SU772011A1 - Способ непрерывного лить полых чугунных заготовок и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

37 значительными силами трени  между стенкой кристаллизатора и наружной поверхностью отливки, что обусловлено профилем рабочей поверхности крис таллизатора . В начальный момент формировани  корка имеет высокую температуру ( 950-1050°С). При этих температурах прочность чугуна составл ет 0,1-0,5 кг/мм . Резкое возрастание скорости движени  отливки в начале каждого цикла часто приводит к обрыву корки и прекращению процесса лить . Кроме того, применение соединительного стакана приставного типа не всегда обеспечивает плотный контакт между стаканом и кристаллизатором. Жидкий металл часто попадает под ниж ний торец кристаллизатора и затвердевает там, что преп тствует движени отливки вверх и приводит к ее обрыву С целью устранени  указанных недо статков уровень жидкого металла в ли никовой системе поддерживают на уров не верхнего торца кристаллизатора, п этом интенсивность теплоотвода от по верхности отливки в збне, расположен ной више зоны затвердевани  начально корки до уровн , равного 2/3 высоты кристаллизатора, измен ют в пределах С ,5-й,7) - 103 град, а в верх ней трети кристаллизатора - в пределах 3QO-tOO Вт/м - град, затем отливку охлаждают вне кристаллизатора до температуры на 25 30С ниже температуры эвтектоидного превращени  со средней скоростью 0,,1 град/сек. Высота рабочей поверхности кристаллизатора в 1, раза больше его диаметра и на 2/3 высоты выполнена в виде усеченного конуса, диаметр верхнего основани  которого на 0,10 ,2 больше диаметра нижнего, причем в верхней трети кристаллизатора выполнена цилиндрическа  расточка, диаметр которой в 1,005-1,05 раза больше диаметра верхнего основани  усеченного конуса , а продольные пазы расположены.через 2-23 градуса. Высота вставл емого бурта соедини тельного стакана равна 0,01-0,0 высоты кристаллизатора, а толщина 0,015-0,16 его диаметра. Устройство имеет съемный экран, расположенный над кристаллизатором. На чертеже изображен общий вид устройства. Устройство дл  осуществлени  способа имеет один или несколько ручьев 14 каждый из которых содержит медный водоохлаждае «,1й кристаллизатор 1 . (фиг. 1), рабоча  поверхность которого на 2/3 его высоты имеет плавное расширение кверху. Величина расширени  А Г) определ етс  из выражени : ЛО 13,8 , где D - диаметр кристаллизатора в нижнем сечении , мм. В верхней трети кристаллизатора выполнена цилиндрическа  расточка 2. На рабочую поверхность кристаллизатора через 2-23 нанесены продольные пазы эллипсного профил  в поперечном сечении глубиной от 0,8 до 1,2 мм с шириной по внутреннему диаметру кристаллизатора от 1,0 до 1,5 мм. В зависимости от диаметра отливки DQ высота кристаллизатора Н определ етс  по соотношению: Нцр Dg + 100 мм Кристаллизатор 1 стыкуетс  с сиАонной литниковой системой 4 через соединительный стакан 3 вставного типа из огнеупорного материала с высотой вставл емого бурта от 0,01-0,0 высоты кристаллизатора и толщиной бурта по верхнему торцу от 0,015-0,16 его диаметра. Над кристаллизатором 1 расположены съемный экран 5, выт жной механизм 6 и механизм резки 7. Процесс лить  и формировани  непрерывной отливки происходит следующим образом. Жидкий чугун из ковша 8 через сифонную литниковую систему и соединительный стакан 3 непрерывно подают в кристаллизатор 1. Твердую корку 9, образующуюс  на рабочей поверхности кристаллизатора , по заданному циклическому режиму непрерывно извлекают вверх при помощи выт жного механизма 6 . По мере выхода непрерывной отливки , на заданную длину над выт жным механизмом 6 от нее периодически отрезают при помощи механизма резки 7 мерные заготовки и укладывают в накопитель. При каждом цикле движени  отливки вверх в нижней части кристаллизатора 1 освобождаетс  участок поверхности , равный высоте перемещени  отливки . На этом участке жидкий металл приходит в соприкосновение с рабочей поверхностью кристаллизатора, в результате чего происходит быстрое охлаждение металла и образуетс  тверда  корка , сваривающа с  с ранее затвердевшим участком. Выпо11ненные на рабочей поверхности кристаллизатора пазы заполн ютс  жидким металлом и на наруж ной поверхности затвердевшей корочки образуютс  небольшие приливы, В начальный момент затвердевани  зазор между отливкой и поверхностью кристаллизатора практически отсутствует. В св зи с этим интенсивность теплоот вода от поверхности отливки очень ве лика и составл ет около 610 Вт/м у ) Ц.град. Така  интенсивность теплоотвода вызывает резкое падение темпера туры поверхности отливки от температуры кристаллизации до 800-750С со скоростью более 100 град/сек. Кристаллизаци  чугуна идет с образованием дендритов аустенита нар ду с выде лени ми цементита и отдельных включе ний графита. При последующем цикле движени  отливки рассматриваемый уча ток перемещаетс  в вышележащие зоны, где между поверхностью отливки и кри таллизатором возникает газовый зазор 10, который образуетс  за счет увеличени  диаметра кристаллизатора и усадки затвердевшего металла. Прич при движении отливки вверх ее приливы скольз т по пазам кристаллизатора , выполн ющим роль направл ющих, и автоматически устанавливают одинак вый по периметру и измен ющийс  толь ко по высоте зазор 10 между поверхностью отливки и кристаллизатором, что обеспечивает равномерный теплоот вод от поверхности отливки и способствует получению качественных издели без разностенности. Увеличение диаметра кристаллизато ра в направлении движени  отливки создает определенный в каждом сечении кристаллизатора зазор, что обеспечивает заданную интенсивность теплоотвода от поверхности отливки в те чение всего времени ее формировани .. Кроме того, создание искусственного зазора значительно снижает силу трени  между затвердевшейкоркой и рабочей поверхностью кристаллизатора. В средней зоне кристаллизатора 1 интенсивность теплоотвода уменьшаетс  до ( 3-1)- 10 град, что создае оптимальные услови  дл  кристаллизации чугуна с образованием дендритов аустенита и графитной эвтектики и предотвращает образование цементита. В верхней зоне кристаллизатора, где зазор между отливкой и кристаллизатором 1 существенно увеличиваетс  за счет расточки 2, интенсивность теплоотвода падает до 0,3-10 Вт/м. град. В св зи с этим температура наружной поверхности отливки повыишетс  до 920-9Пп-с, что создает услови  дл  распада цементита, образовавшегос  в наружных сло х отливки при кристаллизации начгтьной корочки. При выходе из кристаллизатора отливка имеет температуру около и процесс распада цементита продолжаетс . Охлаждение о.тливки вне кристаллизатора до температуры б70-72П С осуществл ют на воздухе со средней скоростью 0,91 ,1 град/сек или со скоростью О , 0,6 град/сек, что достигаетс  применением экрана 5, устанавливаемого над кристаллизатором 1. В первом случае заготовка имеет перлитную, а во втором - феррито-перлитную металлическую основу, В результате получают раоностенную заготовку без отбела с перлитной или феррито-перлитной металлической матрицей и мелко- и среднепластинчатыми включени ми графита в средней и внутренней зонах по толщине стенки отливки . В наружных сло х заготовки толщиной 1,5-2,5 мм присутствует междендритный графит, но этот слой всегда входит в припуск на механическую обработку . Использование кристаллизаторов, отличающихс  по профилю рабочей поверхности от предлагаемого, не обеспечивает получени  качественных заготовок и стабильность процесса лить . Слишком большой зазор между отливкой и кристаллизатором приводит к подплавлению затвердевшей корочки и ее обрыву. Малый зазор не создает необходикых условий дл  кристаллизации чугуна без образовани  цементита. К таким же результатам приводит повышение мениска жидкого металла над кристаллизатором или его опускание ниже верхнего торца . Высота кристаллизатора находитс  в пр мой зависимости от диаметра получаемой заготовки . Слишком больша  высота приводит к переохлаждению жидкой ванны в кристаллизаторе и образованию мостов. Мала  высота кристаллизатора не обеспечивает получение заготовок заданной толщины. Извлечение отливки по заданному режиму обеспечивает плавное нарастание скорости отливки от нул  до мак77

симальиого значени  в течение каждого цикла, что исключает резкие динамические нагрузки на затвердевающую корку. Применение соединительного стакана вставного типа исключает подплывы под нижний торец кристаллизатора и создает услови  дл  свободного перемещени  отливки вдоль кристаллизатора .

Пример. Производилась отливка заготовок дл  изготовлени  поршневых koлeц из чугуна следующего химсостава: 3,U С; 1,75% Si; 1 ,ЧЗ Мп; 0,08 S; 0,f5% Р; 0,32% Сг; 0,5% N1. Примен лс  медный кристаллизатор с внутренним диаметром 102 мм и высотой 200 мм„ Рабоча  поверхность кристаллизатора имела плавное увеличение диаметра на 0,7 мм на высоте 135 мм и расточку в верхней части высотой б5 мм с увеличением диаметра на 1 ,k мм. На раЬочей поверхности кристаллизатора было выполнено k8 продольных пазов через 2-23, эллипсным профилем в поперечном сечении, глубиной 0,8 мм и шириной 1,2 мм. Соединительный стакан вставного типа был изготовлен из шамотографита с высотой вставл емого бурта 5 мм и шириной стенки бурта по верхнему торцу 4 мм., Процесс лить  вели с частотой 1,0 ц/ /сек, высотой хода отливки за один цикл 12 мм при соотношении времени движени  ко времени остановки - 1 Максимальна  скорость движени  отливки в течение цикла составл ла 0,03 м/сек. Средн   скорость извлечени  отливки составл ла 0,ОТ2 м/сек. Охлаждение отливки вне кристаллизатора осуществл лось на воздухе в услови х естественной конвекции. Получена заготовка без отбела с перлитной металлической основой, мелко- и среднепластинчатым графитом баллов Гд t-Гд 6 и равномерно распределенными включени ми фосфидной эвтектики. Твердость чугуна составила 270 ИВ; предел прочности на разрыв 40 кг/мм ; плотность чугуна 7,31 г/см . При обработке опытных заготовок брака по вине лить  не обнаружено. Все детали полностью соответствуют техническим требовани м, предъ вл емым к поршневым кольцам.

Использование предлагаемого способа и устройства дл  его осуществле ни  позволит устранить наиболее распоостраненные литейные дефекты: уса11

8

дочную и газовую пористость, неметаллические включени , газовые раковины, несоответствие структуре и т.п. Регулирование теплоотвода от затвердевающей отливки позвол ет управл ть процессом ее формировани  и получать заготовки с заданной структурой и физико-механическими свойствами/ Способ обеспечивает высокую производительность труда, легко поддаетс  механизации и автоматизации, позвол ет создавать многоручьевые установки , существенно снижает трудбемкость изготовлени  отливок и обеспечивает высокую культуру производства, так как исключает изготовление форм и стержней , выбивку, обрубку и очистку лить  .

Claims (2)

1.Способ непрерывного лить  полык чугунных заготовок, включающий непрерывную заливку чугуна через сифонную литниковую систему в полость водоохлаждаемого кристаллизатора и извлечение по циклическому режиму затвердевающей заготовки вверх, отличающийс  тем, что, с целью получени  чугунных заготовок с перлитной металлической основой и стабилизации процесса лить , уровень металла

в литниковой системе поддерживают на уровне верхнего торца кристаллизатора при этом интенсивность теплоотвода от поперхности отливки в зоне, расположенной выше зоны затвердевани  начальной корки до уровн ,равного 2/3 высоты кристаллизатора, измен ют в пределах (,,5-0,7)- 10 Вт/м град а в верхней трети кристаллизатора в пределах 300-400 Вт/м -град, затем отливку охлаждают вне кристаллизатора до температуры на 25-30С ниже температуры эвтектоидного превращени  со средней скоростью 0,9-1,1 град/сек

2.Устройство дл  осуществлени  способа по п. 1, содержащее сифонную литниковую систему, соединительный стакан с буртом, водоохлаждаемый кристаллизатор с продольными пазами на рабочей поверхности, механизм выт гивани  и механизм резки, отличающеес  тем, что, высота рабомей поверхности кристаллизатора в 1, раза больше его диаметра и на 2/3 вы-соты выполнена в виде усеченного ко нуса, диаметр верхнего ос.,1ни  кп