УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТЛИВКИ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ

Полезная модель относится к области металлургии и может быть использована при отливке прокатных валков из стали и чугуна.
Известно устройство для отливки прокатных валков, содержащее форму для нижней шейки валка с литником, кокиль, форму для верхней шейки валка и электротехническое устройство для перемешивания расплава металла кондукционным способом (Журнал «Магнитная гидродинамика», 1982, №3, с.141-142).
Недостатком данного устройства является низкое качество изготовления отливок прокатных валков из-за невозможности получения качественного усреднения химического состава заливаемого металла по всему объему отливки, а также однородности по крупности частиц в металле при его кристаллизации.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является устройство для отливки прокатных валков, содержащее соосно установленные форму для нижней шейки валка, кокиль и форму для верхней шейки валка со сливным отверстием. Причем форма для нижней шейки валка соединена с литником, питатель которого выполнен тангенциальным, (см. Бешлык А.С.Чугунные прокатные валки. М., Металлургиздат, 1955, с.33, рис.29).
Недостатком известного устройства является низкое качество изготовления отливок прокатных валков за счет того, что оно не обеспечивает удаление вредных включений (шлаков) из отливки, выравнивание температуры по объему отливки, а также не позволяет получить однородность металла по химическому составу и степени дисперсности структуры. В результате этого структура отливки получается
неоднородной и разнозернистой, а наличие температурного градиента приводит к возникновению температурных напряжений, провоцирующих развитие микротрещин.
Кроме того, при изготовлении отливок прокатных валков из чугуна не обеспечивается глобулирование графита, что снижает качество отливки и приводит к дополнительному введению дорогостоящих легирующих элементов (модификаторов), что значительно увеличивает затраты на производство отливок прокатных валков.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении качества изготовления отливок прокатных валков.
Поставленная задача решается тем, что известное устройство для отливки прокатных валков, содержащее соосно установленные форму для нижней шейки валка, кокиль и форму для верхней шейки валка со сливным отверстием, причем форма для нижней шейки валка соединена с литником, питатель которого выполнен тангенциальным, согласно изменению, оно снабжено индукционным вращателем, установленным снаружи формы для верхней шейки валка и электрически соединенным с преобразователем формы напряжения, при этом наружные стенки формы для верхней шейки валка в рабочей зоне индукционного вращателя выполнены из немагнитного материала.
Такое конструктивное решение позволяет обеспечить интенсивное принудительное перемешивание расплавленного металла по всему объему отливки. В результате чего выводятся различные вредные включения (шлаки) из отливки, обеспечивается формирование однородной микроструктуры, а также выравнивание температуры по всему объему отливки, что во многом способствует снижению температурных напряжений и исключает развитие микротрещин в теле валка. В случае изготовления чугунных отливок обеспечивается глобулирование графита без дополнительного введения модификаторов.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, где схематично изображено устройство для отливки прокатных валков в разрезе.
Устройство для отливки прокатных валков содержит соосно установленные форму для нижней шейки валка 1, кокиль 2 и форму для верхней шейки валка 3 со сливным отверстием 4. Причем форма для нижней шейки валка 1 соединена с литником 5, который состоит из литниковой воронки 6, литниковой трубы 7 и питателя 8. Последний смещен от центральной оси формы и направлен тангенциально, обеспечивая тангенциальную подачу заливаемого металла с закручиванием. Снаружи формы для верхней шейки валка 3 установлен индукционный вращатель 9, электрически соединенный посредством кабеля или шин с преобразователем формы напряжения 10. Причем последний может быть выполнен например, в виде электрической схемы, приведенной в описании изобретения по а.с. №1265942 с приоритетом от 2.07.1984 г. Индукционный вращатель 9 может быть выполнен любой известной конструкции, например, в виде статора 11, в котором размещена трехфазная обмотка по типу асинхронного двигателя, где функцию ротора выполняет заливаемый металл. В рабочем пространстве индукционного вращателя 9 наружные стенки формы для верхней шейки валка 3 выполнены из немагнитного материала, например, стали марки 1Х18Н9Т. Использование немагнитного материала позволяет устранить экранирование формой для верхней шейки валка 3 вращающегося магнитного поля, формируемого в индукционном вращателе 9, что способствует усилению перемешивания заливаемого металла, обеспечивая формирование качественной отливки валка.
Устройство для отливки прокатных валков работает следующим образом. Первоначально заявляемое устройство устанавливают вертикально так, чтобы форма для нижней шейки валка 1 была расположена внизу. Затем расплавленный металл заливают в литниковую воронку 6, из нее по литниковой трубе 7 он поступает в тангенциальный питатель 8, в котором металл, закручиваясь в вихревом потоке, интенсивно перемешивается и
поступает в форму для нижней шейки валка 1. По мере подачи заливаемого металла он постепенно заполняет форму для нижней шейки валка 1, кокиль 2 и форму для верхней шейки валка 3. Когда металл поднимется до рабочей зоны индукционного вращателя 9, последний включают. При этом на вход преобразователя формы напряжения 10 подается синусоидальное трехфазное напряжение, на выходе из которого формируется трехфазное периодическое несинусоидальное напряжение с возрастающими с ростом частоты амплитудами спектра гармоник. Несинусоидальное напряжение от преобразователя формы напряжения 10 подается на индукционный вращатель 9. В последнем образуется полигармоническое вращающееся магнитное поле, которое проникает в ротор, в качестве которого выступает расплавленный металл. В металле индуктируется ЭДС, под действием которой протекает электрический ток разной частоты. Причем гармоники тока низкой частоты проникают на всю глубину отливки валка, а при более высоких частотах гармоники тока проникают значительно меньше. В результате проникновения гармоник тока на различную глубину по всему объему отливки возникает значительная разница движущих моментов, воздействующих на внутренние и внешние слои металла. Это создает высокую разность скоростей вращения слоев расплава металла относительно друг друга, обеспечивая послойное вращение, в результате чего происходит сдвижение слоев относительно друг друга, разрушение растущих кристаллов и их измельчение. За счет такого принудительного вращения неметаллические вредные включения (шлаки) всплывают и выводятся через сливное отверстие 4. В рабочем пространстве индукционного вращателя 9 наружные стенки формы для верхней шейки валка 3 выполнены из немагнитного материала, что позволяет устранить экранирование вращающегося магнитного поля, формируемого в индукционном вращателе 9, и способствует более тщательному перемешиванию залитого металла. По окончании заливки металла индукционный вращатель 9 отключают.
В результате такого интенсивного принудительного перемешивания металла происходит выравнивание температуры по всему объему, вследствие чего снимаются температурные напряжения, что позволяет предотвратить образование микротрещин. Также происходит усреднение металла по химическому составу и по величине частиц во всем объеме отливки. Микроструктура металла становится мелкозернистой, однородной. В случае заливки в заявляемое устройство чугуна усиливается вращение слоев металла и происходит глобулирование графита без дополнительного введения модификаторов. Это позволяет экономить дорогостоящие легирующие элементы и обеспечить более экономичную технологию производства отливки прокатных валков.
Таким образом, заявляемое устройство по сравнению с прототипом позволяет значительно повысить качество отливки прокатных валков.