Разливочные желоба и распределительные устройства

При полунепрерывном литье легких металлов расплав подается из плавильной или раздаточной печи по желобу в кристаллизатор. Такой желоб нужен при отливке пустотелых слитков, а при заливке в несколько кристаллизаторов из общего резервуара в большинстве установок он необходим; желоб может быть закрытым.

В одном из предложений Юнганса (1937 г.) распределительный резервуар состоит из главной камеры и нескольких вспомогательных, доступ из которых к главной камере может прекращаться. Каждая вспомогательная камера снабжена сменным выпускным соплом. Прикрывая или открывая отдельные вспомогательные камеры, литейщик может работать с большим или меньшим числом кристаллизаторов. Приток металла из плавильной печи или ковша в главную камеру должен соответствовать количеству выпускаемого металла, так как колебание притока металла влечет за собой изменение уровня металла в камерах. Постоянство притока металла достигается регулированием давления воздуха в ковше или в плавильной печи.

При разливке таких тугоплавких металлов, как сталь, медь и вольфрам, трудности возникают вследствие изменения сечения сопла, что влияет на равномерность притока металла. Равномерность подачи металла как в случае увеличения, так и уменьшения сечения выпускного сопла можно регулировать путем изменения давления в установках, подобных изображенной на рис. 1020. Вследствие потребности в источнике давления этот метод сам по себе сложен; из-за необходимости изменения давления в соответствии с сечением сопла этот метод становится еще сложнее.

В другом предложении Юнганса (1937 г.) металл заполняет желоб, имеющий несколько выпускных сопел. Эти сопла включаются в работу только по одному. Если при разливке сечение одного сопла меняется так сильно, что нарушается равномерность истечения металла, его перекрывают и в работу вступает другое сопло; в это время можно сменить отключенное сопло.

На рис. 1042—1044 показана такая конструкция желоба: на рис. 1042 — вид сверху, на рис. 1043 — вид спереди с частичным продольным разрезом, на рис. 1044 — поперечный разрез установки. Желоб 1 оборудован шестью боковыми камерами 2, которые можно изолировать от основной части желоба шиберами 3. Сопла 4 в днищах камер 2 закрываются клапанами 5; желоб установлен на тележке 6.

Сначала желоб наполняется расплавленным металлом под защитной атмосферой. При необходимости желоб и сопла подогревают. Перед разливкой желоб поднимают, чтобы нижний конец сопла был выше кромки кристаллизатора 7 (рис. 1044); затем желоб сдвигают при помощи тележки 6так, чтобы первое сопло его расположилось над кристаллизатором 7, после чего желоб опускают и сопло вводят в кристаллизатор; открывают шибер 3 и клапан 5 первой камеры. Если через некоторое время работа первого сопла нарушается, клапан 5 и шибер 3 первой камеры закрывают, а желоб поднимают и перемещают для подвода второго сопла к кристаллизатору.

В 1944 г. Юнганс усовершенствовал эту установку для литья тугоплавких металлов (например, стали), заменив сопла и шиберы короткими выпускными желобами, как показано на рис. 1045 и 1046. В стенке общего желоба 1 против каждого выпускного желоба предусмотрено отверстие 2, которое закрывается снаружи пробкой из огнеупорного материала. Желоб поворачивается относительно продольной оси, благодаря чему обеспечивается равномерное вытекание металла по выпускному желобу.

Юнганс указал (1943 г.) на следующие трудности, возникающие при непрерывном литье мелких профилей:

1) начинать разливку можно только при небольшом расходе металла, иначе металл перельется через край кристаллизатора; в этом случае металл легко затвердевает в желобе и закупоривает его;

2) в процессе литья трудно изменить поток металла по желобу;

3) приток металла в процессе литья может резко меняться; при этом невозможно излишек металла направить куда-нибудь, кроме кристаллизатора.

Для устранения этих трудностей Юнганс предложил разливочный желоб с двумя каналами: одним разливочным и другим вспомогательным. Эти выпускные каналы могут перекрываться независимо друг от друга. Разливочный канал слегка суживается, тогда как вспомогательный имеет постоянное сечение.

Сначала металл пускают в приемный резервуар. Как только подача металла становится равномерной и разливочный желоб прогревается до самого запорного клапана разливочного канала, последний открывается настолько, что происходит медленное наполнение кристаллизатора. Тогда вспомогательный канал медленно закрывают.

На рис. 1047 показано распределительное устройство фирмы A/S Nordisk Aluminiumindustri (1952 г.). Резервуар 1 распределительного устройства из огнеупорного керамического материала имеет чугунную или стальную стенку 2 с двумя выемками 3 для установки в них желобов 4. Благодаря хорошему действию охладителей 6 и стенки 2 жидкий металл не проникает между выемкой и желобом; 5 — двойной кристаллизатор; заплечики 7 обеспечивают надежную опору для желоба, имеющего торцовый фланец 8. Уровень металла в распределительном устройстве примерно такой же, как в желобах 4 и кристаллизаторе 5, что обеспечивает очень спокойное течение металла.

Для обеспечения равномерного снабжения металлом одновременно нескольких кристаллизаторов Юнганс в 1937 г. изготовил распределительное устройство с двумя отверстиями для заливки из разливочных ковшей. Путем попеременного перекрытия струи из одного и другого ковша удается поддерживать постоянный уровень металла в распределительном устройстве. На рис. 1048 показан вид сверху на такое устройство, на рис. 1049 — поперечный разрез по A-A, рис. 1048: 1 и 2 заливочные отверстия; 3 — желоба, ведущие к соплам 4; 5 — шиберы из огнеупорного материала; 6 — сливное отверстие.

Фирма Vereinigte Leichtmetall-WerKe GmbH при введении легирующих добавок в отливаемые сплавы применяла, по предложению Юнганса, особый способ удаления шлаков в литейном желобе, схема которого показана на рис. 1050 и 1051.

Фирма Vereinigte Leichtmetall-Werke GmbH в 1950 г. предложила продолговатый желоб 1 для разливки меди и стали, показанный на рис. 1052 (вид сверху), питающий через отводные желоба 2 ряд кристаллизаторов 3. Металл можно заливать с обоих концов желоба. 100 т стали можно разлить меньше чем за час.

Фирма Vereinigte Deutsche Metallwerke AG в 1940 г. предложила литейный агрегат, в котором металл из наклоняющейся печи через один разделенный на части сливной носок заливается по ряду желобов в соответствующее число кристаллизаторов. На рис. 1053 и 1054 показано такое устройство для двух кристаллизаторов. 1 — разделенный на две части а и б сливной носок. Желоб 2 сделан несколько длиннее желоба 3 и в передней части изогнут; его сливной конец расположен по оси желоба 3. Это позволяет вытягивать слитки 4 одной и той же парой тянущих валков 5.

Для устранения нежелательных перерывов при разливке и частых качаний печи, фирма Vereinigte Aluminium-WerKe AG (1942 г.) применила распределительный желоб с независимо регулируемыми выпускными соплами, питающими расположенные в ряд кристаллизаторы; желоб может поворачиваться от одного ряда кристаллизаторов к другому. Распределительный желоб обладает такой емкостью, что не приходится прерывать выпуск металла из раздаточной печи при закрывании или открывании носков или поворачивании желоба. На рис. 1055 показано такое устройство для одновременной разливки 12 алюминиевых заготовок. Это устройство применяется уже в течение 15 лет вместе с затравкой.

При одновременной заливке нескольких кристаллизаторов из общего желоба трудно обеспечить, чтобы уровень металла во всех кристаллизаторах был одинаков. Фирма Vereinigte Leichtmetall-WerKe GmbH предложила для регулирования подачи металла устройство, показанное на рис. 1056 и 1057. Металл подается к тройному кристаллизатору по подвижному желобу 1 через распределитель 2. Посредством рукоятки 3 распределитель можно наклонять как угодно, добиваясь равномерного распределения металла в три кристаллизатора.

Другое устройство этой фирмы, предназначенное для одновременной заливки (например, меди или стали) в два кристаллизатора, имеет вид Т-образного желоба, как показано на рис. 1058 и 1059. Наклоном желоба относительно продольной оси металл распределяется по двум кристаллизаторам. Желоб установлен на опорах 3 и 4 с помощью цапф 1 и 2 и регулируется вручную; его легко приспособить и для автоматического управления.

На рис. 1060 и 1061 показан вертикальный разрез и вид сверху на желоб фирмы Vereinigte Leichtmetall-WerKe GmbH для одновременной разливки двух непрерывных слитков. Благодаря длинным трубам, погруженным в жидкую литейную лунку, распределение металла между обоими кристаллизаторами происходит автоматически, так как при опускании уровня в одном из кристаллизаторов высота столба металла, находящегося в трубе, увеличивается и в соответствующий кристаллизатор устремляется больше металла. Таким путем можно питать из одного желоба три и большее число кристаллизаторов.

Другое устройство этой фирмы состоит из распределительного желоба, установленного на подвижной опоре. Концы этого желоба опираются на поплавки, расположенные на поверхности жидкого металла в кристаллизаторах. Если уровень металла в одном кристаллизаторе поднимается выше, чем в других, этот конец желоба поднимается и происходит перераспределение потока металла до тех пор, пока уровни металла в кристаллизаторах выравняются. На рис. 1062 и 1063 показан такой двойной распределитель 1, который через шаровую опору 2 опирается на плоскую подставку. На концах распределительного желоба 3 укреплены поплавки.

Эта же фирма предложила (1942 г.) устройство, показанное на рис. 1064, в котором корпус кристаллизатора 2, имеющий несколько ячеек 1, закрыт газонепроницаемой крышкой, а в каждую ячейку кристаллизатора металл подводится через выпускные сопла 3 из общего резервуара 4; сопла 3 опущены ниже уровня металла 5 в каждой ячейке кристаллизатора; давлением газа уровни металла выравниваются. В начале разливки жидкий металл заливают в резервуар 4, откуда он течет сначала в кристаллизаторы, а затем наполняет резервуар; При вытягивании слитков непрерывно подается такое количество жидкого металла, что уровень металла в резервуаре остается постоянным. Металл в кристаллизаторах не поднимается доверху из-за воздушной подушки в верхней его части.

На рис. 1065 и 1066 показано устройство Цункеля, предложенное в 1940 г. Цифрой 1 обозначены кристаллизаторы для отливки слябов, цифрой 2 — широкие сопла, подводящие металл к кристаллизаторам, закрытым воздухонепроницаемой крышкой 3. Трубы связаны между собой общим горизонтальным каналом 4, создающим сообщающуюся систему. Жидкий металл подводится в нее через желоб 6, автоматически распределяется равномерно по всем кристаллизаторам и устанавливается на одинаковых уровнях. В верху кристаллизаторов создается подушка сжатого воздуха 5, препятствующая подъему металла до крышки. Кроме того, газовая подушка позволяет подвести к стенкам кристаллизатора смазку. Такую же систему подвода металла можно осуществить и для отдельных кристаллизаторов, как показано на, рис. 1067 и 1068 или 1069 и 1070.

По предложению фирмы Vereinigte Leichtmetall-WerKe GmbH, каналы, подводящие металл к кристаллизаторам, выполняются в виде сифонов. На рис. 1071 показан этот способ. Металл поступает по желобу 1 в один из кристаллизаторов 2. В жидкую ванну всех слитков погружены трубы 3, 4 и 5. Пусть к началу разливки жидкий металл покрывает концы труб, закрытые вспомогательными пробками 6. Открывают клапан 8 и заполняют металом наполнительную трубу 7 и систему подводящих труб. Затем клапан 8 закрывают и вспомогательные пробки 6 удаляют. Разливка может начаться. Подводящие трубы окружены нагревательными устройствами 9.

В 1949 г. фирма Aluminium Company of America также осуществила подвод металла к кристаллизаторам с помощью сифонов. Этим было достигнуто равномерное распределение металла по кристаллизаторам при очень малой скорости вытягивания слитков, благодаря чему при разливке алюминия и магния не захватывается пленка окисленного металла. На рис. 1072 показан вид на установку сверху, а на рис. 1073 — разрез по A-A.

Металл заливают в желоб 1, по которому он попадает в продолговатый корытообразный копильник 2. Восемь кристаллизаторов связаны сифоном с копильником. Копильник заполняют металлом до уровня 5 и быстро вводят в него вытеснительный плунжер 7, чтобы уровень металла поднялся до положения, отмеченного цифрой 6, тогда через сифоны 3 металл течет в кристаллизаторы 4. Как только уровень металла в кристаллизаторах достигнет нужной высоты, удаляется плунжер, и металл поддерживается в копильнике на уровне 5. В конце разливки подвод металла в копильник прекращается, плунжер снова постепенно вводят в него, чтобы до конца разливки поддерживать уровень 5. Затем плунжер быстро удаляют, вследствие чего поступление металла в кристаллизатор мгновенно прекращается. Для непрерывного литья алюминиевых слитков с поперечным сечением 150х150 мм хорошо зарекомендовали себя в качестве сифонов гнутые железные трубы диаметром в свету 32 мм, защищенные краской, применяемой для кристаллизаторов.

Разница уровней металла в копильнике и кристаллизаторах составляет примерно 6—25 мм, а скорость потока металла к кристаллизаторам 65—75 мм/сек, по сравнению со скоростью от 1,8 до 2,4 м/сек при обычном методе подвода. Для алюминия и его сплавов температура металла должна быть в пределах 650—760°.

На рис. 1074 показана другая установка для подвода металла сифоном. Здесь перетекание металла в кристаллизатор осуществляется с помощью сжатого воздуха или другого газа. Поплавок 8 автоматически регулирует поступление металла в копильник 9.

Недавно Брекке также предложил использовать сифоны при непрерывном литье легких металлов для перевода расплава из распределительного резервуара в несколько кристаллизаторов.

На рис. 1075 изображена установка для литья фирмы Vereinigte Leichtmetall-WerKe GmbH. Металл по литейному желобу 1 попадает в распределительный резервуар 2. Последний имеет несколько желобов 3 с поплавковыми клапанами 6 у выпускных отверстий 4; эти клапаны поднимаются или опускаются в зависимости от колебания уровня металла в кристаллизаторах. Через выпускное отверстие 4 проходит смонтированный на поплавке 5 направляющий стержень 6. Благодаря поплавкам, закрывающим выпускные отверстия при слишком высоком подъеме уровня металла, переполнение кристаллизаторов невозможно. Литейщику приходится следить за уровнем металла только в распределительном резервуаре, а уровень металла в кристаллизаторах устанавливается автоматически. Это устройство можно усовершенствовать, как показано на рис. 1076 (1948 г.). Откидные рычаги 7, установленные над желобами 3, имеют на одном конце заслонку 8, а на другом конце — поплавки 9. При подъеме поплавка заслонка 8 постепенно перекрывает желоб.

На рис. 1077 показан продольный разрез, а на рис. 1078 — вид сверху на автоматическое распределительное устройство фирмы Vereinigte Leichtmetall-Werke GmbH для одновременной отливки шести слитков. Устройство состоит из резервуара 1, от которого отходят шесть желобов с чашками 2 на концах; в этих чашках имеются отверстия 3. Распределительное устройство устанавливается на кристаллизаторах таким образом, что чашки 2 находятся посередине каждого кристаллизатора и в процессе литья погружены в жидкий металл. Скорость потока металла из каждой чашки в соответствующий кристаллизатор зависит от разности уровней металла в чашке и кристаллизаторе. Если уровень металла в одном из кристаллизаторов опускается, металл устремляется в него, пока не достигнет первоначального уровня. Литейщик должен поддерживать только надлежащий уровень металла в распределителе; распределение же его по отдельным кристаллизаторам происходит автоматически. При условии, если уровень металла в распределителе будет только слегка выше верхнего края кристаллизатора, переливание не происходит. Распределительное устройство должно устанавливаться непосредственно на кристаллизаторах.

Фирма Wieland-Werke AG в 1944 г. сконструировала устройство, показанное на рис. 1079, 1080 и 1081 (вид спереди, сверху и сбоку). Отличительной чертой этого устройства является упругая подвеска распределительного резервуара 1 с дросселирующим устройством 2. Питающая труба 3 помещена в защитную трубу 4, которая связана с крестообразной рамой 5, имеющей спиральные пружины 6 и 7. Нижние концы спиральных пружин 6 прикреплены к желобам 8, а пружины 7 — к центральной части распределительного резервуара 7. На первичных распределительных желобах 8 установлены призмы 9, на которых подвешены вторичные распределительные желоба 10. Эти желоба направляют расплав к чашкам 11, плавающим в жидкой ванне металла 12. Вес распределительного резервуара 1 с распределительными желобами 8 и 10 и чашками 11 вместе с металлом вызывает удлинение пружин 6 и 7; с другой стороны, подъемная сила на чашки действует в противоположную сторону, что ведет к дросселированию отверстия 14 питающей трубы 3. Винты 13 обеспечивают точное дросселирование; регулирование подачи металла становится тем чувствительнее, чем большая часть веса распределительного устройства уравновешивается пружинами.

Фирма Wieland-WerKe AG в 1944 г. видоизменила распределительное устройство; одно плечо коромысла представляет собой раздвоенный желоб с двумя распределительными чашами; на другом конце коромысла установлен противовес. Коромысло опирается на одну призму. С помощью этого устройства можно автоматически регулировать подачу металла в два кристаллизатора.

Фирма Vereinigte Leichtmetall-WerKe GmbH в 1942 г. предложила устройство, показанное на рис. 1082. Кристаллизаторы установлены на общем столе и связаны между собой желобами; таким образом, во всех кристаллизаторах металл располагается на одном уровне.