книги из ГПНТБ / Горизонтальное непрерывное литье цветных металлов и сплавов

Несколько позднее горизонтальным способом непре­ рывного литья стали изготовлять алюминиевые шины для электролизных вамп [5]. Горизонтальные машины для этой цели внедрены французской фирмой «Сосайт де электро-Химис де Южине» совместно со швейцарской фирмой «Гаучи электро-Фоиз». В настоящее время стро­ ят новые заводы во Франции, Канаде, Камеруне, Шве­ ции и ФРГ, на которых устанавливают горизонтальные машины непрерывного литья Южин — Гаучи. Особенно­ стью кристаллизатора машины Южин — Гаучи является то, что для улучшения стабильности процесса он от мсталлоприемника отделен утолщенной теплоизоляцион­ ной плитой, и отверстие для подвода жидкого металла расположено ниже оси кристаллизатора. Механизм вы­ тягивания представляет собой передвижную тележку со смонтированными на ней затравками. На машине Южин — Гаучи отливают прямоугольные заготовки се­ чением до 700X200 мм, круглые — диаметром от 25,4 до 203,2 м, а также толстостенные трубы.

В конце 50-х годов разработана и внедрена в про­ мышленность машина Тессмана для литья заготовок из алюминиевых сплавов. Особенностью машины является то, что кристаллизатор совершает возвратно-поступа­ тельное движение в горизонтальной плоскости [2].

Японская фирма «Ниппон консультант Комо» [6] разработала и изготовила горизонтальные машины (НКК), широко применяемые па заводах по обработке меди и ее сплавов. На них отливают прутки круглого, квадратного, шестигранного сечений и трубные заготов­ ки. Машина НКК состоит из наклоняющейся плавиль­ ной печи и миксера, в боковой стенке которого установ­ лены легко заменяемые графитовые кристаллизаторы с водяным охлаждением. Прерывистое вытягивание заго­ товок из кристаллизатора производят с помощью клеще­ вого механизма с' гидроцилиндрами. Такой механизм позволяет работать с числом ручьев до четырех. При от­ ливке заготовок большого сечения с числом ручьев до двух для вытягивания применяют приводные тянущие ролики.

ВСША [7] фирмой «Чейз Брасс энд Конка Ко» сдан

вэксплуатацию завод по производству медных труб, на котором применяется новый технологический процесс, включающий горизонтальную непрерывную отливку по-

10

.пых заготовок п последующую холодную прокатку их на четырехинточном стане и барабанное волочение до тре­ буемых размеров.

В 1964 г. [8] фирма «Крупп» начала эксплуатиро­ вать автоматизированную машину горизонтального типа для полунепрерывного литья тяжелых цветных метал­ лов. На машине получают заготовки диаметром до 250 мм и полосу размером 640X80 мм, длиной 6—8 м. Машина состоит из разливочного и тянущего устройств, установленных на передвижной тележке для перемеще­ ния к плавильным печам.

За рубежом появились исследования [9], показыва­ ющие, что заготовки из оловянных бронз с небольшим содержанием олова, полученные способом горизонталь­ ного непрерывного литья, имеют такие же механические свойства, что и заготовки с высоким содержанием оло­ ва, отлитые в песчаные формы. Возможность экономии олова и более высокое качество заготовок обусловлива­ ют целесообразность замены литья в песчаные формы способом горизонтального непрерывного литья. На осно­ вании проведенных исследований свойств оловянных и оловянно-цинковых бронз, полученных способом горизон­ тального непрерывного литья (диаметр заготовок 28, 40 и 80 мм), было предложено применять оловянную брон­ зу с 10% Sn и оловянноцинковую с 5% Sn и 7% Zn.

В работе [10] сообщается, что горизонтальные маши­ ны непрерывного литья цветных металлов, изготовляе­ мые в ФРГ, можно быстро перестраивать из одноручье­ вых в двухручьевые, а последние — в четырехручьевые. Конструкция машин позволяет также заменять один мик­ сер, не демонтируя его, другим вместе с новыми кри­ сталлизаторами, предназначенными для получения за­ готовок в два или четыре ручья. В машинах последних конструкций применяют вибрирующее вытягивающее устройство, которое обеспечивает получение изделий вы­ сокого качества.

По литературным данным [11], в ФРГ изготовляют горизонтальные машины непрерывного литья меди, бронзы, латуни, медноникелевых сплавов, чугуна. На машинах можно отливать заготовки диаметром 12,7— 380 мм, трубные заготовки, а также прутки квадратного (со стороной квадрата от 19 до 305 мм) и прямоуголь­ ного (203X508 мм) сечений. Горизонтальные машины

11

непрерывного литья [12] могут быть установлены в ли­ нии холодной прокатки и волочения для непрерывного производства продукции. Качество литья и готовой про­

В Финляндии [13] в 1969 г. внедрена технология го­ ризонтального непрерывного литья. За год работы ма­ шины получено около 2700 т литых заготовок. Для плав­ ки и разливки были применены качающиеся индукцион­ ные печи мощностью 250 кВт. Операции загрузки шихты и разливки происходят непрерывно. Смена графито­ вого кристаллизатора производится без опорожнения и охлаждения печи. Один тип машин служит для отливки

менее 50 мм в четыре ручья. Машина имеет летучую пи­ лу с абразивным кругом для резки. Круглая заготовка, предназначенная для холодной прокатки и волочения на проволоку, свертывается в бухты массой 50—2000 кг. Для свертывания бухт большой массы применяют гид­ равлическое устройство. Производительность машины составляет около 50 т/месяц. Несмотря на небольшую скорость литья, процесс может иметь высокую степень автоматизации. Отмечается, что оборудование завода уже устарело и будет совершенствоваться. Способом горизонтального непрерывного литья производят пло­ ские заготовки сечением 50X380 мм из алюминиевой латуни и алюминиевой бронзы с 8—9% А1 для горячей прокатки. Из латуни с 2% А1 и свинцовой латуни отли­ вают круглые заготовки диаметром 100 мм, которые разрезают на мерные длины и после сверления и обточ­ ки подают к вертикальному прессу для горячего прессо­ вания. Проволочную заготовку для холодной деформа­

12

наиболее целесообразно отливать горизонтальным спо­ собом из сплава с 10% Ni, легированного железом и марганцем. В этом случае стойкость графитовых кри­ сталлизаторов выше. Полые заготовки отливают в один ручей. Заготовки имеют наружный диаметр 60 мм, внут­ ренний— 44 мм. Они легко подвергаются холодной де­ формации прокаткой и волочением. Монетный сплав с 25% Ni отливают в полосы сечением 20X240 мм, суточ­ ный выпуск составляет 6—7 т при сроке службы крис­ таллизатора 2 суток.

В США построена горизонтальная машина непрерыв­ ного литья меди, алюминия, медных и алюминиевых сплавов, позволяющая отливать сплошные и полые заго­ товки диаметром 6,35—15,2 мм, прямоугольник шириной до 660 мм и толщиной до 12,7 мм. Производительность машины при отливке полосы составляет 68—3400 кг/ч.

60 мин [14].

Непрерывное литье заготовок из нейзильбера и дру­ гих специальных медных сплавов внедрено в Англии [15]. В настоящее время работают три машины горизон­ тального непрерывного литья (четвертая готова к вводу в эксплуатацию) и две машины вертикального литья. Технологическая линия с горизонтальной машиной осна­ щена одной плавильной печью канального типа емко­ стью 1 т и миксером емкостью 3 т. На горизонтальной машине отливают полосы шириной до 457 мм, толщиной 6,35—19 мм. Считают, что возможна отливка полос ши­ риной 610 мм. Скорость литья находится в пределах 1,5—6,35 м/мин. Другая машина горизонтального непре­ рывного литья оснащена двумя плавильными печами каждая емкостью 0,5 т. Графитовые кристаллизаторы изготовляют в отдельном цехе, смена кристаллизатора производится один раз в неделю. Полученную круглую заготовку направляют непосредственно на 12-клетьевой проволочно-прокатный стан. Новая технология позволи­ ла удвоить выпуск проволоки за счет снижения количе­ ства отходов и улучшения качества продукции. Техноло­ гические линии оснащены новейшим оборудованием для отжига, установками для очистки и резки ленты, кото­ рую получают с допусками в пределах ±0,005 мм. В це­ лях сохранения высокого качества поверхности при пе­

13

ревозках большое внимание уделяется упаковке лепты. Отмечается, что в настоящее время—-это единственная фирма в мире, которая применяет непрерывное литье для производства специальных сплавов. 70% всего выпуска 1969 г. было экспортировано почти во все капиталисти­ ческие страны мира. Выпуск продукции пяти технологи­ ческих линий составляет 200 т в неделю. В настоящее

тального непрерывного литья. Заготовки отливают сплошные и полые, круглого, квадратного, шестигранно­ го, прямоугольного сечения из меди, алюминия п спла­ вов на медной или алюминиевой основе.

В нашей стране первыми по созданию горизонталь­ ных машин являются исследования братьев А. Н. Мясоедова и Л. Н. Мясоедова [16], которые испытали че­ тыре модели машины горизонтального непрерывного литья свинца. Были опробованы способы литья на же­ лоб, па пластинчатый транспортер, двигающийся внача­ ле относительно горизонтальной, а затем вертикальной оси, и, наконец, способ литья в кристаллизатор. Эти опыты были начаты в 1935 г. и в 1937 г. была получена заготовка из свинца длиной 10 м. Машина, на которой были проведены успешные эксперименты, состояла из печи, металлоприемника с заслонкой, кристаллизатора и тянущих роликов. Кристаллизатор изготовляли из чу­ гуна, красной меди или стали с толщиной рабочей стен­ ки 10 мм и длиной 100—300 мм. На основании опытных работ была спроектирована, горизонтальная машина не­ прерывного литья, на которой получили заготовку из свинца диаметром 18,3 мм и длиной 25 м. В дальнейшем эти работы не получили промышленного внедрения.

В 1946 г. появилось сообщение [17] о создании про­ цесса непрерывного горизонтального литья, предложен­ ного В. Г. Головкиным. Процесс заключался в том, что жидкий металл, находящийся в печи, вытекал через от­ верстие определенного сечения, подвергался непосредст­ венному охлаждению водой, затвердевал и в виде круг­

14

лой заготовки вытягивался в горизонтальном направле­ нии. Формирование заготовки происходило без кристаллизатора. Следует отметить, что отсутствие кри­ сталлизатора ограничивает применение этого способа для получения заготовок диаметром более 9 мм. Как указывается в сообщении, устойчивость данного процес­ са и качество продукции зависят от уровня металла в печи, диаметра отверстия, температуры металла, ин­ тенсивности охлаждения и скорости вытягивания. Эти факторы очень тесно связаны между собой и отклонение даже одного из них от оптимальной величины может привести к нарушению стабильности процесса. Скорость вытягивания заготовки из сплава Д1 диаметром 5— 8 мм была 36 м/ч.

В1964 г. В. И. Кулаков [18] опубликовал результа­ ты испытаний горизонтальной машины непрерывного литья алюминиевых деформируемых сплавов. Машина имела миксер, из которого жидкий металл сливался через летку по желобу в раздаточную кОробку (металлоприемник) с теплоизолированными стенками. Кри­ сталлизатор крепили к металлоприемнику при помощи болтов. Заготовка после выхода из кристаллизатора ох­ лаждалась водой па длине 80 мм. С целью уменьшения сил трения между стенками кристаллизатора и заготов­ кой, а также для улучшения качества поверхности заго­ товки были предприняты попытки подавать смазку. Од­ нако отработать конструкцию смазочного устройства и технологию разливки при непрерывной подаче смазки не удалось. В тянущем механизме установлены рифле­ ные ролики, при помощи которых осуществлялось вы­ тягивание заготовки.

В1961 г. на одном из заводов была построена маши­

на горизонтального непрерывного литья кадмия в прут­ ки диаметром 8,5 мм [19]. Машина состояла из стально­ го кристаллизатора длиной 300 мм, который во избежа­ ние соприкосновения расплавленного металла с воздухом и окисления кадмия непосредственно соединен с рафи­ нировочным котлом. Скорость вытягивания заготовки

13,8 м/мин.

Имеются некоторые сведения о работах по горизон­ тальному непрерывному литыо алюминиевых шин [20]. При этом сообщается, что были испытаны различные режимы литья алюминиевых шин в кристаллизаторах

15

горизонтального типа и, хотя положительных результа­ тов не было достигнуто, предполагалось после реконст­ рукции машины приступить к массовому производст­ ву шин.

Большой комплекс исследований процесса горизон­ тального непрерывного литья алюминия, магния и его сплавов проводят М. В. Чухров и И. П. Вяткин [21]. В 1961 г. была проведена первая серия опытов на гори­ зонтальной машине непрерывного литья заготовок диа­ метром 100 мм. Кристаллизатор длиной ПО мм был при­ креплен на шпильках к передней стенке металлоприемника. На выходе из кристаллизатора вода через отверстия диаметром 3,5 мм непосредственно поступала на вытягиваемую заготовку. На расстоянии 40—60 мм от кристаллизатора была расположена система вторичного охлаждения, представляющая собой трубки с отверстия­ ми, из которых вода поступала на заготовку. Тянущее устройство состояло из нижнего приводного и верхнего нажимного роликов, привод имел двигатель переменно­ го тока и редуктор, скорость литья можно было менять от 0,2 до 0,6 м/мин.

В дальнейшем на основании проведенных исследова­ ний эта машина была модернизирована. Основное от­ личие заключалось в следующем. На первой машине металлоприемник был установлен неподвижно, а кристал­ лизатор прикреплен к его передней стенке. Такое соеди­ нение затрудняло совмещение оси кристаллизатора с технологической осью машины из-за коробления металлоприемника. На второй машине схема соединения кри­ сталлизатора и металлоприемника была изменена. Кри­ сталлизатор был закреплен неподвижно, а металлопрпемник, имеющий значительно меньшую емкость, чем на первой машине, прикреплен к кристаллизатору. Метал­ лоприемник прижимался к кристаллизатору винтовыми прижимами. Обогревался он электрическими нагревате­ лями, установленными между внутренним и наружным кожухами металлоприемника. Кристаллизатор длиной 300 мм изготовляли из меди. Подвод металла из метал­ лоприемника в кристаллизатор производили по огне­ упорной втулке меньшего размера, чем кристаллизатор. Между торцом кристаллизатора и передней стенкой ме­ таллоприемника устанавливали теплоизоляционную прокладку. Скорость движения воды в кристаллизаторе

16

травкой и стенкой кристаллизатора и заклинивания затравки и не очень плотно забивать асбестом зазор между затравкой и стенкой кристаллизатора, чтобы обеспечить удаление газов из кристаллизатора при его заполнении металлом.

В результате исследований были разработаны основ­ ные технологические параметры литья заготовок диа­ метром 0,1 м из магния, магниевомарганцевого сплава и алюминия и заготовок прямоугольного сечения 0.06Х Х0.13 м из магния. Температура расплава в печи долж­

гивание заготовки производили непрерывно без перио­ дических остановок и возвратно-поступательного движе­ ния кристаллизатора со скоростью 0,3—0,5 м/мин. Уровень расплава над осью разливки 100 мм.

Придавалось большое значение окончанию процесса литья, которое проводилось в такой последовательности. Вытягивание и подачу воды продолжали до момента по­ явления конца заготовки из кристаллизатора и исполь­ зования почти всего металла из металлоприемника. При появлении конца заготовки сразу же останавливали при­

подавали воду для охлаждения кристаллизатора, а за­ тем извлекали заготовку. Такой порядок окончания про­ цесса определялся опасностью попадания воды между заготовкой и стенкой кристаллизатора при прекраще­ нии вытягивания. Вода могла попадать в металлопри­ емник, где всегда остается жидкий металл или его окислы.

М. В. Чухрсв и И. П. Вяткин придерживаются точки зрения, что при непрерывном литье обязательно должно быть постоянство формы и размеров лунки, т. е. фронт затвердевания должен быть неподвижен. Смещение его в любом направлении, вызываемое чаще всего отклоне­ нием от нормальных технологических параметров, ведет к нарушению устойчивости, процесса разливки и ее пре­ кращению. По мнению авторов, применение возвратнопоступательного движения или периодического вытяги­ вания заготовки, приводящее к изменению постоянства формы и размеров лунки, способствует нарушению ос­

15

температура металла и сплава, режим охлаждения за­ готовки, температура разогрева металлоприемника, тем­ пература воды, уровень металла или сплава в металлоприемнике. Отклонение от основных параметров разлив­ ки приводит к нарушению постоянства формы и размеров лунки и, как следствие этого, к обрыву заго­ товки и выливанию жидкого металла или сплава.

Разделяя, в целом, взгляды авторов о важности перечисленных технологических параметров, считаем необходимым отметить следующее. Наши исследования показали, что некоторые виды металлов или сплавов (медь, латунь, бронзу, припои) невозможно отливать с необходимой производительностью на горизонтальных машинах без возвратно-поступательного движения кри­ сталлизатора или периодических остановок заготовки при ее вытягивании. В результате этого при каждом ша­ ге возвратно-поступательного движения кристаллизато­ ра и периодическом вытягивании заготовки лунка меня­ ет свою форму и глубину. Тем не менее процесс литья протекает устойчиво в течение десятков часов и обеспе­ чивает высокое качество отливаемого металла или спла­ ва. Поэтому одним из важнейших параметров является шаг возвратно-поступательного движения кристаллиза­ тора или периодического вытягивания заготовки, а так­ же время возвратного и поступательного движения кри­ сталлизатора или время вытягивания каждого шага и продолжительность периодической остановки. Результа­ ты наших исследований, изложенные в последующих главах, полностью подтверждают этот вывод.

Возвращаясь к горизонтальному непрерывному ли­ тью алюминия, магния и его сплавов, следует сказать, что М. В. Чухров и И. П. Вяткин провели комплекс ис­ следований затвердевания заготовки. Было применено три метода выливания жидкого металла: через отвер­ стие в дне металлоприемника, при помощи сифонного перетекания металла из металлоприемника в печь, рас­ положенную ниже металлоприемника, и при помощи ва­ куум-приемника. Наряду с выливанием применяли пост­ роение фронта затвердевания по методике И. Е. Горш-