Научная статья на тему 'Очистка расплава в металлоприемнике машины непрерывного литья от неметаллических включений при производстве заготовок из медных сплавов'

Очистка расплава в металлоприемнике машины непрерывного литья от неметаллических включений при производстве заготовок из медных сплавов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
100
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — О. Н. Хорошилов, О. И. Пономаренко

Предотвращение попадания частиц неметаллических включений в полость кристаллизатора предложено осуществить за счет применения новой конструкции металлоприемника машины непрерывного литья и совмещения начала заливки расплава в металлоприемник с началом очередной паузы циклограммы работы машины непрерывного литья, что снижает до минимума вероятность попадания частиц неметаллических включений в кристаллизатор машины непрерывного литья.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

It is propozed to avoid non-metallic inclusion particles penetration into cristallizator volume due to new conctruction of metal receiver in continuous casting machine. Matching of beginning of melt pouring into metal receiver wilt next pause of continuous casting machine cyclogram makes it possible to reduce the possibility of non-metallic inclusion particles into crystallizator of continuous casting machine of minimum.

Текст научной работы на тему «Очистка расплава в металлоприемнике машины непрерывного литья от неметаллических включений при производстве заготовок из медных сплавов»

УДК 621.74:002

Канд техн. наук О. Н. Хорошилов1, д-р техн. наук О. И. Пономаренко2

1 Украинская инженерно-педагогическая академия, 2 НТУ «ХПИ»;

г. Харьков

ОЧИСТКА РАСПЛАВА В МЕТАЛЛОПРИЕМНИКЕ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ОТ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗАГОТОВОК ИЗ

МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Предотвращение попадания частиц неметаллических включений в полость кристаллизатора предложено осуществить за счет применения новой конструкции металлоприемника машины непрерывного литья и совмещения начала заливки расплава в металлоприемник с началом очередной паузы циклограммы работы машины непрерывного литья, что снижает до минимума вероятность попадания частиц неметаллических включений в кристаллизатор машины непрерывного литья.

В процессе металлургического передела цветных металлов и сплавов кислород, сера и форфор, вступая в соединения с элементами шихты, образуют многочисленные виды неметаллических влючений (НМВ). К наиболее известным НМВ относятся соединения серы и фосфора, а также газы, которые не относятся к металлам, и как инородный объект, находясь в сплаве, снижают физико-механические характеристики заготовок из медных сплавов.

Оксидные включения образуются на всех этапах плавки и разливки медных сплавов. Наибольшее количество НМВ выделяется в сплав при его раскислении. В этом случае образуются преимущественно окислы тех элементов-раскислителей, которые в данных условиях обладают наивысшей раскислительной способностью. Кроме того, в плавильных печах за счет эрозии футеровки появляется большое количество легкоплавких шлаковых частиц НМВ, которые со временем коагулируют в крупные (50.. .2000 мкм) глобулярные образования и сравнительно быстро поднимаются на поверхность расплава в шлак. Более мелкие частицы НМВ имеют весьма низкую скорость всплытия в отличие от крупных глобулярных образований [1]:

V = К • g • Г2(Р1 — р 2) • —, (1)

П

где К = 0,22 - коэффициент,

г - радиус всплывающей частицы, м; (р1 -р2) - плотность расплава и частиц неметаллического включения, кг/м3;

П - динамическая вязкость расплава бронзы, кг/м с; g - ускорение свободного падения, м/с2. В процессе непрерывного литья металлоприемник машины непрерывного литья заготовок (ГМНЛЗ) периодически пополняют расплавом [2]. В тоже время -это является фактором возущающим равновесное

состояние в сплаве:

- за счет резкого изменении температуры расплава -это является причиной выделения значительного количества окислов;

- за счет механического перемешивания расплава вместе со шлаком по всему объему металлоприемника ГМНЛЗ.

При пополнениии расплавом металлоприемника ГМНЛЗ в кристаллизатор и в заготовку попадают частицы НМВ. На рис. 1 показана микроструктура заготовки с частицами НМВ, из которого следует, что при непрерывном литье в кристаллизатор ГМНЛЗ попадают частицы НМВ размером до 0,1 мм.

В связи с этим задачами данной статьи является:

- разработка конструкции металлоприемника, позволяющего исключать попадание НМВ в кристаллизатор ГМНЛЗ;

- разработать конструкцию дорна с фильтром для предотвращения попадания частиц НМВ в кристаллизатор при производстве полых заготовок.

Для выполнения первой задачи в металлоприем-нике ГМНЛЗ необходимо создать следующие условия.

Рис. 1. Микроструктура заготовки из бронзы марки Бр О5Ц5С5, полученной при обычном процессе непрерывного литья, х65

© О. Н. Хорошилов, О. И. Пономаренко, 2009

Попадание в кристаллизатор частиц НМВ размером от 0,05 до 0,1 мм нежелательно, поскольку они ухудшают физико-механические характеристики заготовок. Для предотвращения попадания в кристаллизатор частиц НМВ размером от 0,05 до 0,1 мм необходимо изменить конструкцию металлоприемника, для чего необходимо поднять нижний уровень перемешивания расплава в металлоприемнике ГМНЛЗ выше верхней образующей графитовой втулки кристаллизатора. Кроме того, необходимо согласовать время пополнения расплавом с временем начала паузы циклограммы работы ГМНЛЗ.

Это позволит основной массе крупных частиц НМВ, включая и частицы покровного шлака, за время паузы всплыть на поверхность. Для повышения качества непрерывнолитых заготовок была разработана новая конструкция металлоприемника, позволяющего производить перемешивание расплава в металло-приемнике выше уровня верхней образующей графитовой втулки кристаллизатора (рис. 2) [3].

На рис. 2 представлена конструкция металлопри-емника ГМНЛЗ, позволяющая при пополнении его новой порцией расплава, поднять нижний уровень перемешивания расплава в металлоприемнике выше верхней образующей графитовой втулки кристаллизатора, что позволяет исключать нахождение мелких и крупных частиц НМВ перед входом в кристаллизатор ГМНЛЗ.

Это достигается за счет размещения в нижней части металлоприемника 1 бурта 2 с углублением 3. Бурт 2 размещен в металлоприемнике таким образом, что он занимает 70-80 % пространства от дна металлоприемника до уровня к - верхней образующей графитовой втулки кристаллизатора, остальные 20-30 % пространства представляют собой место для расплава 5, расположенного перед входом в кристаллизатор ГМНЛЗ.

Технологический процесс непрерывного литья при использовании новой конструкции металлоприемни-ка заключается в следующем.

В металлоприемник 1 периодически доливают порции расплава, уровень которого обычно находится в интервале между отметками Н и к. Между доливкой расплава в металлоприемник и моментом поступления новой порции расплава в кристаллизатор ГМНЛЗ (моментом движения заготовки согласно циклограмме) необходимо выделить время, которое совпадает с временем паузы для осуществления всплытия частиц НМВ. В циклограмме работы ГМНЛЗ таким временем является длительность паузы, поэтому для повышения качества литых заготовок целесообразно момент времени пополнения расплавом металлоприем-ника согласовать с началом паузы в работе ГМНЛЗ.

Указанная конструкция узла кристаллизации позволяет перенести процесс образования частиц НМВ всех размеров на высоту выше значения к от дна металло-приемника, что в свою очередь позволяет снизить до минимума время ожидания всплытия частиц НМВ (рис. 3).

т н

Рис. 2. Металлоприемник и узел кристаллизации горизонтальной машины непрерывного литья:

1 - металлоприемник, 2 - бурт, 3 - углубление в верхней части бурта, 4 - углубление между буртом и входным торцом кристаллизатора, 5 - расплав, 6 - графитовая втулка кристаллизатора, 7 - кожух медного водоохлаждаемого кристаллизатора, 8 - заготовка

Рис. 3. Микроструктура заготовки из бронзы марки Бр О5Ц5С5, полученной на ГМНЛЗ с новой конструкцией металлоприемника, х65

Дорн для производства полых заготовок из медных сплавов имеет отверстия для прохождения расплава внутрь кристаллизатора, однако форма этих отверстий не является простой геометрической фигурой, поэтому и операции по их изготовлению не являются технологичными.

Поэтому для повышения технологичности процесса изготовления дорна, а также для повышения качества полых непрерывно-литых заготовок необходимо изменить конструкцию каналов, по которым расплав из металлоприемника поступает в полость кристаллизатора.

5

Изменение конструкции каналов позволит придать новую форму каналам, которые позволят:

- изменять пропускную способность указанным каналам, что будет соответствовать расходу расплава в соответствии со скоростью непрерывного литья заготовки различного типоразмера;

- придать каналам, соединяющим металлоприем-ник с полостью кристаллизатора, удобную форму для установки в нее фильтров, очищающих расплав от неметаллических и шлаковых включений.

Данная конструкция дорна, защищенная патентами, [4] и представлена на рис. 4. В посадочном месте дорна 1 выполнены каналы 3 для прохождения расплава, которые имеют форму простой геометрической фигуры -круга, в которую можно установить заглушки 6 из фильтрующего материала для очистки расплава, поступающего в кристаллизатор ГМНЛЗ. Для удобства установки заглушек стенки канала 3 имеют конусообразную форму рис. 4, д). Для фиксации установки заглушки 6 по глубине на дне канала предусмотрены упоры 7, за которыми расположена рабочая поверхность дорна 2.

Размеры круглых каналов для прохождения расплава в кристаллизатор можно регулировать в зависимо-

Рис. 4. Дорн с новой конструкцией каналов для подачи расплава в кристаллизатор:

1 - посадочное место дорна, 2 - рабочая поверхность дорна; 3 - круглые каналы для прохождения расплава в кристаллизатор; 4 - торец дорна со стороны выхода заготовки из кристаллизатора; 5 - коническая заглушка из фильтрующего материала; 6 - упор для конической заглушки

сти от размера заготовки и скорости непрерывного литья посредством диаметра канала и их количества.

Для производства толстостенных полых заготовок была разработана следующая конструкция дорна, которая также защищена патентами Украины на полезную модель [5], и представлена на рис. 5.

На рис. 5. показан продольный разрез дорна и торец его посадочного места 1, в котором выполнены полукруглые конические отверстия 3. Центральные оси конических отверстий 3 расположены на линии круга, который ограничивает границу посадочного места дорна.

В отверстия 3, выполненные в посадочном месте 1 дорна, вставляют полукруглые конические заглушки 5 из пористого фильтрующего материала.

Полукруглые конические заглушки устанавливают на упор консольной части дорна 6. Количество отверстий и угол между их центральными осями рассчитывают по выражениям:

' = 360/п %/4 <а<п

п = к ■%■

í + Я.2 ^ Я\-Я2

(2)

(3)

Рис. 5. Дорн с измененной конструкцией каналов в его посадочном месте:

1 - посадочное место дорна; 2 - рабочая поверхность дорна ; 3 - канал для прохода расплава в полость кристаллизатора; 4 - торец дорна, 5 - пористая заглушка; 6 - упор на консольной части дорна для пористой заглушки

где Rl, R 2 - радиусы внешней и внутренней стенки заготовки;

п - количество отверстий; a - угол между осями соседних отверстий; k - коэффициент, который имеет значения от 0,125 до 0,485.

Указанные конструкции дорна позволяют автоматизировать процесс изготовления дорна, повысить качество непрерывно-литых заготовок, а также производить как тонкостенные, так и толстостенные заготовки из цветных сплавов. Кроме того, микроструктура непрерывно-литой заготовки, представленная на рис. 6, свидетельствует о снижении в ней количества частиц НМВ за счет установки фильтра в дорн, расположенного на входе в кристаллизатор ГМЕЛЗ.

Рис. 6. Микроструктура полой заготовки из сплава Бр О5Ц5С5, полученной после установки фильтра в дорне на входе в кристаллизатор, х65

Таким образом, в статье показано, что очистку расплава в металлоприемнике ГМНЛЗ можно производить двумя способами. Первый способ заключается в изменении положения донной части металлоприемника относительно верхней образующей графитовой втулки кристаллизатора (ГВК), что позволяет умень -шить количество частиц НМВ, попадающих в кристаллизатор.

Второй способ заключается в установке фильтров для более тонкой очистки расплава от части НМВ на входе в ГВК при производстве сплошных заготовок и установке фильтров в посадочном месте дорна, для чего была изменена его конструкция.

Перечень ссылок

1. Передельский К. В. Литье цветных металлов в металлические формы / К. В. Передельский. - М. : Машгиз. -1951. - 245 с.

2. Горизонтальное непрерывное литье цветных металлов и сплавов / [О.А.Шатагин, В.Т. Сладкоштеев, М.А. Вар-тазаров и др.]. - М. : Металлургия, 1974. - 175 с.

3. Хорошилов О. Н. Разработка конструкции металлоприемника, исключающего попадание частиц неметаллических включений в кристаллизатор ГМНЛЗ / О. Н. Хорошилов // Теория и практика металлургии. - 2002. -№ 5-6. - С. 137-141.

4. Дорн : Декларацшний патент на корисну модель Укра'1-ни № 22069, B 22 D 11/04 / О. Н. Хорошилов, О. I. Пономаренко ; заявл. 27.11.06 ; опубл. 10.04.2007, Бюл. № 4.

5. Дорн : Декларацшний патент на корисну модель Укра'1-ни. - № 24422, B 22 D 11/04 / О. Н. Хорошилов, О. О. Шатагин, О. I. Пономаренко ; заявл. 23. 03. 07; опубл. 2 5. 06. 2007, Бюл. № 9.

Одержано 16.07.2009

Запобггання попаданию часток неметалевих включень в порожнину кристал1затора запропоновано здгйснити за рахунок використання новог конструкцИ металоприймача машини безперервного литва i поеднання початку заливки розплаву в металоприймач з початком черговог паузи циклограми роботи машини безперервного литва, що знижуе до мiнiмуму вiрогiднiсть попадання частинок неметалевих включень у кристалiзатор машини безперервного литва.

It is propozed to avoid non-metallic inclusion particles penetration into cristallizator volume due to new conctruc-tion of metal receiver in continuous casting machine. Matching of beginning of melt pouring into metal receiver wilt next pause of continuous casting machine cyclogram makes it possible to reduce the possibility of non-metallic inclusion particles into crystallizator of continuous casting machine of minimum.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.