Устройство для суспензионной разливки металлов и сплавов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет В 22 О 7/12 Государствеииый комитет СССР по делам изобретеиий н открытий(72) Авторы изобретен А.И. Чижиков, С.ф. Харичев, Б.Н, Мангасаи Л.Я. Кашевник Заяви 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУСПЕНЗИОННОЙ РАЗЛИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВИзобретение относитсягии и может. быть испольэораэливке металла.Известны устройства для отливкиполых .слитков, состоящие иэ кристаллиэатора с вертикальными стенками игладкостенной оправки (дорна) 1 .Недостатками указанной установкиявляются малый наклон поверхностидорна и полное отсутствие угла наклона поверхности кристаллиэатора квертикали, что не позволяет регулировать расстояние между указанными поверхностями, а гладкая поверхностьдорна и позволяет удерживаться на . 15нем эатвердевающей корке металла, Врезультате этого в устройстве невозможно получить переохлажденный твердо-жидкий металл,Известно также устройство для отливки заготовок методом реокастинга,включающее две цилиндрические камеры,установленные одна под другой, причемверхняя камера снабжена индукционньюнагревателем, а нижняя охлаждается,Верхняя камера служит питателем длянижней. Через обе камеры проходитвращающийся дорн, служащий для переманивания полуэатвердевшего расплаГ 230 Недостатком указанного устройства является различие охлаждающих трубок на неподвижной поверхности емкости в области создания твердой составляющей в расплаве, что приводит к большому наращиванию гарнисажа и, в конечном итоге, к полному промерзанию расплава в зазоре между дорном и стенкой емкости и, как следствие, к прекращению процесса, Наряду с этимкоаксиально расположенные цилиндрические поверхности дорна и емкости исключают возможность регулировать величину зазора между ними, что необходимо делать при колебаниях температуры подаваемого металла, поэтому процесс создания полузатвердевшего жидкого расплава нарушаегся, в ре-. зультате чего выдаваемый слиток имеет структурную и химическую неоднородность. Это приводит к повышенному . браку литья.Цель изобретения - повышение качества металла и увеличение производительности устройства.Указанная цель достигается тем что дорн и внутренняя полость емко ти выполнены с конусностью 15-45 а расстояние между дорном и стенкойемкости составляет 1,0-3,0 среднего диаметра дорна.Уменьшение конусности дорна и емкости меньше 15 приводит к резкому снижению возможности регулированиявеличины зазора между дорном и стенкой емкости. Увеличение указаннойконусности свыше 45 приводит к периоодическим обрывам гарнисажа с дорнаи к нарушению или полному прекращению процесса разливки.Уменьшение расстояния между дор- оном и стенкой емкости за нижний предел, равный 1,0 диаметра дорна,сопровождается опасностью полного промерэания металла в зазоре между дорном и стенкой емкости и нарушением 15 процесса разливки. Увеличение указанного расстояния сверх верхнего предела, составляющего более 3,0 диаметра дорна, приводит к снижению охлаждающего действия дорна относительно большего количества металла, поступающего в пространство между дорном и стенкой емкости, что нарушает процесс получения полутвердого расплаваРазмеры указанного расстояния применяют ближе к верхнему пределу в случае малых диаметров дорна (50-100 мм). При больших диаметрах дорнов (200-300 мм) размеры этого расстояния применяют приближающиесяк нижнему пределу.30В процессе каждой конкретной разливки расстояние между дорном и стенкой емкости корректируют путем вертикального перемещения дорна в зависимости от различных Факторов - тем- З 5 пературы разливаемого металла, химического состава металла, скоростиразливки и др.На чертеже представлено устройство, общий вид.Устройство состоит иэ емкости 1 с крышкой 2. С внешней стороны емкости на половине ее высоты установлены электромагниты 3, а ниже этих электромагнитов - электрические нагреватели 4, В донной части емкости выполнен канал, в котором вставлена огнеупорная трубка 5, выступающая за пределы емкости, при этом выступающая часть трубки выведена в электро- дозатор 6. В боковой части емкости выполнен заливочный лоток 7. В крышке емкости вмонтирован кожух 8, через который проходит верхний конец охлаждаемого дорна 9 с трубками для подвода и отвода охладителя. Нижний 55 конец дорна выполнен конусообразным с рифленой внешней поверхностью для удержания гарнисажа 10 из раэливаемого металла 11. Верхний конец дорна закреплен в держателе 12, в котором ц смонтирован редуктор для вращения дорна и распределитель подвода и отвода охлаждающей жидкости (не показаны), На колонне 13 подвижно установлена консоль 14 с двигателем 15.Двигатель для перемещения консоли не показан. Для создания нейтральной сре-,ды в емкости предусмотрен соответствующий патрубок 1 б. Для случая порционной выдачи полуэатвердевшего металла предусмотрены Формы 17, подводимые в конвейерном порядке. При непрерывной разливке заготовок вместоФорм с конвейером устанавливаютИНЛЭ (машину непрерывного литья заготовок), Поэтому полузатвердевший металл с помощью электродозатора б подается непосредственно в кристаллизагор МНЛЗ.Устройство работает следующим образом,Жидкий металл 11, поступающий вемкость 1 по лотку 7, подвергаетсяэлектромагнитному перемешиванию с помощью индукторов 3. Через кожух 8 вкрышке 2 в жидкий металл 11 вводитсяохлаждаемыи дорн 9, который приводится во вращательное движение, На внеш"ней рифленой поверхности дорна 9 образуется. слой гарнисажа 10 из разлифваемого металла 11. За счет вращенияжицкого металла 11 и дорна 9 от слоягарнисажа 10 отделяются частицы затвердевшего металла в виде непрерывнорастущих кристаллов, которые, приобретая округлую форму (эа счет движе"ния в турбулентном потоке), перемешиваются равномерно с жидким металлом11, образуя твердо-жидкий расплав.Дляпредотвращения полного замерзаниярасплава в нижней части емкости 1смонтированы электрические нагреватели 4, В зависимости от температурырасплава к электрическим нагревате"лям 4 подводится большая или меньшаямощность.Регулирование количества образующейся твердой фазы производится засчет опускания или поднимания охлаждаемого дорна, 9 или эа счет увеличения или уменьшения скорости вращениядорна 9 и жидкого металла 11 с помощью индукторов 3.Скорость вращения дорна 9 и глуби"ну погружения его в жидкий металл 11,а также скорость движения последнегов процессе каждой разливки корректируют в зависимости от различных факторов - температуры разливаемого металла, химического состава металла,скорости разливки и др.Для поддержания постоянства параметров структуры непрерывного слиткапри увеличении перегрева металла искорости его подачи в емкость 1 дорн9 опускают до требуемого уровня, впротивном случае дорн 9 передвигается вверх, при этом суммарный охлажда"ющий эффект от действия дорна 9 идетна снятие перегрева металла и отборчасти скрытой теплоты кристаллизации,Выпуск образовавшегося твердо-жидкого расплава производят через огнеупорную трубку 5, вставленную в отПри уменьшении перегрева стали,заливаемой в емкость 1, на каждые20 С уменьшают погружение дорна 9 вметалл в средяем на 50 мм. При увеличении перегрева стали увеличивают погружение дорна 9 соответственно на50 мм.Окончание разливки осуществляютпрн включении на максимальную мощность энергетических элементов 3, 4и б и при наибольшей скорости вращения дорна 9 для того, чтобы наимень шее количество гарнисажа осталось наповерхности емкости 1 и дорна 9. Оставшийся гарнисаж не удаляют передначалом следувмей разливки.Пример изготовления отливок изалюминиевого сплава. верстке донной части емкости 1, с помощью электромагнитного дозатора 6 в случае порционной выдачи в формы 17, устанавливаемые под огнеупорной трубкой 5.Вертикальное перемешивание дорна 9 производят эа счет вертикального перемешивания консоли 14 вдоль колонны 13, а вращение дорна 9 осуществляют с помощью двигателя 15 и редуктора (не указан).В случае необходимости производить разливку под защитной атмосферой инертный газ в емкость 1 подают через патрубок 16.Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение каче:ства металла и увеличение производительности.Пример осуществления разливки с применением предлагаемого устройства.При получении непрерывных сортовых заготовок сечением 200 х 200 мм основные размеры устройства следующие: длина рабочей части дорна 450 мм;средний диаметр дорна 150 мм; средний диаметр емкости 550 мм. Яа поверхность дорна наносится рифленое с глубиной 5 мм и шагом 30 мм. Конуаность дорна и емкости 25 . Скорость вращения дорна от 200 до 500 об/мин. Мощность электромагнитного трехфазного индуктора 3 для вращения металла с использованием пониженной частоты 1,5-5 Гц составляет 100 квщ. Мощность электромагнитного дозатора б составляет 10 кВа, мощность электронагре" вателя 4-20 кВт. Мощность укаэанных. энергетических элементов 3,4 и б регулируется в широких пределах. Пере разл.вкой сталь марки 38 ХНЗМфА, имеющей температуру ликвидуса 1480"С, нагревают в плавильном устройстве до 1560 С. Перед разливкой стали в дорн 9 подают охлаждающую воду в количестве 20 м /ч. Ем 3 кость 1 прогревают газовой горелкой до 950 фС.Через патрубок 16 подают аргон в емкость 1, которую устанавливают над кристаллизатором МНЛЭ таким образом, чтобы центр огнеупорной трубки 5 совпадал с центром кристаллизатора. Затем включают малую скорость вращения дорна 9, а также включают электрические элементы 3, 4 и б. Подачу металла из разливочного ковша в емкость 1 осуществляют через заливочный лоток 7.После заполнения емкости 1 металлом до уровня, при котором дорн 9 погружается на длину до 400 мм, с ,помощью дозатора 6 подают металл в кристаллизатор, при этом затвердевающую в кристаллизаторе заготовку непрерывно вытягивают при одновремен ной и непрерывной подаче металла в емкость 1. Разливку стали осуществляют соскоростью 0,25 т/ч, при этом среднюю скорость вращения дорна поддерживают равной 300 об/мин, мощностьна электромагнитном индукторе 3 составляет 55 кВщ, мощность нагревателя4 примерно 20 кВт, мощность дозатора б поддерживают в соответствии сзаданной скоростью разливки.При заданных параметрах работыустройства и для данных условий разливки.в метал.е к моменту выпускаего из емкости 1 создается жидкотвердая смесь, состоящая из 50 твердой Фазы. При этом истинная температура металла по крайней мере на выходе из емкости 1 находится на пределах между температурой ликвидуса итемпературой солидуса.Благодаря быстрому потоку металла, создаваемому вращением дорна и 20 электромагннтньвю перемешивателем,осуществляется отрыв с поверхности гарнисажа, намерзшем на дорне,преимущественно мелких кристаллов. Последующее турбулентное перемешивание 25 придает им округлую форму и дополнительно уменьшает их размеры.Это об-.стоятельство обеспечивает металлудостаточную жидкоподвижность прибольшом количестве в нем твердой Фазы, такой металл, поступающий в кристаллизатор, Формируется в условиях,при которых подавлены сегрегацияэлементов и развитие структурной неоднородности.Температуру металла при его разливке контролируют косвенно с помощьютермопар, устанавливаемых в футеровке на разных уровнях по высоте емкости 1. Опытным путем устанавливают оптимальный температурный режим разлив ки металла, при котором получаютсязаготовки наилучшего качества.При понижении температуры металлав емкости 1 сверх оптимальной дорн 9поднимают, при повышении температуры 45 дорн 9 опускают и, таким образом,уменьшают размер между стенкой емкости 1 и дорна 9.859015 Формула изобретения аказ 417/22одписно НИИПИираж 86 ППП "Патент",род, л Пр ) кт 1 ал Фи Алюминиево-кремниевый сплав с содержанием кремния 25% с температуройликвидуса 770 С приготовляют в плавильной печи, При 87 ООС проводят рафинирование и модифицирование сплава.Перед разливкой сплав нагреваютв плавильной печи до 870 С. В дори59 подают охлажцающую воду в количестве 20 м /ч, Емкость 1 прогревают га 3эовои горелкой до 400-500 ОС. Черезпатрубок 16 подают аргон в емкость 1.Затем включают малую скорость вращения дорна, а также включают электрические элементы 3, 4 и б. Подачу металла из разливочного графитовоготигля в емкость 1 осуществляют череззаливочный лоток 7, 15После запол 1 ения емкости 1 металлом с помощью дозатора б подают алюминиевый сплав в кристаллизатор, приэтом заготовку непрерывно вытягиваютпри непрерывной подаче металла в ем- щ.кость 1.При получении фасонных отливок подустройством для суспенэионной разливки устанавливают форму, в которуюпоцается дозируемая масса металла.При непрерывной работе устройства устанавливают конвейер с периодическойподачей форм.Отливки из алюминиево-кремниевого сплава с.высоким содержанием кремния, полученные суспензионной разливкой в металлические формы кокиля,имеют мелкозернистую структуру,включепия первичного кремния составляют 15-20 мкм, структура эвтектикиА 1-Б 1 характеризуется мелкозернистым 35строением. При этом повьыается уровень механических свойств, особенно.относительного удлинения, на 25-30.Стальной сортопрокат, получаемыйиз современных непрерывных заготовоки идущий на иэделия ответственногоназначения, имеет брак иэ-эа наличия осевых и поверхностных дефектов,равный 4%,В деформированном металле, получаемом иэ заготовок,отлитых с применением предлагаемого устройства,уменьшается аниэотропность своиствпо сечению и длине заготовок и снижается брак по вышеуказанным видамдефектов до 1. Устройство для суспенэионной разливки металлов и сплавов, содержащее разливочную емкость с соосно установленным в неи дорном и индукторы, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения качества металла и увеличения производительности устройства, дорн и внутренняя полость емкости выполнены с конусностью15-45 е, а расстояние между дорноми стенкой емкости составляет 1,03,0 среднего диаметра дорна.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Германн Э. Непрерывное литье.Изд-во черной и цветной металлургии,1961, с. 298, рис. 848.2. Материал "5 е 1 пее апд Еп 91 пеег 1 п 9" М,5, Г 1 ею 1 п 9. КеосЬаьг 1 п 9,1976, 25 (1 Х-Х.), р. 103-117.