804
.pdfсо скоростью слитка, вверх — со скоростью, в три раза большей. Ча стота качаний кристаллизатора определяется скоростью литья, равной 18—42 м/ч, и устанавливается в пределах 4,6—44,8 колебаний/мин соот ветственно.
По выходе из кристаллизатора слиток поступает в камеру вторично го охлаждения (кольцевые спрееры). Под блоком кристаллизатора и камерой вторичного охлаждения расположено тянущее устройство. Затем на летучей пиле, которая имеет общую траверсу с двумя незави симыми режущими головками, снабженными дисковыми пилами (диа метром 610, толщиной 6 мм), слиток разрезают на куски длиной 2800 мм и с помощью кантователей укладывают на горизонтальном рольганге, где стационарной пилой с окружной скоростью вращения диска 30 м/с и подачей 10 мм/с слиток разрезают на мерные заготовки (длиной 1400 мм) . Изношенные пилы заменяют без остановки процесса на мини мальных скоростях литья. Затем заготовки штабелируют штабелеуклад чиком и отправляют на склад.
Установка горизонтального непрерывного литья
Широкое распространение в настоящее время для литья заготовок ме ди и медных сплавов получили установки горизонтального непрерывно го литья (УГНЛ). Непрерывное литье полностью устраняет ряд промежу точных операций при обработке металла, обеспечивает непрерывный технологический процесс с высокой степенью механизации и автоматиза ции. Внедрению УГНЛ способствуют такие их достоинства, как низкие капитальные затраты, высокая производительность и незначительные экс плуатационные расходы.
Установка горизонтального непрерывного литья состоит из печи-мик- сера, совмещенного с печью водоохлаждаемого кристаллизатора, устрой ства для вторичного струйного охлаждения, узла гидрозажима слитка, тянущей клети и узла разрезки (рис. 12).
Рис. 12. Схема горизонтальной непрерыв ной установки:
1 - жидкий расплав; 2 - индукционная печь-миксер; 3 — водоохлаждаемый кристаллизатор; 4 - вторичное струйное охлаждение; 5 - узел гидрозажима; 6 - тянущая клеть; 7 - узел разрезки; 8 - заготовка
Опыт работы показывает, что наиболее существенное влияние на ход процесса оказывают температура жидкого металла, режимы охлаждения и вытягивания слитка, подвергающиеся контролю и регулированию.
В настоящее время успешно эксплуатируются одно-двух- и много ручьевые установки горизонтального непрерывного литья.
Одноручьевая горизонтальная установка, являющаяся базой и для многоручьевых установок такого типа, имеет следующую характе ристику:
Диаметр отпиваемых заготовок, мм |
20-220 |
Высота оси над уровнем пола цеха, м . . |
0,8 |
Длина, м. |
7,0 |
Ширина, м |
2,9 |
Общая площадь, занимаемая установкой, м2 |
54 |
Масса технологического оборудования, т |
5,0 |
Расход воды для охлаждения кристаллизатора |
|
и на вторичное охлаждение, м3/ч. |
8 |
Мощность электродвигателей, кВт |
60 |
Расход газа на подогрев металлоприемника, м3/ч |
30 |
Годовая производительность в зависимости от |
|
диаметра заготовки, т |
360-8000 |
На установках горизонтального литья изготавливают круглые прутки диаметром 10-400 мм, трубы с наружным диаметром 20-300 мм и тол щиной стенки более 4 мм, стержни квадратного сечения со стороной квадрата 20-300 мм, слитки толщиной 5-38 мм и шириной до 620 мм.
Установка для получения полых заготовок методом вытягивания из расплава
Методом вытягивания из расплава можно получать высококачествен ные литые полые заготовки из сплавов на медной основе.
Полая заготовка формируется в медном водоохлаждаемом кристал лизаторе (рис. 13). Жидкий металл подается в кристаллизатор через си-
Рис. 13. Установка для получения полых заго товок методом вытягивания из расплава:
1 - сливной ковш; 2 - металлопровод; 3 - кристаллизатор; 4 - трубная заготовка; 5 - затравка
фонную проводку, затвердевает на поверхности кристаллизатора, обра зуя корочку, которая вытягивается вверх с помощью затравки. В про цессе вытягивания происходит нарастание образовавшейся корочки.
Разработанные оборудование и технология позволяют получить литые полые заготовки диаметром 100-450 мм с толщиной стенки 10-50 мм, длиной до 4 м.
Установка для непрерывного литья трубных заготовок
В мировой практике для получения полых полуфабрикатов из цвет ных металлов и сплавов ведутся интенсивные поиски по созданию более прогрессивных установок. На пути промышленной реализации техноло гии получения трубных заготовок непосредственно из расплава встреча ются серьезные трудности, одной из которых является низкое качество литой заготовки.
Одна из установок для получения литой трубной заготовки схематиче ски представлена на рис. 14. Из расплава вытягивается непрерывная лен та необходимой толщины и ширины. Далее из этой ленты формируется
Рис. 14. Установка непрерывного ли тья металлических труб:
1 - литая труба; 2 - ванна; 3 - уп лотнение; 4 —сформированная труб ная заготовка; 5 - формирующий узел; б - смазывающийся спрейер (распылитель) ; 7 - сваренная лента; 8 - ванна; 9 — вращающийся водо охлаждаемый барабан; 10 - водоох лаждаемая оправка; 11 - прижим ной валок; 12 - лента; 13 - скре бок
трубная заготовка. При прохождении заготовки через расплавленный ме талл ее стенки утолщаются за счет намораживания металла, одновремен но сваривается стык. Все технологические операции предусматривается проводить в среде защитного газа.
4. ОБОРУДОВАНИЕ ПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ И ЛИТЕЙНЫХ МАШИН
Конструкции кристаллизаторов
Кристаллизатор литейной машины, где формируется слиток, пред ставляет собой тонкостенную водоохлаждаемую изложницу, открытую с двух сторон. Наибольшее распространение в практике производства слитков меди и медных сплавов получили кристаллизаторы скольжения, в которых слиток перемещается под действием приложенного извне тянущего усилия.
Кристаллизатор состоит из рубашки, в горизонтальном сечении отве чающей форме отливаемого слитка, и корпуса (рис. 15). Рубашка изго тавливается из меди марки М1р или меди, легированной цирконием и хромом. Корпус кристаллизатора литой из чугуна или сварной из стали.
Существуют кристаллизаторы с выходом воды непосредственно на слиток и закрытые кристаллизаторы с системой вторичного охлаждения (рис.16, а). Ширина канала водяного охлаждения в кристаллизаторах для отливки круглых слитков составляет 5 мм, что обеспечивает высо кий теплосъем. Верхний фланец на рубашке отсутствует; это уменьшает трудоемкость изготовления. Угол подачи воды на слиток составляет 15 град, т.е. обеспечивается максимальная поверхность, омываемая во-
Рис. 15. Поперечный разрез кристаллизатора для литья прямоугольных слитков:
1 —ввод воды для охлаждения узких граней; 2 - ввод воды для охлаждения ши роких граней; 3 - широкая грань рубашки; 4 - узкая грань рубашки
Рис. 16. Закрытый кристаллизатор с системой вторичного охлаждения (а) |
и крис |
таллизатор для литья круглых слитков (б) |
вторич |
1 - корпус; 2 - рубашка; 3 - слиток; 4 - лунка жидкого металла; 5 - |
|
ное охлаждение |
|
дой. Щелевое отверстие для выхода воды на слиток регулируется (рис. 16,6 ). Высота кристаллизаторов 100—400 мм; расход воды в зависимо сти от скорости литья колеблется от 5 до 60 м3/ч.
В кристаллизаторах для отливки плоских слитков (см. рис. 15) шири на канала в секциях охлаждения длинных граней составляет 7—24 мм, торцовых граней 12—25 мм. Размеры сечения этих кристаллизаторов (110т-300)Х(145-г1100) мм и высота от 145 до 550 мм (для меди и мед ных сплавов чаще 300—400 м м ). Расход воды 8 —80 м3/ч.
Для предотвращения прилипания, уменьшения трения, улучшения от вода тепла, повышения качества поверхности слитка проводится так называемое качание кристаллизатора: для меди и латуней в вертикаль-
34
ной плоскости с амплитудой 2,0-9,5 мм (чаще 2 -4 мм) и частотой 15—500 цикл/мин (чаще 70-80 цикл/мин).
Рекомендуется, как правило, форсуночная система вторичного ох лаждения, т.е. более ’’мягкая” по сравнению со струйным сосредото ченным охлаждением. В практике используют различные устройства вторичного охлаждения слитков: однорядные и многорядные спрейерные устройства, а также устройства с пластинчатыми соплами. Ус тановлено, что изменение расхода воды и угла наклона однорядных спрейеров не оказывает существенного влияния на теплоотвод. На блюдается зависимость теплоотвода от давления (расхода) воды при использовании многорядных спрейеров. Лучшими по широте диапазо на регулирования теплоотбора и по надежности в эксплуатации являются устройства с пластинчатыми соплами.
Опыт эксплуатации кристаллизатора показал, что при работе на за грязненной технической воде щели для выхода воды на слиток в от дельных местах периодически блокируются. Это вызывает неравномер ное охлаждение по периметру слитка и, как следствие, его коробление. Во избежание такого нежелательного явления необходимо фильтровать воду от включений размером > 0,5 мм. Фильтр стружечного типа (рис. 17) обеспечивает очистку воды в течение 3—4 мес без замены ла тунной стружки и является довольно простым и эффективным устрой ством.
Смазка внутренних стенок кристаллизатора - одно из необходимых технологических условий литья. Она улучшает качество поверхности слйтков, предохраняет металл от прилипания к рубашке, увеличивает срок службы кристаллизатора. Смазочные материалы должны удовлет ворять следующим требованиям: состав их должен быть однородным, достаточно жидкотекучим, иметь высокую температуру вспышки; не должны влиять на физико-химические свойства металла; должны об разовывать несгораемый остаток при горении и создавать слой между стенкой кристаллизатора и затвердевшим металлом; должны созда вать на поверхности расплава защитную атмосферу, предохраняющую его от вторичного окисления; не должны быть дорогостоящими.
При литье слитков меди и медных сплавов наиболее полно указанным требованиям отвечают веретенное и трансформаторное масла.
В настоящее время при полунепрерывном литье применяют полуавто матическую малорегулируемую систему смазки или схему смазки в ав томатическом режиме. В последнем случае схема позволяет создавать оптимальную дозировку смазочного материала в зависимости от ско рости литья и размеров отливаемых слитков.
Для литья медноникелевых сплавов хорошо зарекомендовал себя кристаллизатор с комбинированным охлаждением. Вода подается не посредственно на слиток из спрейера (кольцо трапецеидального профи ля) под углом 20—25 град через четыре ряда отверстий. Верхние два ряда отверстий имеют диаметр 3, а нижние 5 мм. Душирующее устрой ство создает оптимальный режим охлаждения слитка и имитирует на
растание высоты кристаллизатора за счет увеличения расстояния до душирующего устройства. Вода из кристаллизатора выводится параллель но слитку, что снижает вероятность прорыва жидкого металла. Ско рость литья в данном случае повышается при литье слитков сплава МНЖМцЗО-1-1 в 1,5-2 раза и при высоте кристаллизатора 400 мм состав ляет 5,0-6,0м/ч.
В установках горизонтального и вертикального литья используют ся кристаллизаторы из графита марки МГ1, плотность которого 1,66 г/см2, а прочность на сжатие 425 кгс/см2 (рис. 18). Внутреннюю рабочую по
1020
Рис. 17. Схема фильтра стружеч |
Рис. 18. Графитовый кристаллизатор |
ного типа |
для литья сплошных заготовок |
|
1 - графитовая вставка; 2 - кристал |
|
лизатор; 3 - тигель |
верхность кристаллизатора после механической обработки полируют. На рабочей поверхности не допускаются поперечные и продольные риски, которые приводят к увеличению трения между образовавшейся короч кой металла и стенкой кристаллизатора. Внутренний профиль кристалли затора выполняют цилиндрическим или конусным в зависимости от диа метра отливаемого слитка и состава сплава. Наружные, конусные по верхности кристаллизатора обрабатывают по специальным калибрам, что обеспечивает надежный контакт с водяной рубашкой. Для получения по лых заготовок внутри монтируют графитовую оправку.
Поддоны (затравки)
Поддоны (затравки) служат для перекрытия кристаллизатора в на чальный момент процесса литья. Чем больше сечение отливаемого слит ка, тем на большую высоту вводят поддон в кристаллизатор и тем мень шая образуется дефектная донная часть слитка (рис. 19). При большом расстоянии от литниковой части до поддона струя жидкого металла раз-
брызгивается сильнее. Брызги металла, попадая на стенки кристаллиза тора, затвердевают и ухудпают качество поверхности слитка.
Процесс затвердевания металла в начальный период при полунепре рывном способе не отличается от наполнительного литья. Только» тогда, когда у стенки кристаллизатора возникает твердая корочка, способная противостоять усилиям в процессе вытягивания слитка, включается ли тейная машина.
Верхняя плоскость поддона выполняется фасонной, чтобы надежно соединить слиток с поддоном. Поддоны бывают разъемные и неразъем-
Рис. 19. Влияние высоты введения поддона в кристаллизатор g на вели чину дефектной донной части слит ка к:
1 - латунь Л63; 2 - латунь Л70; 3 - медь
Рис. 20. Конструкции неразъемных поддонов:
а, г - с углублением в виде "ласточкина хвоста” и усеченного конуса со ответственно; б - с шипом и полу сферой; в —с выступом
ные. Более просты и экономичны неразъемные поддоны с углублением в виде ’’ласточкина хвоста” (рис. 20, а) . Однако отделение слитка от такого поддона после литья сопряжено с определенными трудностями. Лучшие конструкции поддонов, часто применяющиеся в практике литья, приведены на рис. 20, б -г . На установках непрерывного литья в кристал лизатор вместо поддона вводят часть слитка, оставшегося от предыду щей разливки.
Переливная и стопорно-разливочная системы
В печах ИЛК-1 и ИЛК-1,6 металл сливается через сливной носок путем наклона, а в печах ИЛК-2,5; ИЛК-6 и ИЛК-16- через переливные жело ба закрытого типа, расположенные на торцовой стенке печи, при повороте печи с помощью механизма вращения. Равномерная подача жидкого ме талла в кристаллизатор обеспечивается стопорно-разливочной системой. Помимо равномерного распределения расплава в кристаллизаторе, сто-
порно-разливочная система поддерживает зеркало металла в кристалли заторе на определенном уровне, что очень важно в технологическом от ношении.
Общий вид стопорно-разливочной системы для плоских слитков при веден на рис. 21. В наиболее неблагоприятных условиях в процессе рабо ты находится стопор. После того как стопор уменьшится примерно на 1/3 своего первоначального состояния, его заменяют. Конечная часть сто пора, как правило, сферическая, что допускает перекос осей стопора и отверстия трубки, неизбежный в процессе эксплуатации. Диаметр отвер-
Рис. 21. Стопорно-разливочное уст ройство для плоских слитков:
1 - стопор; 2 - жидкий металл; 3 -
коробка |
миксера; 4 |
- |
литейная |
трубка; |
5 - тройник; |
6 - |
патрубок; |
' 7 - кристаллизатор |
|
|
стий в трубках зависит от прироры сплавов и размеров слитка. Размеры отверстий в трубках стопорно-разливочной системы при литье меди и ее сплавов сле дующие:
Диаметр слитка, мм . . . . |
150 |
185 |
220 |
250 |
300 |
400 |
|
Диаметр отверстия в труб |
|
|
|
|
|
|
|
ках, мм: |
|
|
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
для меди .............. |
|
8 |
|||||
для латуни Л68, Л63, |
|
|
10 |
12 |
13 |
14 |
16 |
ЛС59-1. |
|
|
|||||
Размер слитка, мм |
. . |
100X100 |
160X400 |
|
160X600 |
160X700 |
|
Диаметр отверстия в труб |
|
|
|
|
|
|
|
ках, мм: |
|
|
|
|
|
|
|
для меди .............. |
|
7 |
10 |
|
12 |
|
13 |
для латуни Л68, Л63, |
|
|
|
|
17 |
|
19 |
ЛС59-1 |
|
|
|
|
|
В кристаллизатор расплав поступает через трубку. Жидкий металл должен равномерно распределяться по сечению кристаллизатора. Распре делительные устройства имеют различные конструкции и обычно состоят из тройника и патрубков. Иногда тройник и патрубок объединяются в один металлораспределитель, который легко крепится и снимается, не будучи жестко связанным с литейной трубкой. Размеры и конструкции устройств зависят от природы сплава, сечения и размеров отливаемого слитка и подбираются опытным путем.
Распределительное устройство при литье слитков латуни Л63 разме ром 160X600 мм приведено на рис. 22. Длина патрубка составляет 420 мм, т.е. выход металла максимально приближен к узким граням слитка.
Рис. 22. Распределительное устройство для отливки прямоугольных слитков сече нием 160X600 мм
Ввод расплава в кристаллизатор при литье круглых слитков с по мощью сквозной вертикальной струи или через боковые отверстия спе циального разливочного колпачка не является оптимальным. Наиболее рациональна схема подвода расплава, когда динамический напор струи металла перед выходом гасится и ме талл спокойно без бурления направ ляется в полость кристаллизатора.
На рис. 23 показана схема разливочно го колпачка при литье полунепрерыв ным методом цилиндрических слит ков латуни ЛС59-1 диаметром 185 мм. Детали разливочных устройств изго тавливают из высокостойких графитов марок СГМ и БСГ-30.
J . 4
Рис. 23. Разливочный колпачок
5 .ТЕПЛОВОЙ И МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНСЫ УСТАНОВОК
Для определения рационального расхода электроэнергии, величины и характера тепловых потерь, определения выход* годного и построения рационального технологического процесса составляют тепловые и мате риальные балансы работы печей, миксеров и литейных установок
вцелом.
Вкачестве примера приведем результаты теплового и материального балансов установки ИЛКА-6. Плавку вели на латуни Л63 под слоем флю са из смеси: силикатная глыба 50%, бура 30%, криолит 20%. Расход флю
са 3 кг/т переплавляемой шихты (в миксере 0,3 кг на 1 т расплава). Угольный покров в пели не наводили, в миксер добавляли 4 кг сажи, на каждые 4,6 т расплава.
Тепловой баланс миксера ИЛКМ-6:
|
Статья |
Количество теплоты |
|
|
|
|
ккал |
|
% |
|
Приход тепла |
|
|
|
От трансформации электрической |
|
|
|
|
энергии в тепловую |
166376 (195 кВт) |
90,2 |
||
От сгорания угля |
17460 |
|
9,8 |
|
И т о г о . |
|
183836 |
|
100,0 |
|
Полезный расход тепла |
|
||
На поддержание температуры расплава |
|
|
|
|
до1100°С. |
............ |
55800 |
|
30,4 |
На нагрев флюса до 850°С и его рас- |
|
|
|
|
плавление. |
|
448 |
|
0,2 |
В с е г о |
|
56248 |
|
30,6 |
|
Потери тепла |
|
|
|
Через каркас миксера |
398 800 |
|
21,8 |
|
Через окно: |
|
|
|
|
открытое загрузочное |
208 |
|
0,113 |
|
закрытое загрузочное |
322 |
|
0,175 |
|
открытое для съема шлака |
18 |
|
0,0098 |
|
закрытое для съема шлака |
48 |
|
0,026 |
|
для приема металла в миксер. |
69 |
|
0,0375 |
|
Через корпус: |
|
|
|
|
разливочной коробки |
2240 |
|
1,2255 |
|
индукционной единицы |
5420 |
|
3,7 |
|
С воздухом из зоны охлаждения печно |
|
|
|
|
го трансформатора . |
27600 |
|
15,1 |
|
С охлаждающей водой . |
15 |
|
0,0082 |
|
С воздухом, поступающим для охлаж |
|
|
|
|
дения индукционной единицы |
49000 |
|
26,2 |
|
Со шлаком . |
|
1848 |
|
1,005 |
В с е г о |
|
127583 |
|
69,4 |
И т о г о . |
|
183836 |
|
100,0 |
Тепловой |
баланс ^плавильной |
печи ИЛК-6 |
составляется следующим |
|
образом*1: |
|
|
|
|
|
Статья |
Количество теплоты |
% |
|
|
|
ккал |
|
|
|
Приход тепла |
|
|
|
От • трансформации электрической |
|
|
|
|
энергии в тепловую. |
1189434 |
(1380 кВт) |
98,4 |
|
От сгорания металлического цикла |
19867 |
|
1,6 |
|
И т о г о . |
|
1209301 |
|
100,0 |
40