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.
Известно устройство для фильтрации и распределения расплава при непрерывном литье слитков из алюминиевых сплавов, содержащее желоб для подачи расплава, фильтр для очистки расплава от неметаллических включений, распределительную воронку, установочное центрирующее кольцо и кристаллизатор, в котором 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 в виде полого цилиндра с нижним основанием из базальтовой ткани (Патент РФ на полезную модель №118233, публ. 20.07.2012) - прототип.
Недостатком прототипа является низкая надежность устройства из-за возможности разрушения базальтовой ткани в связи с ее невысокой жаростойкостью при температуре литья алюминиевых сплавов, а также высокая вероятность попадания интерметаллидных соединений в слиток из-за растворения проволочного титанового каркаса при его взаимодействии с расплавом алюминиевого сплава, что существенно снижает качество слитков наличием включений в металле.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества слитков из алюминиевых сплавов.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является ограничение окисных, шлаковых и интерметаллидных включений при литье слитков при сохранении равномерного распределения расплава в кристаллизаторе.
2
±1
±1
±0,2
±0,2
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для фильтрации и распределения расплава при литье цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов, содержащем желоб для подачи расплава, распределительную воронку, центрирующее кольцо и кристаллизатор, согласно полезной модели распределительная воронка выполнена в виде металлического разжимного каркаса из двух полуколец, соединенных между собой посредством пружинистых элементов, к которому с внешней стороны крепится обечайка с днищем, выполненная из стеклоткани толщиной 0,6÷1,1 мм с поверхностной плотностью не менее 660 г/м, при этом на поверхности обечайки выполнены радиальные отверстия прямоугольного сечения, закрытые по всей площади стеклосеткой с размером ячейки 3×3 мм, с внутренней стороны обечайки соосно крепится фильтрующий элемент из стеклосетки с размером ячейки 1×1 мм, выполненный в виде обратного полого усеченного конуса с углом у мнимой вершины 95÷120°, причем фильтрующий элемент по периметру своего большего основания соединен с обечайкой на расстоянии, составляющем 1/2÷2/3 высоты от днища, а по периметру нижнего основания фильтрующий элемент соединен с днищем на расстоянии, составляющем 1/3÷2/3 радиуса от оси распределительной воронки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
Устройство содержит желоб 1 для подачи расплавленного металла, распределительную воронку 2, в верхней части которой устанавливается металлический каркас, состоящий из двух полуколец 3 с двумя пружинистыми элементами 4. На металлическом каркасе закреплена обечайка 5 с днищем 6. В нижней зоне обечайки выполнены отверстия 7. С внутренней стороны обечайки установлен фильтрующий элемент 8. Распределительная воронка оснащена установочным центрирующим кольцом 9 для размещения в кристаллизаторе 10 при литье слитка 11.
Устройство работает следующим образом.
Из литейного миксера по наклонному желобу расплавленный металл подается в распределительную воронку, которая установлена по центру кристаллизатора при помощи центрирующего кольца. Распределительная воронка состоит из обечайки с днищем и металлического каркаса. Съемный металлический каркас выполнен из двух полуколец, которые соединяются между собой двумя пружинистыми элементами, и применяется для придания круглой формы и жесткости верхней части распределительной воронки.
2
±1
±1
В качестве материала обечайки использована стеклоткань толщиной 0,6÷1,1 мм с поверхностной плотностью не менее 660 г/м. Эти характеристики огнеупорного материала, используемого для длительного контакта с расплавом алюминия, позволяют не пропускать металл через стеклоткань во время всего процесса литья, обеспечивают заданную термостойкость, а также возможность сохранять форму и жесткость конструкции при температурах разливки алюминиевых сплавов в интервале температур 680÷800°C. В нижней зоне обечайки выполнены радиальные прямоугольные отверстия для выпуска расплава. Изменением количества и размера отверстий возможно регламентировать скорость истечения струй расплава из распределительной воронки, что благоприятно воздействует на получение структуры отливаемого слитка. Количество и размеры выпускных отверстий выполнены исходя из диаметра слитка и марки его сплава. Для улучшения распределения потока расплава, сохранения жесткости обечайки и фиксации отверстий, в отверстия обечайки установлена стеклосетка с размером ячейки 3×3 мм.
±0,2
±0,2
Внутри обечайки дополнительно установлен фильтрующий элемент из стеклосетки с размером ячейки 1×1 мм, который позволяет значительно снизить коэффициент загрязненности слитков оксидными пленами, флюсовыми включениями.
Для фиксации стеклосетки в натянутом состоянии фильтрующий элемент выполнен в виде обратного полого усеченного конуса с углом у мнимой вершины 95÷120°. С целью придания дополнительной жесткости конструкции и снижения энергии струи расплава, падающей из желоба, фильтрующий элемент по периметру своего большего основания соединен с обечайкой на расстоянии, составляющем 1/2÷2/3 высоты от днища, а по периметру нижнего основания фильтрующий элемент соединен с днищем обечайки при помощи дополнительного круглого донышка на расстоянии, составляющем 1/3÷2/3 радиуса от оси распределительной воронки. При литье слитка целесообразно осуществлять одноразовое применение распределительной воронки, так как обечайка с днищем и фильтрующим элементом после распределения расплава в кристаллизаторе и очистки расплава от окисных, шлаковых, интерметаллидных соединений утилизируется, а съемный металлический каркас из двух полуколец и пружинистых элементов устанавливается в новую обечайку и цикл повторяется.
Полезная модель была опробована при отливке крупногабаритных слитков из алюминиевых сплавов и использована в промышленном производстве. Показатели качества слитков, изготовленных с использованием заявляемого устройства (№1), в сравнении с прототипом (№2) приведены в табл. 1.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить качество слитков из алюминиевых сплавов за счет снижения окисных, шлаковых и интерметаллидных включений, что уменьшает количество слитков с выявленными дефектами при ультразвуковом контроле.