КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ ЛИТЬЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СЛИТКОВ

Полезная модель относится к области литейного производства и может быть использована при отливке слитков из алюминия и его сплавов.
Уровень техники
Во всем мире для производства алюминиевых слитков широко используется способ вертикального полунепрерывного литья с прямым охлаждением слитков.
Сущность способа заключается в непрерывной подаче жидкого металла в водоохлаждаемую изложницу (кристаллизатор) с подвижным дном, роль которого выполняет подвижный поддон, перемещающийся в вертикальном направлении. Хладагент подается во внутренние камеры кристаллизатора, поддерживает низкую температуру стенок, которые соприкасаются с жидким алюминием. За счет этого первичного охлаждения вблизи стенки кристаллизатора формируется первоначальная затвердевшая оболочка слитка. Затем хладагент через отводящие каналы кристаллизатора поступает непосредственно на сформировавшуюся поверхность слитка, и обеспечивает дальнейшую кристаллизацию слитка. Литье прекращается при достижении слитком заданной длины, затем процесс повторяется вновь.
Существует проблема «пережима донника» - явление деформации донной части слитка (загибание торцов вверх) на начальной стадии литья, вызванное быстрой кристаллизацией и усадкой металла по периметру слитка.
Известна возможность влияния на величину деформации донной части слитка путем снижения интенсивности охлаждения слитка на начальной стадии литья.
Известен кристаллизатор для вертикального литья слитков из алюминия и алюминиевых сплавов (патент RU 2281183, МПК B22D 11/04, B22D 11/07, опубл. 10.08.2006,), содержащий корпус с охлаждающей камерой и форкамерой, подводящими и отводящими каналами. Из каждой камеры выходит один ряд отводящих каналов, для подачи хладагента на поверхность слитка. Охлаждающая камера и форкамера выполнены изолированными друг от друга и в них установлены вертикальные и горизонтальные перегородки с возможностью равномерного перетока охлаждающей жидкости.
Недостатком данного кристаллизатора является отсутствие средств регулирования расхода хладагента, подаваемого на поверхность слитка.
Изобретение по патенту RU 2353463 (МПК B22D 11/04, опубл. 27.02.2008) раскрывает способ вертикального полунепрерывного литья с прямым охлаждением слитков, включающий средства влияния на величину деформации донной части слитка. Используется кристаллизатор, содержащий две камеры охлаждения, два ряда отводящих каналов, для подачи воды на поверхность слитка. Периметр поперечного сечения слитка разбит на условные зоны (центральные и торцевые). Способ предлагает множество вариантов изменения размеров и формы выходных отверстий отводящих каналов, с целью изменения скорости истечения хладагента. Хладагент, в зависимости от формы выходных отверстий, выпускается в направлении различных зон поверхности слитка с различными скоростями. Разность интенсивности охлаждения центральных и торцевых зон поверхности слитка снижает величину деформации донной части слитка.
Недостатками данного способа являются отсутствие указаний по определению четкого размера зон поверхности слитка, охлаждаемых с разной интенсивностью, и то, что при переходе на рабочий режим литья недостаток охлаждения центральной части поверхности слитка может привести к нежелательному эффекту образования горячих трещин.
Патент US 5582230, B22D 11/04. опубл. 10.12 1996 г. раскрывает способ вертикального полунепрерывного литья с прямым охлаждением слитков, включающий средства влияния на величину деформации донной части слитка. Используется кристаллизатор, содержащий две камеры охлаждения, два ряда отводящих каналов, для подачи хладагента на поверхность слитка, запорный клапан, установленный в соединительном канале между камерами. Один ряд отводящих каналов используется для подачи хладагента на поверхность слитка на начальной стадии литья, и два ряда отводящих каналов на рабочем режиме литья. Использование только одного ряда отводящих каналов на начальной стадии литья помогает снизить величину деформации донной части слитка.
Недостатком известного способа является то, что примененный в конструкции кристаллизатора запорный клапан является механическим. Известная проблема эксплуатации таких систем охлаждения - это использование в качестве хладагента воды плохого качества и вопрос надежности, долговечности используемых механических клапанов. Вода плохого качества вызывает образование ржавчины и накипи на поверхностях клапанов. Они требуют периодической очистки и смазки. Механическим клапанам свойственны такие дефекты, как усталостная деформация (растягивание) возвратной пружины, износ и задиры сопрягаемых поверхностей, высыхание и износ уплотнительных колец.
Данное техническое решение принимается в качестве прототипа.
Раскрытие полезной модели
Интенсивность охлаждения слитка на начальной стадии литья значительно выше, чем на рабочем режиме. При старте литья донная часть слитка отдает тепло через контакт с поддоном, кристаллизатором и с хладагентом. Резкое охлаждение донной части слитка вызывает деформацию, так называемый «пережим». Эффект пережима донной части слитка широко выявляется при производстве слитков с высоким отношением ширины к толщине слитка, когда значение ширины 1000-2200 мм при толщине слитка 500-600 мм.
«Пережим донника» - нежелательное явление, т.к. часть дна слитка теряет контакт с поддоном, и лунка расплавленного металла в формирующемся слитке может разогреть изогнутые края дна слитка до температуры плавления, это вызывает трещины, неслитины, промывы металла. Расплавленный металл может пролиться в образовавшийся зазор между слитком и кристаллизатором, что приводит к зависанию слитка, повреждению кристаллизатора.
Технической задачей полезной модели является разработка конструкции кристаллизатора для литья алюминиевых слитков, которая способна снизить величину деформации донной части слитка, проста и надежна в работе.
Достижение указанной технической задачи обеспечивается тем, что в кристаллизаторе для литья алюминиевых слитков, содержащем корпус с первичной и вторичной камерами охлаждения, два ряда отводящих каналов, для подачи хладагента на поверхность слитка, размещенных вдоль контура рабочей поверхности корпуса кристаллизатора, согласно заявляемой полезной модели, первичная камера охлаждения содержит, по меньшей мере, один подводящий канал для поступления хладагента, при этом первичная и вторичная камеры соединены между собой, по меньшей мере, одним соединительным каналом, обеспечивающим поступление хладагента из первичной во вторичную камеру, а в соединительном канале установлен запорный клапан, выполненный с возможностью перекрытия потока хладагента через соединительный канал, причем запорный клапан выполнен в виде растягиваемого под давлением эластичного баллона.
Полезную модель дополняют следующий уточняющий признак:
- эластичный баллон может быть выполнен из каучуков, эластомеров или резины.
Отличительными признаками являются:
- первичная камера охлаждения содержит, по меньшей мере, один подводящий канал для поступления хладагента;
- камеры охлаждения соединены между собой, по меньшей мере, одним соединительным каналом, обеспечивающим поступление хладагента из первичной во вторичную камеру;
- в соединительном канале установлен запорный клапан, выполненный с возможностью перекрытия потока хладагента через канал;
- запорный клапан выполнен в виде растягиваемого под давлением эластичного баллона, обеспечивающего перекрытие соединительного канала, когда он расширен, и пропускание потока хладагента, когда он сжат.
Конструкция кристаллизатора поясняется фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.
На фиг. 1 представлен вид поперечного разреза корпуса кристаллизатора на начальной стадии литья. На фиг. 2 представлен вид поперечного разреза корпуса кристаллизатора на рабочем режиме литья. На фиг. 3 представлен вид сегмента корпуса кристаллизатора в изометрии.
Обозначение позиций на фиг. 1 и фиг. 2:
1 - корпус кристаллизатора;
2 - первичная камера охлаждения;
3 - вторичная камера охлаждения;
4 - соединительный канал;
5 - запорный клапан;
6 - подводящий канал;
7 - отводящие каналы;
8 - формирующийся слиток.
Кристаллизатор содержит корпус 1 с выполненными внутри двумя камерами охлаждения. Первичная камера охлаждения 2 и вторичная камера охлаждения 3 разделены перегородкой, содержащей соединительный канал 4. В соединительном канале 4 установлен запорный клапан 5, выполненный в виде растягиваемого эластичного баллона. Подвод хладагента в первичную охлаждающую камеру 2 осуществляется через подводящий канал 6. Поступление хладагента воды во вторичную камеру охлаждения 3 осуществляется из первичной камеры 2 через соединительный канал 4. Из каждой камеры 2 и 3 выходит один ряд отводящих каналов 7, предназначенных для подачи хладагента на поверхность формирующегося слитка 8. Угол наклона, диаметр и количество отводящих каналов выбирается исходя из размеров отливаемого слитка и марки сплава.
Работа устройства
В течение всего процесса отливки слитка работает циркуляционный насос, обеспечивающий наличие постоянного давления и поступления хладагента в кристаллизатор через подводящий канал 6. Расход хладагента регулируется в зависимости скорости литья и геометрических размеров слитка.
На начальной стадии литья воздух под давлением подается внутрь запорного клапана 5, выполненного в виде эластичного баллона, обеспечивая его расширение. Растянутый клапан 5 перекрывает соединительный канал 4, предотвращая поступление хладагента во вторичную камеру охлаждения 3. Хладагент, проходя через подводящий канал 6, заполняет полость первичной камеры охлаждения 2 и оттуда через отводящие каналы 7 поступает на поверхность слитка 8. Использование только первичной камеры охлаждения и одного ряда отводящих каналов на начальной стадии литья снижает интенсивность охлаждения слитка. Замедление процесса кристаллизации металла снижает величину деформации донной части слитка. При переходе на рабочий режим литья давление воздуха внутри запорного клапана 5 снимается. Клапан сжимается, обеспечивая пропускание потока хладагента из первичной камеры 2 через соединительный канал 4 во вторичную камеру 3. Из вторичной камеры охлаждения 3 хладагент через отводящие каналы 7 поступает на поверхность слитка 8. Интенсивность охлаждения слитка увеличивается.
Полезная модель представляет собой конструкцию кристаллизатора для литья алюминиевых слитков, которая способствует снижению величины деформации донной части слитка. В конструкции запорного клапана отсутствуют сопрягаемые металлические детали, что исключает возможность заклинивания клапана и устраняет проблемы, связанные с необходимостью периодической его очистки и смазки.