способ получения непрерывных деформированных полых заготовок и установка для его реализации

Формула изобретения

1. Способ получения непрерывных деформированных полых заготовок, включающий подачу металла в пространство кристаллизатора между установленным в нем центральным стержнем и стенками кристаллизатора, две стенки которого выполнены вертикальными с возможностью возвратно-поступательного движения, а две другие - наклонными в верхней части с возможностью вращательного движения, отличающийся тем, что подача металла в кристаллизатор осуществляется в двухфазном состоянии с содержанием твердой фазы в количестве 40-50% смеси и равномерно струями по периметру кристаллизатора между центральным стержнем и стенками.

2. Установка для получения непрерывных деформированных полых заготовок, содержащая разливочную емкость, водоохлаждаемый кристаллизатор, выполненный с вертикальными рабочими стенками с возможностью возвратно-поступательного перемещения и двумя наклонными в верхней части рабочими стенками с возможностью вращательного движения, центральный стержень, выполненный с конической верхней и калибровочной нижней зонами и установленный в кристаллизаторе на платформе с двумя окнами для заливки металла, причем платформа закреплена на неподвижных прижимных вертикальных плитах, относительно которых перемещаются вертикальные стенки, отличающаяся тем, что она снабжена размещенным внутри разливочной емкости поршнем с приводом его перемещения и системой автоматического регулирования скорости перемещения заготовки и поршня, при этом разливочная емкость представляет собой тепловую трубу, выполнена цилиндрической с отверстиями диаметром 5-7 мм в днище и с поворачивающейся решеткой с отверстиями, расположенной в нижней части, а расстояние L₁ между отверстиями в разливочной емкости вдоль наклонных в верхней части рабочих стенок и расстояние L₂ между отверстиями в разливочной емкости вдоль вертикальных стенок, расстояние А между окнами платформы и ширина b окна платформы связаны между собой соотношениями L₁/b= 0,7-0,9 и L₂/A= 1,15-1,25.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, в частности к непрерывной разливке металла.

Известен способ получения непрерывнолитых деформированных полых заготовок [1. Патент RU 2136435, В 22 D 11/04. Способ получения непрерывнолитых деформированных полых заготовок и устройство для его осуществления /В.В. Стулов, В.И. Одиноков. Опубл. 10.09.99. Бюл. 25], включающий заготовку жидкого металла в пространство кристаллизатора с двух сторон между установленным в кристаллизаторе центральным стержнем и его стенками, две из которых выполнены вертикальными с возможностью возвратно-поступательного движения, а две другие - наклонными в верхней части с возможностью вращательного движения, причем заливку жидкого металла осуществляют в пространство между центральным стержнем и вертикальными стенками кристаллизатора.

Недостатком известного способа получения непрерывнолитых полых заготовок [1] являются ограниченные возможности получения заготовок с заданной структурой по причине наличия жидкой фазы в кристаллизаторе и необходимости отвода тепла перегрева и кристаллизации, что ограничивает рост толщины корочки вдоль стенок кристаллизатора, а соответственно и недостаточная степень деформации корочек на стенках и центральном стержне.

Заявляемый способ направлен на создание высокоэффективного процесса получения непрерывнолитых деформированных полых заготовок.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа, заключается в:

1. Повышении производительности процесса получения полых заготовок.

2. Расширении номенклатуры по поперечным сечениям получаемых полых заготовок.

3. Расширении сортамента разливаемых сплавов.

4. Расширении области регулирования физико-механическими свойствами получаемых полых заготовок.

Заявляемый способ характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: подача металла в пространство кристаллизатора между установленным в кристаллизаторе центральным стержнем и его стенками; две стенки кристаллизатора выполнены вертикальными с возможностью возвратно-поступательного движения, а две другие - наклонными в верхней части с возможностью вращательного движения.

Отличительные признаки: подача в кристаллизатор металла в двухфазном состоянии с содержанием твердой фазы в количестве 40-50% смеси; подача металла в двухфазном состоянии равномерно струями по периметру кристаллизатора между центральным стержнем и стенками.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом достигается в следующем.

Подача в кристаллизатор металла в двухфазном состоянии уменьшает разогрев центрального стержня и стенок кристаллизатора, а также снижает требования к системе охлаждения кристаллизатора. Кроме этого, при одном и том же уровне заливки по сравнению с заливкой только жидким металлом увеличивается толщина корочек заготовки и степень их обжатия, то есть расширяется диапазон регулирования структурой заготовки и ее физико-механическими свойствами.

Уменьшение количества твердой фазы менее 40% в смеси металла сужает диапазон разливаемых металлов, в частности затрудняется получение полых заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов. Кроме этого, уменьшается скорость разливки и производительность процесса в целом.

Увеличение количества твердой фазы более 50% в смеси металла затрудняет его подачу равномерно струями в кристаллизатор между центральным стержнем и стенками. Кроме этого, значительно возрастают усилия деформации заготовки, что предъявляет повышенные требования к конструкции самого кристаллизатора и механизмам привода стенок.

Для реализации заявляемого способа заявляется установка, уровень техники которой известен [1,2] . Устройство для получения непрерывнолитых деформированных заготовок [2. Патент RU 2125499, B 22 D 11/00, 11/10. Устройство для получения непрерывнолитых деформированных заготовок /В.В. Стулов, В.И. Одиноков. Опубл. 27.01.99. Бюл. 3] содержит разливочную емкость и кристаллизатор, одна пара вертикальных стенок кристаллизатора выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а противоположная пара стенок кристаллизатора выполнена с возможностью вращательного движения и имеет в верхней части расширенный участок с углом наклона к вертикали, причем разливочная емкость выполнена обогреваемой и имеет две камеры, в днище которой равномерно расположены отверстия диаметром d=3-5 мм для распыливания струй расплава по периметру ванны кристаллизатора, в нижней части разливочной емкости расположена поворачивающаяся решетка с отверстиями, а камера в центре разливочной емкости выполнена цилиндрической с установленным внутри нее поршнем и приводом перемещения. Недостатком устройства [2] является возможность его использования только для получения заготовок из двух распыляемых металлов. Кроме этого, отсутствие системы автоматического управления подачи металла в кристаллизатор и скоростью движения заготовки отрицательно сказывается на ее качестве.

Известно также устройство для получения непрерывнолитых деформированных полых заготовок [1], содержащее разливочную емкость с дозирующим средством и погружными стенками, водоохлаждаемый кристаллизатор и установленный в нем центральный стержень, выполненный с конической верхней и калибровочной нижней зонами, кристаллизатор выполнен с вертикальными рабочими стенками с возможностью возвратно-поступательного перемещения и двумя наклонными в верхней части рабочими стенками с возможностью вращательного движения, причем центральный стержень установлен на платформе с двумя окнами для заливки металла через стаканы, установленные между центральным стержнем и вертикальными стенками, а платформа закреплена на неподвижных прижимных вертикальных плитах, относительно которых перемещаются вертикальные стенки.

Недостатком устройства [1] является то, что наличие погружных стаканов не обеспечивает равномерную подачу металла по периметру кристаллизатора между центральным стержнем и стенками. Кроме этого, необходимость замены погружных стаканов, возможность их забивания переохлажденным металлом, а также возможность растрескивания стаканов при их деформации между корочкой заготовки и стенками ограничивают скорость разливки. Кроме этого, переохлаждение металла в разливочной емкости затрудняет его истечение в кристаллизатор.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой заготовки, заключается в:

1. Повышении надежности работы установки.

2. Повышении производительности процесса и качества полых деформированных заготовок.

Заявляемая установка характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: разливочная емкость, водоохлаждаемый кристаллизатор, выполненный с вертикальными рабочими стенками с возможностью возвратно-поступательного перемещения и двумя наклонными в верхней части рабочими стенками с возможностью вращательного движения; установленный в кристаллизаторе центральный стержень, выполненный с конической верхней и калибровочной нижней зонами; центральный стержень установлен на платформе с двумя окнами для заливки металла; платформа закреплена на неподвижных прижимных вертикальных плитах, относительно которых перемещаются вертикальные стенки.

Отличительные признаки: цилиндрическая разливочная емкость, представляющая собой тепловую трубу; поршень с приводом перемещения, установленный внутри разливочной емкости; в днище разливочной емкости равномерно расположены отверстия диаметром d=5-7 мм каждое для выдавливания расплава по периметру ванны кристаллизатора; поворачивающаяся решетка с отверстиями, расположенная в нижней части разливочной емкости; расстояние между отверстиями в разливочной емкости "l₁" и "L₂", ширина окна платформы "b" и расстояние между окнами в платформе "А" связаны соотношениями l₁/b=0,7-0,9; L₂/A=1,15-1,25; система автоматического регулирования скорости движения заготовки и перемещения поршня в разливочной емкости.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой установки и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Выполнение разливочной емкости в виде тепловой трубы позволяет добиваться нужного переохлаждения в ней металла до двухфазного состояния с содержанием твердой фазы в количестве 40-50% смеси и поддерживать на протяжении всего процесса.

Выполнение разливочной емкости цилиндрической позволяет устанавливать в нее поршень с приводом перемещения.

Расположение внутри разливочной емкости поршня с приводом перемещения позволяет выдавливать из разливочной емкости металл, находящийся в двухфазном состоянии.

Расположение в днище разливочной емкости равномерно отверстий диаметром d=5-7 мм каждое позволяет через них подавать расплав равномерно по периметру ванны кристаллизатора.

Уменьшение диаметра отверстий менее d<5 мм приводит к необходимости увеличения их количества в разливочной емкости. В результате увеличивается трудоемкость изготовления отверстий и возрастает давление выдавливания расплава при забивании отверстий металла.

Увеличение диаметра отверстий более d>7 мм приводит к неравномерности распределения металла в кристаллизаторе и неравномерной его деформации наклонными в верхней части рабочими стенками.

Наличие поворачивающейся решетки с отверстиями, расположенной в нижней части разливочной емкости, обеспечивает возможность перекрытия отверстий в днище разливочной емкости с целью прекращения подачи металла в кристаллизатор, а также возможность подачи металла в кристаллизатор.

Уменьшение соотношения L₁/b<0,7 (где L₁ - расстояние между отверстиями в разливочной емкости вдоль наклонных в верхней части рабочих стенок, b - ширина окна платформы) значительно сужает площадь распределения выдавливаемого из разливочной емкости металла в кристаллизаторе и создает неравномерность распределения металла между центральным стержнем и стенками кристаллизатора.

Увеличение соотношения L₁/b>0,9 приводит к возможности попаданию выдавливаемого металла на платформу и участки поверхностей наклонных в верхней части рабочих стенок, значительно удаленных от центра кристаллизатора, а также к попаданию металла за пределы кристаллизатора.

Уменьшение соотношения L₂/A<1,15 (где L₂ - расстояние между отверстиями в разливочной емкости вдоль вертикальных рабочих стенок, А - расстояние между окнами в платформе) также приводит к возможности попадания выдавливаемого металла на платформу и создание неравномерности распределения деформируемого металла в кристаллизаторе.

Увеличение соотношения L₂/А>1,25 приводит к возможности попадания выдавливаемого металла за пределы кристаллизатора.

Наличие системы автоматического регулирования скорости движения заготовки и перемещения поршня в разливочной емкости обеспечивает подачу металла в кристаллизатор в нужном количестве независимо от его уровня в разливочной емкости, что приводит к стабилизации процесса получения заготовок.

На фиг. 1 приведен внешний вид заявляемой установки, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - расположение отверстий в днище разливочной емкости.

Установка для получения непрерывных деформированных полых заготовок на фиг.1 и 2 состоит из разливочной емкости 1, выполненной в виде тепловой трубы с металловойлочной капиллярной структурой, заполненной теплоносителем, с зоной испарения 2 и зоной конденсации 3 теплоносителя, теплообменника 4 с коллектором 5, рабочего поршня 6 с приводом перемещения 7, состоящим из газовой камеры 8, в которой расположен на общем штоке 9 газовый поршень 10, патрубков 11 и 12 для подачи сжатого воздуха, отверстий 13 в днище емкости, поворачивающейся решетки 14 с отверстиями 15, кристаллизатора 16 с двумя вертикальными рабочими стенками 17 и двумя наклонными в верхней части рабочими стенками 18, центрального стержня 19 с конической верхней зоной 20 и калибровочной нижней зоной 21, платформы 22 с двумя окнами 23, неподвижных вертикальных плит 24 с подшипниками 25.

Перед началом выдавливания металла в нижнюю часть кристаллизатора 16 устанавливается специальное приспособление - затравка, предотвращающая проникновение металла за пределы кристаллизатора и обеспечивающая центрирование центрального стержня 19.

Перед заливкой металла в разливочную емкость 1 поворачивающаяся решетка 14 с отверстиями 15 устанавливается в положение, обеспечивающее перекрытие отверстий 13 в днище емкости. В разливочную емкость 1 привод перемещения 7 устанавливается после заливки в нее металла. Производят заливку металла в разливочную емкость 1 и включают подачу охлаждающей воды в коллектор 5 с теплообменником 4. После запуска тепловой трубы с зоной испарения 2 и зоной конденсации теплоносителя 3 тепло перегрева и кристаллизации металла отводится охлаждающей водой в теплообменнике 4. При достижении заданного количества твердой фазы в смеси металла расход воды уменьшают и приступают к процессу разливки. Устанавливают привод перемещения 7 в разливочную емкость 1 и включают подачу под давлением воздуха по патрубку 11 в газовую камеру 8. Под давлением воздуха газовый поршень 10 со штоком 9 и рабочим поршнем 6 перемещаются вертикально вниз и обеспечивают выдавливание смеси металла через отверстия 13 в емкости 1 и отверстия 15 в поворачивающейся решетке 14 с подачей смеси металла через окна 23 платформы 22 по периметру кристаллизатора 16 между центральным стержнем 19 и стенками 17 и 18. После достижения смесью металла определенного уровня включают привод наклонных в верхней части рабочих стенок 18 и вертикальных стенок 17. В результате вертикальные стенки 17, установленные на подшипнике 25 в неподвижных вертикальных плитах 24, совершают возвратно-поступательное движение с выталкиванием полой заготовки, а наклонные в верхней части стенки 18 совершают вращательное движение с деформацией смеси металла на конической верхней зоне 20 центрального стержня 19 и калиброванием поверхности полой заготовки на калибровочной нижней зоне 21 стержня 19. В конце процесса сжатый воздух подают по патрубку 12 в газовую камеру 8, что обеспечивает перемещение рабочего поршня 6 со штаком 9 и газовым поршнем 10 вертикально вверх.