24.03.2018

Литье в кристаллизаторы гусеничного типа


Предложение использовать в качестве кристаллизатора два ряда пластин, соединенных в бесконечную цепь, которые при движении, располагаясь один над другим, образовывали бы замкнутую рабочую полость, появилось очень давно.

Одно из первых предложений было сделано в 1872 г. Вилкинсоном и Тейлором. Литейная форма представляла два ряда связанных между собой подвижных толстостенных пластин. Пластины одного ряда были плоскими, а пластины второго ряда имели продольные выемки. На рис. 148 показано поперечное сечение пластин. Установка была вертикальной; цепи из пластин приводились в движение звездочками, расположенными сверху и снизу. Зубья звездочек входили в соответствующие пазы пластин (рис. 149). Была предусмотрена очистка пластин во время их подъема вращающимися щетками с последующей смазкой.
Следующим было предложение, сделанное в 1885 г. Метьюсом и Лашем. На рис. 150 показан боковой вид разливочной установки, а на рис. 151 — поперечное сечение по двум гусеничным лентам, образующим рабочую полость машины.

В 1913 г. подобную установку предложила фирма Continius Casting Corporation. От описанной выше установки она отличалась только некоторым конструктивным исполнением, например направляющие ролики гусеничных лент были более широкими. На рис. 152 показана часть гусеничной ленты, где 1 — рабочие пластины, а 2 — направляющие ролики. На рис. 153 (вид сбоку) видно, как пластины ленты прилегают одна к другой, образуя рабочую полость.

Технологическая ось установки должна иметь небольшой наклон к горизонту, чтобы отливаемый слиток передавал свой вес на одну из рабочих лент. Две трети длины лент целесообразно охлаждать.

В 1914 г. эта фирма расположила свою установку горизонтально, а нижняя прямая гусеничная лента, образующая половину разливочной формы, была длиннее, чем верхняя. После образования достаточно прочной твердой корки металла верхняя лента при подъеме вверх отделяется от слитка, который полностью затвердевает, перемещаясь вместе с нижней гусеничной лентой. Таким образом предотвращалось образование трещин.

В 1914 г. эта же фирма предложила особую конструкцию разливочного устройства для подачи жидкого металла.
В первой установке фирмы Continius Casting Corporation были предусмотрены подпружиненные направляющие под рабочими пластинами гусеничных лент. Если при этом инородное тело даже малых размеров попадало между поверхностями соприкосновения двух половин кристаллизатора, то направляющие отжимались вместе с пластинами и последующие пластины кристаллизатора отходили одна от другой. Металл проникал в образовавшийся зазор и на сторонах заготовки получались заусенцы. Для устранения этого недостатка в 1915 г. были предложены податливые направляющие, показанные на рис. 154. Корпус 1 направляющих имеет на стороне, расположенной против гусеничной ленты, выемку 2, в которой помещается стальная пластина 3 с отогнутыми краями, закладываемыми в пазы 4. Под пластиной 3 в отверстиях 6 детали 1 расположен ряд пружин 5, поджимаемых болтами 7. В пластину 3 ввинчиваются болты 8 для предупреждения отделения пластины 3 от корпуса. Корпус устанавливается в исходное положение болтами 9.

При использовании стальной полосы толщиной 2,5 мм получалась достаточная местная податливость направляющей, соприкасающейся с каким-либо звеном кристаллизатора. При этом предотвращалось образование заусениц в пределах этого звена и обеспечивалось плотное прилегание друг к другу предыдущих и последующих звеньев.

Для устранения трудностей по настройке эта же американская фирма в 1915 г. предложила не применять для вертикального гусеничного кристаллизатора нижних направляющих роликов разливочной ленты, улучшила систему подачи металла, охлаждение, очистку и смазку кристаллизатора.

В 1931 г. Тер-Акопов построил вертикальную установку с гусеничным кристаллизатором. Для устранения бокового продольного сдвига половин кристаллизатора их продольные поверхности были снабжены зигзагообразными пазами или пружинами. Длина половин кристаллизатора равнялась 500 мм.

В 1937 г. фирма Dortmund-Hoerder Huttenverein предложила установку, имеющую особую конструкцию направляющих для соединения половин кристаллизатора. Рабочая полость кристаллизатора образуется неподвижными клинообразными направляющими и звеньями цепей. Целесообразно применение газообразной охлаждающей среды, например сжатого воздуха. На рис. 155 показан общий вид установки, на рис. 156—в увеличенном масштабе сечение по линии AA (рис. 155), а на рис. 157 — сечение по линии BB (рис. 156).
Жидкий металл из ковша 1 через разливочную воронку 2 подается между двумя бесконечными гусеничными лентами 3. При движении эти ленты примыкают к неподвижным направляющим 4, поперечное сечение которых уменьшается в направлении, показанном стрелкой 5. Вследствие этого бесконечные ленты приближаются одна к другой до момента полного соприкосновения. При этом уменьшается также и поперечное сечение рабочей полости. Для обеспечения надежного прилегания гусеничных лент к направляющим предусмотрены направляющие 6, поджимаемые к лентам пружинами 7. Затвердевающая заготовка при движении вниз испытывает возрастающее давление со стороны звеньев гусеничных лент.

Звенья кристаллизаторов прилегают только к внешним краям направляющих 6 и образуют камеру охлаждения 8, в которую по трубопроводу 9 подводится воздух, направление движения которого указано стрелкой 10. Воздух отводится по трубопроводу 11. Для улучшения теплопередачи от звеньев кристаллизатора на их внутренней стороне располагают охлаждающие ребра 12. Таким образом, образующийся слиток испытывает не только постоянное давление, но подвергается также интенсивному регулируемому охлаждению. При подъеме звенья кристаллизаторов очищаются устройством 13 из форсунок 15 или вращающихся щеток. Форсунки 14 служат для нанесения на рабочие поверхности специальной краски, а форсунки 15 — уплотняющего вещества, чтобы предотвратить проникновение жидкого металла между направляющими 4 и звеньями кристаллизатора.

Желая устранить на поверхности слитков следы ликвации, в 1942 г. фирма Leipziger Leichtmetall-Werke Bernhard Berghaus предложила разливочную установку из взаимосвязанных подвижных и неподвижных деталей. Подвижные детали должны иметь охлаждаемую водой или газом оболочку, которая охватывает слиток, и отделяется одна от другой клиновидными направляющими так, чтобы подвижные детали могли постепенно приближаться одна к другой и постоянно соприкасаться со слитком до полного его удаления из установки.

В 1947 г. фирма Robertshaw-Fulton Controls Co спроектировала установку с гусеничным кристаллизатором, половинки которого также скользили по направляющим брусьям. На рис. 158, 159 и 160 показаны некоторые отличительные узлы установки.
На рис. 158 показана схема автоматического регулирования скорости перемещения стенок кристаллизатора при помощи двух электродов 1 и 2, связанных с двигателем привода. При разливке листа шириной 180 мм и толщиной 13 мм разница в длине электродов составляла 6,5 мм. На рисунке показаны направляющие брусья 3, на определенной своей длине охлаждаемые водой, а также подводящий металл желоб 4, представленный в увеличенном масштабе на рис. 159.

При подъеме звенья кристаллизатора обдуваются воздухом, зачищаются вращающимися проволочными щетками и покрываются смазкой (например, графитом или керосином).

На рис. 160 показано устройство противовеса для отливаемого слитка; 5 — затравка, необходимая для начала разливки; 6 — нижняя часть разливаемого слитка. Как только затравка 5 достигнет поперечного бруса 7, поднимается противовес 8, который снимает последовательно дополнительные грузы 10, лежащие на клинообразной раме 9. На одной из таких установок разлито 82 кг латуни марки 80/20 при температуре 1220° со средней скоростью 1 м/мин. При этом была получена полоса длиной 3,8 м и толщиной 13 мм, имеющая исключительно равномерную структуру.
В 1935 г. фирма Durener Metallwerke AG предложила установку с гусеничным кристаллизатором очень большой ширины для отливки заготовок и листов большого размера из алюминиевых и магниевых сплавов.

В 1919 г. Меллен предложил способ получения труб с применением гусеничного кристаллизатора. Он отмечал, что отливка штанг и труб сравнительно большой длины из известных сплавов, например из бронзы, обычным способом, представляет большую трудность, так как эти сплавы имеют склонность к образованию трещин и пузырей. По предлагаемому способу предусматривалась отливка здоровых бронзовых труб, длина которых в 32 раза больше диаметра. На рис. 161 показан вертикальный разрез установки, на рис. 162 — вертикальный разрез, перпендикулярный разрезу, показанному на рис. 161, а на рис. 163 — горизонтальное сечение по линии AA (рис. 162).

Кристаллизатор образуется двумя гусеничными лентами 1 и 2. Рабочее пространство состоит из средней части 4 и двух боковых 5. Как видно из рис. 161, жидкий металл подводится из разливочной воронки 3 в боковые части 5 кристаллизатора и оттуда проходит в среднюю полость 4, где строго центрально располагается дорн, так что после разливки получается труба с двумя боковыми стержнями. Подача металла регулируется стопорами 6, управляемыми вручную или автоматически. Разливочная воронка 3 имеет две трубы 7, подводящие металл в боковые полости 5 кристаллизатора, а также направляющую трубу 8, через которую в среднюю полость вводится дорн. Дорн может состоять из пустотелого стального шпинделя 9 со сквозным отверстием для свободного удаления газов. Шпиндель снаружи обматывается соломой и покрывается слоем глины с песком 12, чтобы дорн при усадке охлаждающегося металла был достаточно податливым. Оба конца шпинделя 9 свободные, соединяются шпиндели стальными трубками 10, диаметр которых соответствует диаметру средней полости кристаллизатора, благодаря чему осуществляется достаточно точное центрирование дорна. Над разливочной воронкой устанавливаются дополнительные направляющие 11 для дорна.
Установка работает следующим образом. В начале литья между половинами кристаллизатора на его верхнем конце вставляется горизонтальный лист жести, образующий затравочную поверхность. Затем этот затравочный лист немного опускается и в среднюю полость кристаллизатора вводится соединительная труба, в нее вставляется первый дорн, на верхний конец которого насаживается вторая соединительная труба. Затем вставляется второй дорн и так до тех пор, пока верхний конец кристаллизатора окажется в дополнительных направляющих 11. В дальнейшем дорны насаживают по потребности. После этого открываются стопоры 6 и начинается разливка. Дорн опускается принудительно вместе со слитком. От труб, полученных таким методом, отделяются боковые штанги. При изготовлении труб большой толщины и диаметра наличие боковых полостей в кристаллизаторе не требуется, так как в этом случае места для подвода металла непосредственно в основное рабочее пространство кристаллизатора вполне достаточно.

В 1928 г. Девис взял патент на установку с гусеничным кристаллизатором для изготовления свинцовых пластин для аккумуляторов. В 1930 г. он усовершенствовал эту установку.
В 1926 г. Дуте и Шантре в своем предложении использовали в измененном виде установку, предложенную Метьюсом и Лашем, для изготовления стальных слитков, свободных от газовых пузырей и ликвации. Последнее достигалось интенсивным охлаждением, а также за счет давления на слиток со стороны верхнего кристаллизатора во время затвердевания. На рис. 164 показана конструкция установки. Верхние пустотелые звенья 1 кристаллизатора связаны между собой в бесконечную подвижную цепь, а нижние звенья 2 кристаллизатора на выходе из него опускаются на конвейер и подаются назад, где вновь устанавливаются в рабочее положение. Нижние звенья могут быть также связаны в бесконечную цепь. После выхода из кристаллизатора слиток охлаждается водой при проходе через кольцевые брызгала 3 и затем попадает в тянущие валки.

О практическом использовании этого предложения ничего не известно. Выгодность и экономичность способа, о котором в 1930 г. докладывали Шантрен и Люттих, не обоснованы результатами опытов.

В дальнейшем развитии конструкции Дуте (1928 г.) предусмотрел повысить плотность разливаемого слитка не только за счет давления со стороны верхней половины кристаллизатора, но также торможением выходящего слитка неприводной парой валков, снабженной ленточным тормозом. Воздух, применяемый для охлаждения кристаллизатора, отсасывается. На рис. 165 показана циркуляция охлаждающего воздуха вокруг кристаллизатора.

В 1928 г. Пэрри и Рамзей изобрели установку для литья стали через подвижный гусеничный кристаллизатор, которая была аналогична установке Метьюса и Лаша и оборудована устройством для изменения скорости перемещения звеньев кристаллизатора и регулирования температуры кристаллизатора.

В этом же году изобретатели предложили и соответствующий способ литья стали.

В 1936 г. Харборд создал установку с гусеничным кристаллизатором, которая отличается устройством для подачи металла, изображенным на рис. 166—168.
На рис. 166 показан продольный разрез по месту подачи металла в установку, на рис. 167 — сечение по линии AA, а на рис. 168 — сечение по линии ВВ. Нижние звенья 1 образуют рабочую полость, закрытую сверху вначале стационарной крышкой 2, а затем — верхними звеньями 3. Металлическая крышка 2 имеет вкладыш 4 из жаростойкого материала, например графита, с отверстием 5; для подачи металла 6 служит плита из огнеупорного материала, обеспечивающая необходимое уплотнение рабочей полости. Выступ 7 препятствует течению металла в сторону, обратную направлению разливки. Разливочный ковш 8, футерованный огнеупорной глиной 9, устанавливается на фундаменте 10 из огнеупорной массы.

В 1942 г. Кольбурн предложил установку с гусеничным кристаллизатором, рабочая полость которого образована тремя бесконечными лентами. На рис. 169 показан вид установки сверху, на рис. 170 — вид сбоку. На рис. 171, 172 и 173 показаны различные сечения рабочей полости гусеничного кристаллизатора. 1, 2, 3 — звенья кристаллизатора, образующие рабочую полость, 4 — охлаждаемая плита. Отливаемый слиток вытягивается прокатной клетью 5.
В 1944 г. Вангревенинг и Элион предложили гусеничный кристаллизатор для литья алюминия, латуни и других легких и цветных металлов. Кристаллизатор охлаждался в водяной ванне.

Чтобы избежать преждевременного затвердевания металла, Бренан подогревал индукционным способом верхнюю часть вертикального гусеничного кристаллизатора.

У гусеничного кристаллизатора, сконструированного в 1941 г. фирмой Durener Metallwerke AG и предназначенного для изготовления плотных слитков из алюминиевых или магниевых сплавов, полуформы кристаллизаторов снабжались одним или двумя расположенными сбоку продольными пазами. Расплавленный металл подавался в разливочное пространство не по вертикальной трубе, как обычно, а по боковому легко наклоняемому желобу, благодаря чему устранялась слишком большая высота падения струи металла.

На рис. 174, 175 и 176 показана конструкция установки. Боковой паз перекрывается шибером 1, через который подается полоса 2, увлекаемая слитком вниз.

В 1944 г. Сайдл спроектировал установку для непрерывного литья стали в гусеничный кристаллизатор, нижняя часть которого помещалась в охлаждающей ванне. Разливка осуществлялась вертикально, а затвердевающий слиток поворачивался в горизонтальное направление по дуге с большим радиусом. При литье слиток не принимал окончательных размеров заготовки, поэтому он подвергался обжатию для достижения определенных механических свойств в продольном направлении. На рис. 177 показана разливочная установка, а на рис. 178 — поворот слитка в горизонтальное направление с помощью правильной машины 1. Слиток проходит через печь 2, в которой выравнивается температура между его сердцевиной и периферией. Кристаллизатор можно изготавливать из стали, но идеальным материалом для него является медь.
В 1945 г. Сайдл применил переменный зазор в направлении движения слитка между половинками кристаллизатора, чтобы учесть усадку разливаемого металла и расширение кристаллизаторов и устранить таким образом трещины. Величина зазора ограничивается с одной стороны клиньями между звеньями цепей, а с другой стороны — сжатием или натяжением гусениц под действием направляющих или натяжного устройства. Уменьшение зазора вызывает увеличение давления на металл.

В 1950 г. фирма Hunter-Douglas Corporation спроектировала горизонтальную установку с гусеничным кристаллизатором, которая отличалась индивидуальным циркуляционным охлаждением каждой половины кристаллизатора. Охлаждающая вода подводилась и отводилась по гибким трубам, которые были связаны с распределителем, синхронно перемещающимся вместе с цепями.

Наибольшее сомнение из элементов литейной машины вызывает желоб, подводящий жидкий металл, так как мало материалов выдерживает высокую температуру расплавленного металла. При разливке алюминия желоб должен быть стойким против эрродирующего действия металла. Очень хорошо удовлетворяет этим требованиям графит, HO ОТ него отказываются из-за его высокой теплопроводности.
В 1952 г. этой же американской фирме удалось изготовить разливочное устройство с хорошей стойкостью (рис. 179, 180 и 181). На рис. 180 показано сечение по линии AA, а на рис. 181 — сечение по BB (рис. 179).

Части устройства 1, 2 и 3 выполняются из огнеупорного материала, который является смесью 30% двухатомарной земли (практически чистой кремнистой кислоты), 30% длинных асбестовых волокон, 20% силиката натрия (сухой вес) и 20% извести (для образования силиката кальция); теплостойким является силикат натрия. Силикат натрия добавляют в виде жидкого стекла. Всю смесь превращают в тестообразную массу и обжимают под небольшим давлением. Эта масса известна в продаже под названием «маринит». Мундштук 3 устройства выполняется таким, чтобы он легко, с зазором 0,1—0,2 мм, входил в устье рабочей полости гусеничного кристаллизатора. Жидкий металл стремится проникать в зазоры вокруг мундштука и вследствие интенсивного охлаждения со стороны кристаллизатора он тотчас же затвердевает в виде тонкой корочки. При движении кристаллизатора корочка срывается и жидкий металл вновь устремляется в зазор, где он опять затвердевает. Этот процесс повторяется в очень быстрой последовательности, благодаря чему достигается уплотнение зазора между мундштуком и кристаллизатором без соприкосновения их, что устраняет износ мундштука и кристаллизатора. В мундштуке имеется три канала 4, расположенных один рядом с другим. Из крайних каналов металл подается к стенкам кристаллизатора, образующаяся при усадке пустота заполняется металлом из среднего канала. Таким образом получается здоровый слиток без усадочных раковин и пор.

Подводящее устройство плотно соединяется с промежуточным желобом. Детали 1 и 2 делают разъемными для извлечения затвердевших в каналах пробок металла при остановках машины.

В 1952 г. Тешнер спроектировал гусеничный кристаллизатор, в котором охлаждающая вода в противоположность установке фирмы Hunter-Douglas Corp. проходит от одного звена кристаллизатора к другому. Для этой цели пустотелые звенья 1 кристаллизатора снабжены штуцерами 2 для труб и связаны между собой шлангами 3. На рис. 182 показана одна половина гусеничного кристаллизатора, на рис. 183 — разрез по линии AA. Две смежные половины кристаллизатора не соединяются шлангами, а имеют подводящие 4 или отводящие 5 колена, концы которых выводятся вбок и соединяются трубами б, 7, 8 и 9 с жесткими трубами 10 для подвода и 11 для отвода охлаждающей воды. Звенья кристаллизаторов соединены между собой шарнирными болтами 12, на которых закрепляются ролики 13, катящиеся по U-образному пути. Привод лент кристаллизатора осуществляется от зубчатого колеса 14. сцепляющегося с зубцами 15 на звеньях кристаллизатора.
Поток охлаждающей жидкости в каждом положении гусеничного кристаллизатора остается постоянным, так как шланги 3 и трубы 6, 7, 8 и 9 свободно могут следовать за кристаллизатором.

На рис. 184 показан принцип работы установки фирмы Societe Zivile d'Etudes de Centrifugation. Нижняя часть установки опускается в водяную ванну, в середине которой располагается вертикальная труба для пропускания через ванну разливаемого слитка. На рис. 185 показаны конструкция цепей кристаллизатора и водоохлаждаемое нажимное устройство. Кроме того, эта же фирма предложила перекрывать в определенном месте рабочую полость кристаллизатора, чтобы получать слитки ограниченной длины. Способ предназначается для литья стали и других, например легких, металлов.

По другому предложению этой фирмы гусеничный кристаллизатор, показанный на рис. 184, при изготовлении труб вращается вокруг вертикальной оси, этим самым комбинируется центробежное и непрерывное литье.

В 1910 г. Борхард сконструировал гусеничный кристаллизатор для получения деталей фасонного литья. Детали вначале представляли одно целое, а затем после выхода из кристаллизатора отделялись одна от другой по определенным утоненным участкам.

В 1944 г. Морейн и Мергот предложили для непрерывного литья стали, легких и цветных металлов установку, имеющую гусеничный кристаллизатор, состоящий из одной бесконечной цепи.
Конструкция и принцип работы установки могут быть уяснены из рис. 186, 187 и 188. На бесконечную цепь 2, перемещаемую зубчатыми колесами 3 и 4 (из которых одно приводное), монтируются держатели 1 кристаллизатора. Звенья 5 кристаллизатора соединяются с держателем 1 с помощью «ласточкина хвоста». Держатели с помощью такого же соединения закрепляются в пластинах 6 цепи. Смыкание держателей 1 осуществляется роликами 7 и 8, перемещающимися в копирах — пазах 9. Копиры в зависимости от поперечного сечения отливаемого слитка можно перемещать на столе 10 с помощью шпинделя. На рис. 188 показан вид пазов сверху. Для охлаждения держателей применяется устройство 11.

Изобретатели стремились получить очень плотное прилегание звеньев кристаллизатора на всем рабочем участке. Предусмотрена возможность мгновенно изменять скорости перемещения кристаллизатора и точной регулировки ее.

Установка отличается от других применением механизма вибрирования кристаллизатора, осуществляемого короткими толчками от кулачкового вала 12 через пуансон 13. Это позволяет получать мелкозернистые и однородные пластины из алюминия или алюминиевых сплавов.

Установка должна иметь небольшой наклон для облегчения удаления воздуха из рабочей полости.

Разливаемый металл подается через одну или несколько труб, вставляемых в жидкую головную часть отливаемого слитка.





Яндекс.Метрика