СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF CONTINUOUS CASTING OF CYLINDRICAL INGOTS FROM ALUMINIUM ALLOYS

Изобретение относится к непрерывному литью металлов и может быть использовано для производства цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов.
Известен способ непрерывного литья металлов, включающий подвод металла через распределительную коробку под мениск в кристаллизаторе в горизонтальном направлении со скоростью истечения 0,14 м/с (Германн. Э. Непрерывное литье. М.: Металлургиздат, 1961, с.381-382).
Недостатком известного способа является наличие в слитках «веерной» структуры, снижающей технологическую пластичность металла и эксплуатационные характеристики изготовленных полуфабрикатов.
Известен способ непрерывного литья алюминиевых сплавов, включающий струйную подачу расплава в кристаллизатор через распределительную коробку под мениск в горизонтальном направлении со скоростью истечения струй у фронта кристаллизации 0,05÷0,06 м/с (Патент РФ №2026136, 1995 г.) - прототип.
Известный способ не обеспечивает гарантированное отсутствие в слитках единичных участков с крупнозернистой макроструктурой, недопустимых для дальнейшего изготовления и отрицательно влияющих на качество изготовленных длинномерных крупногабаритных полуфабрикатов авиакосмического назначения. Кроме того, известный способ не исключает полного отсутствия слитков с «веерной» структурой.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение показателей качества макроструктуры отливаемого слитка.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является улучшение условий струйного перемешивания и кристаллизации расплава металла в объеме лунки кристаллизующегося слитка.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе непрерывного литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов, включающем струйную подачу расплава в кристаллизатор через распределительную воронку под мениск в горизонтальном направлении с заданной скоростью и вытягивание слитка, отличающемся тем, что скорость истечения струй расплава из отверстий цилиндрической распределительной воронки, устанавливают в пределах 0,23÷0,30 м/с. Площадь поперечного сечения отверстия распределительной воронки определяют по формуле
0
2
где S - площадь поперечного сечения одного отверстия распределительной воронки, м;
V - скорость литья отливаемого слитка, м/с;
2
S - площадь поперечного сечения отливаемого слитка, м;
0
V - скорость истечения струй расплава из отверстий распределительной воронки, м/с;
N - количество отверстий распределительной воронки, шт.
Количество отверстий распределительной воронки определяют по формуле
где N - количество отверстий в распределительной воронке, шт.;
K - эмпирический коэффициент, учитывающий теплофизические параметры и условия охлаждения слитка (K=14÷19);
D - диаметр отливаемого слитка, м;
V - скорость литья отливаемого слитка, м/с.
В предлагаемом способе расплав подают к фронту кристаллизации со скоростью истечения струй, устанавливаемой в пределах 0,23÷0,3 м/с. Скорость струи менее 0,23 м/с недостаточна для быстрой подачи расплава к стенкам водоохлаждаемого кристаллизатора, что приводит к уменьшению скорости кристаллизации расплава и, следовательно, появлению зон веерообразных кристаллов.
При достижении скорости истечения более 0,3 м/с струи расплава ударяются о стенки водоохлаждаемого кристаллизатора и, частично закристаллизовавшись, отражаются от стенок, полностью кристаллизуясь на расстоянии 50÷100 мм от внутреннего диаметра кристаллизатора. Это способствует формированию в слитке разноструктурных областей с наличием зон крупного зерна.
С целью получения однородной структуры определены оптимальные параметры скорости истечения струй расплава из отверстий распределительной воронки. Определяющими показателями стабильного получения требуемой скорости истечения струй являются площадь поперечного сечения отверстия распределительной воронки и количество отверстий. Площадь поперечного сечения отверстия распределительной воронки определяют по формуле
0
2
где S - площадь поперечного сечения отверстия распределительной воронки, м;
V - скорость литья отливаемого слитка, м/с;
2
S - площадь поперечного сечения отливаемого слитка, м;
0
V - скорость истечения струй расплава из отверстий распределительной воронки, м/с;
N - количество отверстий распределительной воронки, шт.
Для обеспечения стабильного получения требуемой скорости истечения струй расплава в указанных пределах произведен расчет количества отверстий распределительной коробки. Количество отверстий распределительной воронки определяют по формуле
где N - количество отверстий в распределительной воронке, шт.;
K - эмпирический коэффициент, учитывающий теплофизические параметры и условия охлаждения слитка (K=14÷19).
Эмпирический коэффициент K установлен на основании опытных данных и учитывает теплофизические параметры и условия охлаждения слитка. Для различных размеров слитков определены следующие значения коэффициента K:
19 - для слитков диаметром 800 мм и более;
18 - для слитков диаметром 500÷799 мм;
16 - для слитков диаметром 300÷499 мм;
14 - для слитков диаметром менее 300 мм;
D - диаметр отливаемого слитка, м;
V - скорость литья отливаемого слитка, м/с.
Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример конкретного выполнения.
Опробование предлагаемого способа проведено при отливке цилиндрических слитков диаметром 680 мм из сплава В95пч. На основании расчетных данных были спроектированы и изготовлены распределительные воронки, обеспечивающие скорость истечения струй расплава величиной 0,23 м/с, 0,27 м/с, 0,3 м/с. Технологические режимы осуществления способа и результаты исследований полученных слитков приведены в таблице - известный способ, №№2-4 - предлагаемый способ.
Таблица
N п/п
Скорость истечения струй расплава из распределительной воронки, м/с
Количество отверстий распределительной воронки, шт.
Диаметр отверстий распределительной воронки, мм
Изготовлено слитков, шт.
Результаты контроля макроструктуры слитков
Наличие «веерной» структуры
Наличие единичных крупных зерен
шт.
%
шт.
%
1
0,06
10
12
168
73
43,5
95
56,5
2
0,23
12
7
64
0
0
20
31,3
3
0,27
12
6,5
58
0
0
20
34,5
4
0,30
12
6
45
0
0
15
35,6
Предлагаемый способ непрерывного литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов, по сравнению с прототипом, позволяет улучшить и стабилизировать качество макроструктуры отливаемых слитков и изготовленных из них деформированных полуфабрикатов.