способ непрерывного или полунепрерывного литья трубных заготовок из меди и ее сплавов

Формула изобретения

1. Способ непрерывного или полунепрерывного литья трубных заготовок из меди и ее сплавов, включающий установку втулки с дорном в металлоприемник и охлаждаемый кристаллизатор, нагрев металла в металлоприемнике, подачу расплава металла в кристаллизатор, вытягивание затравки с формирующейся заготовкой роликами тянущей клети, отличающийся тем, что втулку с дорном размещают в вертикально установленном металлоприемнике и кристаллизаторе, совмещая верхнюю поверхность втулки и дорна с внутренней горизонтальной поверхностью донной части металлоприемника, при этом нагрев металла и его выдержку в металлоприемнике осуществляют при температуре, равной 1200-1300^oС, вытягивание формирующейся заготовки из кристаллизатора осуществляют в вертикальном направлении сверху вниз со скоростью 10-14 м/ч под воздействием генераторного газа, затем осуществляют охлаждение заготовки, протягивая ее через устройство для охлаждения, выполненное в виде емкости, заполненной водой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлоприемник и кристаллизатор совершают колебательные движения в вертикальном направлении, частота которых равна 20-200 колебаний в минуту, а амплитуда их равна 2-8 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление роликов тянущей клети на заготовку составляет 44 кг/мм².

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что кристаллизатор выполняют из меди, при этом расход воды, подаваемой для охлаждения кристаллизатора, составляет 2-7 л/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам непрерывного и полунепрерывного литья трубных заготовок из цветных металлов, а именно из меди и ее сплавов.

Известен способ непрерывной разливки металла, при котором осуществляют подачу жидкого металла в составной кристаллизатор, а вытягивание формирующейся заготовки производят затравкой, при этом для повышения стабильности процесса разливки и качества литой заготовки перед началом вытягивания заготовки из кристаллизатора его заполняют металлом до уровня горизонтального стыка рабочих стенок, затем прекращают подачу металла и выдерживают залитый в кристаллизатор металл в течение 15-60 с, а образовавшуюся оболочку перемещают затравкой вверх, перекрывая горизонтальный стык, после чего кристаллизатор заполняют металлом до рабочего уровня (SU, авторское свидетельство 627907, В 22 D 11/00, 1978).

Недостатками известного способа являются сложность в технологическом его выполнении, а также невозможность отливать трубные заготовки.

Известен способ непрерывной и полунепрерывной разливки металлов, включающий введение затравки в наружный кристаллизатор с зазором относительно донной поверхности внутреннего кристаллизатора, заливку металла и непрерывное вытягивание слитка, при этом с целью улучшения качества слитков скорость вытягивания слитка определяют расчетным путем (SU, авторское свидетельство 758632, В 22 D 11/00, 1986).

Недостатком указанного известного способа является невозможность его применения для получения трубных заготовок из меди и ее сплавов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ непрерывного литья трубных заготовок, включающий установку втулки с дорном в металлоприемник и охлаждаемый кристаллизатор, нагрев металла в металлоприемнике, подачу расплава металла в кристаллизатор и вытягивание затравки с формирующейся заготовкой роликами тянущей клети (SU, авторское свидетельство 1703244, В 22 D 11/00, 1992). Известный способ обеспечивает расширение ассортимента получаемых заготовок с разным диаметром и толщиной стенок, т.к. дорн выполнен конической формы с возможностью перемещения во втулке вдоль продольной оси кристаллизатора. Известный способ можно использовать для получения заготовок из цветных металлов и сплавов.

Недостатком известного способа непрерывного литья является осуществление процесса литья в горизонтальном направлении, что снижает качество формируемой заготовки, т. к. возникает разнотолщинность стенок по длине заготовки вследствие влияния сил тяжести. Кроме того, горизонтальное литье полых заготовок не обеспечивает однородность структуры литого металла из-за наклона фронта кристаллизации.

Технической задачей изобретения является повышение качества трубной заготовки.

Техническим результатом изобретения является обеспечение получения плотного слитка с однородной литой структурой, ровной поверхностью и минимальными отклонениями по толщине стенок заготовки по всей длине.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе непрерывного или полунепрерывного литья трубных заготовок из меди и ее сплавов, включающем установку втулки с дорном в металлоприемник и охлаждаемый кристаллизатор, нагрев металла в металлоприемнике, подачу расплава металла в кристаллизатор и вытягивание затравки с формирующейся заготовкой роликами тянущей клети, втулку с дорном размещают в вертикально установленных металлоприемнике и кристаллизаторе, совмещая верхнюю поверхность втулки и дорна с внутренней горизонтальной поверхностью донной части металлоприемника, при этом нагрев металла и его выдержку в металлоприемнике осуществляют при температуре, равной 1200^o-1300^oС, а вытягивание формирующейся заготовки из кристаллизатора осуществляют в вертикальном направлении сверху вниз со скоростью 10-14 м/ч под воздействием генераторного газа, затем осуществляют охлаждение заготовки, протягивая ее через устройство для охлаждения, выполненное в виде емкости, заполненной водой.

Кроме того, согласно изобретению металлоприемник и кристаллизатор совершают колебательные движения в вертикальном направлении, частота которых равна 20-200 колебаний в мин, а амплитуда их равна 2-8 мм.

Кроме того, согласно изобретению давление роликов тянущей клети на заготовку составляет 44 кг/мм².

Кроме того, согласно изобретению кристаллизатор выполнен из меди, а расход воды, подаваемой для охлаждения кристаллизатора, составляет 2-7 л/мин.

Сущность изобретения.

Для реализации способа непрерывного или полунепрерывного литья трубных заготовок из меди и ее сплавов используют установку, содержащую вертикально установленный металлоприемник, например индукционную тигельную печь, для нагрева металла до жидкого состояния, вертикально размещенный под ним на заданном расстоянии кристаллизатор с рубашкой для водяного охлаждения, средство для формирования сечения трубной заготовки, включающее дорн и втулку, выполненные из графита. Установка также содержит затравку из меди, устройство для охлаждения в виде емкости, заполненной водой, и тянущую клеть с роликами для вытягивания литой заготовки, а также средство для подачи газогенераторного газа в качестве защитной среды в рабочее пространство металлоприемника и кристаллизатора, при этом кристаллизатор выполнен из меди.

Способ непрерывного или полунепрерывного литья трубных заготовок из меди и ее сплавов осуществляют следующим образом.

Перед началом процесса литья осуществляют сборку установки. Сначала устанавливают дорн во втулку, затем втулку с дорном размещают в отверстие донной части металлоприемника, совмещая верхнюю поверхность дорна и втулки с внутренней горизонтальной поверхностью донной части металлоприемника, после чего надевают на втулку на заданном расстоянии от донной части металлоприемника кристаллизатор. Затем осуществляют установку затравки в средство для формирования трубной заготовки, совмещая верхнюю часть затравки с внутренней поверхностью донной части металлоприемника, центрируя при этом с ее помощью печь и кристаллизатор относительно роликов тянущей клети.

Подготовив установку к работе, загружают шихту в металлоприемник, в качестве которого можно использовать, например, плавильную тигельную печь, осуществляют нагрев до температуры 1200^o-1300^oС. Затем на зеркало расплавленного металла помещают прокаленный древесный уголь высотой 100-150 мм и печь закрывают. Перед стартом расплав металла при указанной температуре выдерживают в печи в течение 2-4 мин, а затем направляют в кристаллизатор. Однако перед началом разливки металла проводят контроль химического состава и его доводку.

Жидкий металл заполняет графитовую оснастку, принимает требуемую форму трубы, кристаллизуется и одновременно сваривается с материалом затравки. Металлоприемник и кристаллизатор в процессе плавки и кристаллизации осуществляют одновременные колебательные движения (возвратно-поступательные) в вертикальном направлении с частотой колебаний 20-200 колебаний в мин и амплитудой 2-8 мм. Для создания равномерной структуры при кристаллизации заготовки расход воды, подаваемой в рубашку охлаждения кристаллизатора, составляет 2-7 л/мин, а температура воды должна поддерживаться в интервале 30^oС-50^oС. Стержень затравки с формирующейся заготовкой приводят в движение ролики тянущей клети и со скоростью 10-14 м/ч плавно вытягивают ее сверху вниз из кристаллизатора. Кроме того, процесс плавки металла, кристаллизации в кристаллизаторе, а также вытягивание формирующейся трубной заготовки перед стадией охлаждения ведут в атмосфере генераторного газа, используемого в качестве защитной среды, подаваемого под давлением, равным 0,05-5 атмосфер. После первичного охлаждения трубную заготовку протягивают через емкость с водой для вторичного ее охлаждения. Вытягивание заготовки роликами клети осуществляют с усилием, величина которого равна 44 кг/мм². При достижении заданной длины литую трубную заготовку отрезают гидроножницами и удаляют. По мере убывания в металлоприемнике жидкого металла, расходуемого на отливку трубной заготовки, в металлоприемник переливается новая порция металла (при непрерывном литье). Весь процесс протекает непрерывно.

Указанные диапазоны параметров, таких как скорость перемещения заготовки, количество генераторного газа, подаваемого на литую заготовку, частота колебаний кристаллизатора, а также расход воды для охлаждения кристаллизатора, определены в ходе эксперимента, их выбор при реализации способа согласно изобретению зависит как от вида сплава, содержания газов в расплаве, так и от толщины формируемой трубной заготовки.

При проведении способа осуществляют постоянно контроль температуры расплава с помощью платино-платинородиевых термопар.

Способ непрерывного или полунепрерывного литья трубных заготовок из меди и ее сплавов согласно изобретению позволяет уменьшить по сравнению с прототипом отклонения по толщине в два раза, т.е. с 8-10% (в известном способе непрерывного литья полых заготовок из цветных металлов) до 3-4%, а также обеспечить однородность структуры литой заготовки.

В качестве примеров конкретного исполнения приведены два примера реализации способа для получения заготовок из меди марки M1-0 и латуни марки Л 63.

Пример 1. Для осуществления полунепрерывного литья заготовки из меди марки M1-0 используют в качестве металлоприемника индукционную печь емкостью тигля 130 кг, потребляемой мощностью 60 кВт и частотой индуктора 4 кГц и водоохлаждаемый кристаллизатор, выполненный из меди. Перед началом процесса осуществляют подбор размеров дорна и втулки для формирования заданного сечения трубной заготовки, затем осуществляют сборку и установку средства для формирования трубной заготовки в донную часть печи и закрепляют кристаллизатор, который монтируют к тиглю снизу неподвижно, после чего устанавливают затравку, верхняя часть которой должна совпадать с поверхностью донной части тигля. Загружают медные катоды или шихту M1 в индукционную печь, затем осуществляют нагрев до температуры 1300^oС, насыпают на зеркало расплавленного металла прокаленный древесный уголь высотой 100-150 мм, выдерживают расплав 2 мин, а потом его направляют в кристаллизатор, при этом кристаллизатору и печи задают колебания в вертикальном направлении с частотой 200 колебаний в минуту и амплитудой, равной 5 мм. Процесс перехода металла в жидкую фазу и его кристаллизация в кристаллизаторе ведут в защитной среде, в качестве которой используют генераторный газ. Для получения однородной структуры в литой заготовке расход воды, подаваемой для охлаждения кристаллизатора, составляет 2-3 л/мин, а скорость вытягивания формируемой заготовки роликами клети равна 12 м/ч. Первичное охлаждение трубной заготовки ведут в атмосфере генераторного газа, который подают под давлением 0,05 атмосфер, а вторичное охлаждение заготовки осуществляют в устройстве для охлаждения, протягивая ее через емкость с водой, после чего по достижении заданной длины, например 4000 мм, гидроножницами отрезают заготовку.

Пример 2. Для осуществления непрерывного литья трубной заготовки из латуни марки Л 63 используют две плавильные печи, одна из которых служит для расплавления шихты, а другая (вторая) в качестве металлоприемника непосредственно для подготовки расплава и подачи его в водоохлаждаемый кристаллизатор, выполненный из меди, который устанавливают под второй плавильной печью. Перед осуществлением процесса литья сначала осуществляют сборку средства для формирования заданного размера заготовки, включающую размещение дорна во втулке, и установку средства для формирования трубной заготовки в донную часть второй плавильной печи с фиксацией его в кристаллизаторе и размещением в нем затравки так, чтобы ее верхняя часть была на уровне донной части печи. Нагрев расплава во второй печи осуществляют до температуры 1220^oС. Затем помещают на зеркало расплавленного сплава древесный уголь (100-150 мм) и выдерживают расплав 2 мин, после чего его направляют в кристаллизатор. Расплав, заполняя пространство между дорном и втулкой средства формирования трубной заготовки, кристаллизуется, одновременно свариваясь с материалом затравки. Процесс расплавления и кристаллизации ведут в защитной среде генераторного газа, при этом металлоприемник и кристаллизатор совершают одновременные колебательные движения с частотой 200 колебаний в минуту и амплитудой, равной 5 мм, а расход воды для охлаждения кристаллизатора составляет 6-7 л/мин. Затравка роликами опорной клети вытягивает заготовку со скоростью 11 м/ч. Давление роликов тянущей клети на заготовку составляет 44 кг/мм². Первичное охлаждение формирующейся заготовки осуществляют в среде генераторного газа под давлением 5 атмосфер, а вторичное охлаждение заготовки из латуни ведут в устройстве для охлаждения, протягивая литую заготовку через емкость с водой, после чего по достижении заданного размера ее отрезают гидроножницами.

По мере убывания во второй литейной печи жидкого металла, расходуемого на отливку, в литейную печь из первой литейной печи переливается новая порция металла. Весь процесс протекает непрерывно.

Промышленная применимость.

Способ непрерывного или полунепрерывного литья трубных заготовок из меди и ее сплавов позволяет получать заготовки, пригодные для последующей деформации их на станах холодной прокатки с целью конечного производства готовых труб с наружным диаметром от 6 до 19 мм, толщиной стенок от 0,35 до 1,0 мм, исключив при этом как процесс отливки крупных заготовок для деформации на прессе, так и само прессование.

Изобретение позволяет улучшить качество трубной заготовки за счет получения плотного слитка с однородной литой структурой, хорошей поверхностью и минимальными отклонениями по толщине стенок, что при последующей механической обработке ведет к увеличению выхода годного проката.

Кроме того, использование вертикальной разливки металла в отличие от горизонтальных способов литья заготовок из цветных металлов не требует необходимости поддерживать фиксированный уровень в металлоприемнике из-за опасения разрушения затвердевающей корочки слитка, т. к. вертикальный метод литья позволяет без остатка расходовать весь металл в металлоприемнике на формирование плотного слитка, в результате чего повышается производительность оборудования без ущерба для качества получаемых отливок.

Согласно настоящему изобретению качество получаемой трубной заготовки (литого слитка) таково, что исключается целый передел - прессование заготовки с сопутствующим ему нагревом и обдиркой поверхности.