27.03.2018

Регулирование подачи металла


При непрерывном литье очень важен равномерный подвод металла. К вопросам регулирования подачи металла относится и регулирование температуры трубопроводов, распределительных устройств и т. д.

Фирма Deutsche Edelstahlwerke для регулирования скорости истечения металлических расплавов предложила устройство, показанное на рис. 1172 и 1173. Это устройство состоит из охлаждаемой медной воронки 1 с прорезью 2. Шины 3 и 4, электрически изолированные друг от друга слоем 5, связаны с источником высокого напряжения; таким образом воронка 1, покрытая с внутренней стороны тонким слоем керамической изоляции, действует как индукционная катушка. Металлический расплав, поступающий через воронку, частично застывает на ее стенках; эта часть тем больше, чем сильнее охлаждение; таким путем можно уменьшить поперечное сечение воронки, особенно на участке 6; его также можно увеличить, применяя индукционный нагрев.

Юнганс в 1937—1938 гг. предложил регулировать подачу металла клапанами, расположенными под уровнем жидкого металла в кристаллизаторе. Благодаря этому становится возможным применение питающих трубопроводов большого диаметра и устраняется необходимость обогрева питающего трубопровода.
Питающий трубопровод и клапан изготовляют из стеатита, силлиманита, магнезита, спеченного корунда или другого огнеупорного материала.

На рис. 1174—1179 показано несколько примеров применения клапанов. На рис. 1174 клапан 2, регулирующий поступление металла из питающего трубопровода 1, соединен с распределительной чашей 3; последняя связана рычагами 4 с регулировочным устройством 5. Настройка регулирующего устройства на рис. 1175 осуществляется смещением груза 7; клапан имеет сферическую форму.

На рис. 1176 показано автоматическое регулирующее устройство с поплавком 8.

В устройствах на рис. 1177—1179 распределительная чаша заменена диском. На рис. 1179 распределительный диск заключен в колпак 9, устраняющий разбрызгивание металла в начале разливки на стенку кристаллизатора.

Фирма International Patent Research and Investment Company рекомендует (1955 г.) регулировать истечение металла из питающего трубопровода в жидкую литейную лунку посредством плоского диска, укрепленного на поплавке с теплоизолирующим кожухом 6; поплавок может быть уравновешен противовесом.
По предложению Росси питающий трубопровод вводится в кристаллизатор с небольшим зазором, не превышающим 3 мм; поэтому при возвратно-поступательном движении кристаллизатора металл не проходит в зазор и не переливается (рис. 1180). Во время литья кристаллизатор можно смазывать. Для литья меди, латуни и алюминия можно применять трубопровод из металла, а для литья стали — из огнеупорного материала. Внутренний диаметр питающего трубопровода должен быть таким, чтобы можно было подавать металл с большей скоростью, чем максимальная скорость вытягивания затвердевшего слитка. Преимущество этого способа заключается в том, что снижается окисление жидкого металла, так как последний почти полностью закрыт в кристаллизаторе.

Согласно предложению фирмы Allmanna Svenska Elektriskа Aktiebolaget, подвод расплавленного металла к кристаллизатору, в особенности при непрерывном литье стали, осуществляется с помощью промежуточной трубы. На рис. 1181 показано соответствующее устройство; катушка 1 соединена с двумя генераторами 2, вращающимися синхронно. На рис. 1182 показан силовой поток магнитных линий в данном устройстве.

Цункель в 1937 г. для регулирования подачи металла предложил способ, показанный на рис. 1183 и 1184; в этом случае скорость истечения остается постоянной до тех пор, пока зеркало металла в воздухопроницаемом сосуде не достигнет нижнего конца трубы.

Юнг и Дьер в 1884 г. предложили показанное на рис. 1185 устройство для регулирования подачи металла. Резервуары 1 и 2 связаны с общим желобом 3. По показаниям поплавка 4 регулируется с помощью клапанов 5 и 6 уровень металла в желобе 3, а следовательно, и скорость, с которой металл течет из желоба в кристаллизатор.
На рис. 1186 показано устройство фирмы Electrolytic Products Company для автоматического поддержания равномерной подачи металла в машине для литья свинца. Зеркало металла в промежуточном резервуаре 1 и, следовательно, в воронке 4 можно изменять путем поворота колена 3 переливной трубы 2. Труба 5 связана с открытой с обоих концов вертикальной трубой 6, верхняя часть которой выходит из металлической ванны.

На рис. 1187 показано автоматическое приспособление фирмы Continuous Casting Corporation для регулирования подачи металла в гусеничный кристаллизатор. В удлиненной части 1 разливочного ковша уровень металла поддерживается постоянным при помощи поплавка 2 и клапана 3.

Приведенное на рис. 1188 устройство усовершенствовано в 1914 г.
Наги построил регулирующее устройство к установке для литья проволоки из мягких сплавов (рис. 1189). Металл поступает из разливочного ковша в резервуар 1 по трубе 2. Клапан 3 управляется поплавком 4. Зеркало металла в промежуточном ковше 5 автоматически поддерживается на одной и той же высоте; металл вытекает из него с постоянной скоростью через специальное отверстие.

На рис. 1190—1192 показаны устройства, предложенные Юнгансом. На рис. 1190 печь 1 и промежуточный резервуар 2 с выпускным соплом 3 соединены между собой. Сечение отверстия в нижней части печи 1 таково, что в промежуточный резервуар 2 всегда поступает расплавленного металла несколько больше, чем вытекает через сопло 3. Избыток металла стекает в резервуар 4. Устройства на рис. 1191 и 1192 служат для того, чтобы как можно меньшее количество металла перетекало в резервуар 4. В промежуточном резервуаре установлен поплавок 5, регулирующий поступление металла из печи.

Гаррис в 1929 г. предложил показанный на рис. 1193 регулировочный бачок. В этом устройстве клапан 1 управляется поплавком 2.

В конструкции Юнганса, представленной на рис. 1194 и 1195, над приемным резервуаром 2, из которого металл через сливной носок 3 поступает в кристаллизатор 1, укреплен подводящий желоб 6. Последний имеет съемный стакан 5 с отверстием 8 для пропуска металла. Клапан 9 шарнирно связанный с коромыслом 4 посредством штока и перекладины 7, устанавливают так, чтобы скорость поступления расплава из желоба соответствовала скорости литья. Противовес 10 уравновешивает вес приемного резервуара с металлом. Если количество металла, поступающего в приемный резервуар, уменьшается, последний становится легче и перемещается вверх вместе с клапаном 9; так как желоб 6 стоит на месте, поперечное сечение отверстия 8 увеличивается, вследствие чего увеличивается и поступление металла до тех пор, пока снова установится равновесное состояние. При увеличенном притоке металла приемный резервуар становится тяжелее; он опускается и клапан уменьшает сечение отверстия.

Моран и Марго установили промежуточный резервуар 1 на одном плече коромысла 3, на другом плече которого находится передвижной противовес 2 (рис. 1196). Если уровень металла поднимается, то промежуточный резервуар опускается из-за увеличения веса и, нажимая кнопку 4, прерывает электрический ток, управляющий механизмом наклона плавильной печи 5. Расплав равномерно течет из промежуточного резервуара в распределительный резервуар 6 или непосредственно в кристаллизатор. В промежуточном резервуаре уровень жидкого металла должен быть невысоким, чтобы регулирующее устройство реагировало на малейшие колебания уровня зеркала расплавленного металла.
Сложные устройства для автоматического регулирования подачи металла, применяемые при литье легких металлов, слишком чувствительны для использования их при разливке металлов с высокой температурой плавления (железо, сталь, бронза и латунь). Учитывая это, фирма Wieland-Werke AG в 1945 г. изготовила устройство, показанное на рис. 1197 и 1198. Из печи 1 по сливному желобу 2 расплав поступает в сосуд 3 такой емкости, что металл заполняет его в течение нескольких минут с установившейся скоростью без стока в кристаллизатор 4. Разливочное устройство установлено на опору, позволяющую поворачивать и наклонять его при помощи рукоятки 5. Труба 6 защищает струю от окисления, а кольцевая горелка 7 предохраняет от окисления жидкий металл в кристаллизаторе.

Устройство фирмы Mansfeld AG (1943 г.) для автоматического регулирования поступления металла при непрерывном литье показано на рис. 1199.

Металл из качающейся раздаточной печи 1 течет по желобу 2 в сосуд 3, на дне которого имеется сопло 4 с клапаном 5. Вначале разливки клапан 5 открыт и металл свободно перетекает в сосуд 6. Механизм 19 регулирует степень наклона печи таким образом, что в сосуде 3 всегда имеется определенное количество металла. Из сосуда 6 металл поступает по желобу 7 в кристаллизатор 8. Поплавок 9 через коромысло 11 и тяги 10 и 12 связан с клапаном 5. Регулируемые упоры 15 ограничивают в точке 13 угол наклона коромысла 11. С помощью приспособления 16 регулируется длина тяги 10, а с помощью передвижного груза 17 может быть установлено такое положение, что в начале разливки перевешивает то плечо рычага, на котором висит поплавок 9. При подъеме зеркала металла поднимается и поплавок 9, включающий через реле 14 механизм опускания стола 18. Поплавок 9 одновременно управляет клапаном 5, регулирующим сечение выпускного отверстия в соответствии со скоростью опускания стола.

Главное преимущество этого регулирующего устройства заключается в том, что при равномерной подаче металла происходит очень равномерное затвердевание слитка, уменьшается брак склонных к растрескиванию сплавов легких металлов. Очень важно и то обстоятельство, что металл поступает в кристаллизатор под очень малым углом наклона.
Фирма Wieland-Werke AG (1943 г.) поместила распределительную промежуточную чашу, соединенную с желобом 1, на зеркало металла в кристаллизаторе (рис. 1200). Желоб 1 установлен на опоре и уравновешивается грузом, расположенным на рычаге 2. При изменении уровня металла в кристаллизаторе изменяется положение желоба с конусом 3, а следовательно, и сечение выпускного отверстия питающей трубы 4.

Фирма Mansfeld AG в 1943 г. предложила регулирующее устройство, показанное на рис. 1201. Здесь металл из плавильной печи подается в промежуточный резервуар 1, установленный над кристаллизатором 4. В лунке отливаемого слитка 3 устанавливается поплавок 2. Истечение металла из резервуара 1 регулируется игольчатым клапаном 7. Целесообразно выполнять нижнюю часть поплавка в соответствии с формой фронта затвердевания. Вокруг клапана 7 имеется желоб 5, из которого металл через выпускные отверстия вытекает в кристаллизатор. Для установки поплавка имеются три ручки 6. Поплавок и клапан полностью или частично изготавливаются из металла, графита или керамики.

Фирма Julius August Erbsloh KG в 1950 г. для регулирования количества поступающего металла, поддержания постоянного уровня и равномерного веерообразного распределения металла по сечению кристаллизатора предложила устройство, представленное на рис. 1202 (разрез по AB) и 1203. К поплавку 1 с помощью деталей 4 прикреплена направляющая пластина 2. Деталь 3 передает движение поплавка на устройство, регулирующее подачу металла.
Для устранения переливания металла из кристаллизатора, фирма Continuous Casting Corporation 1915 г. спроектировала пневматическое устройство, показанное на рис. 1204, автоматически регулирующее истечение расплавленного металла из разливочного резервуара в зависимости от колебания уровня металла в кристаллизаторе. Графитовый стакан 1, установленный в донном отверстии разливочного ковша 4, имеет каналы 2, через которые по трубе 3 в питающую трубу нагнетается нейтральный газ. Газ выходит через трубу до момента погружения трубы под уровень расплавленного металла. Насос 5 подает воздух через закрытый сосуд 6, частично наполненный каким-нибудь жидким углеводородом. Из сосуда 6 газ идет по трубе 7 в трубу 5 и в цилиндр 8 с поршнем 9. При ходе поршня вверх шток 10 нажимает на коромысло 11; коромысло имеет регулируемую пружину 12. Когда уровень металла в кристаллизаторе поднимается и запирает отверстие питающей трубы, давление в цилиндре 8 повышается, заставляя подниматься поршень 9; при этом постепенно опускается клапан, связанный с рычагом 11, и соответственно уменьшается поступление металла из разливочного ковша, до тех пор пока не восстановятся нормальные условия работы.
В регулирующем устройстве Коатса (1919 г.), показанном на рис. 1205, в верхней части кристаллизатора 3 установлен стакан 1 с выпускными отверстиями 2. Труба 4, соединенная с пневматическим аппаратом, представленным на рис. 1206, входит в жидкую литейную лунку слитка сквозь стенку стакана 1. Пока конец трубы находится в расплаве, в трубе и пространстве под поршнем 6 создается разрежение эжектором 5; при этом цилиндр 7, соединенный рычагом со штоком клапана, поднимается и подача металла прекращается.

При опускании уровня металла обнажается нижний конец трубы 4, цилиндр 7 опускается, шток клапана автоматически поднимается и подача металла продолжается.

Для регулирования расхода металла, кроме механических, создан ряд электрических устройств.
Миллен в 1915 г. предложил показанное на рис. 1207 автоматическое устройство для регулирования расхода металла в зависимости от колебаний уровня в машинах с вертикальным расположением кристаллизаторов. Кристаллизатор состоит из отдельных частей, связанных между собой. Донное отверстие разливочного резервуара 1 перекрывается клапаном 2, шарнирно подвешенным к коромыслу 4 на штоке 3. Коромысло, установленное на призме 5, связано с сердечникам 7 соленоида 8 и имеет передвижные грузы 6. Электрическая цепь соленоида образована проводами 9 и 11, батареей 10, соленоидом 8 и проводом 12, соединенным со станиной литейной машины, а следовательно, и с металлом в кристаллизаторе. Провод 9 вводится по кварцевой трубке 13 в полость кристаллизатора. Когда нижний конец его соприкасается с зеркалом жидкого металла, электрическая цепь замыкается и клапан 2 перекрывает струю металла в кристаллизатор. Клапан 2 и трубу 14 рекомендуется изготовлять из угольных электродов, а фланец 15 и трубу 16 — из графита. Нижний конец провода 9 целесообразно защищать угольными или графитовыми колпачками.

Аналогичный регулирующий механизм Коатс предусмотрел впоследствии для своего разливочного устройства.

Фирма Almanne Svenska Elektriska Aktiebolaget применила при непрерывном литье стали электрическое управление разливочным ковшом в зависимости от уровня металла в кристаллизаторе на основе измерения температуры охлаждающей воды вблизи зеркала расплавленного металла. На рис. 1208 показано это устройство. Верхняя часть 1 кристаллизатора отделена от его основной части 2. Прибор 3 измеряет разность температуры воды; сигналы от этого прибора поступают в систему электромагнитного управления электродвигателем 4, регулирующим наклон ковша.

В другой конструкции прибора разность температур измеряется с помощью специального прибора, главным элементом которого является мостик Уитстона.

Фирма The Babcock and Wilcox Company также автоматически регулирует подачу металла в зависимости от изменения уровня металла, определяемого по изменению температуры внутренней стенки кристаллизатора. На рис. 1209 показана верхняя часть кристаллизатора. Температура стенки 1 замеряется при помощи термопар 2, которые, как показано на рис. 1210 и 1211, соединены последовательно; в первом случае холодные спаи 3 расположены вне кристаллизатора, во втором — у наружной поверхности стенки 4 его.

На рис. 1212 платиновое сопротивление 5 находится вблизи внутренней поверхности стенки; на рис. 1213 температурный датчик образован частью стенки кристаллизатора. Температура стенки обычно не превышает 230°, даже если температура расплава поднимется до 1650°.

В 1949 г. фирма The Babcock and Wilcox Company предложила сложное автоматическое устройство, регулирующее угол наклона печи в зависимости от уровня металла в кристаллизаторе; уровень металла контролируется поплавком, рентгеновскими лучами или фотоэлектрическим прибором.

По предложению фирмы Vereinigte Leichtmetall-Werke GmbH уровень металла в кристаллизаторе или в распределительном резервуаре определяется с помощью светового луча, направляемого на фотоэлементы. Если отражающая способность расплава недостаточна, то луч отражает от зеркала, укрепленного на поплавке; изменение положения зеркала связано в этом случае с изменением уровня металла в кристаллизаторе.
Такое устройство показано на рис. 1214. Отраженный от кристаллизатора 2 световой луч 1 направляется зеркалом 3 на фотоэлементы 4.

Для поддержания постоянного уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали и других металлов фирма Allegheny Ludlum Steel Corporation предложила устройство, показанное на рис. 1215. Из наклоняющегося ковша 1 металл течет в промежуточный резервуар 2, а из последнего — в кристаллизатор 3. Промежуточный резервуар конической формы с выпускным стаканом 4 изготовлен из огнеупорного материала. В резервуаре имеется огнеупорный сердечник 5 с каналами 6 в нижней части его. Над ним установлена воронка 7 из огнеупорного материала с отверстиями 8 в дне. Промежуточный резервуар окружает охлаждаемая водой индукционная катушка 9, связанная с трансформатором 10. Первичная обмотка последнего соединена с источником переменного тока. Ток, индуцированный в металле, наполняющем кольцевой зазор вокруг сердечника 5, замедляет поток металла в промежуточном резервуаре. В стенку кристаллизатора 3 встроен температурный датчик 11, связанный с усилителем 12.
Если в процессе разливки зеркало металла находится на нужном уровне 13, то ковш 1 наклоняется так, что в промежуточный резервуар подается такое количество металла, какое вытекает через стакан 4 в кристаллизатор. Как только уровень металла превысит отметку 13, температурный датчик 11 увеличивает силу тока в катушке 9, а следовательно, и в кольцевом зазоре вокруг сердечника 5; поток металла замедляется. Одновременно уменьшается скорость изменения угла наклона ковша 1.

Если зеркало металла опускается ниже уровня 13, торможение уменьшается и скорость изменения угла наклона ковша увеличивается.

Если необходимо ускорить наклон ковша независимо от автоматического управления, достаточно нажать кнопочный выключатель 14.

Фирма Allegheny Ludlum Steel Corporation предложила схему, позволяющую посредством кнопочного выключателя возвратить ковш 1 в вертикальное положение.

На рис. 1216 показано устройство, работающее на другом принципе. Здесь уровень металла в промежуточном резервуаре 2 регулируется с помощью огнеупорного конуса 15. При подъеме зеркала металла в кристаллизаторе выше уровня 13 автоматически поднимается конус 15, вследствие чего опускается уровень металла в промежуточном резервуаре 2 и замедляется истечение из него жидкого металла; с другой ста роны, уменьшается скорость поворота ковша 1. Если же зеркало ме талла в кристаллизаторе опускается ниже уровня 13, то конус 15 глубже погружается в расплав промежуточного резервуара 2, а скорость поворота ковша 1 увеличивается.
По предложению фирмы International Patent Research and Investement Company уровень металла в промежуточном резервуаре регулируется с помощью поплавка, воздействующего на систему электрического управления механизмом поворота плавильной печи.

Это устройство работает с поплавком. Оно функционирует следующим образом: когда зеркало металла в кристаллизаторе поднимается, поплавок, расположенный в нем, уменьшает подачу металла. Это влечет за собой повышение уровня металла в промежуточном резервуаре, и поплавок, расположенный в нем, дает импульс на прекращение поворота печи.
На рис. 1217 и 1218 показано устройство фирмы Allegheny Ludlum Steel Corporation для электромагнитного регулирования расхода металла. Оптический датчик 1 связан через усилитель 2 и дроссель 3 с главной обмоткой 4 магнитного сердечника 5; 8 и 9 — дополнительные обмотки на полюсах 6 и 7, плотно пригнанных к выпускной трубе 10 воронки 11.

Дополнительные обмотки соединены между собой проводом 12, а с помощью деталей 13 и 14 — с вольфрамовыми электродами 15 и 16; они установлены по отношению к полюсам сердечника под углом 90°. Магнитные силовые линии и электрический ток воздействуют на металл, проходящий через выпускную трубу 10.

В другом конструктивном выполнении выпускная труба 10 из графита, стабилизированной окиси циркония или чугуна состоит из двух половин с прокладками между ними из электроизоляционного огнеупорного материала; автоматическое регулирование уровня металла в кристаллизаторе осуществляется устройством, состоящим из источника гамма-излучения с радиоактивным кобальтом и приемником из сульфида кадмия.





Яндекс.Метрика