CS197851B1 - Zpfieob elektroetruakového odlévání kovových ingotů - Google Patents

Description

vynález se týká způsobu elektrostruskového odlévání kovových ingotů, zejména kovových ingotů velkých ronérů, pouSÍváných jako předlitků pro výroba robotů elektrických generátorů a podobných strojních dílů o velkých rozměrech.

V poslední době v celé řadě odvětví průmyslu a sejména v energetické· strojírenství snadné stoupla potřeba výkovků s odlitků, jajiehB hmotnost činí 100 t o více.

Jakost výkovků, jak ja známo, snadné sévisí na struktuře výchozího ingotu a určuje jakost konečného výrobku. Praxe ukázala, Ba se při obvyklém spůaobu výroby velkých ingotů jednorázovým odlití· tekutého kovu do kokily nelse vyhnout některý· vadám, jako jsou vyeezeniny, etaBeniny, nevhodné rosloBení nekovových vměstků v hmotě ingotu a okyalidení jeho povrchu. Výrasné fyzikální a chemická nestejnorodoat ingotů, vyrobených tínto způsoben, ve vétěiné případů nedovoluje pouBít je pro výrobu strojních aoudéatí o velkých rozměrech.

Jakost etruktury kovu je nevyhovující zejména v jádru takového ingotu, coB vyplývá z toho, Be tuhnuti roztaveného kovu probíhá hlavné va směru od atěn kokily k jejímu středovému pésau. V sévieloati na postupu čela krystalizace se průběSně shorěuji podmínky pro odvod tepla a struktura tuhnoucího kovu se mění z jemné dendritické zakalené etruktury u povrchu odlitku aB na globulémi krystality a četnýai etaBeninami v jádru ingotu.

197 851

197 851

Byla učiněna řada pokusů změnit směr tuhnuti a tak kladně ovlivnit strukturu ingotu. Bylo zjištěno, ža v tomto aaěru je nejenadnšjší způsob dávkovaného elektroetruskového odlévání ingotů (USA patentový spis č. 3 807 486). Popsaný způsob se skládá z následujících pracovních postupů: Vytvoření struskové lázně v ohlášená kokile a ohřívání táto lázně elektrodami, odlití tekutého kovu, které aa provádí v dávkách přes vrstvu tekuté etrusky. Odliti každé následující dávky ae podle tohoto způsobu provádí po ztuhnuti kovu každé předchozí dávky více než z jedné poloviny. Ingot je odléván v postupných dávkách.

Po odliti dávky kovu se provádí elektrostruekový ohřev hladiny kovu takovým elektrickým výkonem, aby bylo zajištěno uchováni hladiny kovu v tekutém atavu po celém průřesu kokily. Odlitý kov přitom postupně tuhne směrem zdola nahoru tak, že v okamžiku odlití dalží dávky kovu přee vrstvu tekuté etrusky není část kovu předehosí dávky ještě ztuhlá. Tekutý kov následující dávky se odlévá do kokily, kde ee smísí ee zbytkem tekutého kovu předchozí dávky. Převládající směr postupu Sela krystalizace kovu po odlití druhé a následujících dávek kovu je zdola nahoru.

Rozbory ingotů vyrobených výše popsaným způsobem ukazují, Ze fyzikální a chemická struktura ingotů je v celám jejich objemu poměrně stejnorodá a vady, jako ataženiny a vycezeniny, se prakticky nevyskytují ani v jádru. Popsaný postup umožňuje výrobu ingotů o hmotnosti přes 300 t pomocí ocelárenskáho zařízení o poměrně malá kapacitě, například 30 až 50 t. Odlévaný kov js působením tekuté etrusky podstatnou měrou očištěn od nekovových příměsl, což také přispívá ke zlepšení mechanických vlastností ingotu.

Při praktickém provádění tohoto způsobu byl zjištěn vznik zateklin na povrchu ingotu. Zatekliny vznikají v důsledku přetavení a roztrženi tenké povrchové vratvy tuhnoucího kovu každé dávky při odlévání každé náaledujíel dávky tekutého kovu. Roztržení vrstvy tuhnoucího kovu nastává na obvodu dutiny kokily působením vlastní hmotnosti sloupce odlévaného tekutého kovu. Trhlinami ve vrstvě vtéká tekutý kov do mezery mezi vznikajícím ingotem a kokilou a vytváří zatekliny. V zájmu zamezeni vytváření šupin při následném kování, popřípadě válcování ingotu musí být zatekliny mechanickým způsobem odstraněny, eož je spojeno s dalšími pracovními úkony a s nevratnými ztrátami značného množství kovu, zejména při plynulé výrobě ingotů. Velké zatekliny mimoto znesnadňují vyjímání ingotu z kokily.

Úkolem vynálezu je vyvinutí takového způsobu elektroetruskového odlévání odlitků, při kterém by bylo zabráněno vzniku zateklin na povrchu ingotu při odlévání tekutého kovu po dávkách.

Tento úkol řeěí způsob elektroetruskového odlévání kovových ingotů, při němž ss v chlazené kokile vytváří struskové lázeň, která ee ohřívá ustavnými elektrodami a přes vrstvu ohřívané struskové lázně as do ohlášené kokily postupně v dávkách odlévá tekutý kov podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, ža aa odlévání druhé a následujících dávek tekutého kovu provádí nespojitě periodickým přerušováním proudu tekutého kovu.

197 851

Nespojité odlévání druhé a dalších dávek tekutého kovu umožňuje zmenšit výšku sloupce jednorázové odlévaného tekutého kovu a současně snížit i jeho tlak na tenkou vrstvu tuhnoucího kovu předcházející dávky. Současně e přerušováním proudu dochází k částečnému tuhnutí odlévaného kovu u stěn chlazené kokily a k zesílení uvedené vrstvy, které postačuje k udržení hmotnosti celé dávky a k zamezení protékání tekutého kovu do mezery mezi kokilou a vytvářeným ingotem.

Podle vynálezu ee při odlévání druhé a následujících dávek tekutého kovu proud tekutého kovu dočasně přeruěuje, jakmile výška sloupce tekutého kovu dosáhne 0,1 až 0,5 celkové výšky odlévané dodávky.

Podle vynálezu při odlévání druhá a následujících dávek tekutého kovu se proud tekutého kovu přeruěuje na dobu 3 min až 30 min.

Jedno možné provedení způsobu podle vynálezu epočlvá v tom, že ee při odlévání druhé a následujících dávek proud tekutého kovu přerušuje na 3 min, když výška sloupce právě odlévaného kovu činí 0,1 celkové výěky odlévané dávky. Tento postup je vhodný pro odlévání ingotů o hmotnosti do 100 t z ocelí a obsahem uhlíku 0,30 % a pro výrobu ingotu o hmotnosti nad 50 t.

Dalěi možné provedeni způsobu podle vynálezu epočlvá v tom, že se při odlévání druhé a dalěích dávek tekutého kovu proud tekutého kovu přeruší na 30 min, když výška sloupce právě odlévaného kovu Činí 0,5 celkové výšky odlévané dávky. Tyto parametry postupu je vhodné dodržovat při odlévání ingotů e malým obsahem uhlíku a při výrobě ingotů, jejichž hmotnost nepřesahuje 50 t.

Univerzálním a nejvýhodnějším provedením poetupu podle vynálezu je způsob, při němž se při odlévání druhá a dalších dávek proud tekutého kovu přeruší na 12 min, když výěka sloupce právě odlévaného tekutého kovu činí 0,28 celková výěky odlévané dávky tekutého kovu.

Podstata vynálezu bude v dalším objasněna na příkladech jeho provedení, které jeou vysvětleny pomocí připojených výkresů, na nichž je znázorněno:

na obr. 1 chlazená kokila se zavedenými elektrodami a licí pánev s uzávěrem k prováděni způsobu podle vynálezu;

na obr. 2 půdorys chlazení kokily a elektrodami připojenými ke zdroji proudu;

na obr. 3 chlazená kokila e elektrodami při vytváření etrueková lázně;

na obr. 4 poloha elektrod e zátková tyče uzávěru licí pánve při odlévání první dávky tekutého kovu podle vynálezu;

na obr. 5 poloha elektrod a zátkové tyče uzávěru licí pánve po skončení odlévání první dávky tekutého kovu při ohříváni etrueková lázně podle vynálezu;

na obr. 6 poloha zátková tyče uzávěru licí pánve na začátku odlévání druhá dávky tekutého kovu podle vynálezu;

197 851 na obr. 7 poloha zátkové tyče uzávěru licí pánve v okamžiku přeruSeni proudu tekutého kovu při odlévání druhé dávky a názorně je zobrazeno zesilování vrstvy tuhnoucího kovu při částečném tuhnutí roztaveného kovu druhé dávky u stěny kokily podle vynálezu;

na obr. 8 poloha zátkové tyče uzávěru licí pánve při dalSím odlévání druhé dávky tekutého kovu podle vynálezu;

na obr. 9 poloha elektrod v kokile po odlití vdech dávek tekutého kovu při odstraňování staženiny.

Při odlévání kovových ingotů podle vynálezu se používá na podstavci 1 postavená chlazená kokila 2, která má vodní pléěť £, jak je to znázorněno na obr. 1. Na podstavci 1 je uložena kovová očkovací podložka 4, jejíž chemické složení je podobné chemickému složení kovu odlévaného ingotu. Do chlazené kokily 2. jsou zavedeny netavné grafitové elektrody jejichž počet je násobkem tří. Nad chlazenou kokilou £ je umístěna licí pánev 6, která má ve dnu výtokový otvor 2· Výtokový otvor 2 má uzávěr 8, který sestává z pohonu £ spojeného se zátkovou tyčí 10. Když je zátková tyč 10 zaeunuta do výtokového otvoru 2 licí pánve 6, tak je zcela uzavřen přívod tekutého kovu do chlazené kokily 2_,

Netavné grafitové elektrody £ jsou připojeny ke zdroji 11 trojfázového proudu průmyslového kmitočtu a jsou rovnoměrně rozděleny po obvodu průřezu chlazené kokily 2, jak je to znázorněno na obr. 2.

Způsob elektrostruskového odlévání kovových ingotů podle vynálezu se provádí takto:

Netavné elektrody £ se spouStějí dolů tak daleko, až se jejich dolní konce dotknou kovové očkovací podložky £. Do chlazené kokily 2 se nasype struska, která má dobrou rafinační schopnost, nebo směs vsázkových složek takové strusky. Od zdroje 11 trojfázového proudu ee přivede na netavné grafitové elektrody £ elektrický proud o velikosti 10 až 20 kA a napětí od 50 do 90 V. Přitom v chlazené kokile 2 vzniká vrstva tekuté strusky a vytváří ee strusková lázeň 12, jak je znázorněno na obr. 3· Déle se vzniklá vrstva tekuté strusky stále ohřívá netavnými elektrodami £. Struskovou lázeň 12 je možno vytvořit i jinak, například odlitím zvláště vytavené tekuté strusky do chlazené kokily 2, a rovněž v mezeře mezi kovovou podložkou £ a stěnou chlazené kokily 2 vzniká vrstva ztuhlé strusky 13. Výěka vretvy ztuhlé strusky 13 se rovná výěce úrovně struskové lázně 12 v chlazené kokile 2.

Po vytvoření struskové lázně 12 se odlévá tekutý kov po dávkách. První dávka 14 tekutého kovu se odlévá do chlazené kokily 2 přes vrstvu struskové lázně 12, přičemž se zvedá pohonem £ zátková tyč 10 a tak se odkrývá výtokový otvor 2» j®k j® znázorněno na obr. 4. Odlévání první dávky 14 tekutého kovu podle vynálezu se provádí nepřetržitě tak, že se zátková tyč 10 udržuje ve zvednuté poloze až do ukončení odlévání. Při zaplňování chlazené kokily 2, se netavné grafitové elektrody £ postupně zvedají tak, aby jejich dolní konce byly atále ve struskové lázni 12 nad tekutým kovem.

197 851

Po odlití první dávky 14 tekutého kovu se látkovou tyčí 10 uzavírá výtokový otvor χ licí pánve £, jak je znázorněno na obr. 5. Strueková lázeň 12 se dále ohřívá netavnými grafitovými elektrodami 2· Současně začíná tuhnout tekutý kov na povrchu kovová očkovací podložky £ a u stěn chlazené kokily 2.

Po ztuhnutí kovu první dávky 14 více než z poloviny vytváří se u stěn chlazené kokily 2 vrstva 15 ztuhlého kovu. V tu chvíli se přes vrstvu strueková lázně 12 začne odlévat druhá dávka tekutého kovu tak, že ee zvedne zátková tyč 10 a otevře se výtokový otvor χ licí pánve 6, jak je znázorněno na obr. 6. Odlévání druhé dávky tekutého kovu podle vynálezu se provádí nespojitě, proud tekutého kovu se periodicky přerušuje. Výhodně se proud tekutého kovu přeruáuje na 3 až 30 min, když výgka sloupce odlitého kovu druhé dávky činí 0,1 až 0,5 celkové výěky této odlévané dávky. Proud tekutého kovu se přeruěuje uzavíráním výtokového otvoru χ licí pánve 6 zátkovou tyčí 10, jak je znázorněno na obr. 7. Během přeruěení v odlité dávce tekutého kovu probíhá částečné tuhnutí odlitého kovu u stěn chlazené kokily 2 a zesílení vrstvy 15 ztuhlého kovu, které stačí k zachycení hmotnosti kovu celé dávky nebo dalSího odlití. Nespojité odlévání druhé dávky dále pokračuje otevíráním a zavíráním výtokového otvoru 7 a jednorázová odlévání se střídají s přestávkami tak dlouho, dokud druhá dávka není zcela odlita, jak je znázorněno na obr. 8.

Po odlití druhé dávky tekutého kovu ohřívá se strusková lázeň 12 dále netavnými elektrodami 2· Po 5 až 20 hodinách, podle hmotnosti dávky, se po ztuhnutí kovu drtihé dávky více než zpoloviny odlévá přes vrstvu strueková lázně 12 třetí dávka tekutého kovu. Odlévání třetí a všech dalSích dávek se podle vynálezu provádí tak, že se proud tekutého kovu periodicky přeružuje jako při odlévání druhé dávky.

Po odlití poslední dávky tekutého kovu do chlazené kokily χ ee odstraňuje staženina tak, že se ohřívá strusková lázeň 12 nad ingotem 16 netavnými grafitovými elektrodami jak je znázorněno ne obr. 9.

Dále jsou uvedeny příklady provedení způsobu elektrostruskového odlévání kovových ingotů podle vynélezu.

Příklad 1

Při výrobě velkých kovových ingotů hmotnosti 200 t používá se vodou chlazená kokila o průměru 2,5 m a výěce 6 m. Tato chlazené kokila se postaví na podstavec, na němž je uložena kovová očkovací podložka. Do kokily se zavedou tři nebo Šest grafitových elektrod tak, že se jejich dolní konce dotýkají kovové očkovací podložky. Průměr každé grafitové elektrody činí 250 až 500 mm. Do chlazené kokily se nasype etruská nebo směs vsázkových složek etrusky. Ke grafitovým elektrodám ee přivede elektrický proud, jehož velikost se udržuje od 10 do 20 kA a napětí od 50 do 90 V. Přitom se v chlazená kokile vytvoří strueková lázeň, stále ohřívaná grafitovými elektrodami. Po vytvoření strusková lázně se do chlazené kokily přes vrstvu strusková lázně odlévá první dávka tekutého kovu, jejíž hmot197 8S1 noat činí 50 t. Odlévání první dávky tekutého kovu je nepřetržité trvale otevřeným výtokovým otvorem licí pánve· Po odlití první dávky tekutého kovu ee Strusková lázeň déle ohřívá grafitovými elektrodami po dobu 7 až 14 hod. Po ztuhnutí kovu první dávky více než «poloviny odlévá ee druhá dávka tekutého kovu tak, Že ee pravidelně přerušuje proud tekutého kovu zátkovou tyčí licí pánve. Proud tekutého kovu ee přeružuje na 3 min, když výška sloupce najednou odlitého kovu čini 0,1 celkové výšky odlévané dávky. Po odlití drúhé dávky, když její hmotnost čini 50 t, prodlužuje ee ohřev struskové lázně po dobu 7 až 14 h. Jakmile kov druhé dávky ztuhl více než zpoloviny, odlévá se třetí dávka a dal Sí dávky tak, jak je popsáno na přikladu odléváni druhé dávky. Po odlití poslední dávky tekutého kovu odstraňuje se staženina ohřevem struskové lázně grafitovými elektrodami. Způaob podle tohoto příkladu provedení je vhodný pro odlévání ingotů o hmotnosti nad 50 t z ocelí obsahujících do 0,45 Z uhlíku.

Příklad 2

Odlévání kovářských ingotů hmotnosti 200 t, z ocelí obsahujících 0,20 až 0,50 % uhlí ku, ae provádí shora popsaným postupem s výjimkou doby přerušení proudu tekutého kovu při odlévání druhé a dalších dávek. Proud tekutého kovu ea s výhodou přerušuje na 30 min, když výžka sloupce najednou odlévaného kovu Siní 0,1 celkové výšky odlévané dávky.

Přiklad 3

Odlévání kovářského ingotu hmotnosti 50 t, z oceli obsahující 0,30 % uhlíku, ss provádí do chlazené kokily průměru 1,6 m a výšky 3,2 m. První dávka tekutého kovu se odlévá plynule tak dlouho, až její hmotnost Siní 10 t. Po ztuhnutí kovu první dávky více než .zpoloviny odlévá se druhá dávka, přičemž ae proud tekutého kovu periodicky přerušuje. Proud se přerušuje na 30 min, když výžka sloupce právě odlévaného kovu Siní 0,5 výšky celé druhé dávky. Odlévání třetí a dalších dávek tekutého kovu se provádí obdobně.

Příklad 4

Odlévání kovářského ingotu hmotnosti 50 t, z oceli obsahující 0,25 % uhlíku, aa provádí stejně jako v předcházejícím příkladu s výjimkou doby přerušení proudu při odlévání druhé a dalších dávek. Proud tekutého kovu se v tomto případě přerušuje na 3 min, když výžka sloupce právě odlévaného kovu Siní 0,5 celkové výšky odlévané dávky.

Příklad 5

Odlévání kovářského ingotu hmotnosti 200 t, z oceli obsahující 0,20 až 0,35 % uhlíku aa provádí s periodickým přerušováním proudu tekutého kovu při odlévání druhé a dalších dávek. Proud tekutého kovu se přerušuje na 12 min, když výška sloupce právě odlévaného kovu Siní 0,28 osikové výšky odlévané dávky. Tato obměna postupu ja univerzální a je vhodná při odlévání ingotů od 10 do 350 t z ocelí obsahujících od 0,10 do 0,60 % uhlíku.

197 8S1

Shora popsaný postup elektrostruskového odlévání kovových ingotů je nejperspektivnSjSí pro výrobu vysoce jakostních kovářských ingotů hmotnosti od 40 do 350 a více tun, které jsou vhodné zejména na výrobu rotorů turbin o výkonu nad 1 000 KW v jednom agregátu. Podstatnou výhodou způsobu podle vynálezu ve srovnání se známým stavem techniky je to, že vylučuje vznik zavalenin na povrchu ingotu při dávkovaném elektroatruakovém odlévání a že současné nezmenšuje výrobnost tohoto způsobu odlévání.

K provádění způsobu podle vynálezu mohou být použita i jiná zařízení, než to, které bylo shora popsáno v konkrétním příkladu. Zejména k periodickému přerušování proudu tekutého kovu může být použita známá sklopná licí pánev, šoupátkový uzávěr nebo elektromagnetický dávkovači uzávěr.

Claims (3)

1. Způsob elektrostruskového odlévání kovových ingotů, při němž se v chlazené kokile vytváří strusková lázeň, která ee netavnými elektrodami ohřívá a skrze vrstvu struskové lázně ae do chlazené kokily postupně v dávkách odlévá tekutý kov, vyznačujte! se tím, že se odlévání druhé a dalších dávek tekutého kovu provádí nespojitě periodickým přerušováním proudu tekutého kovu.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tim, že se při odlévání drtíhé a dalších dávek tekutého kovu proud tekutého kovu dočasně přerušuje, jakmile výška sloupce právě odlitého tekutého kovu dosáhne 0,1 až 0,5 celkové výěky odlévané dávky tekutého kovu.

3« Způaob podle bodů 1 a 2, vyznačující ee tím, že se při odlévání druhé a dalších dávek tekutého kovu proud tekutého kovu přerušuje na dobu 3 minuty až 30 minut.