СПОСОБ ЛИТЬЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ЧУШЕК В ИЗЛОЖНИЦЫ ЛИТЕЙНОГО КОНВЕЙЕРА И КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛИТЬЯ
METHOD OF CASTING ALUMINIUM PIGS INTO CHILL MOULDS OF CASTING CONVEYOR AND CASTING COMPLEX

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству малогабаритных алюминиевых чушек при непрерывной разливке металлов и сплавов в формы на литейном конвейере, в т.ч. на автоматизированных литейных линиях.
Как записано в п.2.2 ГОСТ 11070 "Чушки первичного алюминия. Технические условия": "На поверхности чушек не должно быть шлаковых и других инородных включений. Трещины шириной более 1 мм должны быть забиты. Требования к остальным дефектам поверхности устанавливаются по соглашению между потребителем и изготовителем".
При массовом конвейерном производстве продукции вручную забить трещины на всех чушках практически невозможно, а на автоматизированных литейных линиях - принципиально невозможно. Обычно потребители кроме трещин обращают внимание на глубокие усадочные раковины, заканчивающиеся пустотами (провалами, кавернами) глубоко в теле чушки. В дополнение к худшему товарному виду продукции, наличие на чушках данных дефектов влияет на безопасность переработки продукции - при попадании в пустоты влаги у потребителя при переплавке может произойти выброс металла.
Известен и широко распространен способ литья чушек на литейном конвейере (1. Металлургия вторичного алюминия: Учебное пособие для вузов / Г.В.Галевский, Н.М.Кулагин, М.Я.Минцис. - Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. - 289 с., 2. Литье алюминия и сплавов на его основе / Гринберг И.С., Рагозин Л.В., Александров М.Ф. и др. - С-Пб.: Изд-во МАНЭБ. - 2004. - 193 с.). Жидкий металл из миксера через летку и стационарный желоб поступает в подвижный желоб. Заливка металла в изложницы конвейера производится открытым способом с помощью перестановки вручную подвижного желоба с изложницы на изложницу. Снятие с поверхности чушек шлака, образующегося в турбулентном потоке, производится вручную с помощью лопатки литейщика. Снятый шлак так же вручную сбрасывается в шлаковню. Недостатки способа: интенсивное шлакообразование при заполнении изложниц; процессы заливки металла и снятия шлака немеханизированы; наличие дополнительного человека, занимающегося опасным монотонным трудом; невозможность выполнения ручных операций на автоматизированных литейных линиях; дополнительные потери алюминия при снятии плены/шлака.
Ближайшим аналогом заявленного способа литья металла в изложницы литейного конвейера является способ аналогичного назначения, включающий заполнение изложниц металлом до требуемого уровня при помощи устройства для разливки металла и охлаждение изложниц во время их транспортировки до места извлечения затвердевших чушек (SU 1148696 А, 07.08.1983).
Недостатками способа являются: сложность достижения однородности расплава и возможность образования брака чушек по инородным включениям и усадочным дефектам на литниковой поверхности.
Аналогом устройства является комплекс заливки жидкого металла в изложницы на конвейере (патент РФ №2263557, м.кл. B22D 35/04, 05/04). Известный комплекс содержит миксер с желобом, поворотный металлоприемник в виде разливочного колеса с радиально расположенными сливными патрубками, соединенными между собой кольцевым желобом, размещенным внутри колеса, и привод поворота колеса, выполненный в виде изложниц конвейера. Изложницы имеют возможность контактирования своей внутренней поверхностью со сливными патрубками разливочного колеса. Разливочное колесо установлено на опоры вращения, выставленные по отношению к изложницам с помощью прокладок. При движении изложницы внутренней продольной поверхностью давят на сливные патрубки разливочного колеса, в результате чего оно непрерывно вращается на опорах, обеспечивая заполнение металлом каждой изложницы до требуемого уровня. По отношению к изложницам разливочное колесо выставляется при монтаже с помощью прокладок. Охлаждение изложниц осуществляется во время их транспортировки до места сброса закристаллизовавшейся чушки.
Недостатками устройства являются: сложность достижения однородности расплава и возможность образования брака чушек по инородным включениям и усадочным дефектам на литниковой поверхности. Аналог не исключает необходимости ручного снятия шлака/плены с поверхности расплава в изложницах и/или необходимости ручной забивки усадочных трещин на поверхности чушек.
Ближайшим аналогом устройства является комплекс для заливки жидкого металла в изложницы на конвейере (патент РФ №2138364, м.кл. B22D 35/04, 1998). Известный комплекс содержит миксер с желобом, поворотный металлоприемник в виде разливочного колеса с радиально расположенными сливными патрубками, соединенными между собой кольцевым желобом, и привод колеса от конвейера с изложницами. Жидкий металл из миксера через летку, промежуточную емкость и желоб, пропущенный через полый подшипник, диск и муфту, поступает в разливочное колесо. Включенный в работу конвейер приливами изложниц через пальцы приводит во вращение полый диск, муфту и контактирующее с ней разливочное колесо. Из разливочного колеса по сливным патрубкам металл поступает в изложницы. Таким образом, комплекс механизирует процесс заливки металла, но не распространяется на процесс очистки залитого металла от шлака и предотвращение образования усадочных дефектов.
К недостаткам данной конструкции можно отнести следующее:
- значительное окисление металла в момент его слива турбулентным потоком через радиально расположенные сливные патрубки из разливочного колеса в изложницы;
- необходимость ручного снятия оксидной плены (шлака) для приведения чушек в соответствие с ГОСТ 11070;
- связанные с этим потери металла;
- чушки, полученные этим способом, имеют значительную неоднородность структуры и химического состава.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение недопустимых усадочных дефектов (трещин и глубоких раковин - "провалов") на литниковой поверхности малогабаритной алюминиевой чушки наиболее простым и эффективным способом, а также повышение технико-экономических показателей процесса за счет снижения образования брака при заполнении изложниц, улучшения качества выпускаемой продукции и снижения трудоемкости процесса литья.
Трещины, образующиеся при затвердевании центральной части чушки, в момент формирования открытой усадочной раковины с "провалом", являются горячими усадочными трещинами. Поэтому решение заключается в изменении характера усадки алюминия при формировании усадочной раковины в центральной части чушки. Исследования показали, что основную роль в образовании трещин играет наличие на поверхности затвердевающего металла оксидной плены, имеющей механические и физические свойства, отличные от свойств алюминия. Ликвидация плены позволяет получить бездефектную литниковую поверхность чушки. Таким образом, задача устранения усадочных дефектов сводится к снятию/сдвигу оксидной плены.
Технический результат заключается в том, что сдвиг образовавшейся оксидной плены приводит к тому, что в центральной части формирующейся чушки вместо усадочных пустот в виде раковины с "провалом" и сопутствующими трещинами образуется гладкая неглубокая усадочная впадина без трещин и "провалов".
Технический результат достигается тем, что в способе литья чушек в изложницы литейного конвейера, включающем заполнение изложниц жидким металлом до требуемого уровня, при помощи устройств для разливки металла и охлаждение изложниц во время их транспортировки до места извлечения затвердевших чушек, согласно заявляемому способу, при движении изложниц, в зоне начала кристаллизации чушек, производят сдвиг образовавшейся при заливке оксидной плены на открытой поверхности залитого металла в изложнице от одного края к другому краю в направлении, противоположном движению литейного конвейера.
Сдвиг образовавшейся при охлаждении оксидной плены может быть осуществлен в зоне не более 1/5 длины литейного конвейера от места заливки металла, при погружении планки для сдвига на глубину не более 1/3 поперечного сечения чушки.
Технический результат достигается в комплексе для литья чушек на литейном конвейере, содержащем миксер с желобом, устройство для заполнения металлом изложниц литейного конвейера и приспособление для сдвига оксидной плены с поверхности металла в изложнице, выполненное в виде планки, закрепленной на направляющих, жестко закрепленных на горизонтальном валу, установленном в раме конвейера параллельно длинной стороне изложницы, рычага, жестко закрепленного на валу, и копира, свободно установленного одним концом на горизонтальном валу с возможностью углового перемещения, при взаимодействии другим концом с роликами литейного конвейера, и обеспечивающего движение рычага вверх и вниз.
Рычаг может быть снабжен регулятором ограничения перемещения по глубине изложницы, установленным на другом конце рычага.
Способ и устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид комплекса, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3а - поперечный разрез чушки без использования устройства, на фиг.3б - поперечный разрез чушки с использованием устройства, на фиг.4 - фотография устройства.
В комплексе для литья металла на литейном конвейере, приспособление для сдвига плены состоит из четырех основных элементов: планки 1, рычага 2, копира 3, опоры 4. Миксер с желобом и устройство для заполнения жидким металлом изложниц 5 на литейном конвейере 6 на фигурах не показаны.
Планка 1 выполнена из жаропрочного материала и прикреплена на втулках 7 к направляющим 8.
Рычаг 2 является приводом горизонтального вала 9, установленного параллельно длинной стороне изложницы 5 и закрепленного обоими концами на раме 10 конвейера 6 при помощи опоры 4. К валу 9 прикреплены жестко две направляющие 8.
Копир 3 крепится одним концом на горизонтальном валу 9 с возможностью углового перемещения. Другой конец копира контактирует с роликами конвейера 6 и обеспечивает преобразование поступательного движения роликов конвейера 6 в движение рычага 2 вверх-вниз.
Комплекс оснащен двумя приспособлениями для регулирования и ограничения хода рычага 2 в направлении по глубине изложницы 5. Ограничитель перемещения 11 определяет угол свободного хода левого плеча рычага 2 при его движении вверх и, соответственно, угол опускания направляющих 8 и глубину погружения планки 1 в жидкий металл. Ограничитель перемещения 12 определяет угол свободного хода правого плеча рычага 2 при его движении вверх - амплитуду движения (высоту подъема планки).
Пример конкретного выполнения способа и устройства.
Планка 1, закрепленная на направляющих 8, приводится в движение от роликов литейного конвейера 6 с помощью копира 3. Планка 1 опускается в каждую изложницу 5 и сдвигает оксидную плену к краю. Копир 3 свободно крепится на горизонтальном валу 9 и приводит в действие рычаг 2 за счет горизонтального движения роликов литейного конвейера 6. Копир скользит по поверхности поступательно движущегося ролика конвейера 6, тем самым поднимает рычаг 2. Рычаг 2 при этом движется вверх - вниз. Так как между копиром 3 и рычагом 2 нет жесткой связи, есть возможность регулирования амплитуды движений рычага 2 с помощью винтов ограничителей хода 11 и 12. Эти регулировки позволяют применять жаропрочные пластины различной высоты, а также менять глубину погружения в расплав и высоту подъема планки 1.
Заполненные изложницы 5 транспортируются по литейному конвейеру в зону охлаждения. Приспособление для сдвига плены устанавливается в зоне начала кристаллизации чушки, занимающей 1/5 длины литейного конвейера (зона снятия перегрева относительно ликвидуса и образования тонкой, не более 5 мм корочки твердого металла со стороны изложницы). Глубина погружения планки для снятия плены должна составлять не менее 2 мм, но не более 1/3 поперечного сечения чушки.
Глубина погружения менее 2 мм от среднего уровня наполнения изложниц не обеспечит сдвига плены с каждой чушки при понижении уровня металла в изложницах, что происходит даже на автоматических литейных линиях. Погружение планки на глубину более 1/3 поперечного сечения чушки приведет к интенсивному перемешиванию и возможности выплеска металла из изложницы.
Сдвиг плены приводит к кардинальному изменению внешнего вида чушки, вместо раковины с "провалом" центральной части и сопутствующими трещинами образуется гладкая неглубокая усадочная раковина без трещин и "провалов".
Заявляемый способ реализован с помощью простого, надежного и эффективного устройства для сдвига плены на периферию поверхности чушки. Конструкция устройства универсальна, измеряя ширину копира, можно устанавливать устройство на литейные конвейеры с любой шириной изложницы, а также имеет малый собственный вес, минимум деталей, способных выйти из строя, что делает ее дешевой в изготовлении и надежной в эксплуатации. Данная конструкция опробована и внедрена в промышленную эксплуатацию на действующем литейном конвейере линии BEFESA в литейном отделении №3 ОАО СУАЛ филиал "ИркАЗ-СУАЛ".