28.03.2018

Металлические рабочие поверхности кристаллизатора


В качестве материала, из которого изготовляют кристаллизаторы, находят применение различные металлы, в первую очередь медь, алюминиевые сплавы, чугун и сталь. Способ изготовления — чаще всего литье или ковка.

В некоторых случаях кристаллизаторы изготовляют путем механической обработки сплошного слитка.

Особенно в тех случаях, когда имеет место скольжение разливаемого слитка в кристаллизаторе, степень чистоты рабочих поверхностей должна приниматься насколько возможно высокой.

Фирма Elrod Slug Casting Machine Company в 1922 г. рекомендовала изготовлять детали кристаллизаторов для непрерывного литья легких металлов, особенно типографских сплавов из чугуна. При этом рекомендовалась полировка деталей с применением тяжелых масел и последующее выпаривание масла путем нагрева. Этим способом имелось в виду получить гладкую зеркальную поверхность, не нуждающуюся в предварительной приработке.

Фирмой Wieland-Werke в 1941 г. было отмечено, что неравномерное образование смазочной пленки между заготовкой и стенкой кристаллизатора может происходить даже при равномерной подаче смазки, если рабочие поверхности кристаллизатора имеют пороки в виде углублений и царапин. Эти неровности рабочей поверхности и вызывают неравномерный подвод смазки. В связи с этим фирмой было предложено наносить на рабочие поверхности износостойкое металлическое покрытие, например, из серебра или хрома, и полировать до зеркального блеска.

Аналогично предложение завода Leichtmetallwerke Rackwitz, предусматривающее устранение неровностей рабочей поверхности кристаллизатора с помощью металлического покрытия материалом более высокой твердости, чем материал кристаллизатора, с последующей полировкой поверхности. Оптимальная толщина хромированного слоя определялась в 0,05—0,1 мм.

Вебстер в 1949 г. предусмотрел применение кристаллизатора для литья латуни с покрытием из хрома или вольфрама.

Фирма Stahl und Rоhrenwerk Reisholz в 1950 г. предложила изготовлять кристаллизаторы главным образом для непрерывного литья стали методом холодной протяжки, обеспечивающим получение особо гладкой и плотной рабочей поверхности.

Этот метод дает возможность легко варьировать толщину стенок, подбирая ее при изготовлении различных кристаллизаторов соответственно конкретным условиям эксплуатации. Внутренние рабочие поверхности стенок кристаллизатора целесообразно подвергнуть поверхностному упрочнению.

Фирма Bohler в 1951 г. предусматривала в установке для непрерывного литья тугоплавких металлов, особенно стали, применение кристаллизаторов с жидкостным охлаждением, выполненных из алюминия или его сплавов, например из Al-Cu-Mg c 3%-ным содержанием Cu. Преимущество алюминия заключается в его высокой теплопроводности. По долговечности алюминиевые кристаллизаторы соответствуют обычным железным кристаллизаторам. Путем оксидирования получают рабочую поверхность, способную особенно хорошо удерживать смазочную пленку.

Предложение завода Eisenwerke Gelsenkirchen, сделанное в 1953 г., предусматривало изготовление кристаллизаторов из легированной или обычной стали или даже из чугуна, у которых внутренняя рабочая поверхность насыщалась алюминием диффузионным методом, например путем алитирования. Такое насыщение тем более благоприятно, что Al2O3, из которого состоит самый крайний слой рабочей поверхности кристаллизатора, проходит через алюминиевый слой и промежуточные слои железоалюминиевых -соединений в основной металл кристаллизатора.

Насыщение алюминием не столь важно как средство против выгорания, в первую очередь его значение состоит в создании износоустойчивой поверхности и в образовании теплового подпора, обеспечивающего благоприятные условия для равномерного затвердевания заготовки по всему поперечному сечению.

Стойкая против коррозии рабочая поверхность, кроме того, предотвращает возникновение пороков, вызываемых воздействием атмосферы, а также «налипание» металла. Обработанные описанным образом кристаллизаторы одинаково хорошо работают как в холодном, так и в разогретом состоянии.

Юнганс в 1937 г. предложил изготовлять обычный несоставной проходной кристаллизатор электролитическим способом с тем, чтобы получить чистую рабочую поверхность, лучшую теплопроводность и, как следствие, улучшенную однородность отливки, особенно в поверхностной зоне.

Особое преимущество кристаллизатора, полученного электролитическим методом, заключается в представляемой им возможности осуществлять различные модификации процесса непрерывного литья, например непрерывное литье конических или ступенчатых заготовок из соответственно конических или ступенчатых кристаллизаторов. Кроме того, изготовленные таким образом кристаллизаторы свободны от внутренних напряжений и поэтому не подвержены короблению в такой мере, как кристаллизаторы, выполненные из листов.

Металлические кристаллизаторы, предназначенные для непрерывного литья заготовки круглого и прямоугольного сечения, изготавливают в большинстве случаев из заготовок, характеризующихся деформированной структурой металла, из труб или кованых колец, но в некоторых случаях применяется и литье. Для устранения небольших поверхностных пороков, имеющихся на таких заготовках, их внутренние рабочие поверхности подвергают механической обработке.

Фирмой Wieland-Werke в 1941 г. было отмечено, что при обычной механической обработке с круговым движением режущего инструмента остающиеся на рабочей поверхности риски, направленные перпендикулярно движению заготовки, могут служить причиной образования трещин и других пороков на поверхности заготовок.

Для устранения этого недостатка необходима механическая обработка рабочей поверхности цилиндрического кристаллизатора, оставляющая риски только в направлении движения заготовки. В этом случае при движении заготовки частицы металла, заполняющие углубления от рисок на поверхности кристаллизатора, свободно передвигаются в них, не подвергаясь деформации. По этим же соображениям целесообразно придать неизбежным следам от резца как можно более плоскую форму, для чего рекомендуется требующуюся механическую обработку резцом предусматривать не в качестве окончательной операции технологического процесса, а наоборот, одной из первых.

Кристаллизаторы фирмы Aluminium Industries AG (1950 г.), предназначенные для непрерывного литья алюминия и его сплавов, имеют очень мелкие продольные канавки, благодаря чему исключаются не-слитины металла и ликвационные наплывы.

Так один из этих кристаллизаторов, бронзовый с внутренним диаметром 110 мм и высотой 70 мм снабжен продольными канавками глубиной около 0,1 мм и шагом 0,5 мм, поднимающимися на высоту, несколько превышающую уровень зеркала металла при литье.

Канавки на рабочей поверхности кристаллизатора выполнены с помощью специального ролика.

Кристаллизатор имеет слегка коническую форму, его нижний диаметр около 111 мм. Он использовался для непрерывного литья алюминиевых сплавов с 12% Si и небольшими добавками магния, меди и никеля. Сплавы характеризуются узким интервалом затвердевания и особенно склонны к высоким поверхностным напряжениям. При разливке таких сплавов в кристаллизаторах с гладкой рабочей поверхностью получаются неслитины, ориентированные в направлении, перпендикулярном к оси кристаллизатора. При литье в кристаллизатор с рифленой поверхностью неслитины не образуются. На затвердевшей заготовке получаются лишь мелкие продольные риски глубиной около 0,02 мм, направленные по движению заготовки.
Ирман в 1952 г. объяснил причины возникновения этих продольных рисок. Схема процесса образования неслитин представлена на рис. 1388.

Под действием гидростатического давления столба металла, корка окислов прорывается жидким металлом в различных местах. Как показывает стрелка А, металл течет по направлению к стенкам кристаллизатора и застывает прежде, чем может соединиться с нижележащим покрытым окислами жидким металлом. При прорыве корки на другом ниже расположенном участке мениска, находящемся ближе к стенке кристаллизатора (стрелка В) слой окислов выжимается вверх и вытекший металл может войти в контакт со стенкой кристаллизатора, не образуя неслитин. Важно отметить также, что прорыв металла происходит не в одном месте, а по всей внешней поверхности, и притом непрерывно или, по крайней мере, с короткими регулярными интервалами.

Желаемый эффект достигается кристаллизатором, имеющим рифленую рабочую поверхность (рис. 1389). Расстояние между смежными рифами около 1 мм, глубина — десятые доли миллиметра.

На рис. 1390 показано сечение кристаллизатора. Выступающими зубцами 1 мениск пленки окислов частично прорывается. Жидкий металл 2 стремится проникнуть в канавку 3, чему препятствует сила поверхностного натяжения. Покрытая окислами поверхность металла растягивается и прорывается в направлении стрелки. Такое же действие выступающие зубцы, очевидно, производят при возвратном движении заготовки. Вероятно, теплоизолирующая воздушная прослойка в канавках 3 благоприятствует соединению более холодного металла, примыкающего к стенкам кристаллизатора с заливаемым горячим металлом.

Недавно преимущества кристаллизаторов с рифленой рабочей поверхностью при литье алюминия и его сплавов были реализованы фирмой Pechiney.

Чрезмерно большая скорость непрерывного литья способствует возникновению шнуровидных наплывов; при малой скорости разливки возникают неслитины. По данным фирмы Manesmann, применение кристаллизаторов с рифленой рабочей поверхностью, у которых продольные оси гребней и впадин на рабочей поверхности параллельны оси кристаллизатора, дает возможность повысить скорость литья. Затвердевшая волнистая оболочка заготовки там, где вследствие сжатия кристаллизатора она отделится от его стенок, может (не вызывая разрывов) под действием ферростатического давления деформироваться до полного прилегания к стенкам кристаллизатора.

Желательно, чтобы полость кристаллизатора не расширялась книзу. Лучше, если поперечное сечение полости кристаллизатора остается постоянным или даже сужается книзу.

Цюблин в 1936 г. проводил исследования по определению максимальной скорости затвердевания отливаемого металла и, таким образом, получения мелкокристаллической структуры. Он рекомендовал с этой целью конструкцию кристаллизатора, в котором рабочая поверхность образуется внешними концами большого числа тонких проволок или пластинок или пространством, непосредственно примыкающим к этим концам. Длина этих проволок или пластинок, а также частота их размещения выбраны такими, чтобы их охлаждающее действие совместно с силами поверхностного натяжения предотвращало проникновение разливаемого металла к несущим звеньям конструкции. Таким образом, при литье заготовки между отдельными проволоками и несущими звеньями, в которых они закреплены, с одной стороны, и металлом, с другой, остается свободное пространство.
Кроме получения мелкокристаллической структуры металла, преимущество предложенной конструкции заключается еще и в возможности непосредственного отвода наружу большей части тепла через пространство, в котором для этого, например, можно создать мощный поток воздуха. Положительным является также то, что металл при непрерывном литье не соприкасается с собственно стенками кристаллизатора, что позволяет выполнять эти стенки из материалов, которые раньше не могли .находить применение для этой цели. На рис. 1391 показана схема гусеничного кристаллизатора с такими стенками.

Аналогичное предложение было сделано в 1943 г. фирмой Durener Metallwerke AG с целью устранения усадочных трещин. Стенки кристаллизатора представляют собой металлические прутки, свободные концы которых отогнуты вниз, а пружинящие прилегают к поверхности отливаемого слитка (заготовки).

Прутки соответствующим образом закрепляются в общей камере, через которую циркулирует охлаждающая жидкость. Камера может разделяться в продольном, поперечном или в том и другом направлениях одновременно.





Яндекс.Метрика