27.03.2018

Литье полых слитков в кристаллизаторы, зависимые от плавильной печи


В 1840 г. Зеллере разработал установку для отливки труб произвольной длины из свинца и других легкоплавких металлов. Из работы Зеллерса следует, что изготовление труб путем прессования металлического расплава через соплообразный кристаллизатор с аксиально расположенной железной оправкой было известно уже давно. Конструкция Зеллерса основана на том же принципе, но имеет некоторые усовершенствования. Расплавленный свинец с помощью насосной установки подвергается пневматическому давлению. Железный плавильный тигель, находящийся в печи, закрыт крышкой, в которую вмонтирован предохранительный клапан. Для нагревания сжатого воздуха подводящий трубопровод навивается на плавильный тигель по винтовой линии. Зеллере предусмотрел также возможность применения гидростатического давления вместо сжатого воздуха. С этой целью установлена вертикальная труба, наполняемая расплавленным свинцом. Кристаллизатор охлаждается водой. Изготовляемая свинцовая труба отводится по водоохлаждаемому желобу с регулируемым наклоном и свертывается моталкой.

В 1943 г. Лэинг пришел к выводу, что в приведенной выше конструкции литейной машины невозможно воспрепятствовать привариванию отливаемого материала к оправке. Поэтому он предложил во время литья подвергать оправку колебательным движениям вокруг своей оси. На рис. 885 показана установка Лэинга с горизонтально расположенным кристаллизатором.
По предложению Рибе, сделанному в 1926 г., металл должен заливаться между трубчатой матрицей и оправкой, имеющей канавку, нарезанную по винтовой линии. Оправка при литье вращается вокруг своей оси. Вращение оправки должно способствовать извлечению отливаемой трубы из матрицы. Приспособление Рибе приведено на рис. 886.

В установке Мунсона (рис. 887), предложенной в 1930 г., расплавленная медь, латунь или другой металл сжатым воздухом впрессовываются между кристаллизатором 1 и оправкой 2 и затвердевают в зоне водоохлаждаемой рубашки 3 в виде трубы, вытягиваемой с помощью подвижной головки 4.
Установка для изготовления стальных труб методом непрерывного литья, предложенная в 1941 г. Ваэлдроном, изображена на рис. 888. Кристаллизатор 1 и оправка 2 изготовлены из жаропрочной стали. Пластическая деформация металла осуществляется в матрицах 3 и 4. Труба перемещается с помощью ленточного транспортера, который оборудован магнитами 5. Для обеспечения работы магнитов стальная труба 6 должна быть охлаждена до 600°. Для этой цели предназначены баки 7 и 8. Бак 7 показан на рис. 889. Для придания металлу трубы благоприятной структуры и для нагревания ее до температуры деформации применяется высокочастотный индуктор 9. Колпаки 10 позволяют поддерживать защитную атмосферу вокруг трубы, подвергаемой отжигу. Дисковая пила 11 во время разрезки трубы перемещается вместе с ней.

Диксон в 1950 г. при изготовлении плакированных труб использовал полую оправку с отверстиями в головной ее части, через которые может подаваться охлаждающая вода. Примерная конструкция данного устройства представлена на рис. 890. Полая оправка 1, вращающаяся вокруг своей оси, имеет отверстия 2. Запорный колпак 3 связывается с передней частью изготовляемой трубы. Пары воды, образующиеся в полости оправки, оказывают давление на колпак, вследствие чего труба перемещается влево (см. рисунок), пока не достигнет участка, где размещены вытяжные ролики. Толщина стенки грубы определяется зазором между наружным диаметром оправки и внутренним диаметром трубчатого кристаллизатора 4. К концу кристаллизатора 4, из которого выходит отливаемая труба, присоединен второй кристаллизатор несколько большего диаметра, чем первый, и в нем размещено приспособление для заливки плакирующего металла. При установке третьего кристаллизатора можно получить трубу, имеющую трехслойную стенку. Например, можно изготовлять трубы, у которых внутренний слой состоит из никеля, промежуточный — из стали и наружный — из меди. Машину для непрерывного литья можно также расположить вертикально. Таким методом Диксон предложил наносить неметаллические покрытия (стеклянные эмали, пластмассы и т. д.).
Литейная установка, которая показана на рис. 497 и 498, в 1933 г. была использована Эльдредом для изготовления труб (рис. 891 и 892). Оправка 1, изготовляемая из графита, при литье медных труб должна иметь конусность. Для отливки трубы с наружным диаметром 19 мм уклон должен быть не более 1%. Конусность зависит от диаметра и толщины стенки трубы, а также от вида отливаемого металла. Расплавленный металл заливается через каналы 2. Так как расплавленная медь может при

заливке металла сместить оправку по высоте, предусмотрена крестообразная деталь 3, которая устанавливается с таким расчетом, чтобы; она прочно удерживалась на месте установки силами трения. С целью лучшего уплотнения деталь 3 имеет небольшую конусность. При литье таких металлов, которые при затвердевании расширяются, например висмут, типографский сплав (гарт), меднобериллиевые сплавы (даже с содержанием бериллия менее 2%), оправка не должна иметь конусности.

Американская компания American Smelting and Refining Company в 1946 г. для литья полых слитков с допуском по толщине стенки менее 1 % предложила графитовый кристаллизатор, который помещается в дне плавильного тигля или разливочного ковша и прочно соединяете» с графитовой оправкой. Внутренная стенка кристаллизатора на части своей поверхности конически расширяется, а другая часть поверхности оправки с тем же уклоном конически сужается.

Для отливки серебряных труб с наружным диаметром 38,1 мм и внутренним диаметром 15,9 мм оказалось пригодной установка, изображенная на рис. 893. Общая высота этой установки составляет 150 мм. Формообразующая часть оправки имеет длину 80 мм, а головная часть, оправки с отверстиями 1 для подачи расплавленного металла имеет длину около 160 мм. Наклон внутренней поверхности оправки 3,6%, а диаметр ее в нижней части 15,4 мм. В области затвердевания отливаемого металла протяженностью 19 мм внутренний диаметр кристаллизатора составляет 39,3 мн. Внутренняя стенка кристаллизатора на этом участке не имеет конусности. На расстоянии 65 мм выше этого участка внутренняя стенка кристаллизатора имеет уклон до диаметра 38,7 мм. Кристаллизатор ниже зоны затвердевания сужается так, что его диаметр у входа составляет 38,8 мм. В кристаллизаторе, приведенном на рис 893, можно изготовить следующие трубы:

1) наружным диаметром 50 мм и толщиной стенки 5 мм из бронзы с 95% Cu и 5% Sn; скорость литья 300 мм/мин;

2) наружным диаметром 28,6 мм и толщиной стенки 1,6 мм из серебра; скорость литья 350 мм/мин;

3) наружным диаметром 28,3 мм и внутренним диаметром 18,65 мм из фосфористой бронзы (10% Sn, 0,2% Р, остальное Cu).

В первых двух случаях толщина стенки трубы изменяется до 1%, а в третьем — около 1%.

Этот кристаллизатор использовался для изготовления следующих изделий:

1) труб из серебра наружным диаметром 28,6 мм:

2) трубы из бронзы (95% Cu, 5% Sn) наружным диаметром 50 мм и толщиной стенки 5 мм; скорость литья 300 мм/мин;

3) труб из фосфористой бронзы (10% Sn, 2% Р, остальное Cu) наружным диаметром 29,3 мм и толщиной стенки 4,8 мм.
Росси в 1947 г. показал, что полунепрерывное литье тонкостенных труб в производственных условиях не является экономичным, так как сохраняется основной недостаток этого способа литья — охлаждение расплавленного металла через наружную стенку трубы. Наружное охлаждение является преобладающим также и в случае применения охлаждаемых оправок. Если применяется внутреннее охлаждение, то тонкостенные трубы имеют высококачественную блестящую поверхность и равномерную структуру металла при отсутствии заметной пористости. Поэтому температура стенки кристаллизатора, формирующего наружную поверхность трубы, должна поддерживаться на таком уровне, чтобы исключался значительный отвод тепла. Установка, работающая по такому принципу, изображена на рис. 894. Графитовый кристаллизатор 1 имеет полость 2 для расплавленного металла. Теплоотвод обеспечивается водоохлаждаемой оправкой 3, на нижнем конце которой имеются отверстия 4. Наружная стенка 5 оправки 3 имеет в направлении своего нижнего конца небольшую конусность. Вода, подаваемая из кольцевого спрейера б и из отверстий 4, отводит остаточное тепло, не удаленное водоохлаждаемой оправкой.

В каналах 7 расположены нагревательные элементы. Оправка 3 может перемещаться в осевом направлении.
На рис. 895 и 896 показана установка Лана (1921 г.) для литья труб из свинца и других металлов, которая имеет кристаллизатор с возвратно-поступательным движением. В металлическом сосуде 1 неподвижно установлена цилиндрическая деталь 2. Цифрой 3 обозначена полая оправка. Деталь 2 и вставка 4 имеют каналы 5 для подвода расплавленного свинца. Соосно с деталью 2 располагается цилиндр б, перемещающийся в вертикальном направлении. В цилиндре 6 имеется канал 7. Верхняя часть оправки 3 охлаждается водой; нижняя ее часть окружена воздушной рубашкой 8, обеспечивающей термоизоляцию.

Принцип работы установки следующий. При перемещении вниз цилиндр б увлекает за собой нижнюю часть отливаемой трубы 9, так как затвердевший свинец заполняет канал 7. Нижний конец трубы при отливке наталкивается на вставку 4, тогда как цилиндр б движется далее вниз. При этом свинец выжимается из канала 7 и полученный отрезок трубы подается вверх. После этого новая порция расплавленного свинца поступает в зазор между цилиндром б и оправкой и затвердевает в канале 7. Этот процесс повторяется при отливке каждой трубы.

В 1930 г. Херрис переконструировал машину Лана, расположив формующий цилиндр и оправку неподвижно. Расплавленный свинец подается через полый пуансон, который имеет постоянный температурный перепад по высоте: вверху пуансон холодный, а внизу нагретый.
Ньютон в 1872 г. получил патент на приспособление, изображенное да рис. 897, которое позволяет производить непрерывное литье свинцовых труб при одновременном покрытии оловом. В стальную трубу 1, определяющую наружный диаметр свинцовой трубы, входит полая оправка 2. Расплавленный свинец поступает под таким давлением через патрубок 3, чтобы он мог свободно подниматься вплоть до верхней кромки трубы 1. Через камеру 4 протекает охлаждающая вода, которая обеспечивает затвердевание расплава. Расплавленное олово подается снизу через оправку 2 и поднимается до канала 5, где покрывает внутреннюю стенку свинцовой трубы. При вытягивании трубы вверх стержень 6 регулирует толщину слоя олова.





Яндекс.Метрика