Полунепрерывное литье слитков

ВВЕДЕНИЕ
В условиях промышленности, предъявляющей всё более высокие требования к качеству металлургической продукции, поиск и внедрение современных литейных технологий является одной из наиболее приоритетных задач. К числу эффективных решений относятся технологии и оборудование, предусматривающие производственное использование различных электрофизических факторов. Свойства алюминиевых полуфабрикатов во многом определяются условиями кристаллизации отливаемых слитков. Наиболее ярко эта зависимость прослеживается в высоколегированных сплавах, содержащих тугоплавкие, малорастворимые компоненты. Актуальной технологией, способной обеспечить высокие скорости охлаждения и электромагнитное перемешивание отливаемого слитка, является электромагнитный кристаллизатор. Способ литья в электромагнитное поле обладает высоким потенциалом в области получения больших объёмов сплавов ввиду увеличения производительности процесса литья, улучшения условий труда и качества выпускаемой продукции. Максимальная эффективность процесса достигается применением модернизированных конструкций и использованием оптимальных параметров источника питания.Полунепрерывное литьё – способ литья с вертикальным кристаллизатором, в котором после изготовления отливки или слитка вся система возвращается в исходное состояние и цикл повторяется. При вертикальном литье производительность разливки, определяемая размерами стола и грузоподъёмностью машины, находится в диапазоне 5-55 т/ч. Полунепрерывное литье слитка включает заливку расплавленного металла в водоохлаждаемый кристаллизатор скольжения с введенным в него поддоном, заполнение кристаллизатора металлом, опускание поддона с кристаллизующимся слитком.1. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛИТКОВ, ЕГО ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ Слитком называют отливку определенной формы и размеров, предназначенную для дальнейшей обработки давлением, т.е. прокаткой, прессованием, штамповкой, ковкой, волочением и т.д. [1].В зависимости от назначения слитки могут быть плоскими (в виде плит), цилиндрическими, цилиндрическими полыми, а также могут иметь любое несложное по конфигурации сечение. Методов литья слитков известно довольно большое количество. По основным признакам формирования их можно разделить на две группы:наполнительное литье;полунепрерывное и непрерывное литье слитков.Наполнительным является такое литье, при котором форма и размер слитка определяются полостью изложницы.Непрерывным называется литье, при котором слиток может быть по лучен любой требуемой длины, а литье может продолжаться сколько угодно долго. При этом кристаллизатор остается неподвижным, а слиток вытягивается с заданной скоростью. Уровень жидкого металла в кристаллизаторе поддерживается постоянным, а отлитый слиток режется на мерные заготовки специальными устройствами, двигающимися синхронно со скоростью вытягивания слитка. Полунепрерывное литье отличается от непрерывного тем, что оно ведется непрерывно только до получения слитка заданной длины, после чего литье прекращается, слитки извлекаются и цикл повторяется. Полунепрерывное литье слитка включает заливку расплавленного металла в водоохлаждаемый кристаллизатор скольжения с введенным в него поддоном, заполнение кристаллизатора металлом, опускание поддона с кристаллизующимся слитком [3].Процесс непрерывного литья осуществляется следующим образом. Расплав равномерно и непрерывно подается в водоохлаждаемую форму – кристаллизатор. Затвердевшая часть слитка непрерывно извлекается валками или опускается под действием собственного веса.Особенности процесса формирования непрерывной отливки обусловлены тем, что в кристаллизаторе в разных его зонах по высоте в каждой момент одновременно происходят все последовательные стадии охлаждения и затвердевания расплава:заполнение кристаллизатора расплавом;отвод теплоты перегрева;кристаллизация;охлаждение слитка.Высокая интенсивность охлаждения расплава способствует его направленной кристаллизации, уменьшению ликвационной неоднородности, а непрерывная подача расплава в верхнюю часть затвердевающегося слитка – постоянному питанию фронта растущих кристаллов, устранению усадочных дефектов, рыхлот, пористости [4].Как правило, заготовки, полученные способом непрерывного литья, имеют плотное, без усадочных дефектов строение, малоликвационную неоднородность и газосодержание, чистую поверхность и высокую точность размеров.Наряду с указанными особенностями формирования отливки, способствующими повышению качества металла, процесс непрерывного литья обеспечивает ряд преимуществ над наполнительными способами получения слитков: возможность получения слитков постоянного поперечного сечения неограниченной длины, увеличение выхода годного, уменьшение расходов на изготовление изложниц, улучшение качества металла, точности размеров, улучшение поверхности слитков, автоматизация процесса создания непрерывно действующих высокопроизводительных комплексов, полное исключение трудоемких ручных операций, существенное улучшение условий труда и уменьшение вредного воздействия на окружающую среду. Важнейшим технологическим параметром процесса непрерывного литья является интенсивность охлаждения расплава, определяющая скорость кристаллизации, качество слитка, а также производительность процесса. Достоинством метода полунепрерывного литья для таких слитков является возможность получения качественных слитков и заготовок с широким диапазоном типоразмеров и массы. При этом использование МПНЛЗ дает возможность производить и разливать достаточно небольшие порции металла, которые определяются единичной производительностью плавильного агрегата.Основные недостатки этого способа состоят в том, что, во-первых, неизбежна вероятность заклинивания поддона в начале литья из-за возможного попадания жидкого металла в зазор между поддоном и кристаллизатором, и, во-вторых, снижается выход годного металла из-за увеличения массы донной обрези слитка вследствие разнородности ее структуры с структурой основной массы слитка [6].При полунепрерывном литье слитков могут возникать дефекты на поверхности и внутри слитка. Рассмотрим наиболее характерные из них. Наплывы – это дефекты в виде выступов застывшего металла слитка, в том числе другого химического состава (ликвационные наплывы). Причинами образования наплывов являются: завышенная температура литья, недостаточное охлаждение, выдавливание остаточной жидкой фазы из центра слитка на поверхность через междендритные каналы в корочке слитка. Для снижения образования наплывов необходимо установить скорость литья в зависимости от температуры металла, подобрать режим охлаждения кристаллизатора и вторичного охлаждения, обеспечить постоянный уровень расплава в кристаллизаторе. Неслитина – дефект, выходящий на поверхность в виде чередующихся углублений, перпендикулярных оси слитка. Неслитина представляет собой несплошность, образовавшуюся из-за неслияния потоков металла при кристаллизации.Причиной образования неслитин является заниженная скорость литья и температура металла, непостоянный уровень в кристаллизаторе. Надыры и надрывы – это дефекты поверхности, связанные с плохой полировкой и смазкой кристаллизатора, неправильной их установкой. Для предупреждения данных дефектов необходимо зачистить поверхность кристаллизатора, проверить качество смазки и равномерность ее нанесения на стенки кристаллизатора [2].Кривизна слитков появляется из-за неисправностей литейной машины – это кривизна направляющих (большого люфта между рамой поддонов и направляющими), неправильная установка поддона и кристаллизаторов. Искривление слитка также может произойти из-за неравномерного охлаждения по периметру кристаллизатора. Для предупреждения образования кривизны необходима регулярная проверка и наладка литейной машины, обеспечение равномерной подачи воды по периметру кристаллизатора и подачи металла в центр кристаллизатора. Трещина – это разрыв металла на поверхности или внутри слитка. Трещины в слитках возникают как в процессе кристаллизации (кристаллизационные или горячие трещины), так и после полного затвердевания слитка (холодные трещины).Также, как правило, трещины образуются вследствие нарушения установленных параметров литья; завышенной температуры и скорости литья, не равномерного охлаждения по периметру слитка, из-за неравномерного распределения горячего металла в кристаллизаторе. Трещины могут располагаться по широким граням плоского слитка, в донной части слитка, по углам, а также в центре цилиндрического слитка. Соблюдение технологических параметров литья и оптимального химического состава сплава позволит существенно уменьшить потери от брака по трещинам [7].2. СОСТАВ МАШИН ДЛЯ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛИТКОВ Существует несколько типов конструкций машин для полунепрерывного литья, но в состав каждой обычно входят: Литейный стол, представляющий собой прочную и жесткую сварную конструкцию из стали, верхняя часть которой – система с тепловыми насадками, а в нижней расположена кассета с охлаждающей водой, в которую монтируют кристаллизаторы. Они через сменные керамические переходные кольца с калиброванными отверстиями стыкуются с системой тепловых насадок. При переходе на литье слитков другого размера литейный стол заменяется, так как является съёмным.Платформа для размещения съёмного основания с поддонами, которая перемещается вниз в процессе литья слитков и вверх при их извлечении и подготовке оборудования к следующей разливке. Она также изготавливается в виде прочной и жесткой сварной конструкции из стали. Для каждого размера слитка используется своё съёмное основание с поддонами, соответствующее литейному столу.Механизм перемещения платформы, создающий плавное без рывков её движение с заданной скоростью в достаточно широком диапазоне скоростей литья и обеспечивающий требуемую грузоподъёмность, определяемую массой отливаемых слитков, длина которых, как правило, находится в пределах 6-7 м.Система автоматического управления работой машины, позволяющая на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК) поддерживать в заданных пределах все параметры процесса литья, их регистрацию, визуализацию для оператора и передачу данных в систему диспетчерского управления SCADA [5].На столе литейной машины в зависимости от её грузоподъёмности может быть установлено от нескольких десятков до сотни и более кристаллизаторов.Литейная машина размещается над приямком, который служит для приема слитков и отвода охлаждающей воды. В модернизируемых цехах чаще всего применяют гидравлические машины с внутренними направляющими или троссовые машины парашютного типа без направляющих ввиду того, что использование конструкций на основе цепного, троссового и гидравлического привода с направляющими у стенок приямка связано с трудностями в эксплуатации [4].Система управления связывает в единое целое контроль всех устройств, обеспечивающих процесс литья, с поддержанием их параметров работы в заданных пределах. При этом они сообщаются оператору в виде графического интерфейса на мониторе и данных на контрольной панели, а также поступают в компьютер системы SCADA, установленный в офисе вблизи литейной машины. Система позволяет выпускать продукцию идентичного качества во всех сменах, а анализ динамики даёт возможность корректировать технологические параметры.Основными причинами, ограничивающими широкое применение литейных машин такого типа, являются: сравнительно высокая стоимость машин, поэтому в России такая конструкция используется на предприятиях, вертикально интегрированных в алюминиевой промышленности, которым доступны крупные инвестиции для развития, и необходимость создания глубоких приямков для монтажа. Это увеличивает объём и стоимость фундаментных работ, особенно в местах с повышенным уровнем грунтовых вод. Вышеупомянутых недостатков лишены тросовые машины парашютного типа [1].Литейные машины этого типа выпускаются, как правило, различными китайскими компаниями и привлекают потребителей прежде всего ценой, которая более чем в 5 раз меньше по сравнению с плунжерными гидравлическими машинами. При этом установке в цехе такой тросовой машины часто рассматривается как средство для накопления инвестиций и последующего приобретения более качественного литейного оборудования.3. ЛИТЕЙНАЯ ОСНАСТКА Литейная оснастка – это комплект приспособлений для изготовления отливок, в который входят модель отливки, модели элементов литниковой системы, модельные плиты, стержневые ящики, опоки и др. [7]. Часть оснастки, включающая все приспособления, необходимые для образования рабочей полости литейной формы при ее формовке, называется модельным комплектом. Полный комплект оснастки, необходимый для получения разовой формы, называется формовочный комплект.Преимущества использования литейной оснастки:возможность получать качественное изделие;возможность наглядного представления изделия;малые сроки производства модели; низкая стоимость модельных элементов;неплохая износостойкостьвозможность получать изделия достаточно больших габаритов.Литейное производство является важной отраслью металлургии, занимающейся изготовлением из металлов и их сплавов разнообразных деталей, получающихся при затвердевании расплавленного металла в специальных формах. Детали, полученные литьем, называются отливки. Формирование изделия при литье может происходить под воздействием давления или при естественных его значениях. Затвердевание проходит путем охлаждения отливки в форме. После получения отливки, ее, при необходимости, обрабатывают до получения требуемых размеров и гладкости поверхности [6].Форма для получения отливки и является основной литейной оснасткой, от качества которой зависят соответствие заявленным требованиям готовой отливки и объем затраченного времени и труда для ее производства.Существует ряд основных требований, предъявляемых к литейной оснастке на литейном производстве:прочность оснастки, позволяющая выдерживать рабочие нагрузки;податливость, что необходимо из-за уменьшения размеров отливки в процессе усадки;пропускание газов, образующихся в форме в процессе литья;устойчивость к высокой температуре, так как расплавленный металл имеет очень высокую температуру.Литейные оснастки могут быть формообразующими, то есть иметь основную роль при литье, либо универсальными, вспомогательного назначения. Также разделяют литейные формы на одноразовые и многоразовые, по материалу: песок, грунт, металл, пластмасса, древесина.При массовом производстве идентичных отливок используют формы из стали или чугуна, которые позволяют производить тысячи заливок. Если же отливка производится малой партией, или вообще однократно, то используют песчаную одноразовую форму или форму по выплавляемой модели. Изготовление разовых форм называется формовкой [3].Комплект литейной оснастки состоит из литейной формы и модельного комплекта, предназначенного для создания рабочей полости в форме.Сейчас литьем выпускаю детали, которые используются в автомобильном, авиационном, судостроительном, ракетном машиностроении, в радиоэлектронике, в различных областях энергетики. С помощью литья можно получить отливки из тугоплавких, коррозийно-стойких, жаропрочных и других сплавов с особыми характеристиками, идеально подходящих под решение конкретных задач той или иной отрасли промышленности [2].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существуют следующие методы литья слитков: наполнительное литье; полунепрерывное и непрерывное литье слитков.При полунепрерывном литье из кристаллизатора за один цикл вытягивают отливку требуемой длины, затем подачу расплава в кристаллизатор временно прекращают и возобновляют после удаления предыдущей отливки и подготовки к приему новой.Полунепрерывным литьем получают отливки и литые заготовки постоянного сечения в виде круга, многогранников, полосы, уголка, других сложных профилен, с внутренними полостями и т. д. Также полунепрерывным литьем получают слитки из различных сплавов для последующей прокатки, проволочные заготовки, чугунные трубы диаметром до 1000, толщиной до 50 мм и втулки для гильз дизелей, направляющие станины металлорежущих станков, заготовки для гаек, шестерен, корпусов гидро- и пневмоаппаратуры, прокатных валков и др.В данной работе был рассмотрен состав машин для полунепрерывного литья слитков. В состав каждой машины обычно входят литейный стол, платформа для размещения съёмного основания с поддонами, механизм перемещения платформы, система автоматического управления работой машины.Литейная машина размещается над приямком, который служит для приема слитков и отвода охлаждающей воды.Литейная оснастка – это комплект приспособлений для изготовления отливок, в который входят модель отливки, модели элементов литниковой системы, модельные плиты, стержневые ящики, опоки и др.Часть оснастки, включающая все приспособления, необходимые для образования рабочей полости литейной формы при ее формовке, называется модельным комплектом. Полный комплект оснастки, необходимый для получения разовой формы, называется формовочный комплект.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Гини, Э.Ч. Специальные технологии литья: учебник для вузов / Э.Ч. Гини, А.М. Зарубин, В.А. Рыбалкин. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. Килов А. С // Серия учебных пособий из шести книг. - Кн. 2. Получение заготовок из листового материала и гнутые профили. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. Кольчурина, И.Ю. Разработка и освоение технологии модифицирования алюминиевых сплавов комплексными лигатурами на основе техногенных отходов: дисс. ... канд. техн. наук / И.Ю. Кольчурина. - Новокузнецк, 2006. Кудряшов В.Г., Смоленцев В.И. Вязкость разрушения алюминиевых сплавов. – М.: Металлургия, 1976. Максимычев, О.И. Теоретические предпосылки автоматизации литейного производства колесных дисков / О.И. Максимычев, А.И. Узаков // Вестник МАДИ. - Вып. 2 (29). - 2012.Парамонов, В.В. Разработка технологических схем и режимов штамповки автомобильных поковок из алюминиевых сплавов /В.В. Парамонов: автореф.; дисс. ... канд. техн. наук. - М., 2009.Перспективный метод экспресс-контроля алюминиевых сплавов / Т.А. Богданова, С.В. Мельников, Т.Р. Гильманшина [и др.] // Металлургия машиностроения. - 2014.ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1Сплав 51545154 алюминиевый сплав - это сплав в кованом алюминиево-магниевом семействе (серии 5000 или 5xxx). Как алюминиево-магниевый сплав, он сочетает в себе среднюю и высокую прочность с отличной свариваемостью. 5154 алюминий обычно используется для изготовления сварных конструкций, технологических резервуаров, транспортных цистерн, сосудов под давлением, морских сооружений и морских установок.Как кованый сплав, он может быть сформирован путем прокатки, экструзии и ковки, но не литья. Он может быть холодно обработан для получения темперов с более высокой прочностью, но более низкой пластичностью. Обычно он не плакирован. ГОСТ: АМг3,5Состав сплава алюминия 5154:Алюминий: 94,4 - 96,8%Хром: 0,15-0,35%Медь: 0,1% макс.Железо: 0,4% макс.Магний: 3,1 - 3,9%Марганец: 0,1%Кремний: 0,25% макс.Титан: 0,2% макс.Цинк: 0,2% макс.Остатки: 0,15% макс.Легирующие элементы, вводимые в алюминий, существенно улучшают его механические свойства. Это позволяет широко применять алюминиевые сплавы в авиационных конструкциях.Сплав 5154 относится к системе Al-MgМагний увеличивает прочность алюминиевых сплавов. В деформируемые алюминиевые сплавы вводится до 7% магния, в литейные — до 13%.Увеличение прочности алюминиевых сплавов при введении магния связано с образованием как твердых растворов, так и упрочняющихся фаз. Данный тип сплавов при сварке плавлением склонен к образованию горячих трещин, а коррозионная стойкость сварных соединений из такого сплава очень низкая. Это происходит вследствие формирования столбчатой структуры сварного шва и выделения по границам зерен легкоплавких эвтектик.Деформируемые алюминиевые сплавы модифицируют методом введения в расплав соответствующих добавок тугоплавких металлов (Ta, Ti, Zr, В, V) в небольших количествах. Модифицирующие добавки вводят в расплав в виде лигатур алюминий — модификатор, содержащие 3—10% модификатора.