24.03.2018

Перемещение кристаллизаторов скольжения


В установках системы Юнганса кристаллизатор на определенном пути перемещается совместно со слитком и затем с повышенной скоростью возвращается в исходное положение. Это делается не только для устранения приваривания, «прилипания» затвердевшего слитка, но и прежде всего для увеличения теплоотвода.

Уже в 1913 г. Персон предусмотрел возвратно-поступательное перемещение кристаллизатора.

При изготовлении свинцовых труб Лане в 1921 г. также предусмотрел возвратно-поступательное перемещение кристаллизатора.

В 1933 г. Думхарт предложил устройство для непрерывного литья, в котором слиток при затвердевании неподвижен, а разливочная воронка и кристаллизатор через определенные промежутки времени удаляются со слитка. На рис. 451 показано такое устройство в начале процесса литья, а на рис. 452 — в промежуточном положении, в котором кристаллизатор после затвердевания нижней части слитка поднят.

Процесс непрерывного литья осуществляется следующим образом:жидкий металл через отверстие в тигле заливается в кристаллизатор 1, в котором он вначале заливает головку заготовки 2 и медленно затвердевает снизу вверх. Как только металл достигнет уровня h, кристаллизатор с тиглем при продолжающейся подаче металла поднимается вверх на h' (расстояние от одного запорного болта до другого). Кристаллизатор устанавливается в положение, показанное на рис. 451; при перемещении кристаллизатора из него удаляется слиток высотой h'.
В промышленном устройстве отказались от прерывистого периодического подъема кристаллизатора, а осуществили равномерное согласование со скоростью литья перемещение кристаллизатора вверх, от механического привода. При этом получился процесс непрерывного литья до полного опорожнения тигля. При таком принципе работы относительное движение между слитком и кристаллизатором соответствует непрерывной вытяжке или опусканию слитка при использовании неподвижного кристаллизатора. Такой принцип работы принят изобретателем, чтобы устранить сотрясения металла. Также предусмотрено располагать тигель непосредственно на кристаллизаторе.

В 1933 г. Юнганс предложил на установке непрерывного литья, проходной кристаллизатор, который с целью улучшенного теплоотвода перемещался возвратно-поступательно. Благодаря постоянному изменению положения линии соприкосновения между зеркалом металла и стенками кристаллизатора обеспечивается длительное изменение тепловых напряжений этих стенок и повышенный теплоотвод. Тянущие валки приводятся в движение таким образом, что слиток транспортируется вниз с такой же скоростью, как и кристаллизатор. Обратное перемещение кристаллизатора в исходное положение осуществляется преимущественно с увеличенной скоростью.

Росси показал, что способ, который предложил Пирсон, нельзя успешно применять, так как слиток передвигается вперед лишь в продолжение половины времени литья и с переменной скоростью. По способу Юнганса, в Германии с 1936 г. и в США с 1938 г., а также в других странах непрерывным литьем изготовлено большое количество латуни, алюминия и алюминиевых сплавов. Только недавно было открыто, что этот способ можно применить для непрерывного литья стали, но при этом возникают новые проблемы. При непрерывном литье цветных и легких сплавов довольствуются скоростями литья, равными 0,75—1,5 м/мин, при непрерывном литье стали уже успешно работают со скоростями 5 м/мин, однако при этом возникают поверхностные пороки. Характерным признаком непрерывного слитка, отлитого по способу Юнганса, является наличие на нем «колец» с шероховатой поверхностью, расстояние между которыми соответствует пути, проходимому слитком во время возвратного движения кристаллизатора.

Если при равномерном движении слиток проходит от начала перемещения кристаллизатора до следующего перемещения 250 мм, то и расстояние между «кольцами» составляет 250 мм. Ширина «кольца» изменяется в зависимости от условий литья, обычно она зависит от продолжительности возвратного перемещения кристаллизатора. Если обратный ход кристаллизатора составляет 1/4 продолжительности всего цикла, то «кольца» занимают одну четверть поверхности слитка. Такие поверхностные пороки можно допустить у цветных и легких металлов, но не у стали.

Логически может показаться, что для устранения этих недостатков следует повысить скорость возвратного перемещения кристаллизатора, чтобы сократить время, в продолжение которого слиток и кристаллизатор движутся навстречу один другому. Опыты, однако, показали, что

кольца» все же получаются ярковыраженными и поверхность слитка становится еще худшей.

В 1953 г. Росси предложил выбирать скорость возвратного перемещения кристаллизатора меньшей, чем скорость перемещения его вперед. При таких обстоятельствах, например при скорости 5 м/мин максимальная относительная скорость равняется 5 + 5 = 10 м/мин, т. е. половине относительной скорости, получающейся при литье по способу Юнганса (5 + 15 = 20 м/мин).

В 1944 г. Росси предложил характерное для способа Юнганса попеременное относительное движение между слитком и кристаллизатором осуществлять не перемещением кристаллизатора, а прерывистым вытягиванием слитка.

Привод вытягивающих валков должен включаться автоматически и управляться от изменения уровня зеркала жидкой головной части слитка. Для этой цели Росси в верхней части кристаллизатора установил щуп, который при соприкосновении с жидкой головной частью слитка включал ток двигателя вытягивающих валков. Схема управления показана на рис. 453.

В 1950 г. фирма Babcock Wilcox Company спроектировала схему электрического регулирования для установки непрерывного литья, в которой слиток из вертикального кристаллизатора периодически вытягивался при использовании программного управления. Двигатель, приводящий вытягивающие валки, включался, когда зеркало головной жидкой части слитка достигало определенного уровня по высоте, что контролировалось рентгеновской или подобной установкой. Через определенное время двигатель отключался и запускался вновь тогда, когда зеркало жидкого металла достигало заданной высоты. Для этого отводилось определенное время, отклонение от которого давало, импульс на изменение скорости подачи металла. Регулирующее устройство автоматически корректировало скорость подачи металла по отклонению от предписанного времени изменением положения при опрокидывании разливочного ковша.
На рис. 454 представлена установка фирмы Loma Machine Manufacturing Company (1952 г.), которая имеет сравнительно длинный неподвижный проходной кристаллизатор и механизм для периодического вытягивания слитка при непрерывной подаче отливаемого металла. Импульс на начало вытягивания дается от уровня зеркала жидкого металла в кристаллизаторе. Внутренние стенки кристаллизатора охлаждаются. Отдельные куски металла отрезаются от непрерывного слитка пилой во время остановок, так что для этого не требуется перемещать отрезающее устройство.

На кристаллизаторе 1 скользит цилиндрическая разливочная воронка 2, которая на определенном пути может перемещаться вверх и вниз по вертикали и имеет в верхней части воронкообразный раструб 3, переходящий в подводящую трубу 4, 5 — подводящая труба разливочного ковша. Вытекание разливаемого металла из воронкообразной части 3 регулируется стопором 6. Температура нижнего конца трубы 4, где устанавливается сменяемая насадка, может замеряться термоэлементом, который вводится сверху в стенку трубы. Через отверстие 7 подводится смазка и через отверстие 8 разбрызгивается над зеркалом жидкого металла на внутренние стенки кристаллизатора. Для устранения окисления разливаемого металла в пространство над зеркалом жидкого металла через канал 9 может вводиться под давлением инертный газ.

Устройство 10 предназначено для перемещения вверх и вниз разливочной воронки 2; колонны 11 соединяются с вытягивающим механизмом 12. Правые тянущие ролики устанавливаются в коромысле 13, которое может качаться вокруг горизонтальной оси 14 и поджиматься к слитку 16 пружинами 15. Ходом вниз поршня /7, связанного с тянущими роликами, слиток опускается на расстояние, которое соответствует расстоянию между верхним 18 и нижним 19 положением зеркала жидкого металла. Тянущие ролики вращаются только во время перемещения поршня 17 вниз, при перемещении поршня вверх ролики не вращаются, благодаря чему осуществляется прерывистое вытягивание слитка.

Во время наполнения кристаллизатора 1 уровень жидкого металла поднимается до уровня 18, замыкает две изолированные проволочки 20 электрической цепи, которая связана с источником тока 21 и через реле 22 и вентиль 23 управляет подачей воды в цилиндр 24, в котором перемещается поршень 17. При коротком замыкании проволок 20 слиток и зеркало жидкого металла опускаются до уровня 19. Позицией 25 показана сигнальная лампа, а 26 — дисковая пила. Отрезанные слитки попадают в кантователь 27, который опрокидывает слиток на рольганг 29, устанавливаясь в положение, показанное пунктирной линией 28.

У неподвижного кристаллизатора в обычной практике непрерывного литья скорость вытягивания слитка поддерживается постоянной. В этом случае средняя скорость вытягивания vm равняется относительной скорости vr слитка по отношению к кристаллизатору (рис. 455).
У кристаллизаторов, периодически движущихся со слитком и затем возвращающихся в исходное положение, возникает быстрое изменение относительной скорости vr, что может привести к разрыву затвердевшей корочки. Такие кристаллизаторы обеспечивают, однако, то преимущество, что корочка на слитке может затвердевать во время прерывания относительного движения.

В 1955 г. Де Си предложил циклически изменять относительную скорость движения слитка, как показано на рис. 456, установкой кулачковой шайбы между двигателем и вытягивающим механизмом. Средняя скорость вытягивания vm может регулироваться от нуля до допустимого максимума с помощью бесступенчатого привода. Принцип работы, представленный на рис. 456, обеспечивает преимущество в том, что отсутствуют резкие изменения скорости, а это улучшает поверхность слитка. Опасность прорыва металла, характерная для непрерывного литья с равномерной скоростью вытягивания в неподвижный кристаллизатор, снижается, так как трещины завариваются за время, когда относительная скорость литья меньше, чем средняя скорость вытягивания. Для этого следует тщательно выбирать величину vrмакс, vrмин и 0c согласно рис. 456—460. При этом существуют следующие пределы:
Для данной длины L кристаллизатора
Если 0s — часть цикла, при котором относительная скорость превышает среднюю скорость, a pi — часть цикла, в котором относительная скорость меньше средней, то 0s + 0i = 0c, однако 0s не всегда равняется 0i.

Следует выбирать следующие значения этих величин:
Де Си приводит пример, представленный в табл. 1.

Способ может применяться при горизонтальном, вертикальном и наклонном литье в кристаллизаторы, работающие независимо или зависимо от плавильных печей.

В 1955 т. Де Си предложил применить вытягивание слитка с переменной скоростью в упруго-подвешенном кристаллизаторе, например показанном на рис. 462 (см. ниже).
Мысль — устранить приваривание, «налипание» слитка к стенкам кристаллизатора, перемещая его, — возникла очень давно. Так, в 1843 г. Лаинг для изготовления свинцовых труб предложил при непрерывном Литье приводить в колебательное движение вокруг своей оси сердцевину отливки.

В 1919 г. Ван Рауст построил установку, показанную на рис. 461, в которой вертикально закрепленный кристаллизатор для устранения зависания слитка перемещался вверх и вниз от эксцентрикового вала.

По предложению фирмы British Iron and Steel Research Association для освобождения слитков, зависающих в кристаллизаторе, и для устранения зависания при непрерывном литье, в особенности стали, слиток сжимался в направлении его передвижения.

На рис. 462 показан такой кристаллизатор. Водоохлаждаемый кристаллизатор 1 с кожухом 2 закрепляется на плите 3, покоящейся на пружинах 4. Три поршня 5 пневматических цилиндров, по конструкции подобных цилиндрам пневматических молотов, располагаются над пружинами. Кристаллизатор смазывается устройством, не показанным на рисунке; 6 — вытягивающие слиток ролики.

Когда металл не приваривается к стенкам кристаллизатора, то кристаллизатор остается неподвижным. При зависании слитка пружины воздействуют на слиток и кристаллизатор совместно- с плитой 3 перемещается вниз до места, где плита соприкасается с конечным выключателем, осуществляющим пуск пневматических цилиндров 5, которые толкают кристаллизатор вниз. На очень коротком пути кристаллизатор движется вниз быстрее, нем слиток. Слиток освобождается без возникновения разрывов затвердевшей поверхностной корочки.
При отливке квадратных слитков размером 100х100 мм при скорости вытягивания 600 мм/мин используются выталкивающие пружины с жесткостью 85 кг/мм. Конечный выключатель срабатывает при перемещении кристаллизатора на 2,5 мм. Пневматические цилиндры при давлении воздуха 5,6 кг/см2 и усилии 86,5 кг перемещают кристаллизатор за каждый ход на 12,5 мм.

В устройстве, показанном на рис. 463, слиток подвергается периодическому противодавлению. «Прилипание» слитка не устраняется, но уменьшается. Перемещение плиты 3 и, следовательно, кристаллизатора 1 осуществляется от кулачковых шайб 7. Кулачки выполняются так, что перемещение кристаллизатора вниз длится больше, чем вверх, причем скорость движения вниз, например, в 1,1 раза больше чем скорость вытягивания слитка. Движение вверх осуществляется, например, в 5 раз быстрее, чем скорость вытягивания. Амплитуда перемещения и здесь равна 25 мм.

Такой способ можно применять и при неподвижном кристаллизаторе. В этом случае слиток во время большей части цикла медленно перемещается вверх и затем периодически быстро вытягивается.
Для устранения приваривания слитка к стенкам кристаллизатора, особенно при непрерывном литье металлов с высокой температурой плавления, по предложению фирмы Vereinigte Leichtmetall-Werke GmbН (1951 г.), кристаллизатору 1, опирающемуся на ролики 2, согласно рис. 464 и 465, придается движение вокруг его продольной оси. В устройстве, показанном на рис. 466, кристаллизатор 1 закрепляется неподвижно, а слиток — на детали 3, которая состоит, из жестко соединенной с опускающимся столом детали 5 и отделенной винтовой плоскостью 4 и соединенной со слитком брусом 6 детали 7, при вращении которой вокруг продольной оси слиток получает одновременно вращательное и возвратно-поступательное движение.

Чтобы максимальное количество металла соприкасалось с охлаждаемыми стенками кристаллизатора, фирма Stahlund Rohren-Werke Reisholz AG предложила наклонять кристаллизатор и вращать его в процессе непрерывного литья, как показано на рис. 467.
При использовании двойного вибрирующего кристаллизатора фирмы International Nickel Company of Canada было выявлено, что затвердевшая корочка слитка отходит от стенки кристаллизатора.

Во избежание приваривания слитка и появления трещин Хильдебрант предложил способ, целью которого является достижение попеременного отделения стенки кристаллизатора от слитка при быстром перемещении этого участка кристаллизатора вдоль слитка. На рис. 468 показана в поперечном сечении затвердевшая корочка, отделившаяся от стенки кристаллизатора, зазор между стенкой кристаллизатора и слитком а может составлять 0,01 и более мм.

На рис. 469 и 470 показана конструкция устройства для осуществления данного способа непрерывного литья. Стенка кристаллизатора 1 прижимается к слитку 4 на длине 3/4 своего периметра роликами 2, закрепляемыми на направляющем кольце 3. Образующийся зазор постепенно сокращается вокруг слитка при обкатывании кольца с роликами по кристаллизатору. Надежное вертикальное направление кристаллизатора гарантируется отбортовкой 5, имеющей пазы между направляющим кольцом 3 и червячным колесом 6, в котором также располагаются верхние подшипники роликов 2. Позицией 7 отмечен червяк привода; 8 — опорные ролики кристаллизатора, перемещающиеся по кольцу 9. Кольцо 9 соединено тягами 10 с направляющим кольцом 3.

На рис. 471 показано другое устройство, которое тоже предложил Хильдебрант. Стенка кристаллизатора попеременно прижимается к слитку четырьмя сегментами. На рис. 472 показано, как прижатие осуществляется натяжением канатов 11 и роликами 12.





Яндекс.Метрика