Способ непрерывного горизонтального литья металлов и сплавов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСИИХРЕСПУБЛИК БО, 11329 А 3(59 В 22 0 11 ОО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ",. :(71) Могилевское отделение физико-технического института АН БелорусскойССР и Каунасский литейный заводЦентролит"(56) 1. М.В. Чухров и др. Непрерывное горизонтальное литье слитковметаллов и сплавов. М., "Металлургия", 1968, с. 12-36.2. О.А. Шатагин и др. Непрерывноелитье на горизонтальных машинах. М.,аМеталлургия", 1976, с. 41.3. М.В. Чухров и др. Непрерывноегоризонтальное литье слитков металлов и сплавов . М., "Металлургия",1960, с. 48.4. О.А. Шатагин и др. Горизонтальное непрерывное литье цветныхметаллов и сплавов. М., "Металлургия", 1974, с. 21-28.5. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2190502/22-02,кл. В 22 0 11/09, 1976.(54)(57) 1, СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ И. СПЛАВОВ, включающий подачу расплава вкристаллизатор и извлечение слиткаметодом протяжки по циклическомурежиму, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения производительности, стабильности процесса литья и качества отливки, слиток извлекают с частотой циклов1-10 Гц и ускорением движения в те-,чение цикла 0,5-10 м/с, причем время остановки поддерживают равным 0,2-5 времени движений слитка в течение цикла, а длину протяжки эа .один цикл - 0,01-0,06 длины кристаллизатора, при гидростатическом напоре расплава равном 2-15 и толщине затвердевшей стенки слитка на выходе иэ кристаллиэатора равной 0,05-0,5 толщины слитка, причем слиток охлаждают в кристаллизаторе и вне его с заданной интенсивностью теплообмена в зависимости от вида металла или сплава.2; Способ по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что при получении слитка из стали его охлаждают в В кристаллиэЬаторе с интенсивностью 1-10) 10 Вт/м, а вне его коэффициент теплообмена слитка с окружающей средой подцерживают 500 - 5000 Вт/м 2 град.3. Способ по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что при получении слитка из чугуна его охлаждают в кристаллизьаторе с интенсивностью (, 2 (0,5-52 10 Вт/м 2, а вне его коэффициент теплообмена слитка с окружаю,щей средой поддерживают 50 Маей 500 Вт/м град.4. Способ по п. 1, о т л и ч а - ффю щ и й с я тем, что при получении Я слитка из сплавов на основе алюминия его охлаждают в кристаллизаторе с интенсивностью (,0,1-1210 ЬВт/м, а вне его коэффициент теплообмена слитка с окружающей средой поддерживают 10-2000 Вт/м град..В 5. Способ по и. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что при получении .слитка из сплавов на основе меди его охлаждают в кристаллизаторе с интенсивностью (1,1-2 ) 106 Вт/м 2, а вне его коэффициент теплообмена слитка с окружающей средой поддерживают 50-3000 Вт/м, град.Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к непрерывному горизонтальному литью металлов и сплавов.Известен способ непрерывного литья стали. Способ позволяет получать стальные заготовки удовлетворительного качества 1 .Основным недостатком этого способа является то, что не позволяет извлекать слиток из кристаллизатора с частотой циклов более 110 в минуту, не регламентирует ускорение движения слитка в течение цикла и не дает соотношений режимных парамет 10 ров вытяжки и тепловых параметров 15при затвердевании и охлаждении слитка. Все это не позволяет полностьюиспользовать возможности процесса попроизводительности и не обеспечиваетстабильности процесса литья и каче"ства отливки,Известен также способ непрерывного литья серого чугуна, который регламентирует получение слитка из сеРого чугуна в графитовом кристаллизаторе 2 .Однако он не позволяет получатьслитки из различных марок чугунав металлическом кристаллизаторе прибольшой интенсивности теплоотвода.Производительность процесса не превышает 0,7 м/мин. Структура слитканеоднородна по длине рывка.Известен способ непрерывного литья сплавов на основе алюминия, ко-.торый регламентирует получечие слитков из сплавов на основе алюминиямиНедостатком этого способа является то, что он не позволяет получатьслитки из различных сплавов на основе алюминия в кристаллизаторе при 40большой интенсивности теплоотвода.Не регламентирует связь тепловыхпараметров процесса с режимами вытяжки заготовки. Производительностьпроцесса не превышает 0,3-0,4 м/мин.Известен также способ непрерывного литья сплавов на основе меди,который регламентирует получениеслитков из бронзы и латуни в графитовом кристаллизаторе 4 .Однако он не позволяет получать 50слитки из различных сплавов на основе меди в металлическом кристаллизаторе при большой интенсивности теплоотвода. Частота вытяжки не превышает 10 ц/мин, шаг вытягивания не 55менее 25 мм. Производительность процесса не,превышает 0,5 м/мин. Структура слитка неоднородна по длинерывка.Наиболее близким к предлагаемому 60по технической сущности к достигаемому эффекту является способ непрерывного горизонтального литья металлов, включающий заливку расплавленного металла в охлаждаемый кристал лиэатор и извлечение затвердевающегсслитка из кристаллизатора по определенному циклическому режиму 5 .Недостатком известного способаявляется то, что он не позволяетизвлекать слиток с частотой более30 ц/мин и малой длиной протяжки заодин цикл,Скорость извлечения заготовки изкристаллизатора не превышает 0,50,7 м/мин. Структура слитка, вследствие большой длины протяжки, неоднородна по длине, а следовательно,не постоянны и физико-механическиесвойства.Цель изобретения - повышение производительности, стабильности процесса литья и качества отливки.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу непрерывного горизонтального литья металлов и сплавов, включающем подачурасплава в кристаллизатор и извлечение слитка методом протяжки поциклическому режиму, слиток извле-кают с частотой циклов 1-10 Гц иускорением движения в течение цикла0,5-10 м/с 2, причем время остановкиподдерживают равным 0,2-5 временидвижения слитка в течение цикла, .адлину протяжки за один цикл - 0,.010,06 длины кристаллизатора, пригидростатическом напоре расплаваравном 2-15 и толщине затвердевшейстенки слитка на выходе,из кристаллизатора равной 0,05-0,5 толщиныслитка, причем слиток охлаждают вкристаллизаторе и вне его с заданнойинтенсивностью теплообмена в зависимости от вида металла или сплава.При получении слитка из сталиего охлаждают в кристаллизаторе синтенсивностью 1-102 10 Вт/м 2, авне его коэффицйент теплообменаслитка с окружающе средой поддерживают 500-5000 Вт/м град.При получении слитка из чугуна,его охлаждают в кристаллизаторе синтенсивностью 0,5-5) 10 Вт/м 2, авне его коэффициент теплообменаслитка с окружающей средой поддерживают 50-500 Вт/м град.При получении слитка из сплавовна основе алюминия, его охлаждаютв кристаллизаторе с интенсивностью0,1-1. 10 Вт/м 2, а вне его коэффициент теплообмена слитка с окружающей средой поддерживают 102000 Вт/м 2 град.При получении слитка из сплавовна основе меди, его охлаждают в кристаллизаторе с интенсивностью 0,1-2 ) 10 Вт/м , а вне его коэффициенттеплообмена слитка с окружающей средой поддерживают 50-3000 Вт/м град.2При частоте циклов менее 1 Гцдля получения необходимой скоростиизвлечения отливки нужно. увеличивать длину протяжки за один цикл более 0,06 длины кристаллиэатора, чтоведет к образованию неравномернойструктуры по длине слитка. Крометого, при частоте циклов менее 1 Гцна поверхности слитка образуютсянеспаи более 1 мм, что увеличиваетприпуск на обработку. При частотециклов более 10 Гц времени остановки в течение цикуа недостаточно дляобразования прочной начальной корки,что приводит к нестабильности процесса.Ускорение движения слитка в течение цикла более 10 м/с 2 приводит кразрыву начальной корки и нарушениюстабильности процесса литья. Снижение ускорения движения слитка в течение цикла менее 0,5 м/с не обеспечивает необходимой среднейско-.рости движения отливки и способст- .вует ухудшенйю качества поверхности слитка эа счет обраэовайия наплывов,Поддержание времени остановкименее 0,2 времени движения слиткав течение цикла приводит к образованию начальной корки недостаточнойпрочности, что ведет к нарушениюпроцесса литья. Поддержание времениостановки более 5 времени движенияслитка втечение цикла приводит кснижению скорости вытягивания слиткаи увеличению неспаев на поверхностислитка.Поддержание длины протяжки заодин цикл менее 0,01 длины кристаллизатора не представляется возможным, так как необходимо увеличиватьчастоту циклов более 10 Гц. Крометого, при такой длины протяжки затруднено заполнение жидким металломзоны начальной корки. Поддержаниедлины протяжки более 0,06 длиныкристаллиэатора ведет к снижению частоты вытяжки, увеличению неспаев наповерхности слитка и увеличению разнородности структуры слитка.Гидростатический напор менее 2толщин слитка не обеспечиваетнормального фронта кристаллизациижидким расплавом и может приводитьк образованию осевой пористости ирыхлот. Гидростатический напор более15 толщин слитка при прочих равных.условиях способствует прорыву стенкислитка на выходе из кристаллизатора и ведет к прекращению процессалитья.Уменьшение толщины стенки затвердевающего слитка на выходе из кристаллиэатора менее 0,05 толщины слитка приводит к подплавлению стенкии прорыву металла, что.может привес"ти к прекращению процесса литья.Увеличение толщины стенки более 0,5толщины слитка невозможно, так какпроизошло полное эатвердевание вкристаллиэаторе. Охлаждать стальной слиток в кристаллиэаторе с интенсивностью менее110 Вт/м 2 нецелесообразно с точкизрения необходимой производительности процесса, а с интенсивностью5 более 10.106 Вт/м вести процесс затруднительно, так как происходит,почти полное затвердевание слитка вкристаллизаторе и перемерзание под-,водящих металл каналов.Поддержание коэффициента теплообмена слитка с,окружающей средой менее 500 Вт/мград может привестик подплавлению стенки слиткапрорыву металла и прекращению процессалитья, а выше 5000 Вт/м град можетпривести к возникновению термическихнапряжений в слитке,Охлаждать чугунный слиток в кристаллизаторе с интенсивностью менее0,5 10 Вт/м нецелесообразно с точ 20 ки зрения необходимой производительности процесса, а с интенсивностьюболее 5 10 Вт/м вести процесс за"труднительно, так как происходитпочти полное затвердевание слитка в25 кристаллизаторе и перемерэание подводящих металл каналов.Подцержание коэффициента теплообмена слитка с окружающей средой менее 50 Вт/м 2 град может привести кЗО,подплавлению стенки слитка и прорывуметалла и прекращению процесса литья, а выше 500 Вт/м град нецелесообразно, так как и меньшейинтенсивности достаточно для полученияВсей гаммы структуры От ферритнойдо структуры белого чугуна. Крометого, дальнейшее повыщение коэффициента теплообмена приводит, к появлению термических напряжений вслитке.40 Охдаждать слиток из сплавов наоснове алюминия в кристаллизаторес интенсивностью менее 0,110 Вт/мнецелесообразно с точки зрения необходимой производительности процесса,45 а с интенсивностью более 1.10. Вт/мвести процесс затруднительно, таккак происходит почти полное эатвердевание слитка в кристаллиэаторе иперемерзание подводящих металл ка 5 О н ов фПоддержание коэффициента теплообмена слитка с окружающей средойменее 10 Вт/м . град может привестик подплавлению стенки слитка и проРыву металла и прекращению процессалитья, а выше 2000 Вт/м 2.град нецелесообразно, так как и меньшей интенсивности достаточно для получения необходимой структуры. Кроме того, дальнейшее повышение коэффици 60 ента теплообмена приводит к появлению термических напряжений в слитке.Охлаждать слиток из сплавов наоснове меди в кристаллиэаторе с интенсивностью менее 0,1 10 Вт/м .не 6 21011329 25 30 мме3 40 45 . 50 БНИИПИ Заказ 2637/14 Тираж 811 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 целесообразно с точки зрения необходимой производительности процесса, а с интенсивностью более 2 106 Вт/м вести процесс затруднительно, так как происходит почти полное затвердевание слитка в кристаллизаторе и перемерзание подводящих металл каналов.Поддержание коэффициента тепло" обмена слитка с окружающей среДой менее 50 Вт/м 2 град может привести к подплавлению стенки слитка и прорыву металла и прекращению процесса литья, а выше 3000 Вт/м град нЕцелесообразно, так как и меньшей интенсивности достаточно для получения необходимой структуры. Кроме того, дальнейшее повышение коэффициента теплообмена приводит к появлению термических напряжений в слитке.П р и м е р 1. Заливают сталь 35 в медный кристаллизатор 9 65 мм, длиной 00 ья. Извлекают заготовку с частотой 5 Гц и максимальным ускорением движения в течение цикла 3 м/с. Время остановки и время движения в течение цикла равны соответственно 0,15 и 0,05 с, Длина протяжки за один цикл равняется 3,3 Мм. Толщина стенки слитка на выходе из кристаллизатора равняется 10 мм, а гидростатический напор равен 450 Слиток охлаждают в кристаллиэаторе со средней интенсивностью 2 .25) 106 Вт/м 2, а вне кристаллиэатор коэффициент теплообмена слитка с окружающей средой поддерживают 1000 Бт/м 2 град, Получают слиток длиной 1 1 метров. Скорость извлечения слитка из кристаллизатора соста ляет 1 м/мин. Наружная поверхность слитка гладкая, места сваривания начальной корки со слитком плотные. Структура перлито-ферритная. Твердость 215 НВ.П р и и е р 2. Заливают чугун СЧ 21-40 в медный кристаллизатор60 мм, длиной 200 мм. Извлекают заготовку с частотой 5 Гц и ускорением движения в течение цикла 3,5 м/с 2. Бремя остановки и время движения н течение цикла равны 0,1 с Длина протяжки эа один цикл равняется 6 мм. Толщина стенки слитка на выходе иэ кристаллизатора равняется 9 мм, а гидростатический напор равен 200 мм. Слиток охлаждают в кристаллизаторе с интенсивностью 800 тыс., Бт/м 2, а вне кристаллизатора коэФФициент теплообмена слитка с окружающей средой поддерживают 150 Бт/м град, Получают слиток длиной 14 м, Скорость извлечения слитка иэ кристаллиэатора составляет 1,8 м/мин, Наружная поверхностьслитка гладкая, места свариванияначальной корки со слитком плотные.5 Глубина спаек не превышает 0,3 мм.Структура чугуна перлито-ферритная.П р и м е р 3. Заливают алюминийА 99 в кристаллизатор 9 50 мм, длиной 200 мм. Извлекают заготовку с 10 частотой цикла 1 Гц и максимальнымускорением движения в течение цикла5,5 м/с. Время остановки и времядвижения в течение цикла равны0,5 с. Длина протяжки за один циклравняется 10 мм. Толщина стенкислитка на выходе иэ кристаллизатораравняется 7 мм, а гидростатическийнапор равен 200 мм. Слиток охлаждаютв кристаллизаторе с интенсивностью450000 Вт/м, а вне кристаллизаторакоэффициент теплообмена слитка с окружающей средой поддерживайй . ВОО Вт/м 2.град. Скорость извлеченияслитка из кристаллизатора составляет 0,6 м/мин. Наружная поверхностьслитка гладкая, места свариванияначальной корки со слитком плоченые,Плотность алюминия 2700 кг/м, твер-дость 13,5 НВ,.П р и М е р 4. ЗаливаютОЦС 5-5-5 в кристаллизатор ф 60 мм,длиной 200 мм,Извлекают заготовку с частотойциклов 2,5 Гц и ускорением движенияв течение цикла 1 м/сх. Время остановки и время движения в течениецикла равны 0,2 с. Длина протяжкиза один цикл равняется 5 мм. Толщина стенки слитка на выходе из кристаллизатора равняется 18 мм, а гидростатический напор равен 450 мм.Слиток охлаждают в кристаллиэаторес интенсивностью 700 тыс. Вт/м , а2вне кристаллизатора коэффициент теплообмена слитка с окружающей средойподдерживают 1400 Вт/м град. Скогрость извлечения слитка из кристаллиэатора составляет 0,8 м/мин. Наружная поверхность слитка гладкая, места сваривания начальной корки сослитком плотные. Глубина спаев непревышает 0,3 мм. Структура дендритная. литейные макродефекты отсутствуют. Твердость 90 НВ. Предлагаемый способ непрерывного горизонтального литья металлов и сплавов обеспечивает получение качественных заготовок с заданными структурой и свойствами. Производительность процесса по сравнению с существующими повышается в 1,5-2 раза.