SU899239A1 - Способ непрерывной разливки алюмини - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к металлур .гии цветных металлов и сплавов и может быть использовано при непрерывной или полунепрерывной отливке сплавов и полых алюминиевых заготовок различных поперечных сечений.

Известен способ введени  колебаний 8 непрерывно отливаемый слиток через магнитостриктор, жестко св занный с данной частью затвердевшего слитка.

Этот способ способствует измельчению структуры металла р.

Однако используема  акустическа  система не позвол ет посто нно поддерживать режим сто чей волны, а следовательно , и максимальную амплитуду колебаний на участке формировани  корочки слитка, так как в про цессе лить  длина слитка увеличиваетс , а следовательно, увеличиваетс  и обща  длина всей колебательной системы в которую входит слиток, соединительна  прокладка, концентратор

магнитостриктора и преобразователь. .Поэтому величина трени  в процессе лить  измен етс , а качественна  поверхность слитка обеспечиваетс  лишь в моменты, когда длина колебательной системы кратна длине полуволны УЗК.

Кроме того, необходимы затраты большого количества ультразвуковой энергии, чтобы довести всю массу слитка до амплитуды колебаний, обеспечивающей снижение сил трени .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ повышени  качества непрерывнолитой заготовки, включающий подачу металла в кристаллизатор , которому сообщают возвратнопоступательное движение и низкочастотные вынужденные колебани  с частотой равной О,.25 частоты собственных колебаний оболочки формируемой в кристаллизаторе заготовки, причем амплитуда вынужденных колебаний составл ет 50-100% величины за-. 38 зора между поверхностью заготовки и стенкой кристаллизатора 2, Недостатком известного способа  вл етс  сложность механических устройств , используемых дл  возбуждени  низкочастотных колебаний с большими амплитудами. Кроме того, известный способ не исключает образовани  таких поверхностных дефектов, как ликвационные наплывы, неслитины и завороты , а лишь несколько уменьшает их Величину. Таким образом, известный f способ не позвол ет существенно улуч шить качество поверхности слитков, особенно полых, так как дл  уменьшени  трени  между слитком и кристализатором примен ют малоэффективные низкочастотные колебани . Цель изобретени  повышение качест ва поверхности непрерывно отливавмых слитков, в том числе полых. Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу непрерывной раз ливки металла, включающему подачу расплава в кристаллизатор, которому сообщают вынужденные колебани  ультразвуковой частоты, охлаждение форми руемого слитка и выт гивание его из кристаллизатора, колебательную скорость кристаллизатора устанавливают в 1,3-to раз выше скорости выт гивани  слитка, при этом пучность смещений ультразвуковых волн располагают на участке формировани  корочки слит ка, а пр мое охлаждение слитка ведут на рассто нии 1/8-1/3 длины волны ультразвуковых колебаний от середины зоны контакта металла с кристаллизатором . Предлагаемый способ основан на увеличении колебательной скорости кристаллизатора, определ емой по фор муле , где колебательна  скорость кристаллизатора; f - частота вводимых колебаний; А - амплитуда колебаний. Однако, в отличие от известного способа увеличение колебательной ско рости кристаллизатора достигаетс  не за счет повышени  амплитуды, а посредством увеличени  частоты вводимых колебаний, что обеспечивает упрощение устройств, используемых дл  возбуждени  -и ввода колебаний, и снижает трение на поверхности кон такта кристаллизатора с формируемой заготовкой. На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид. Внешний охлаждаемый кристаллизатор 1 снабжен коллектором 2, из которого струи 3 воды подаютс  непосредственно на наружную поверхность полой заготовки k выход щей из кристаллизатора . Внутренний кристаллизатор 5) жестко св занный с магнитострикционным преобразователем 6, установленным на арочной опоре 7, имеет полость заполненную водой, котора  через отверсти  8 стру ми 9 подаетс  на внутреннюю поверхность заготовки 4. Длина акустической системы , включающей внутренний кристаллизатор 5 и магнитострикционный преобразователь б, выполнена кратной длине полуволны (Л-/2) возбуждаемых ультразвуковых колебаний, причем пучность смещений сто чей ультразвуковой волны расположена в зоне контакта заготовки Ц с кристаллизатором 5. Место креплени  коллектора 2, внутреннего кристаллизатора 5 и выполнение отверстий в них обеспечивают расположение зоны пр мого охлаждени  заготовки стру ми воды на рассто нии одной четверти длины волны ультразвуковых колебаний от среднего уровн  зоны контакта металла со стенками кристаллизаторов 1 и 5 Способ осуществл етс  следующим образом. Расплавленный металл (расплав) заливают через один из боковых проемов арочной опоры 7 в кольцевое пространство , образованное внутренней стенкой кристаллизатора 1 и наружной стенкой кристаллизатора 5 и закрытое снизу поддоном и затравкой (не показаны). В момент заливки начинают одновременно возбуждать в кристаллизаторе 5 ультразвуковые колебани  (УЗК) и опускать вниз поддон с затравкой, выт гива  с посто нной скоростью формирующуюс  заготовку . В процессе выт гивани  заготовки из кристаллизаторов ее внешнюю и внутреннюю поверхности непрерывно охлаждают стру ми воды 3 и 9 подаваемыми из отверстий коллектора 2 и внутреннего кристаллизатора 5. При возбуждении в кристаллизаторе 5 ультразвуковых колебаний с колебательной скоростью, превышающей скорость выт гивани  заготовки k, на границе контакта металла с криста лизаторами 1 и 5 сила трени  уменьшаетс . Это объ сн етс  тем, что относительна  скорость движени  металла по стенке вибрирующего кристаллизатора мен ет свое направление, причем определенную часть периода УЗК относительна  скорость совпадает с направлением движени  слитка, а остальную часть периода направлена в противоположную сторону. Поэтому при сообщении УЗК кристаллизатору 5 возникающа  сила контактного трени , направление действи  которой зависит от направлени  вектора относительной скорости, также мен ет свое направление . При совпадении направлени  вектора относительной скорости с направлением движени  заготовки сила тре ни  направлена противоположно усилию выт гивани  заготовки и преп тствует перемещению металла, как и при обычном литье. В другой момент полного п периода колебаний, когда вектор отно сительной скорости не совпадает с направлением движени , заготовки сил трени  становитс  как бы положительной и направлена в сторону выт гивани  заготовки, способству  перемещению последней. Такой характер изме нени  сил контактного трени  приводит к уменьшению среднего значени  действующей силы трени  и тем самым способствует повышению качества по-: верхности заготовки. Введение УЗК только через внутрен ний кристаллизатор (, оправку) обеспечивает получение качественной поверх ности отверсти  полых заготовок. Однако дл  получени  одинаково качественной наружной и внутренней поверхностей заготовки необходимо вводить УЗК аналогичных параметров как во внутренний, так и в наружный кристаллизатор одновременно. В случае же отливки сплошных заготовок положительный эффект достигаетс  введением УКЗ в кристаллизатор, формирующий наружную поверхность заготовки. Нижний предел соотношени  / 1 равен 1,3 ( - колебательна  скорость кристаллизатора. Уд - скорость выт гивани  заготовки). Более низкое значение указанного соотношени  не позвол ет получить качественной поверхности заготовки. Превышение верх8 6 него предела V V нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение вводимой в кристаллизатор акустической мощности св зано с неоправданными энергозатратами, которые не обеспечивают заметного улучшени  качества поверхности заготовки. Расположение пучности смещений ультразвуковой волны на участке формировани  корочки заготовки обеспечивает достижение максимальной колебательной скорости на этом участке, а следовательно, позвол ет предельно снизить среднюю величину контактного трени . Пр мое охлаждение слитка на рассто нии 1/8 - 1/3 длины волны УЗК от верхнего уровн  зоны контакта металла с кристаллизатором обеспечивает подключение дополнительной акустической нагрузки, которую представл ет собой используемый объем охлаждающей воды, подаваемой из отверстий коллектора и внутреннего кристаллизатора , вблизи пучности напр жений (в узле смещени  ультразвуковой волны ) . Подключение нагрузки вблизи узла смещени  волны УЗК не приводит к изменению акустических характеристик колебательной системы, положение колебательных величин в ней не мен етс , и система остаетс  резонансной , так как колебательна  скорость кристаллизатора в месте контакта его с расплавом при включении пр мого охлаждени  остаетс  неизменной. Пример 1. Непрерывную заготовку с наружным диаметром (56 мм и . внутренним диаметром 65 мм отливают из алюминиевого марки Д 16, сообщают внутреннему кристаллизатору ультразвуковые колебани  от стандартного магнитострикционного преобразовател  марки ЛМС-15А-18. Скорость лить  - 16 см/мин, температура расплава - 700+10°С. Частота ультразвуковых колебаний внутреннего кристаллизатора составл ет 18 к1ц, а амплитуда на участке образовани  корочки слитка - 1 - 10 мкм. Это позвол ет развить на этом участке колебательную скорость 17 170 см/мин. Пр мое охлаждение поверхности слитка водой осуществл етс  на рассто нии 60 мм от зоны образовани  корочки металла, что в материале слитка составл ет /k волны звука в сплаве Д 16.

Результаты осмотра внутренней поверхности слитка приведены в табл,1.

Внутренн   поверхность слитков, полученна  с введением ультразвука в кристаллизатор при V 35 см/мин, обеспечивающей соотношение Уц/Уд в диапазоне 1,3-10, не требует дополнительной механической обработки перед процессом пластической деформации .

Пример 2, Полую заготовку с наружным диаметром 15б мм отливают из алюминиевого сплава Д 16 с воздействием ультразвука на внутрен НИИ кристаллизатор. Колебательна 

скорость /к, 68,0 см/мин, а отношение ,2. Мен ют положение по са пр мого охлаждени  водой внутренней поверхности слитка 20 - 120 и т.е. в длинах волн звука в материале слитка 1/2 - 1/12. Длина волны звука в материале кристаллизатора Д мм. Результаты осмотра поверхности полого слитка представлены в табл.2.

Сформированна  в оптимальных услови х охлаждени  (1/6/1/ЗЛ) внутренн   поверхность слитка не требует последующей механической обработки перед прессованием.

Таблица 1

0,3

0,5 2,0

Ь5 2,0 3.0

Рассто ние от плоскости образовани  корочки расплава до по са пр мого охлаждени  слитка асдои , мм

Характеристика внутренней поверхности слитка

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ непрерывной разливки алюминия , включающий подачу расплава в кристаллизатор, которому сообщают вынужденные колебания ультразвуковой частоты, охлаждение формируемого слитка и вытягивание его из кристаллизатора, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества поверхности слитка, колебательную скорость кристаллизатора устанавливают в 1,3 -10 раз выше скорости вытягивания слитка, при этом пучность смещений ультразвуковых волн располагают на участке формирования корочки слитка, а прямое охлаждение слитка ведут на расстоянии 1/8-1/3 длины волны ультразвуковых колебаний от середины зоны контакта металла, с кристаллизатором. I