Получение слитков непрерывным и полунепрерывным способами

П л а н л е к ц и и

1. Особенности технологического процесса непрерывного и полуне- прерывного литья слитков.

2. Литейные машины и их узлы.

3. Особенности технологии литья слитков из алюминиевых, магние- вых и медных сплавов. Термообработка слитков.

4. Дефекты слитков и меры их предупреждения.

Особенности технологического процесса непрерывного и полунепрерывного литья слитков

Слитком называют отливку определенной формы и размеров, предна-

значенную для дальнейшей обработки давлением, т.е. прокаткой, прессова- нием, штамповкой, ковкой, волочением и т.д.

В зависимости от назначения слитки могут быть плоскими (в виде плит), цилиндрическими, цилиндрическими полыми, а также могут иметь

любое несложное по конфигурации сечение.

Методов литья слитков известно довольно большое количество. По основным признакам формирования их можно разделить на две группы:

1) наполнительное литье;

2) полунепрерывное и непрерывное литье слитков.

Наполнительным является такое литье, при котором форма и размер слитка определяются полостью изложницы.

Непрерывным называется литье, при котором слиток может быть по- лучен любой требуемой длины, а литье может продолжаться сколько угодно долго. При этом кристаллизатор остается неподвижным, а слиток вытягива-

ется с заданной скоростью.

Уровень жидкого металла в кристаллизаторе поддерживается посто- янным, а отлитый слиток режется на мерные заготовки специальными уст-

ройствами, двигающимися синхронно со скоростью вытягивания слитка.

Полунепрерывное литье отличается от непрерывного тем, что оно ве- дется непрерывно только до получения слитка заданной длины, после чего

литье прекращается, слитки извлекаются и цикл повторяется.

Процесс непрерывного литья осуществляется следующим образом

(рис. 1.28). Расплав равномерно и непрерывно подается в водоохлаждаемую форму – кристаллизатор. Затвердевшая часть слитка непрерывно извлекается

валками или опускается под действием собственного веса.

Особенности процесса формирования непрерывной отливки обуслов- лены тем, что в кристаллизаторе в разных его зонах по высоте в каждой мо-

мент одновременно происходят все последовательные стадии охлаждения и затвердевания расплава:

Л е к ц и я 9 Получение слитков непрерывным и полунепрерывным способами

I – заполнение кристаллизатора расплавом; II – отвод теплоты перегрева;

III – кристаллизация;

IV – охлаждение слитка.

Рис. 1.28. Схема получения отливок при непрерывном литье: 1 – ковш; 2 – кристаллизатор; 3 – затвердевшая часть отлив ки; 4 – валки; 5 – пила; I–IV – температурные зоны

Высокая интенсивность охлаждения расплава способствует его на- правленной кристаллизации, уменьшению ликвационной неоднородности, а непрерывная подача расплава в верхнюю часть затвердевающегося слитка – постоянному питанию фронта растущих кристаллов, устранению усадочных дефектов, рыхлот, пористости.

Как правило, заготовки, полученные способом непрерывного литья, имеют плотное, без усадочных дефектов строение, малоликвационную неодно- родность и газосодержание, чистую поверхность и высокую точность размеров.

Наряду с указанными особенностями формирования отливки, способ-

ствующими повышению качества металла, процесс непрерывного литья обеспечивает ряд преимуществ над наполнительными способами получения слитков: возможность получения слитков постоянного поперечного сечения неограниченной длины, увеличение выхода годного, уменьшение расходов на изготовление изложниц, улучшение качества металла, точности размеров,

Л е к ц и я 9 Получение слитков непрерывным и полунепрерывным способами

улучшение поверхности слитков, автоматизация процесса создания непре- рывно действующих высокопроизводительных комплексов, полное исключе- ние трудоемких ручных операций, существенное улучшение условий труда и уменьшение вредного воздействия на окружающую среду.

 

Важнейшим технологическим параметром процесса непрерывного ли- тья является интенсивность охлаждения расплава, определяющая скорость кристаллизации, качество слитка, а также производительность процесса.

Рис. 1.29. Схема непрерывного ли тья, при котором вода из изложни цы подается непосредственно на поверхность слитка

Интенсивность отвода теплоты от расплава в кристаллизаторе ограни- чена тем, что вследствие усадки отливки между кристаллизующейся короч- кой металла и стенками кристаллизатора образуется зазор, снижающий ско- рость охлаждения слитка. Для повышения интенсивности охлаждения слитка процесс осуществляется так, что в коротком кристаллизаторе формируется только корочка толщиной, достаточной для того, чтобы при ее выходе из кристаллизатора не образовывалось надрывов и трещин, а основное количе- ство теплоты отводят непосредственно подачей воды на слиток через ряд от- верстий в нижней кромке кристаллизатора или через щель по периметру кри- сталлизатора (рис. 1.29).

Литейные машины и их узлы

Современный литейный комплекс для производства слитков полуне- прерывным методом включает в себя следующие агрегаты:

раздаточную печь (миксер) с электрическим или газовым обогревом, служащую для приготовления сплава заданного состава, поддержания заданной технологической температуры и дозирования подачи на литейную машину;

Л е к ц и я 9 Получение слитков непрерывным и полунепрерывным способами

установку внепечного рафинирования расплава (рис. 1.30), служащую для очистки расплава от газов, металлических и неметаллических примесей;

установку для подачи модифицирующих добавок (рис. 1.31);

камеру фильтрации через пенокерамические или насыпные фильтры

(рис. 1.30);

литейную машину вертикального или горизонтального типа для от- ливки плоских, цилиндрических слитков и других заготовок.

 

а б

в

Рис. 1.30. Схема установок для дегазации алюминиевых сплавов фирмы «Alcoa» (а), сис темы MINT фирмы «Consolilated Aluminium» (б) и системы MULTICAST фирмы Metal lics» (в): 1 – сопло; 2 – реактор; 3 – входное отверстие; 4 – чаша фильтра; 5 – фильтр из керамической пены; 6 – обогреваемая крышка; 7 – фильтр-трубки; 8 – продувные камни

В зависимости от привода литейные машины бывают следующих ти- пов: винтовые, цепные, тросовые и машины с гидравлическим приводом.

Л е к ц и я 9 Получение слитков непрерывным и полунепрерывным способами

Рис. 1.31. Принципиальная схема непрерывного модифици рования лигатурным прутком: 1 – привод; 2 – рафинирующее устройство; 3 – прилеточная коробка

 

Рис. 1.32. Кристаллизатор Рис. 1.33. Поддон

Литейные машины с гидравлическим приводом наиболее перспектив- ны, так как по сравнению с другими типами машин обладают целым рядом достоинств: большой грузоподъемностью (до 120 т), позволяющей вести од-

Л е к ц и я 9 Получение слитков непрерывным и полунепрерывным способами

новременную отливку 4–6 крупногабаритных плоских или до 140 цилиндри- ческих слитков; широким диапазоном регулирования скорости литья и хо- рошей плавностью хода; возможностью полной автоматизации процесса ли- тья под управлением оператора.

Основные узлы литейной гидравлической машины – привод, гидро- цилиндр, литейный приямок (кессон), стол для монтажа литейной оснастки.

Основными элементами литейной оснастки являются:

кристаллизатор (формообразователь), определяющий форму, размеры и качество отливаемого слитка (рис. 1.32);

поддон, служащий для формирования донной части слитка и запира- ния кристаллизатора в момент подачи первых порций расплава (рис. 1.33);

коллектор-охладитель, регулирующий подачу воды для охлаждения кристаллизатора и вторичного охлаждения слитка.

Особенности технологии литья слитков из алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Термообработка слитков

При литье слитков из алюминиевых и магниевых сплавов высота кри-

сталлизаторов составляет 70–140 мм. Как правило, кристаллизаторы изготов- ляют из алюминиевых сплавов (АМц, Д1 и Д16). Для отливки медных спла- вов из-за повышенной температуры разливки материал кристаллизатора должен быть более тугоплавким – медь и медные сплавы, нередко использу- ются графитовые кристаллизаторы. Медные и графитовые кристаллизаторы также используются при непрерывном литье слитков из стали и чугуна, при этом высота кристаллизаторов достигает 1 000 мм и более.

После отливки слитков большая часть их в зависимости от состава сплава, из которого они отлиты, проходит термическую обработку.

К термической обработке слитков относят гомогенизацию (гомогени-

зирующую обработку) и отжиг (гетерогенизирующую обработку).

Гомогенизацию слитков широко применяют в промышленности уже много лет. Ее проводят при температурах, приближающихся к температуре солидуса сплава, т.е. лежащих выше границы растворимости основных леги- рующих элементов.

Гомогенизация слитков позволяет устранить или уменьшить дендрит- ную ликвацию, повысить способность материала к горячему и холодному деформированию; улучшить механические свойства полуфабрикатов, осо- бенно по толщине, а также снять внутренние напряжения, возникшие в слит- ке при затвердевании.

Отжиг слитков проводят при температурах, достаточных для снятия внутренних напряжений. Для большинства сплавов, упрочняемых термиче- ской обработкой, этот интервал температур соответствует минимальной ус- тойчивости твердого раствора.

Л е к ц и я 9 Получение слитков непрерывным и полунепрерывным способами

Целью отжига является устранение внутренних напряжений в слитке и разупрочнение сплава, получившего полную или частичную закалку в про- цессе кристаллизации и последующего охлаждения.

Дефекты слитков и меры их предупреждения

При непрерывном литье слитков могут возникать дефекты на поверх- ности и внутри слитка. Рассмотрим наиболее характерные из них.

Наплывы (рис. 1.34) – это дефекты в виде выступов застывшего металла слитка, в том числе другого химического состава (ликвационные наплывы).

Причинами образования наплывов являются: завышенная температура

литья, недостаточное охлаждение, выдавливание остаточной жидкой фазы из центра слитка на поверхность через междендритные каналы в корочке слитка.

Для снижения образования наплывов необходимо установить ско-

рость литья в зависимости от температуры металла, подобрать режим охлаж- дения кристаллизатора и вторичного охлаждения, обеспечить постоянный уровень расплава в кристаллизаторе.

Неслитина – дефект, выходящий на поверхность в виде чередующих- ся углублений, перпендикулярных оси слитка. Неслитина представляет собой несплошность, образовавшуюся из-за неслияния потоков металла при кри-

сталлизации.

 

Рис. 1.34. Наплывы на широкой грани Рис. 1.35. Неслитина на широкой грани

плоского слитка

Причиной образования неслитин является заниженная скорость литья и температура металла, непостоянный уровень в кристаллизаторе (рис. 1.35).

Надыры и надрывы – это дефекты поверхности, связанные с плохой полировкой и смазкой кристаллизатора, неправильной их установкой. Для предупреждения данных дефектов необходимо зачистить поверхность кри-

сталлизатора, проверить качество смазки и равномерность ее нанесения на стенки кристаллизатора.

Кривизна слитков появляется из-за неисправностей литейной машины –

это кривизна направляющих (большого люфта между рамой поддонов и на-

Л е к ц и я 9 Получение слитков непрерывным и полунепрерывным способами

правляющими), неправильная установка поддона и кристаллизаторов. Ис- кривление слитка также может произойти из-за неравномерного охлаждения по периметру кристаллизатора.

Для предупреждения образования кривизны необходима регулярная проверка и наладка литейной машины, обеспечение равномерной подачи во- ды по периметру кристаллизатора и подачи металла в центр кристаллизатора.

Трещина – это разрыв металла на поверхности или внутри слитка. Трещины в слитках возникают как в процессе кристаллизации (кристаллиза-

ционные или горячие трещины), так и после полного затвердевания слитка

(холодные трещины).

Как правило, трещины образуются вследствие нарушения установ- ленных параметров литья; завышенной температуры и скорости литья, не- равномерного охлаждения по периметру слитка, из-за неравномерного рас- пределения горячего металла в кристаллизаторе. Трещины могут распола- гаться по широким граням плоского слитка, в донной части слитка, по углам, а также в центре цилиндрического слитка.

Соблюдение технологических параметров литья и оптимального хи- мического состава сплава позволит существенно уменьшить потери от брака по трещинам.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключается принцип производства слитков непрерывным способом?

2. Опишите типы литейных машин, применяемых для литья слитков.

3. Назовите вид оснастки, обеспечивающей заданное сечение слитка и качество его поверхности.

4. Опишите последовательность операций при непрерывном литье.

5. Какие технологические операции предусматриваются на литейном агрегате для обеспечения чистоты расплава?

6. Каким способом обеспечивается получение мелкозернистой одно- родной структуры слитка?

7. Чем отличается непрерывное литье слитков от полунепрерывного?

8. Для каких целей служит раздаточный миксер в литейном комплексе?

9. Перечислите основные дефекты, характерные для слитков, полу- ченных непрерывным литьем.

10. Назовите причины образования основных дефектов на слитках и меры их предупреждения.

Дата добавления: 2014-11-25