SU1514472A1 - Устройство для пульсационной обработки металла в прибылях - Google Patents

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению отливок с принудительным перемешиванием расплава в прибылях.

С целью повышения качества, условий питания отливки и снижения себестоимости обработки внутренние полости соседних прибылей 3 и 4 соединяют дополнительными каналами 6 с внут2

ренним сечением 0,015-0,020 максимального горизонтального сечения прибыли. Каналы расположены на глубине 0,8-0,9 высоты прибыли. Обработку ведут после заполнения полости литейной формы 1 и полостей прибылей 3 и 4 расплавленным металлом 2. В огнеупорной трубе 5 посредством соединения патрубка 7 с питающим патрубком 9 периодически создается избыточное давление газа, вследствие чего металл вытесняется из огнеупорной трубы вглубь прибыли, что повывает уровень металла в прибыли 4. Далее уровень металла в прибыли 4 понижается (в соответствии с законом сообщающихся сосудов), а металл перетекает по дополнительным каналам 6 в соседние прибыли 3. Затем внутренняя полость трубы 5 соединяется посредством распределительного клапана 8 и патрубка 10 с атмосферой, а результате чего она заполняется металлом. Металл возвращается из прибылей 3 в прибыли 4, и цикл повторяется.

2 ил.

<рие.1

14472

4

Изобретение относится к литейному Производству, в частности к получению отливок с принудительным перемешиванием расплава в прибылях. $

Цель изобретения - улучшение условий питания отливки и снижение себестоимости обработки.

На фиг. 1 показано устройство, разрез по прибылям; на фиг. 2 прибыльная часть, вид сверху.

В литейную форму 1 заливается расплавленный металл 2, форма имеет прибыли 3 и 4. Огнеупорная труба

5 установлена в прибыли 4, которая 15 соединена дополнительными каналами

6 с прибылями 3 (без огнеупорных труб). Огнеупорная труба 5 посредством патрубка 7 соединена с системой

для подвода и отвода газа из трубы, 20 включающей распределительный клапан 8 и патрубки для подвода 9 и отвода газа 10.

Устройство работает следующим образом. 25

После заполнения полости литейной

формы 1 и полостей прибылей 3 и 4 расплавленным металлом 2 в огнеупорной трубе 5 посредством соединения патрубка 7 с питающим патрубком 9 30

создается избыточное давление газа.

При этом металл вытесняется из огнеупорной трубы вглубь прибыли, что приводит к повышению уровня металла в прибыли 4 на величину 4Н. В соответ- 35 ствии с законом сообщающихся сосудов уровень металла в прибыли 4 понижается, а в прибылях 3 повышается, причем металл перетекает по дополнительным каналам 6 и перемешивает нижнюю 49 часть прибылей 3. Затем внутренняя полость огнеупорной трубы 5 соединяется посредством распределительного клапана 8 и патрубка 10 с атмосферой, в результате чего она заполняется металлом. При этом уровень металла в прибыли 4 понижается в сравнении с прибылями 3, а затем в соответствии с законом сообщающихся сосудов металл из прибылей 3 перетекает по каналам 6 в прибыль 4, что способ- . ствует перемешиванию металла в прибылях 3 и 4. Для развития процесса колебаний металла между прибылями целесообразно осуществлять процесс вы- $$ теснения металла из огнеупорной трубы с частотой, близкой к частоте собственных колебаний расплава в системе прибылей, включающей прибыль с огнеупорной трубой, и одну-две ; един: прибыли без трубы (на фиг. 1 это г, тема прибылей 3 и 4).

Рациональное сечение огнеупорной трубы, обеспечивающее достаточно интенсивное перетекание расплава из прибылей, составляет 0,9-1,2 сечения соответствующего дополнительного канала. После завершения процесса запол нения металлом огнеупорной трубы 5 и выравнивания уровней в прибылях 3 и 4 распределительный клапан 8 перекрывает соединение трубы с атмосферой и соединяет ее с патрубком для подвода газа 9. Металл вытесняется из огне упорной трубы, а цикл обработки повторяется.

Внутренние полости соседних прибылей соединены каналами с внутренним сечением 0,015-0,020 максимального Горизонтального сечения прибыли. При этом в процессе периодического вытеснения металла из огнеупорных труб уровень металла в прибыли соответственно повышается. Наличие каналов, соединяющих полости прибылей, обес- печивает массообмен между ними (в соответствии с законом сообщающихся .сосудов) без вовлечения в перемешивание металла самой отливки. Перемешивание металла отливки в процессе ,обработки ухудшает ее количество в силу неравномерности перемешивания в разных зонах отливки. Массообмен между прибылями с помощью каналов обеспечивает направленное перемешивание металла и улучшает условия питания отливки в зонах выхода каналов в полости прибылей. Уменьшение внутреннего сечения каналов менее .0,015 максимального горизонтального сечения прибыли нерационально, так как при этом снижается скорость массообмена между прибылями через каналы и часть металла проникает в отливку. При этом ухудшаются условия питания и качество отливки. Увеличение внутреннего сечения каналов свыше 0,020 максимального горизонтального сечения прибыли нецелесообразно, так как при этом необосновано возрастает масса металла в прибылях без улучшения условий питания отливки. Кроме того, в основе массобмена между прибылями через дополнительные каналы лежит процесс колебаний металла в системе сообщающихся сосудов. На размах колебаний при этом существен6

5 15

но влияет объем (инерционность) дополнительных каналов. Следовательно, увеличение сечения дополнительных каналов свыше оговоренного предела ухудшает условия питания отливки .

Каналами целесообразно соединять рядом расположенные прибыли, так как при этом,ввиду минимальной протяженности каналов, массообмен, а следовательно, условия питания наилуч'шие. Соединение удаленных друг от друга прибылей, по сравнению с соседними снижает интенсивность массообмена из-за образования нескольких колебательных систем с различными свойствами и частотами колебаний. Наложение различных частот колебаний при этом ослабляет перемешивание металла в прибылях, а также уменьшает равномерность перемешивания металла в различных прибылях.

Расположение каналов на глубине 0,8-0,9 высоты прибыли наиболее целесообразно, так как при истечении металла из канала в перемешивание вовлекается металл, расположенный в нижней части соединенных прибылей. Перемешивание металла прибылей в ..их ^ижней части улучшает условия питания отливки. Расположение каналов на глубине менее 0,8 высоты прибыли ухудшает условия питания отливки, так как снижается интенсивность перемешивания металла нижней части прибыли. Расположение каналов на глубине свыше 0,9 высоты прибыли нецелесообразно, так как при перетекании металла из прибыли в прибыль в перемешивание вовлекается также металл отливки, расположенный в верхней ее части. Перемешивание металла в отдельных объемах отливки существенно изменяет в них размеры зерна, а следовательно, ухудшает качество отливки за счет роста неравномерности физико-механических свойств металла в различных зонах отливки.

Длина огнеупорных труб, составляющая 0,35-0,40 высоты прибыли, обеспечивает наиболее полное перемешивание расплава во всем объеме прибыли, так как при вытеснении металла яз огнеупорной трубы струя движется вниз, вовлекая в перемешивание прилегающий металл, а при всасывании металла в огнеупорную трубу в переI

мешивание вовлекается металл, распо50

14472

ложенный у ее нижнего среза. Равномерное перемешивание металла в прибыльной части обеспечивает улучшение условий питания отливки. Уменьшение длины огнеупорной трубы мене 0,35 высоты прибыли нецелесообразно, так как при этом ухудшаются условия питания отливки за счет снижения ^0 интенсивности перемешивания металла в нижней части прибыли, В процессе затвердевания металла уровень его налива в прибыли снижается, а следовательно, уменьшается масса порции 15 металла, вытесняемая из огнеупорной трубы. При этом колебания уровня металла в соседних прибылях оказываются недостаточными для перемешивания металла в нижней части прибылей*. 20 Увеличение длины огнеупорных труб

свыше 0,40 высоты прибыли нерациональ но, так как при -этом снижается интенсивность перемешивания слоев металла, расположенных выше нижнего 25 среза трубы. При этом в прибылях преж девременно возникают "мосты”, которые препятствуют колебаниям в них уровня металла, что существенно снижа ет перемешивание металла и ухудшает 30 условия питания отливок. Кроме того, увеличение длины огнеупорных трубок повышает себестоимость обработки в силу увеличения огнеупоров и рабочего газа.

Огнеупорные трубы устанавливают 35 в 1/3-1/2 всего количества прибылей. При этом обеспечивается перемешивание металла в прибылях не только за счет пульсирующей струи, вытесняемой из трубы, но и за счет струй металла, формируемых дополнительными каналами при его перетекании из прибыли в прибыль. Наиболее целесообразно чередовать прибыли с установленными огнеупорными трубами и прибыли без труб, так как в этом случае при создании пульсаций посредством огнеупорной трубы образуется колебательная система из двух или трех прибылей (распространение колебаний на более удаленные прибыли незначительно в силу увеличения протяженности каналов). Более интенсивное перемешивание расплава достигается при расположении огнеупорных труб в наиболее массивных прибылях. Уменьшение количества при- былей с установленными в них огнеупорными трубами менее 1/3 всего количества прибылей в отливке нецелесо40

45

7

1514472

8

образно, так как при этом снижается эффективность пульсационного воздействия на прибыли, в которых нет огнеупорных трубок. При этом ухудшаются $ условия питания отливки и ее качество. Увеличение количества прибылей с установленными в них огнеупорными прибылями более 1/2 всего количества прибылей в отливке нецелесообразно, ю так как заметного улучшения условий питания и ее качества (в том числе уменьшения глубины проникновения усадочных дефектов) не происходит, а использование дополнительных огне- 15 упорных труб повышает себестоимость обработки.

П р и м е р. В условиях литейного цеха получали отливку "корпус турби- 20 ны" массой 140-150 т марка стали 15Х1М1ФЛ. Прибылей в отливке восемь. Размеры прибыли: высота 1100 мм, се-, чение - овал с размерами осей 1400мм и 600 мм. Огнеупорные трубы устанав- 25 ливали в прибыли до заливки, а обработку начинали после заливки металла в форму. Материал огнеупорных труб графитошамот, а внутренний диаметр труб составляет 150 мм. В качестве рабочего газа использовался воздух. Длительность процесса обработки составила 3,0 ч. Процесс вытеснения заполнения огнеупорных труб металлом управлялся с Помощью распределительного клапана, конструкция привода вра-^5 дения которого предусматривала возможность изменения частоты его срабатывания, Выбор рациональной частоты пульсаций осуществляли путем наб40

людения за изменением амплитуды колебаний уровня металла в соседних прибылях, в которых огнеупорные трубы не устанавливались, при изменении частоты срабатывания распределительного клапана. Применительно к обрабатываемой отливке рациональная частота, обеспечивающая максимальную амплитуду колебаний уровня металла

прибыли, составила 0,36-0,43 Гц. лубина проникновения усадочных дефектов контролировалась после порезки прибылей отливки. При обработке прибылей отливки в соответствии с изобретением глубина проникновения усадочных дефектов уменьшается в среднем на 250-300 мм, что позволяет уменьшить массу прибылей на 20-25Ζ.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для пульсационной обработки металла в прибылях, включающее литейную форму с прибылью И расположенную в ней огнеупорную трубу для обработки расплава пульсирующей затопленной струей, отличающееся тем, что, с целью улучшения условий питания отливок и снижения себестоимости обработки, оно -выполнено с несколькими огнеупорными трубами и несколькими прибылями, разделенными'стенками и сообщенными каналами, выполненными в этих стенках, с площадью поперечного сечения, . равной 0,015-0,02 максимальной площади горизонтального сечения прибыли, при этом каналы расположены на глубине 0,8-0,9 высдты прибыли, а огнеупорные трубы имеют длину 0,350,4 высоты прибыли и установлены в 1/3—1/2 всего количества прибылей в отливке.

   1514472

   5

   фиг 2