УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПЛАВА

Полезная модель относится к металлургии, в частности к непрерывному литью слитков из алюминия и его сплавов.
Известно устройство для непрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов, содержащее дозатор расплава, мешалку с рабочим элементом, выполненным в виде выпуклого шарового сегмента с накопителем расплава, выполненным в виде вставки, имеющей форму вогнутого сегмента (а.с. СССР №1562060, публ. 07.05.1990 г.). Недостатком известного устройства является возможность попадания окисных плен, находящихся на поверхности расплава, в кристаллизующийся слиток при механическом перемешивании расплава.
Известно устройство для фильтрации и распределения расплава, содержащее желоб для подачи расплава, фильтр из стеклосетки и распределительную воронку («Непрерывное литье алюминиевых сплавов». В.И. Напалков и др., М.: Интермет Инжиниринг, 2005, с.261). Недостатком устройства является высокая степень образования «веерной» структуры и единичных крупных зерен, недопустимых для дальнейшего изготовления крупногабаритных полуфабрикатов авиакосмического назначения.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества структуры слитков из алюминиевых сплавов.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является стабильное получение однородной макроструктуры слитков.
2
Технический результат достигается тем, что в устройстве для фильтрации и распределения расплава при непрерывном литье слитков из алюминиевых сплавов, содержащем желоб для подачи расплава, фильтр для очистки расплава от неметаллических включений, распределительную воронку, установочное центрирующее кольцо и кристаллизатор, согласно полезной модели распределительная воронка выполнена в виде металлического кольца, к которому прикреплен изготовленный из титанового сплава проволочный каркас, на поверхность которого нанесено покрытие на основе нитрида бора, при этом на каркас установлена оболочка из базальтовой ткани с поверхностной плотностью не менее 300 г/м в виде полого цилиндра с нижним основанием, причем в боковой поверхности оболочки выполнены радиальные выпускные отверстия, количество которых определяется соотношением:
; где
N - количество выпускных отверстий, шт.;
K - эмпирический коэффициент, учитывающий диаметр отливаемого слитка,
K=0,96÷1,14;
Dсл - диаметр отливаемого слитка, м;
Vсл - скорость литья слитка, м/с.
а диаметр выпускных отверстий определяется соотношением:
; где
Dотв - диаметр выпускного отверстия, м;
Kс - коэффициент скорости истечения расплава, (Kс=3,33÷4,35);
Vсл - скорость литья слитка, м/с;
2
Sсл - площадь поперечного сечения отливаемого слитка, м;
N - количество выпускных отверстий, шт.;
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фиг.1 представлен общий вид устройства.
Устройство содержит желоб 1 для подачи расплавленного металла, фильтр для очистки расплава от неметаллических включений 2, распределительную воронку, состоящую из металлического кольца 3, к которому прикреплен каркас 4, выполненный из титанового сплава. На каркас 4 установлена оболочка 5 из базальтовой ткани. Распределительная воронка оснащена установочным центрирующим кольцом 6 для размещения в кристаллизаторе 7 при литье слитка 8.
Устройство работает следующим образом.
2
По наклонному желобу подается расплавленный металл, который проходит сквозь фильтр для очистки, установленный на участке перелива расплава из желоба над распределительной воронкой. В качестве фильтра преимущественно используется стеклосетка ССФ с требуемым размером ячейки, позволяющая производить очистку расплава от неметаллических включений. Очищенный расплав поступает в распределительную воронку. Распределительная воронка состоит из металлического кольца, в качестве материала кольца целесообразно применение низколегированных сталей. К кольцу прикреплен проволочный каркас из титанового сплава. Выбор титанового сплава в качестве каркаса обусловлен высокой стойкостью материала к многократным теплосменам. Для уменьшения адгезии с алюминиевым расплавом на поверхность каркаса нанесено покрытие на основе нитрида бора. На каркас установлена оболочка из базальтовой ткани в виде полого цилиндра с нижним основанием. Для изготовления оболочки используется базальтовая ткань с поверхностной плотностью не менее 300 г/м. Базальтовая ткань благодаря своим теплофизическим свойствам не смачивается алюминиевым расплавом и обеспечивает легкость удаления гарнисажа. Поверхностная плотность указанной величины позволяет не пропускать расплав сквозь базальтовую ткань, а выпуск расплава из распределительной воронки к фронту кристаллизации обеспечивается посредством выпускных отверстий, выполненных в боковой поверхности оболочки. Распределительная воронка крепится к кристаллизатору с помощью установочного центрирующего кольца. Изменением количества и диаметра отверстий возможно регламентировать скорость истечения струй расплава из распределительной воронки, что благоприятно воздействует на получение заданной структуры отливаемого слитка. Количество выпускных отверстий выполнено исходя из следующего соотношения:
; где
N - количество выпускных отверстий, шт.;
K - эмпирический теплофизический коэффициент, учитывающий диаметр отливаемого слитка, K=0,96÷1,14;
Dсл - диаметр отливаемого слитка, м;
Vсл - скорость литья слитка, м/с.
А диаметр выпускного отверстия определяется по формуле:
; где
отв
D - диаметр выпускного отверстия, м;
Kc - коэффициент скорости истечения расплава, (Kc=3,33÷4,35);
сл
V - скорость литья слитка, м/с;
сл
2
S - площадь поперечного сечения отливаемого слитка, м;
N - количество выпускных отверстий, шт.;
Заявленное устройство опробовано при отливке слитков диаметром 680 мм из сплава Д16 ч. На основании расчетных данных были спроектированы и изготовлены распределительные воронки с обеспечением оптимальной скорости истечения расплава в интервале 0,20÷0,30 м/с. Для изготовления воронки использовали базальтовую ткань марки БТ-11 ТУ 5952-030-00204949-95. Каркас, выполненный из титанового сплава Пт-7 м, обработали аэрозольным покрытием на основе нитрида бора B-Stop. Технологические режимы осуществления полезной модели и результаты исследований слитков, изготовленных с использованием полезной модели (№1-2) в сравнении с прототипом (№3) представлены в табл.1.
Табл.1
N п/п
Скорость истечения струй расплава, м/с
Количество отверстий распределительной коробки, шт.
Диаметр отверстий, мм
Изготовлено слитков, шт.
Результат контроля макроструктуры слитков
Средний показатель газосодержания, см 3/100 гр
Средний коэффициент поглощения ультразвуковых колебаний, дБ/см
«веерная»
Единичные крупные зерна
Шт.
%
Шт.
%
1
0,23
12
7
12
0
0
2
17
0,10
1,14
2
0,30
12
6
10
0
0
2
20
0,12
1,35
3
0,23
12
7
20
1
5
6
30
0,14
1,38
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет стабилизировать получение однородной структуры слитков из алюминиевых сплавов.