Литье в валковый кристаллизатор высокоточной хлористомедной ленты Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

/;nw: г' гс^тштита

■г 04). 2003

I

ИТЕЙНОЕЁ ПРОИЗВОДСТВО

Analysis of the bowl-crystallizers diameter changing in the process of the belt casting is carried out. The bowl-crystallizers construction providing production of high-accurate casting is worked out.

Э. Ф. БАРАНОВСКИЙ, В. М. ИЛЬЮШЕНКО, HTM HAH Беларуси

ЛИТЬЕ В ВАЛКОВЫЙ КРИСТАЛЛИЗАТОР ВЫСОКОТОЧНОЙ ХЛОРИСТОМЕДНОЙ ЛЕНТЫ

В химических источниках тока в качестве одного из электродов применяется хлористомед-ная лента толщиной 0,55±0,03 мм, армированная медной сеткой. Схема процесса формирования такой ленты показана на рис. 1.

Расплав хлористой меди 1 и армирующий материал 2 одновременно подаются в зев валков кристаллизаторов 3, где расплав затвердевает на валках и арматуре и выходит из валков в виде армированной ленты 5. Внутренние поверхности валков охлаждаются водой 4. Выбор такой схемы литья продиктован тем, что в момент прохождения через ось валков температура поверхности ленты составляет 240-280 °С и зависит от количества жидкой фазы в отливке. В том случае, если после прохождения оси валков контакт ленты с валком отсутствует, то интенсивность теплообмена резко снижается. Это приводит к росту температуры поверхности ленты до 340-380 °С, что вызывает ее сильное окисление. Чтобы исключить окисление ленты и предотвратить вытекание жидкой фазы через трещины, отливку не выводят из контакта с валком I на участке, составляющем 1А окружности. Отсюда видно, что тепловая нагрузка на каждый из валков будет разная. При установившемся режиме литья это приводит к неодинаковому их нагреву. Учитывая изложенное выше, был изготовлен валковый кристаллизатор с цилиндрическими упорами, которые обеспечивают установку первоначального зазора между валками.

Принципиальная схема такого валкового кристаллизатора [1] с наружным диаметром валков 190 мм и толщиной стенки 20 мм для литья хлористомедной армированной ленты толщиной 0,55±0,03 мм представлена на рис. 2.

Валковой кристаллизатор содержит валки 1 и 2 с цилиндрическими упорами 3. Во внутрь валков вставлены трубы 4 и 5, коаксиально расположенные относительно друг друга. В валке 1 труба 4 соединена с трубой 5 в нижней части патрубками 6, имеющими выход во внутреннюю

УДК 621.74.047

Рис. 1. Схема процесса формирования армированной хлористомедной ленты

полость валка, а труба 5 имеет выход в эту полость через отверстия 7, расположенные в ее верхней части. В валке 2 труба 4 соединена с трубой 5 в верхней части патрубками 6, а труба 5 имеет отверстия 7 в нижней части. Кроме того, в валке 2 труба 5 имеет заглушку 8. Трубы 4 в обоих валках имеют заглушки 9 с центральными отверстиями 10.

Кристаллизатор работает следующим образом. Перед началом литья валки сводят до контакта их цилиндрических упоров 3 и сжимают с усилием 2,0-2,5 т для обеспечения установленного зазора между рабочими поверхностями валков. В процессе литья воду в валок 1 подают по трубе 4. Большая часть воды через патрубки 6 поступает в полость валка. Совершая круговые движения по внутренней поверхности бочки, вода через отверстия 7 поступает в трубу 5. Некоторая часть воды через отверстие 10 поступает в полость цапфы и в трубу 5. Подогретая вода из трубы 5 через цапфу выходит из валка. В валке 2 воду подают через полость цапфы в трубу 5. Через отверстия 7 она поступает в полость валка. Совершая круговые

тттгп гг гг,гтрмжп,;р,

34). 2005-

I_

шшш

Рис. 2. Принципиальная схема конструкции валкового кристаллизатора

движения по внутренней поверхности бочки валка, большая часть воды через патрубки 6 поступает в трубу 4. Некоторая часть воды через зазор между заглушкой 8 и внутренней вертикальной полостью бочки валка попадает в полость цапфы и через отверстие 10 — в трубу 4. Весь теплоноситель по трубе 4 выходит из валка.

Одинаковый зазор между рабочими поверхностями валков во время литья обеспечивается за счет организации вынужденного кругового движения воды по внутренним поверхностям бочек валков, что приводит к их одинаковому охлаждению по всей длине и, как следствие, одинаковому термическому расширению в любом сечении бочек валков. Постоянный же зазор между рабочими поверхностями валков во время литья поддерживается движением воды в цапфах и зонах установки цилиндрических упоров в валке / в направлении, противоположном его движению в валке 2.

При таком движении воды в цапфах термические расширения в контактирующих цилиндрических упорах будут разные. Так, упор со стороны подачи воды в валке 1 будет иметь максимальный диаметр, так как в цапфе, на которой он посажен, течет вода, нагретая в результате теплообмена с рабочей частью бочки валка, а контактирующий с ним упор валка 2 — минималь-

ный, так как в цапфе, на которой он посажен, движется более холодный теплоноситель, который не был в контакте с бочкой валка. На противоположных концах валков движение охладителя в цапфах осуществляется наоборот. Это создает условия, при которых суммарные расширения контактирующих цилиндрических упоров с одной стороны валка будут равны суммарным расширениям контактирующих упоров с другой.

В результате теплообмена между расплавом и рабочими поверхностями валков, а также внутренними поверхностями валков и охлаждающей жидкости валки разогреваются и в их стенках устанавливается некоторый перепад температур, что приводит к изменениям диаметров валков и, как следствие, к изменению зазора между ними. Точность изготовления валков в совокупности с правильной организацией его охлаждения в значительной мере определяют точность отливки.

Современные металлообрабатывающие станки обеспечивают необходимую точность изготовления валков-кристаллизаторов. Таким образом, в основном точность отливки будет зависеть от правильного выбора величины зазора между валками, теплового режима работы валкового кристаллизатора и конструкции системы его внутреннего охлаждения.

Разогрев валков определяется тепловой нагрузкой на валки при установившемся режиме литья

(1)

0В = ¡ГккВ^сЦТ^-Т^ + с^ -Гср) + //)-

- 1¥Втсм (Гвых -Гвх),

где IV — скорость литья; к — коэффициент, учитывающий объем хлористой меди в толщине армированной отливки; к — толщина получаемой

ленты; В - ширина ленты; с[, ср см - усредненные в интервале температур теплоемкости перегретого расплава, твердой отливки и арматуры; рм, р - усредненные в интервале температур плотность материла арматуры и отливки; Гкр, Тср — температура расплава, поступающего в валки, температура кристаллизации расплава и среднее значение температуры корок в момент срастания в ленту; т - масса 1 м2 сетки; Г, Г -

вх вых

соответственно температура армирующей сетки при входе в ванну и армирующей сетки при выходе из зева валков.

Располагая величиной мощности тепловой нагрузки, передаваемой валкам-кристаллизаторам, можно определить температуры на их рабочих и водоохлаждаемых поверхностях. При расчетах тем-

/ТГГТТгП V. къштгп^

-2 (34). 2005

/л

ператур принимаем, что передаваемая валкам тепловая мощность происходит в условиях стационарного теплообмена трубы, имеющей постоянные температуры на рабочих и водоохлаждаемых поверхностях.

Результаты расчетов разогрева валков диаметром 190 мм с толщиной стенки 20 мм из стали 45 при интенсивности водяного охлаждения а=2400Вт/(м2 • °С) для литья ленты толщиной 0,55±0,03 мм со скоростью 6-12 м/мин приведены на рис. 3. Из рисунка видно, что температура рабочей поверхности валка / при увеличении скорости литья растет быстрее, чем у валка //, а характер изменения температур водоохлаждаемых поверхностей примерно одинаковый. Так, при увеличении скорости литья от 6 до 12 м/мин перепад температур в стенке валка I увеличился на 6,3 °С, а валка II — остался неизменным.

90

70

50

2

4

11

+ (2)

где р - коэффициент линейного расширения; Ян, Яв - наружный и внутренний радиусы валка; Тн, Г — температура наружной и внутренней поверхностей валка; То — температура охлаждающей жидкости.

По результатам этих расчетов построена зависимость изменения величины зазора между валками в исследованном нами диапазоне скоростей (рис. 4).

АН, мм

0,040

0,035

0,030

0,025

5

м/мин

Рис. 3. Влияние -скорости литья на температуру рабочих и водоохлаждаемых поверхностей валков-кристаллизаторов: /, 2 - соответственно рабочие поверхности валков / и //; 3, 4 — соответственно водоохлаждаемые поверхности валков / и II

Учитывая данные изменений температур валков, были рассчитаны изменения их диаметров по несколько измененной формуле работы [2]:

Рис. 4. Изменение величины зазора между валками за счет их термического расширения в зависимости от скорости литья

На основании проведенного исследования установлено, что для получения ленты толщиной 0,55+0,03 мм для скоростей 6—12 м/мин начальный зазор между валками должен быть 0,58 мм. Это достигается при условии, что диаметры цилиндрических упоров должны превышать диаметры валков на 0,58 мм. В этом случае в начале литья будет формироваться лента в пределах верхнего допуска по толщине во всем диапазоне исследуемых скоростей процесса. По мере выхода на установившийся режим литья толщина ленты будет уменьшаться и при скорости литья 6 м/мин составит 0,555 мм, а при скорости 12 м/мин — 0,539 мм.

Литература

1. А.с. 1315115 СССР: МКИ3 В 22 О 11/06 // Открытия. Изобретения. 1987. № 21.

2. Кодинский Э.М., Рубинштейн А.Я. Математическое моделирование и оптимизация процессов плавки, литья и обработки цветных металлов // Тр. ин-та Гипроцвет-метобработка. 1980. Вып. 59. С. 27-36.