6 . По мере выхода непрерывной отливки, на заданную длину над вытяжным механизмом 6 от нее периодически отрезают при помощи механизма резки 7 мерные заготовки и укладывают в накопитель. При каждом цикле движения отливки вверх в нижней части кристаллизатора 1 освобождается участок поверхности, равный высоте перемещения отливки. На этом участке жидкий металл приходит в соприкосновение с рабочей поверхностью кристаллизатора, в результате чего происходит быстрое охлаждение металла и образуется твердая корка, сваривающаяся с ранее затвердевшим участком. Выпо11ненные на рабочей поверхности кристаллизатора пазы заполняются жидким металлом и на наруж ной поверхности затвердевшей корочки образуются небольшие приливы, В начальный момент затвердевания зазор между отливкой и поверхностью кристаллизатора практически отсутствует. В связи с этим интенсивность теплоот вода от поверхности отливки очень ве лика и составляет около 610 Вт/м у )Ц.град. Такая интенсивность теплоотвода вызывает резкое падение темпера туры поверхности отливки от температуры кристаллизации до 800-750С со скоростью более 100 град/сек. Кристаллизация чугуна идет с образованием дендритов аустенита наряду с выде лениями цементита и отдельных включе ний графита. При последующем цикле движения отливки рассматриваемый уча ток перемещается в вышележащие зоны, где между поверхностью отливки и кри таллизатором возникает газовый зазор 10, который образуется за счет увеличения диаметра кристаллизатора и усадки затвердевшего металла. Прич при движении отливки вверх ее приливы скользят по пазам кристаллизатора, выполняющим роль направляющих, и автоматически устанавливают одинак вый по периметру и изменяющийся толь ко по высоте зазор 10 между поверхностью отливки и кристаллизатором, что обеспечивает равномерный теплоот вод от поверхности отливки и способствует получению качественных издели без разностенности. Увеличение диаметра кристаллизато ра в направлении движения отливки создает определенный в каждом сечении кристаллизатора зазор, что обеспечивает заданную интенсивность теплоотвода от поверхности отливки в те чение всего времени ее формирования.. Кроме того, создание искусственного зазора значительно снижает силу трения между затвердевшейкоркой и рабочей поверхностью кристаллизатора. В средней зоне кристаллизатора 1 интенсивность теплоотвода уменьшается до ( 3-1)- 10 град, что создае оптимальные условия для кристаллизации чугуна с образованием дендритов аустенита и графитной эвтектики и предотвращает образование цементита. В верхней зоне кристаллизатора, где зазор между отливкой и кристаллизатором 1 существенно увеличивается за счет расточки 2, интенсивность теплоотвода падает до 0,3-10 Вт/м. град. В связи с этим температура наружной поверхности отливки повыишется до 920-9Пп-с, что создает условия для распада цементита, образовавшегося в наружных слоях отливки при кристаллизации начгтьной корочки. При выходе из кристаллизатора отливка имеет температуру около и процесс распада цементита продолжается. Охлаждение о.тливки вне кристаллизатора до температуры б70-72П С осуществляют на воздухе со средней скоростью 0,91 ,1 град/сек или со скоростью О , 0,6 град/сек, что достигается применением экрана 5, устанавливаемого над кристаллизатором 1. В первом случае заготовка имеет перлитную, а во втором - феррито-перлитную металлическую основу, В результате получают раоностенную заготовку без отбела с перлитной или феррито-перлитной металлической матрицей и мелко- и среднепластинчатыми включениями графита в средней и внутренней зонах по толщине стенки отливки. В наружных слоях заготовки толщиной 1,5-2,5 мм присутствует междендритный графит, но этот слой всегда входит в припуск на механическую обработку . Использование кристаллизаторов, отличающихся по профилю рабочей поверхности от предлагаемого, не обеспечивает получения качественных заготовок и стабильность процесса литья. Слишком большой зазор между отливкой и кристаллизатором приводит к подплавлению затвердевшей корочки и ее обрыву. Малый зазор не создает необходикых условий для кристаллизации чугуна без образования цементита. К таким же результатам приводит повышение мениска жидкого металла над кристаллизатором или его опускание ниже верхнего торца . Высота кристаллизатора находится в прямой зависимости от диаметра получаемой заготовки. Слишком большая высота приводит к переохлаждению жидкой ванны в кристаллизаторе и образованию мостов. Малая высота кристаллизатора не обеспечивает получение заготовок заданной толщины. Извлечение отливки по заданному режиму обеспечивает плавное нарастание скорости отливки от нуля до мак77

симальиого значения в течение каждого цикла, что исключает резкие динамические нагрузки на затвердевающую корку. Применение соединительного стакана вставного типа исключает подплывы под нижний торец кристаллизатора и создает условия для свободного перемещения отливки вдоль кристаллизатора .

Пример. Производилась отливка заготовок для изготовления поршневых koлeц из чугуна следующего химсостава: 3,U С; 1,75% Si; 1 ,ЧЗ Мп; 0,08 S; 0,f5% Р; 0,32% Сг; 0,5% N1. Применялся медный кристаллизатор с внутренним диаметром 102 мм и высотой 200 мм„ Рабочая поверхность кристаллизатора имела плавное увеличение диаметра на 0,7 мм на высоте 135 мм и расточку в верхней части высотой б5 мм с увеличением диаметра на 1 ,k мм. На раЬочей поверхности кристаллизатора было выполнено k8 продольных пазов через 2-23, эллипсным профилем в поперечном сечении, глубиной 0,8 мм и шириной 1,2 мм. Соединительный стакан вставного типа был изготовлен из шамотографита с высотой вставляемого бурта 5 мм и шириной стенки бурта по верхнему торцу 4 мм., Процесс литья вели с частотой 1,0 ц/ /сек, высотой хода отливки за один цикл 12 мм при соотношении времени движения ко времени остановки - 1 Максимальная скорость движения отливки в течение цикла составляла 0,03 м/сек. Средняя скорость извлечения отливки составляла 0,ОТ2 м/сек. Охлаждение отливки вне кристаллизатора осуществлялось на воздухе в условиях естественной конвекции. Получена заготовка без отбела с перлитной металлической основой, мелко- и среднепластинчатым графитом баллов Гд t-Гд 6 и равномерно распределенными включениями фосфидной эвтектики. Твердость чугуна составила 270 ИВ; предел прочности на разрыв 40 кг/мм ; плотность чугуна 7,31 г/см . При обработке опытных заготовок брака по вине литья не обнаружено. Все детали полностью соответствуют техническим требованиям, предъявляемым к поршневым кольцам.

Использование предлагаемого способа и устройства для его осуществле ния позволит устранить наиболее распоостраненные литейные дефекты: уса11

8

дочную и газовую пористость, неметаллические включения, газовые раковины, несоответствие структуре и т.п. Регулирование теплоотвода от затвердевающей отливки позволяет управлять процессом ее формирования и получать заготовки с заданной структурой и физико-механическими свойствами/ Способ обеспечивает высокую производительность труда, легко поддается механизации и автоматизации, позволяет создавать многоручьевые установки , существенно снижает трудбемкость изготовления отливок и обеспечивает высокую культуру производства, так как исключает изготовление форм и стержней, выбивку, обрубку и очистку литья .

Формула изобретения

1.Способ непрерывного литья полык чугунных заготовок, включающий непрерывную заливку чугуна через сифонную литниковую систему в полость водоохлаждаемого кристаллизатора и извлечение по циклическому режиму затвердевающей заготовки вверх, отличающийся тем, что, с целью получения чугунных заготовок с перлитной металлической основой и стабилизации процесса литья, уровень металла

в литниковой системе поддерживают на уровне верхнего торца кристаллизатора при этом интенсивность теплоотвода от поперхности отливки в зоне, расположенной выше зоны затвердевания начальной корки до уровня,равного 2/3 высоты кристаллизатора, изменяют в пределах (,,5-0,7)- 10 Вт/м град а в верхней трети кристаллизатора в пределах 300-400 Вт/м -град, затем отливку охлаждают вне кристаллизатора до температуры на 25-30С ниже температуры эвтектоидного превращения со средней скоростью 0,9-1,1 град/сек

2.Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее сифонную литниковую систему, соединительный стакан с буртом, водоохлаждаемый кристаллизатор с продольными пазами на рабочей поверхности, механизм вытягивания и механизм резки, отличающееся тем, что, высота рабомей поверхности кристаллизатора в 1, раза больше его диаметра и на 2/3 вы-соты выполнена в виде усеченного ко нуса, диаметр верхнего ос.,1ния кп