Способ отливки слитков Советский патент 1982 года по МПК B22D7/02 

(54) СПСХ:ОБ ОТЛИВКИ СЛИТКОВ

Изобретение относится к металлургии, а конкретнее к способам получения слитков.

Основной проблемой, возникающей при производстве крупных и сверхкрупных слитков, ягвляется развитие значительной зональной химической и структурной неоднородности вследствие развЕггия ликвадионных и усадочных процессов, обусловленных большой прюдолжительностью затвердевания таких слитков и оказывающих отрицательное влияние на качество слитков.

Известны трт основных направления в ретиешш указанной проблемы: удаление центральной дефектной зоны сяитка с последующим заполнением образующейся полости жддким металлом, развитие электрсшлаковой технологии и изыскание мероприятий по интенсификации затвердевания слитка.

В рамках третьего направления одним из наиболее перспектавных является метод послойной отливки слитков, обеспечи-

ваюншй резкое сокращение продолжительности liX затвердевания путем разбивки слитка на изолированные слои, параллель-, ные основной поверзшостя теппоотвода, и имеющих минимальную, определяемую их толщиной, продолжительность затвердевания 1} .

Главным условием успешной реализации указанного метода является обеспечение надежного сваривания слоев при их автономном затвердевании, определяемого оптимальным соотнощением меяоду температурно-временным интервалом заливки слоев, их размерами к режимом защиты поверхности свариваемых слоев от окисления.

Однако известные существующие приемы по обеспечению свариванвя слоев связаны, как правило, с введением в цшсп получения заготовок допогоштельных

20 дорогостоящих и трудоемвсих технологических процессов (спзпсиальная длительная термообработка, прокатка не(, блюминге, гqpячaя прокатка) и могут дать noiKMKifrтелыпые результаты лишь при повышенных степенях высокотемпературной пластачеокой деформации и непригодны. для производства крупных слитков и поковок с удовлетворительной литой структурой, подвергающихся в дальнейшем ковке 2 Наиболее близким к изобретению, является способ, в котором заливку очередного слоя при послойной отливке -слитков произзодят в момент частичного з твердевания предыдущего слоя при толщине кристаллизующейся оболочки, равной 1/81/1О толщины слоя металла, заливаемого в полость между формирующейся часть сяитка и подвижной стенкой кристаллизатора 3 . , Однако аналитические расчеты свидетельствуют о том, что при рекомендуек:ом интервале заливки слоев возможно полное вторичное расплавление частично затвердевщего слОя, при этом неизбежно увеличение продолжительности :пребывания значительных объемов слитка в двухфазном состоянии, что обуславливает интенсивное развития химической и физической неоднородности и не обеспечивают требуемого качества слитков. Кроме того указанные условия могут быть реализованы, в частных случаях при совершенно определенных весьма лимитированных тотщшах свариваемых слоев, ограничивае мых воотложными скоростями вытягивания слитка из кристаллизатора. Указанный способ не позволяет осуществить отливку крупных и сверхкрупных (Д Q.p:5-30OO мм стштков и заготовок при резком сокращении врем ши их затвердевания. Целью изобретения является создание условий для надежного сваривания слоев гри послойной отливке слитков практичес ки любого веса, снижения уровня химической и структурной неоднородности путем обеспечения автономного затвердевания слоев и, тем самым, резкого со1фащения общей продолжительности затвер девания слитка при одновременном обеспечении достаточной степени чистоты свариваемых поверхностей. Поставленная цель достигается тем, гго согласно способу отливки слитков, сначала отливают центральный слиток (стержень) с размерами поперечного сечения в пределах 0,15-0,5 от соответствующих размеров суммарного {зада1ШОго) слитка, отливку последующих слоев 1ФОИЗВОДЯТ с интервалом, равным 2О-70 от продолжительности затвердевания предыдущего слоя, при этом толщина слоев выбирается из условия равенства продол-t жительности их затвердевания. Отливку слоев производят с разделительным манжетом под шлаком двух разЛЯЧНЬЕХ составов. Указантзте пара метры слоев, в том числе и центрального стержня, а также интервал заливки, реализуются практически для всего существующего в настоящее время сортамента слитков, и прежде всего крупных и сверхкрупных. При этом указанный нижний предел размеров центрального слитка (стержня) относится к слиткам более крупного развеса, а выбор интервала заливки слоев определяется их количеством и, соответственно, размерами. при соблюдении указанных параметре отливки многослойных слитков важнейшим условием надежного сваривания слоев является достаточная чистота свариваемых поверхностей, дос-гаггаемая в предлагаемом способе обработкой поверхностей слоев жидким синтетическим шлаком. Причем заливку слоев, кроме внут-реннего, производят под слоем шлака двух составов с разделительньгм манжетом (перегородкой). Для очистки зоны контакч. та слоев на зеркале металла в пространстве между поверхностью отлитого слоя и манжетом наводится спенкальный, агрессятный по отношению к ранее образованному на поверхности отлитого слоя гарнисажу, а между манжетой и стенкой изложницы следующего размера наводится обычный (для данного состава металла) защитный шлак. При интервале заливки слоев менее 20% от продолжительности затвердевания предыдущего слоя возможно полное его вторичное расплавление, увеличение продолжительности пребьшания значительных объемов слитка в двухфазном состоянии и, как следствие, повьпиение химической и структурной неоднородности слитка. При увеличении интервала заливки слоев свыше 70% от продолжительности затвердевания пр едь1 дущ его слоя возможно отсутствие его частичного поверхностнс го оплавления, что может повлечь за собой частачную или полную несвариваемость слоев и резкое ухудшение качества слитка в целом. Кроме того, в этом случае возможно возникновение встречного фронта кристаллизации и связанных с этим явлением усадочных дефектов. Следовательно, указанные интервалы заливки слоев (20-7О%) обесчтечивают обособленность затвердевания слоев, уменьшение общего времени затвердевания всего слптка, а также минимальное оплаэлекие поверхности отлитого слоя и создание условий для надежного сваривания слоев. При выборе размеров поперечного сечения центрального слитка (стержня) вне указанных пределов (0,15-6,5 от размеров поперечного сечения всего слитка) может произойти его полное вторичное расплавление и, следовательн увеличение общего времени датвердевания с вытекающими отсюда отрицательными последствиями, возможно создание условий для несваривания следующего слоя из-за достаточно моишого теплоотвода внутрь этого слитка (стержня). Способ осуществляют следующим образом. Приведен технологический процесс от ливки многослойного, отливаемого в четыре приема, кузнечного слитка массой т из стали 35Л, имеющего средний диаметр в пределах 3500 мм (осно ные параметры рассчиташл методом элек тротепловой аналогии).. BHa4a;je отливается внутренний слито (стержень) диаметром 80О мм, через 1,3 ч, что составляет 7О% времени его затвердевания, производится отливка ето рого слоя толщиной 4ОО мм, затем с ин ерваломв 2,5-2,8 ч oт швaютcя третий ;И четвертый слои (продолжительность за твердевания каждого слоя находится в пределах 4-5 ч). Толщина третьего слоя 475 мм, четвертого 50О мм. Таким образом, время полного затвердевания суммарного (заданного) слитка 12-14 ч что в 3,5-4 раза меньше времени затвердевания такого слитка, отливаемого по обьпшой технологии. При этом обеспечивается автономность затвердевания каждого слоя, ширина зоньп двухфазного I состояния не превышает 380 мм, а время пребывания в ней объемов стали не более 5,5 ч, что соответствует приблизительно времени затвердевания слитка массой 40 т. Отливка второго, третьего и четвертого слоев ведется с разделительным манжетом, который конструктиию выполнен подвижным (плавающим), поднимаю щимся на зеркале между манжетотл и поверхностью отлитого слоя, наводятся шлак, представляющий собой расплав со4866лей фторидов и хлоридов, а в пространстве-между манжетом и стенкой изпожнвцы следующего размера - обратный шлак, аалркмер rftna АН-Ш200.Применение изобретения позволяет получать слитки и отливки n jaKTiwecKK любой массы с повьш1енными фвзике -механическими свойствами, многослойные слитки с дифференцированными свойствами, а также полые слитки для нужд тяжелого и энергетического машиностроения, основного поставщика валков холодного и горячего проката, крупных пустотелых и монолитньгх поковок для валков судовых двигателей и т.д. Производство биметаллических многослойных валков позволяет достигнуть увеличения их ресурса в 1,5-1,8 раза при значзательной экономии дорогостоящих легированных сталей. Ожидаемый технико-экономический эффект составляет около 0,5 млн. руб. в . Формула изобретения 1. Способ отливки слитков, в том числе под жидким синтетическим шлаком, включающий отливку центрального слитка с последующей заЛивкой металла в вертикальные полости, образованные. бо.ковой поверхностью ранее отлитого слитка и стенкой изложницы следующего размфа, до получения всего слитка, отличающийся т&л, что, с целью снижения :,фовня химической и структу1 ной неоднородности, сокращения общей продолжительности затвердевания слитка, а также обеспечения надежного сваривания слоев, заливку слоев производят с интервалом, равным 2О-7О% продолжительности затвердевания предыдущего слоя, толщину слоев задают из условия равенства продолжительности их затвердевания, при этом размеры поперечного сечения центрального слитка выбирают в пределах О,15-О,5О размеров поперечного сечения всего слитка. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения надежного удаления шлакового гарнисажа и окислов с поверхности ранее отлитого слоя и одновременного получеюм защитного покрытия на наружной тювёрхности отливаемого слоя, отливку слоев производят с разделительным манжетом под щлаком двух различных составов. J Источники информаюш, принятые во внимание при экспертизе 1. Германн Э. Непрерывное лвггье. Металлургиздат, 1961, с. 324, 325, 345-348. 9504868 2. Заявка Японии № 53-72732, кл. 11 ё 083, 1976. 3. ABTqpcKoe свидетельство СССР № 496091, кл. В 22 D 11/00, 1975.