СПОСОБ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ Советский патент 1996 года по МПК B22D11/00 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к полунепрерывной отливке круглых заготовок с вытягиванием их из кристаллизатора вверх.

Известен способ получения заготовок на установках непрерывной разливки.

Способ предусматривает первоначальную подачу жидкого металла снизу в кристаллизатор до установленной затравки, выдержку его в кристаллизаторе и формирование им корки заготовки до заданной толщины, вытягивание заготовки из кристаллизатора соответственно шагу вытягивания. В период пауз между вытягиваниями заготовки из кристаллизатора в принимаемом за прототип способе рекомендуется создавать повышенное давление на корку заготовки со стороны жидкого металла.

В известном способе, в паузах между вытягиваниями заготовки из кристаллизатора отсутствует движение металла относительно фронта затвердевания, что не позволяет отливать качественные заготовки из ряда сплавов, например из сплавов на основе алюминия или магния, при периодическом вытягивании заготовки из кристаллизатора и наличии в ней большой (в несколько метров) протяженности жидкой фазы. Отливка заготовок с жидкой фазой длиной в несколько метров при периодическом вытягивании заготовок из кристаллизатора и отсутствии постоянного движения металла относительно фронта затвердевания приводит к возникновению в сечениях заготовок ликвационных колец, что снижает качество заготовок. Между тем для реализации ряда эффективных технологических приемов, предусматривающих, например, повышенное давление в жидкой фазе отливаемой заготовки, управление начальным процессом формирования заготовки, позволяющим отливать заготовки без поверхностных ликвационных наплывов и т. д. необходимы периодическое вытягивание заготовки из кристаллизатора и протяженность жидкой фазы, равная мерной длине заготовки, отливаемой в условиях полунепрерывной разливки металлов.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и улучшение качества отливаемой заготовки как в поверхностных слоях, так и по всему сечению.

Поставленная цель достигается тем, что в способе полунепрерывной разливки металлов, включающем первоначальную подачу жидкого металла снизу в кристаллизатор до затравки, выдержку его в кристаллизаторе с формированием корки заготовки до заданной толщины, вытягивание заготовки из кристаллизатора на шаг вытягивания при одновременной подаче в кристаллизатор жидкого металла соответственно шагу вытягивания, после первоначального заполнения кристаллизатора металлом и заполнения после каждого вытягивания заготовки из кристаллизатора на шаг вытягивания, подачу жидкого металла продолжают и выводят металл за пределы затравки в объеме, равном 0,1-0,9 объема кристаллизатора, затем, в период выдержки часть указанного объема металла не менее одного раза возвращают в формируемую заготовку и вновь выводят за пределы затравки, а перед завершением отливки заготовки основную часть указанного объема металла вводят в формируемую заготовку и прекращают перемещение металла до окончания процесса затвердевания заготовки.

При выдаче металла за пределы затравки давление подачи металла в кристаллизатор рекомендуется увеличивать в 1,1-15,0 раза.

При возврате части металла сверху в формируемую заготовку давление в указанном металле повышают до величины, достаточной для преодоления давления подачи металла в кристаллизатор.

На завершающей стадии отливки, после прекращения перемещения металла, создают стационарное повышенное давление в жидком металле снизу и сверху заготовки.

По предлагаемому способу перемещение металла относительно фронта затвердевания заготовки осуществляется за счет изменения объема жидкого металла, выводимого за пределы затравки, и его возвращение обратно в кристаллизатор. При этом формируемая заготовка постоянно полностью заполнена металлом и жидкий металл постоянно в ней перемещается относительно фронта затвердевания.

Объем металла, выводимого за пределы затравки, рекомендуется принять равным 0,1-0,9 от объема кристаллизатора. Величина объема металла, выводимого за пределы затравки, определяется в основном тем, чтобы этот объем был достаточен для обеспечения требуемого режима динамического воздействия на затвердевающий слой заготовки. При небольших сечениях отливаемой заготовки, диаметром 100-200 мм, этот объем может составлять 0,9 объема кристаллизатора, а при сечениях более 500 мм рациональнее является соотношение 0,1-0,2.

Увеличение давления подачи металла в кристаллизатор в 1,1 раза гарантирует вывод металла за пределы затравки при наличии только металлостатического давления в жидкой фазе заготовки.

Увеличение давления подачи жидкого металла в кристаллизатор в пределах до 15 раз в паузах между вытягиваниями заготовки из кристаллизатора позволяет создавать повышенное давление на затвердевающую корку заготовки в зоне кристаллизатора до 2-3-х и более ати, что благоприятно сказывается на качестве отливаемой заготовки. (Повышенное давление в зоне кристаллизатора может быть создано за счет добавки к металлостатическому давлению давления от внешних сил, например от давления сжатого газа, электромагнитных сил и т.д.).

Если, например, отливаются заготовки из алюминиевого сплава с удельным весом жидкого металла 2,5 гр/см³ через кристаллизатор длиной в 1 м, то чтобы поднять жидкий металл до затравки, установленной сверху кристаллизатора, надо иметь давление подачи в 0,25 ати. Если продолжить подачу металла за пределы затравки и в это время создать в зоне кристаллизатора в нижней его части заданное давление, например в 2,5 ати, необходимо увеличить давление подачи в 10 раз.

Если же разливать магний-литиевый сплав с удельным весом жидкого металла 1,6 гр/см³, то для его подъема на высоту 1 м требуется давление подачи 0,16 ати. При продолжении подачи металла за пределы затравки и создании в нижней части кристаллизатора того же повышенного давления в 2,5 ати давление подачи необходимо будет увеличить в 15 раз.

Указанное выше, наглядно объясняет, почему рекомендуется увеличивать давление подачи в 1,1-15 раз.

Под давлением подачи понимается давление в жидком металле на входе в кристаллизатор при его поступлении в кристаллизатор.

Необходимость повышения давления в жидком металле, возвращаемом сверху в формируемую заготовку, объясняется тем, что только такие условия позволяют обеспечить возврат заданного количества металла в формируемую заготовку без уменьшения давления подачи.

При формировании сплошной заготовки очень важно обеспечить хорошую подпитку жидким металлом формирующейся серцевины слитка. Для этого на завершающей стадии отливки, после прекращения перемещения жидкого металла, заготовку эффективнее формировать, создавая стационарное повышенное давление в жидком металле сверху и снизу заготовки.

На фиг.1 показан один из моментов начального заполнения кристаллизатора металлом и указаны давления подачи h₁' и h₂'' в положениях, когда мениск жидкого металла находится соответственно в средней и верхней частях кристаллизатора; на фиг.2 показано формирование корки заготовки в кристаллизаторе в паузе, до вытягивания ее из кристаллизатора в условиях, когда часть жидкого металла выводится за пределы затравки при повышенном давлении подачи h₂, равным, например 1,1 h₁'' и вновь вводят в отливаемую заготовку в условиях, когда давление в жидком металле на входе в кристаллизатор Р₂ будет больше давления подачи h₁'' в несколько раз; на фиг.3 показан момент вытягивания заготовки из кристаллизатора и давление подачи h₃ к моменту окончания вытягивания заготовки на шаг вытягивания l; на фиг.4 показано формирование заготовки в паузе между вытягиваниями ее из кристаллизатора в условиях, когда часть жидкого металла выводят за пределы затравки при повышенном давлении подачи h₄, равным, например, 1,1 h₃, и вновь вводят в отливаемую заготовку в условиях, когда давление в жидком металле на входе в кристаллизатор Р₄ будет больше давления подачи h₃ в несколько раз.

Описание предлагаемого способа производится на примере полунепрерывной отливки заготовок из алюминиевого сплава, подаваемого в кристаллизатор снизу, например из металлоприемника пневмозадатчика.

Перед началом отливки заготовки осуществляют подготовительные операции, включающие: установку сверху кристаллизатора затравки и ее уплотнение; подсоединение к затравке системы, позволяющей через затравку отводить и подводить жидкий металл; подачу из печи в металлоприемник-пневмозадатчик жидкого металла.

Далее в металлоприемник-пневмозадатчик подают предпочтительно инертный сжатый газ и на входе в кристаллизатор 1 (см. фиг.1) через металлоподвод 2 создают давление подачи, которое в процессе заполнения кристаллизатора металлом 3 изменяется от 0 до h₁''. На фиг.1 показан один из моментов заполнения кристаллизатора металлом при давлении подачи h₁'.

К окончанию заполнения кристаллизатора металлом давление подачи на входе в кристаллизатор устанавливают h₂, равное предпочтительно не менее 1,1 h₁'', что гарантирует продолжение подачи жидкого металла через металлопровод 4, подсоединенный к затравке 5, за пределы указанной затравки.

За пределы затравки 5 рекомендуется выводить жидкий металл в объеме 0,1-0,9 объема кристаллизатора.

При отводе металла за пределы затравки 5 увеличивают сопротивление перемещению отводимого металла, что приводит к увеличению давления подачи в несколько раз, например до 10-15 раз, и тем самым позволяет создать давление на затвердевающую корку 6 заготовки 7 в кристаллизаторе 1 со стороны жидкого металла 3 до 2-3 ати.

После того, как необходимый объем жидкого металла будет подан за пределы затравки, в указанном жидком металле создают дополнительное давление, в результате чего давление на входе в кристаллизатор станет равным Р₂ (см. фиг. 2), превышающим давление подачи.

Давление Р₂ в жидком металле на входе в кристаллизатор сохраняют до тех пор, пока весь или часть объема металла, ранее выведенного за пределы затравки, не возвратят в пневмозадатчик.

Далее указанный объем жидкого металла перемещают относительно затравки в том или ином направлении установленное число раз, зависящее от скорости перемещения металла внутри заготовки и времени начального формирования корки заготовки до ее вытягивания из кристаллизатора.

Перед вытягиванием заготовки из кристаллизатора давление в жидком металле понижают предпочтительно до величины h₂, затем заготовку 7 быстро вытягивают из кристаллизатора 1 (см. фиг.3) на шаг вытягивания l, увеличивая при этом пропорционально вытягиванию давление подачи с h₂ сначала до h₃, потом до h₄ (см. фиг.3 и 4).

По окончании вытягивания заготовки из кристаллизатора вновь за пределы затравки выводят заданный объем металла, и давление подачи, увеличивают в несколько раз за счет увеличения сопротивления перемещению отводимого металла.

В наступившую паузу между вытягиваниями заготовки из кристаллизатора, аналогично ранее проведенному приему, заданный объем жидкого металла неоднократно перемещают относительно затравки в ту или иную сторону, причем при возвращении жидкого металла в пневмозадатчик на входе в кристаллизатор устанавливают давление Р₄, превышающее давление подачи (см. фиг.4).

Далее при давлении подачи не менее h₄ начинают следующее вытягивание заготовки из кристаллизатора и вытягивают ее на шаг вытягивания подавая при этом необходимое количество жидкого металла в кристаллизатор и обеспечивая необходимое увеличение давления подачи. Затем все приемы повторяют до тех пор, пока заготовка не будет вытянута до заданной длины.

По окончании вытягивания заготовки из кристаллизатора до заданной длины, при непрерывном движении жидкого металла, в заготовке ее формируют или до заданной толщины стенки полой заготовки, после чего остатки жидкого металла сливают в металлоприемник- пневмозадатчик, или до сплошного сечения, причем в этом случае, когда в сечении заготовки остается незначительная незатвердевшая площадь, например для круглой заготовки диметром менее 30-60 мм, почти весь металл, выведенный ранее за пределы затравки, возвращают назад в металоприемник-пневмозадатчик, движение жидкого металла прекращают и в жидкой затвердевающей части создают повышенное стационарное давление сверху и снизу заготовки. При этом заготовка формируется без развития в ней осевой пористости.

1. Способ полунепрерывной разливки металлов, включающий периодическую подачу жидкого металла снизу в кристаллизаторе до затравки, выдержку его в кристаллизаторе с формированием корки заготовки до заданной толщины, вытягивание заготовки из кристаллизатора на шаг вытягивания при одновременной подаче в кристаллизатор жидкого металла соответственно шагу вытягивания, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества отливаемой заготовки, после первоначального заполнения кристаллизатора металлом и заполнения после каждого вытягивания заготовки из кристаллизатора на шаг вытягивания, подачу жидкого металла продолжают и выводят металл за пределы затравки в объеме, равном 0,1 - 0,9 объема рабочей полости кристаллизатора, затем, в период выдержки, часть указанного объема металла не менее одного раза возвращают в формируемую заготовку и вновь выводят за пределы затравки, а перед завершением отливки заготовки основную часть указанного объема металла вводят в формируемую заготовку и прекращают перемещение металла до окончания процесса затвердевания заготовки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выдаче металла за пределы затравки давление подачи металла в кристаллизатор увеличивают в 1,1 - 15,0 раз.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при возврате части металла сверху в формируемую заготовку, давление в металле повышают до величины, достаточной для преодоления давления подачи металла в кристаллизатор.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что, с целью повышения качества серцевинной части сплошной заготовки, на завершающей стадии отливки, после прекращения перемещения металла, создают стационарное повышенное давление в жидком металле снизу и сверху заготовки.

1. СПОСОБ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ, включающий периодическую подачу жидкого металла снизу в кристаллизаторе до затравки, выдержку его в кристаллизаторе с формированием корки заготовки до заданной толщины, вытягивание заготовки из кристаллизатора на шаг вытягивания при одновременной подаче в кристаллизатор жидкого металла соответственно шагу вытягивания, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества отливаемой заготовки, после первоначального заполнения кристаллизатора металлом и заполнения после каждого вытягивания заготовки из кристаллизатора на шаг вытягивания, подачу жидкого металла продолжают и выводят металл за пределы затравки в объеме, равном 0,1 - 0,9 объема рабочей полости кристаллизатора, затем, в период выдержки, часть указанного объема металла не менее одного раза возвращают в формируемую заготовку и вновь выводят за пределы затравки, а перед завершением отливки заготовки основную часть указанного объема металла вводят в формируемую заготовку и прекращают перемещение металла до окончания процесса затвердевания заготовки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выдаче металла за пределы затравки давление подачи металла в кристаллизатор увеличивают в 1,1 - 15,0 раз. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при возврате части металла сверху в формируемую заготовку, давление в металле повышают до величины, достаточной для преодоления давления подачи металла в кристаллизатор. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что, с целью повышения качества серцевинной части сплошной заготовки, на завершающей стадии отливки, после прекращения перемещения металла, создают стационарное повышенное давление в жидком металле снизу и сверху заготовки.