Способ изготовления желоба для транспортировки жидкого металла

Изобретение относится к металлургии, в частности к желобам для литья металлов и сплавов. Желоб для транспортировки жидкого металла состоит из полого огнеупорного элемента и корпуса. Огнеупорный элемент изготавливают в виде литникового канала требуемой конфигурации. Устанавливают его с зазором относительно внутренней полости формы. В зазор заливают жидкий металл для получения корпуса желоба. Обеспечивается увеличение срока службы желоба. 4 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое изобретение относится к металлургии и может быть использовано при литье металлов и сплавов, в частности алюминия и его сплавов.

Для перелива из емкости в емкость, транспортировки жидкого металла из металлургических емкостей в кристаллизаторы используются открытые и закрытые желоба.

Желоба, как правило, состоят из корпуса, обеспечивающего механическую прочность, и металлотракта (литейного канала), работающего в прямом контакте с расплавом металла и выполненного из огнеупорных материалов.

Изготовление желобов для транспортировки металла, емкостей для транспортировки и разливки жидкого металла включает изготовление корпуса и его футеровку. Футеровку выполняют из огнеупорных инертных к разливаемому металлу материалов, обладающих достаточной прочностью и низкой теплопроводностью. Футеровку изготавливают нанесением слоя огнеупорного материала на стенки корпуса различными способами.

Известна установка для изготовления монолитной футеровки металлургических емкостей, преимущественно ковшей, содержащая шаблон, размещенный в ковше, и узел приготовления и подачи огнеупорных масс, которая снабжена расположенной на шаблоне направляющей надставкой, выполненной в виде двух соосно смонтированных между собой частей, нижние основания которых повторяют контур ковша, а верхние - окружности (А.с. СССР №969453, B 22 D 41/02, 1982 г. [1]).

Футеровка изготавливается следующим образом. Ковш устанавливается на поворотном стенде. В него устанавливается и центрируется шаблон, на котором размещается направляющая надставка. При вращении ковша на поворотном стенде огнеупорная масса из смесителя подается в надставку, которая и распределяет массу по периметру ковша в зазор между стенками ковша и шаблона. Для лучшего распределения и уплотнения массы используют вибраторы. Установка универсальна и имеется возможность футеровки металлургических емкостей различной геометрической формы и размеров при незначительной перестройке.

Известна футеровка ковша для жидкого металла, состоящая из боковой и донной частей, выполненная в виде монолитного блока, причем монолитный блок может быть выполнен из наливной огнеупорной массы и снабжен металлическим каркасом с крепежными элементами, а для определения времени остановки на ремонт футеровка снабжена указателями безопасной толщины остаточного слоя, установленными в монолитном блоке (А.с. СССР №984670, B 22 D 41/02, 1983 г., [2]). Изготовление футеровки по данной технологии сокращает затраты труда, материалов и энергозатраты, повышает срок службы ковша.

Недостатки известных вышеуказанных решений ([1], [2]) в том, что для изготовления футеровок требуется специальное оборудование. Получение футеровок с достаточно высокой прочностью затруднительно.

Известен сталеразливочный ковш, содержащий кожух с огнеупорной футеровкой, разливочный стакан и средство его фиксации, установленные в гнезде, заполненном огнеупорным материалом, в котором средство для фиксации стакана выполнено в виде охватывающих стакан колец, установленных относительно друг друга с зазором, жестко соединенных между собой и имеющих наружные радиальные отростки, а гнездо заполнено раствором жидкоподвижной самотвердеющей смеси (А.с. СССР №973236, B 22 D 41/08, 1982 г. [3]).

Известное решение повышает надежность крепления разливочного стакана снижает затраты на монтаж, но многослойность футеровки разливочного узла из различных материалов не обеспечивает в полной мере высокой термомеханической стойкости, а следовательно, и не велик срок службы устройства.

Наиболее близким по назначению, технической сущности, наличию сходных признаков является способ изготовления сифонной проводки, включающий установку в желобе литейного поддона полых труб, имеющих форму металлопровода, накрывание желоба сверху массивной крышкой и заполнение желоба нагнетанием смеси, состоящей из огнеупорного порошка и связующего, вдоль оси металлопровода под избыточным давлением 0,2-0,5 МПа (патент РФ №2003463, B 22 D 7/06, 1993 г. [4]).

Способ обеспечивает быстрое и надежное заполнение желоба и дает возможность регулировать плотность огнеупорной оболочки канала в широких пределах, варьировать механические и теплофизические свойства материала.

Недостатками известного решения являются значительная энергоемкость изготовления оснастки, необходимость специального оборудования, зависимость параметров обработки в узком диапазоне от состава формовочной смеси, малый срок службы литейной оснастки.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение срока службы футерованной литейной оснастки и снижение затрат на ее изготовление.

Техническим результатом является прочное соединение корпуса литейного желоба с металлотрактом, изготовление желобов различной конфигурации, футеровка которых выполнена из материалов с требуемыми физико-механическими характеристиками.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления желоба для транспортировки жидкого металла, состоящего из полого огнеупорного элемента и корпуса, полый огнеупорный элемент изготавливают в виде литникового канала требуемой конфигурации, устанавливают его с зазором относительно внутренней полости формы и закрепляют, а в зазор заливают жидкий металл для получения корпуса желоба, причем в зазор заливают жидкий чугун, или жидкий алюминий, или его сплав, а полый огнеупорный элемент может быть выполнен составным или трубчатым.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Традиционная технология изготовления литейной оснастки, в частности желобов, включает изготовление корпуса (каркаса) и его футеровку различными способами. При этом, как правило, значительны трудовые затраты, требуется различное специальное оборудование (виброуплотнители, футеровочные стенды и т.п.). Сложно получить однородную по физико-механическим характеристикам футеровку, прочно соединенную с корпусом, выполнить желоб (элемент металлотракта) с изменяемыми по сечению геометрическими размерами.

В предлагаемом техническом решении задача решается в два этапа. На первом этапе изготавливается из материала, обеспечивающего необходимые свойства изделия, собственно литниковый канал (металлотракт) известными способами (прессование, жидконаливные смеси и т.п.), производится необходимая термообработка изделия.

Второй этап включает установку огнеупорного литникового канала (монолитного или из плотно соединенных между собой частей) в литниковую форму, его закрепление в форме, изоляцию полости литникового канала от внутренней полости литейной формы и заливку в зазор, образованный внутренней полостью формы и закрепленным в ней (с изолированной внутренней полостью) огнеупорным литниковым каналом.

В результате естественного охлаждения жидкого металла образуется корпус желоба, прочно соединенный с литниковым каналом, выполненным из огнеупорного материала, за счет усадки металла при затвердевании. При литье корпуса могут быть выполнены на нем различные элементы для крепления и транспортировки.

Основное отличие предлагаемого решения от ближайшего аналога состоит в том, что корпус желоба изготавливают заливкой жидкого самотвердеющего материала - жидкого металла, что и обуславливает его соответствие критерию патентоспособности "новизна".

Проведенный по патентной документации поиск выявил следующее:

- известно изготовление футеровки ковша, установленного на поворотном стенде, подачей в зазор между стенками ковша и установленного внутри него шаблона огнеупорной массы, распределение и уплотнение ее с использованием вибраторов [1];

- известна футеровка ковша для жидкого металла в виде монолитного блока, выполненного из наливной огнеупорной массы и снабженного металлическим каркасом с крепежными элементами [2];

- известен сталеразливочный ковш, в котором разливочный стакан зафиксирован в гнезде, образованном кладкой огнеупорной футеровки и наружной боковой поверхностью стакана, при этом гнездо заполнено раствором жидкоподвижной самотвердеющей смеси [3];

- известен способ изготовления сифонной проводки, включающий установку в желобе литейного поддона полых труб, имеющих форму металлопровода, закрепление на желобе крышки и заполнение образовавшейся полости нагнетанием смеси, состоящей из огнеупорного порошка и связующего, вдоль оси металлопровода под избыточным давлением 0,2-0,5 МПа [4].

Не обнаружено технических решений, характеризующихся сходными идентичными или эквивалентными признаками с предлагаемым, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Предлагаемая технология реализуется следующим образом. Изготавливают закрытый трубчатый желоб, литниковый канал которого выполнен составным из соединенных между собой втулок. Втулки изготавливают прессованием из огнеупорной смеси. Для соединения втулок между собой в единый литниковый канал (металлотракт) по их торцам выполняют выступы и впадины. После прессования проводят термообработку втулок: сушку и обжиг. Собранный из 7 втулок литниковый канал ("стержень") длиной 1200 мм устанавливают в знаки нижней литейной формы, изготовленной из формовочной смеси. На нижнюю форму устанавливают верхнюю литейную форму с литниковой воронкой. Заливают жидкий чугун, имеющий температуру 1500°С, в зазор между формой и "стержнем". После остывания формы и отливки отливку освобождают от формовочной смеси и направляют на механическую обработку.

Изготовленные таким образом закрытые трубчатые желоба успешно прошли опытно-промышленные испытания на Иркутском алюминиевом заводе. В процессе испытаний не наблюдалось разрушений футеровки литникового канала, срок службы предлагаемых желобов в 2-3 раза выше, чем изготовленных набивкой футеровки и обмазкой, а также с футеровкой, изготовленной из жидконаливных сесей.

По предлагаемой технологии возможно изготовление закрытых желобов для транспортировки и разливки жидкого металла с различной конфигурацией литникового канала.

1. Способ изготовления желоба для транспортировки жидкого металла, состоящего из полого огнеупорного элемента и корпуса, отличающийся тем, что полый огнеупорный элемент изготавливают в виде литникового канала требуемой конфигурации, устанавливают его с зазором относительно внутренней полости формы и закрепляют, а в зазор заливают жидкий металл для получения корпуса желоба.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зазор заливают жидкий чугун.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зазор заливают жидкий алюминий или его сплав.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что полый огнеупорный элемент выполняют составным.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что полый огнеупорный элемент выполняют трубчатым.