RU1826931C - Способ лить слитков в кристаллизаторе скольжени - Google Patents

Abstract

В кристаллизаторе, имеющем вставку, в зазор между ними подают смазку под давлением , измен емым синхронно с металлостатическим давлением на уровне зазора, при этом величину разности между этими давлени ми поддерживают в пределах, при которых расплав проникает в зазор на величину , меньшую максимальной высоты мениска расплава. При этом над потоком смазки создают поток газа под давлением, равным давлению смазки на уровне зазора за вычетом гравитационного давлени  самой смазки , а гравитационное давление смазки поддерживают посто нным. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к способам литьс  слитков в кристаллизатор скольжени  и может быть использовано при непрерывном литье слитков, например, из алюминиевых и магниевых сплавов

Целью изобретени   вл етс  расширение технологических возможностей за счет отливки слитков из химически активных расплавленных металлов.

На чертеже изображено устройство дл  реализации способа.

Устройство содержит кристаллизатор 1 скольжени , снабженный вставкой 2 с зазором 3 между ними. Через зазор 3 протоком 4 принудительно подают смазку. В полость кристаллизатора 1 сверху через полость вставки 2 подаетс  расплавленный металл 5, а снизу из полости кристаллизатора 1 выт гиваетс  слиток 6.

Кроме того, устройство включает сливной порог дл  отработанной смазки, канал 8, сообщенный с коллектором 9, который сообщаетс  непосредственно с трубкой 10, заведенной свободным концом в полость кристаллизатора 1 через полость вставки 2.

Кроме того, коллектор 9 сообщен через дроссель 11с источником 12 сжатого газа, а через регул тор 13 - со сбросом в атмосферу . Вставка 2 выполнена из трех частей: газонепроницаемой оболочки 14, обращенной внутрь кристаллизатора 1 и вниз в сторону формируемого слитка, газопроницаемой несмачиваемой расплавленным металлом оболочкой 15, обращенной в сторону зазора 3 и мениска 16 расплавленного металла 5, основной части 17, выполненной из теплоизол ционного материала.

Примеры реализации способа.

П р и м е р 1, Литье слитка 6 в кристаллизатор скольжени  1, снабженный вставкой 2 с зазором 3 между ними, осуществл ют под избыточным металлостатическим давлением на уровне зазора 3, через который принудительно подают смазку.

Давление смазки на уровне зазора 3 измен ют синхронно с изменением металло- статического давлени  на уровне зазора 3, При этом величину разности между этими давлени ми поддерживают в пределах, при которых расплавленный металл 5 проникает

Ё

00

ю о о

W

Сл

в зазор 3 на величину, меньшую, чем максимальна  высота мениска 16 расплавленного металла 5. Предельное значение указанной разности давлений теоретически можно выразить формулой

ДР 2§ COS6 ,

где АР - разность между металлическим давлением на уровне зазора и давлением на этом же уровне со стороны смазки;

Q - коэффициент поверхностного нат жени  расплавленного металла;

д - величина зазора между кристаллизатором и вставкой;

в- наименьший краевой угол смачивани  жидким металлом поверхности вставки и стенки кристаллизатора в месте зазора.

Краевой угол смачивани  стенки кристаллизатора будет близок к 180° и косинус этого угла близок к единице, так как стенка покрыта смазкой, а смазка в контакте с жидким металлом образует паровую прослойку. Краевой угол смачивани  оболочки 15 вставки 2 специально делают близким к 180° путем подбора материала,

П р и м е р 2. По примеру 1, но смазку прокачивают потоком, омывающим поверхность ее контакта с расплавленным металлом в зазоре 3, При этом смазка поступает через проток 4 по поверхности кристаллизатора 1 в зазор 3, омывает расплавлеИ- ный металл 5 по его мениску 16, а затем восход щим конвективным потоком поднимаетс  и поступает на слив через сливной порог 7, унос  в себе и продукты взаимодействи  смазки с расплавленным металлом 5.

П р и м е р 3. По примеру 2, но над потоком смазки создают поток газа под давлением смазки на уровне зазора 3 за вычетом гравитационного давлени  самой смазки, т.е. давлени  столба смазки высотой от уровн  зазора 3 до уровн  слива, определ емого высотой сливного порога 7.

П р и м е р 4. По примеру 3, но величину гравитационного давлени  смазки поддерживают посто нной, а давление газа измен ют синхронно с изменением метад- лостатического давлени , при этом синхронность обеспечивают путем уравновешивани  давлени  расплавленного металла 5 в полости кристаллизатора 1 давлением газа.

На чертеже показано, как это может быть осуществлено; сжатый газ от источника 12 подаетс  с калиброванным расходом, например, с помощью дроссел  11 в коллектор 9, который имеет сообщение с трубкой

10, погруженной в расплавленный металл 5 на расчетную глубину. Кроме того, этот коллектор сообщен посредством канала 8 с потоком газа над потоком смазки и с

регулированным с помощью регул тора 13 сбросом.

Поступление газа через дроссель 11 задают большим, чем может пропустить регул тор 13. Тогда избыток газа будет выходить

° по трубе 10 через расплавленный металл 5. Это обеспечивает равенство металлостати- ческого давлени  давлению газа над потоком смазки и взаимную синхронность их изменений.

5 Технико-экономические особенности предложенного способа.

Принципиальна  работоспособность s провер лась на натурном образце, выполненном и смонтированном в соответствии

0 со схемой, изображенной на чертеже. Этот образец был установлен на промышленном плавильно-литейном агрегате, предназначенном дл  приготовлени  в нейтральной атмосфере, вакуумировани  и закрытой раз5 ливки алюминиевых сплавов с присадками дорогосто щих и химически активных компонентов , в частности лити .

Кристаллизатор имел диаметр формообразующей поверхности 370 мм и актив0 ную высоту 150 мм.

Исследовани  проводились при литье чистого алюмини  при температуре расплавленного металла 750° С. Величина зазора 3 составл ла 1 мм. Высота вставки 2 от

5 уровн  зазора 3 до максимально возможного уровн  жидкого метала составл ла 400 мм. Высота сливного порога 7 дл  отработанной смазки над уровнем зазора 3 составл ла 17 мм, В качестве смазки использовалось

0 масло цилиндровое 50 (ГОСТ 6411 -76), кото- .рое подавалось насосом в зазор 3 с производительностью до 3 кг/ч. Результаты проверки. В пределах значений АР- разности

5 между металлостатическим давлением на уровне зазора 3 и давлением на этом же уровне со стороны смазки, - составл ющих 0-2750 Н/м2, при изменении металлостати- ческого давлени  на уровне зазора в пределах

0 0-ЮОООН/м литье и формирование слитка происходило нормально, проникновени  газообразных продуктов смазки в полость вставки 2 не наблюдалось, безвозвратный расход смазки составил 0,1-0,2 кг/ч,

5 При давлении со стороны смазки, большем , чем металлостатическое на уровне зазора 3, резко увеличилс  безвозвратный расход смазки и ее газообразные продукты проникали внутрь вставки, обтека  всю поверхность расплавленного металла 5, и возгорались над поверхностью расплавленного металла 5 на выходе из вставки 2. При давлении со стороны расплавленного металла, большем, чем давление со стороны смазки на величину 2750Н/М2 и более, происходил прорыв расплавленного металла 5 через зазор 2 в систему подачи смазки, прекращалась подача смазки и слиток б заклинивалс  в кристаллизаторе 1.

Работоспособность в указанных значени х параметров обеспечивалась при работе по всем четырем примерам осуществлени , но со следующими особенност ми:

по примеру 1 расход смазки составл л 0,1-0,2 кг/ч, газообразные продукты смазки накапливались над поверхностью смазки , а твердые взвеси попадали на поверхность слитка и кристаллизатора, не наруша  процесса лить , но требу  удалени  после отливки слитка 6;

по примеру 2 твердые взвеси ни на кристаллизатор 1, ни на слиток 6 не попадают, а переход т в слив отработанной смазки. При этом полный расход смазки составл л 3 кг/ч при безвозвратном расходе 0,1-0,2 кг/ч;

по примеру 3, кроме твердых взвесей, непрерывно удал лись и газообразные продукты смазки;

по примеру 4 достигалась полна  автоматизаци  поддержани  заданной величины разности давлений между расплавленным металлом 5 и смазкой.

Таким образом, экспериментально подтверждена принципиальна  работоспособность предлагаемого способа лить  в указанном диапазоне разности давлений между расплавленным металлом и смазкой, олределйемой в формуле изобретени , при обеспечении возможности отливки слитков из химически активных расплавленных металлов при исключении контакта смазки с расплавленным металлом внутри вставки.

В насто щее врем  в кристаллизатор скольжени , снабженный в верхней части вставкой, установленной с зазором относительно кристаллизатора, под избыточным металлостатическим давлением на уровне зазора и при принудительной подаче смазки по известному способу не удаетс  осуществить литье слитков из химически активных расплавленных металлов, например из алюминиевых и магниевых сплавов, содержащих литий. Либо смазка проникает в полость вставки и реагирует с расплавленным металлом , либо расплавленный металл заплавл - ет каналы подачи смазки. Поэтому сейчас осуществл ют литье без вставки, прикрыва  верхнюю часть кристаллизатора крышкой, под которую на проток подают защитный газ, а смазку нанос т при помощи кисти. При

таком способе лить  происходит активное ; окисление поверхности жидкого металла в кристаллизаторе из-за нарушени  в результате конвекции сло  защитного газа над 5 жидким металлом, а также реакции продуктов смазки с жидким металлом на его поверхности .

В результате происходит загр знение металла слитка окисными включени ми и

0 водородом, а на поверхности слитка получа- ютс  неслитины глубиной до 35 мм при структурной неоднородности слитка. Значительна  часть отлитых слитков по указанным дефектам отбраковываетс , а то, что не

5 отбраковываетс , имеет пониженный уровень качества.

Реализаци  предлагаемого способа позволит осуществить автоматизированный процесс лить  слитков из алюминиевых и

0 магниевых сплавов при закрытом сверху кристаллизаторе и герметичном его сообщении с подающим расплавленный металл металлопроводом, при-пониженных потер х тепла расплавленным металлом путем реализации тепловых свойств вставки, например , путем сочетани  теплопровод щих теплоизол ционных и теплоемких ее элементов .

Все это дает возможность отливать

0 слитки из химически активных расплавленных металлов, в частности из алюминиевых и магниевых сплавов, содержащих литий, при полном исключении попадани  в слиток неметаллических твердых и газообразных

5 включений, в частности окислов и водорода. Кроме того, благодар  ламинарному подходу расплавленного металла к области зазора и почти без снижени  температуры уменьшитс  величина неслитин на поверх0 ноети слитка и уменьшитс  тенденци  к образованию структурных неоднородностей по сечению слитка. В итоге повыситс  выход годных слитков на фоне общего повышени  их качества. Откроетс  возможность дл 

5 широкого использовани  специальных сплавов, содержащих химически активные компоненты, в народном хоз йстве, в частности в авиации.

50

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1, Способ лить  слитков в кристаллизаторе скольжени , включающий подачу расплавленного металла под избыточным металлостатическим давлением через установленную в полости кристаллизатора с зазором надставку и подачу в зазор смазки под давлением, отличающийс  тем, что, с целью расширени  технологических возможностей за счет отливки слитков из

   химически активных металлов, давление смазки на уровне зазора измен ют синхронно с изменением металлостатического давлени  металла на этом уровне, при этом величину разности между указанными давлени ми поддерживают в пределах величины давлени  на металл со стороны его мениска в зазоре.

   2. Способ по п. 1,отличающий- с   тем, что смазку в зазор подают потоком , контактирующим с мениском металла в нем.
2. 0

   ,3, Способ по п. 2, отличающийс  тем, что на поверхность смазки в зазоре подают газ под давлением, равным разности между давлением смазки на уровне зазора и ее гравитационным давлением.

   4. Способ по п. 3, отличающийс  тем, что гравитационное давление смазки поддерживают посто нным, а давление газа измен ют синхронно с изменением металлостатического давлени  путем уравновешивани  давлени  металла в полости кристаллизатора давлением газа.

   8

   6

   Редактор А. Корина

   Составитель Г.Кабаков Техред М.Моргентал

   Ю

   Корректор М. Андрушенко