Способ непрерывного литья полых чугунных заготовок и устройство для его осуществления

Союз СояатсиикСоциал ис тически кРеспублик и 772011(23)Г 3 риоритетОпубликовано 2 11 82 Бюллетень К 43Дата опубликования описания 28 . 12, 32 В 22 Р 11/ОО В 22 Р 11/14 Гоеударетвениый комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Могилевский Филиал Физико-технического институтаАН Белорусской ССР(54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ПОЛЫХ ЧУГУННЫХ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ черной мепрерывной ого литьключающий ерез сиполость тора и н ическо- отовки ок, содержащее истему, соедин том, водоохлаж с продольными оверхности, ме механизм резк сза ния Нед стабил зано с ками н Изве со ть и с зволяют пол ла ки без О равному при и Изобретение относится ктгллургии, конкретнее к неразливке металлов и сплавовИзвестен способ непрерывполых чугунных заготовок, внепрерывную заливку чугунафонную литниковую систему вводоохлаждаемого кристаллизпрерывное извлечение по циклму режиму затвердевающей завверх.И также известнонепрерывного литьяготоввую с устроиство для полых чугунных засифонную литникоительный стакан даемый кристаллипазами на рабоханизм вытягиваи 11.и устройство нечугунные заготованной структуройеречном сечении толщинои стенки. Затвердевание начальной корки идет при большой ин" тенсивности отвода тепла (коэффициент теплоотдачи составляет около 6 10 Вт/м град). При этом кристал лизация чугуна идет с образованием дендритов аустенита и ледебуритной эвтектики. Профиль кристаллизатора обеспечивает высокую интенсивность теплоотвода от поверхности затверде вающей отливки в течение всего времени ее формирования 1 сссР = (2-3) Х к 10 Вт/м град 1, что исключает. раЪ 2 пад эвтектического цементита. В результате отливка получается с отбелом на наружной поверхности и струк турой половинчатого чугуна в осталь ной части,статком является твкже низкая ность процесса литья. Это свябольшими динамическими нагруазатвердевающую корку отлив- каждом цикле ее движения и3значительными силами трения междустенкой кристаллизатора и наружнойповерхностью отливки, что обусловлено профилем рабочей поверхности кристаллизатора . В начальный момент формирования корка имеет высокую темпе-,ратуру950-1050 С ), При этих температурах прочность чугуна составляет0,1-0,45 кг/мм . Резкое возрастаниескорости движения отливки в начале 1 Окаждого цикла часто приводит к обрыву корки и прекращению процесса литья. Кроме того, применение соединительного стакана приставного типа невсегда обеспечивает плотный контакт 15между стаканом и кристаллизатором.Жидкий металл часто попадает под нижний торец кристаллизатора и затвердевает там, что препятствует движениюотливки вверх и приводит к ее обрыву. 20С целью устранения указанных недостатков уровень жидкого металла в литниковой системе поддерживают на уровне верхнего торца кристаллизатора, приэтом интенсивность теплоотвода от по 5верхности отливки в зоне, расположенной выше зоны затвердевания начальнойкорки до уровня, равного 2/3 высотыкристаллизатора, изменяют в пределах4,5-б,7)10 Вт/иград, а в верх- З 0ней трети кристаллизатора - в пределах 300-400 Вт/м 2 град, затем отлив"ку охлаждают вне кристаллизатора дотемпературы на 25-30 С ниже температуры эвтектоидного превращения со35средней скоростью 0,9-1,1 град/сек,Высота рабочей поверхности кристаллизатора в 1,5-3 раза больше егодиаметра и на 2/3 высоты выполненав виде усеченного конуса, диаметрверхнего основания которого на 0,1 -0,23 больше диаметра нижнего, причем в верхней трети кристаллизаторавыполнена цилиндрическая расточка,диаметр которой в 1,005-1,05 разабольше диаметра верхнего основанияусеченного конуса, а продольные пазырасположены. через 2-23 градуса,Высота вставляемого бурта соедини.тельного стакана равна 0,01-0,04 высоты кристаллизатора, а толщина0,015-0,16 его диаметра. 7720 40 Устройство имеет съемный экран,расположенный над кристаллизатором,На чертеже изображен общий вид 55устройства,Устройство для осуществления способа имеет один или несколько ручьев,11 4каждый из которых содержит медныйводоохлаждаемый кристаллизатор 1(фиг, 1), рабочая поверхность которого на 2/3 его высоты имеет плавноерасширение кверху. Величина расширения АО определяется из выражения:М 13,8 0 6 ммгде 0 - диаметр кристаллизатора в нижнем сечении, мм. В верхней трети кристаллизатора выполнена цилиндрическаярасточка 2. На рабочую поверхностькристаллизатора через 2-23 нанесеныпродольные пазы эллипсного профиля впоперечном сечении глубиной от 0,8до 1,2 мм с шириной по внутреннемудиаметру кристаллизатора от 1,0 до1,5 мм, В зависимости от диаметра отливки Оо высота кристаллизатора Н определяется по соотношению:НКР= Оо + 100 ммКристаллизатор 1 стыкуется с сийоннойлитниковой системой 4 через соединительный стакан 3 вставного типа из огнеупорного материала с высотой вставляемого бурта от 0,01-0,04 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 4 и соединительный стакан 3 непрерывно подают . в кристаплизатор 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 резуль тате чего происходит быстрое охлаждение металла и образуется твердая корка, сваривающаяся с ранее затвердевшим участком. Выполненные на рабочей772011 6 поверхности кристаллизатора пазы заполняются жидким металлом и на наружной поверхности затвердевшей корочки образуются небольшие приливы. Вначальный момент затвердевания зазормежду отливкой и поверхностью кристаллизатора практически отсутствует,В связи с этим интенсивность теплоот.вода от поверхности отливки очень велика и составляет около бф 10 Вт/м1 оград. Такая интенсивность теплоотвода вызывает резкое падение температуры поверхности отливки от температуры кристаллизации до 800-750 С соскоростью более 100 град/сек. Крис- йталлиэация чугуна идет с образованием дендритов аустенита наряду с выделениями цементита и отдельных включений графита. При последующем цикледвижения отливки рассматриваемый учас 2 оток перемещается в вышележащие зоны,где между поверхностью отливки и кристаллизатором возникает газовый зазор 10, который образуется за счетувеличения диаметра кристаллизатора 25и усадки затвердевшего металла. Причемпри движении отливки вверх ее приливы скользят по пазам кристаллизатора, выполняющим роль направляющих,и автоматически устанавливают одинакововый по периметру и изменяющийся только по высоте зазор 10 между поверхностью отливки и кристаллизатором,что обеспечивает равномерный теплоотвод от поверхности отливки и способствует получению качественных изделийбез разностенности. Извле;ание отливки по заданному режиму обеспечивает плавное нарастание скорости отливки от нуля до макУвеличение диаметра кристаллиэатора в направлении движения отливки создает определенный в каждом сечении кристаллизатора зазор, что обеспечивает заданную интенсивность теплоотвода от поверхности отливки в течение всего времени ее формирования,. Кроме того, создание искусственного зазора значительно снижает силу трения между затвердевшейкоркой и рабочей поверхностью кристаллиэатора . В средней зоне кристаллизатора 1 интенсивность теплоотвода уменьшается до ( 3-1) 10 Вт/ - град, что создает 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 эа счет расточки 2, интенсивность теплоотвода падает до 0,3- 10 Вт/н . град.5 В В связи с этим температура наружной поверхности отливки повышается до 920-9 О С, что создает условия для распада цементита, образовавшегося в наружных слоях отливки при кристал" лизации начальной корочки, При выходе из кристаллиэатора отливка имеет тем"опературу около 950 С и процесс распада цементита продолжается, Охлаждение отливки вне кристаллизатора до температуры 670-720 ОС осуществляют на воздухе со средней скоростью 0,9- 1,1 град/сек или со скоростью 0,4- 0,6 град/сек, цто достигается применением экрана 5, устанавливаемого над кристаллиэатором 1. В первом случаезаготовка имеет перлитную, а во втором - феррито-перлитную металлическую основу,В результате получают рааностеннуюзаготовку без отбела с перлитной или феррито-перлитной металлической матрицей и мелко- и среднепластинцатыми включениями графита в средней и внутренней зонах по толщине стенки отливкиВ наружных слоях заготовки толщиной 1,5-2,5 мм присутствует междендритный графит, но этот слой всегда входит в припуск на механическую об" работку.Использование кристаллиэаторов, отличающихся по профилю рабочей поверхности от предлагаемого, не обес" печивает получения качественных заготовок и стабильность процесса литья,Слишком большой зазор между отливкойи кристаллиэатором приводит к под"плавлению затвердевшей корочки и ееобрыву. Малый зазор не создает необходимых условий для кристаллизациичугуна без образования цементита, Ктаким же результатам приводит повышение мениска жидкого металла надкристаллизатором или его опусканиениже верхнего торца, Высота кристал"лизатора находится в прямой зависи"мости от диаметра получаемой заготовкиСлишком большая высота приводитк переохлаждению жидкой ванин в кристаллиэаторе и образованию "мостов".Малая высота кристаллизатора не обес"печивает получение заготовок заданной толщины.Формула изобретения 7 7720симального значения в течение каждого цикла, что исключает резкие динамические нагрузки на затвердевающуюкорку, Применение соединительногостакана вставного типа исключает 5подплывы под нижний торец кристаллизатора и создает условия для свободного перемещения отливки вдоль кристаллизатора,П р и м е р, Производилась отливка Озаготовок для изготовления поршневыхколец из чугуна следующего химсоста-ва: 3,1 С; 1,751 51; 1,433 Мп;Оу 08 Ф 5; 0,453 Р; 0,323 Сг; 0,5 М 1Применялся медный кристаллизатор свнутренним диаметром 102 мм и высотой 200 мм. Рабочая поверхность кристаллизатора имела плавное увеличениедиаметра на 0,7 мм на высоте 135 мми расточку в верхней части высотой 2065 мм с увеличением диаметра на1,4 мм. На рабочей поверхности кристаллизатора было выполнено 48 продоль.оных пазов через 2-23 , эллипсным профилем в поперечном сечении, глубиной0,8 ми и шириной 1,2 мм, Соединительный стакан вставного типа был изготовлен из шамотографита с высотойвставляемого бурта 5 мм и ширинойстенки бурта по верхнему торцу 4 мм зоПроцесс литья вели с частотой 1,0 ц//сек, высотой хода отливки за одинцикл 12 мм при соотношении временидвижения ко времени остановки - 1,Максимальная скорость движения отливки в течение цикла составляла0,034 м/сек. Средняя скорость извлечения отливки составляла О,ОТ 2 м/сек.Охлаждение отливки вне кристаллизатора осуществлялооь на воздухе в условиях естественной конвекции. Получена заготовка без отбела с перлит"ной металлической основой, мелко- исреднепластинчатым графитом балловГд 4"Гд б и равномерно распределенными включениями фосфидной эвтектики.Твердость чугуна составила 270 НВ;предел прочности на разрыв 40 кг/ммплотность чугуна 7,31 г/см . При обработке опытных заготовок брака по 5 овине литья не обнаружено. Все детали полностью соответствуют техническим требованиям, предъявляемым к порш.невым кольцам. ИИспользование предлагаемого способа и устройства для его осуществле ния позволит устранить наиболее распоостраненные литейные дефекты: усвдочнуи и газовую пористость, неметал.лические 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. Способобеспечивает высокую производительность труда, легко поддается механизации и автоматизации, позволяетсоздавать многоручьевые установки,существенно снижает трудоемкость изготовления отливок и обеспечивает высокую культуру производства, так какисключает изготовление Форм и стержней, выбивку, обрубку и очистку литья. 1. Способ непрерывного литья полых чугунных заготовок, включающий непре-. рывную заливку чугуна через сифонную литниковую систему в полость водоохлаждаемого кристаллизатора и извлечение по циклическому режиму затвердевающей заготовки вверх, о т л и ч а ю щ и й с я 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 поверхности отливки в зоне, расположенной выше зоны затвердевания начальной корки до уровня, равного 2/3 высоты кристаллизатора. изменяют в пределах4,5-0,7)10 Вт/м . град, а в верхней трети кристаллизатора - в пределах 300-400 Вт/м град, затем отливку охлаждают вне кристаллизатора до температуры на 25-30 С ниже температуры эвтектоидного превращения со средней скоростью 0,9-1,1 град/сек.2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее сифонную литниковую систему, соединительный стакан с буртом, водоохлаждаемый кристаллизатор с продольными пазами на рабочей поверхности, механизм вытягивания и механизм резки, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, высота рабочей поверхности кристаллизатара в 1,5-3 раза больше его диаметра и на 2/3 вы" соты выполнена в виде усеченного ко нуса, диаметр верхнего осн д;ния гг9 77201 торого на 0,1-2,0 больше диаметра нижнего, причем в верхней трети крис. таллизатора выполнена цилиндрическая расточка, диаметр которой в 1,005- 1,05 раза больше диаметра верхнего 5 основания усеченного конуса, а продольные пазы расположены через 2-23 градуса.3. Устройство по и. 2, о т л и - ц а ю щ е е с я тем, цто высота вставляемого бурта соединительного стакана равна 0,01-0,01 высоты крис 1 10таллизатора, а толщина - 0,015-0,%его диаметра.1. Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюуменьшения интенсивности охлаждениязаготовки, оно снабжено съемным экраном, расположенным над кристаллизатором.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Оейник А.И. Кокиль. И., 1962,с, 127-137, рис. 36- (прототип).ель В. БИатоцка А. Г ед аз П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная или Соста Н. Аристова Техред6/7 Чи раж ВНИИПИ Государст по делам изоб 11303 Москва Ж енного ком етений и о 5 Раушска КорректПодписнета СССРрытийнаб., 8. 1/5