Способ непрерывного литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к металлургии. Способ включает струйную подачу расплава в кристаллизатор через распределительную воронку под мениск в горизонтальном направлении и вытягивание слитка. Скорость истечения струй расплава из отверстий распределительной воронки составляет 0,23-0,30 м/с. Площадь поперечного сечения отверстия и количество отверстий воронки рассчитывают по формулам. Достигается улучшение условий перемешивания и кристаллизации расплава, улучшение макроструктуры слитка. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к непрерывному литью металлов и может быть использовано для производства цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов.

Известен способ непрерывного литья металлов, включающий подвод металла через распределительную коробку под мениск в кристаллизаторе в горизонтальном направлении со скоростью истечения 0,14 м/с (Германн. Э. Непрерывное литье. М.: Металлургиздат, 1961, с.381-382).

Недостатком известного способа является наличие в слитках «веерной» структуры, снижающей технологическую пластичность металла и эксплуатационные характеристики изготовленных полуфабрикатов.

Известен способ непрерывного литья алюминиевых сплавов, включающий струйную подачу расплава в кристаллизатор через распределительную коробку под мениск в горизонтальном направлении со скоростью истечения струй у фронта кристаллизации 0,05÷0,06 м/с (Патент РФ №2026136, 1995 г.) - прототип.

Известный способ не обеспечивает гарантированное отсутствие в слитках единичных участков с крупнозернистой макроструктурой, недопустимых для дальнейшего изготовления и отрицательно влияющих на качество изготовленных длинномерных крупногабаритных полуфабрикатов авиакосмического назначения. Кроме того, известный способ не исключает полного отсутствия слитков с «веерной» структурой.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение показателей качества макроструктуры отливаемого слитка.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является улучшение условий струйного перемешивания и кристаллизации расплава металла в объеме лунки кристаллизующегося слитка.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе непрерывного литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов, включающем струйную подачу расплава в кристаллизатор через распределительную воронку под мениск в горизонтальном направлении с заданной скоростью и вытягивание слитка, отличающемся тем, что скорость истечения струй расплава из отверстий цилиндрической распределительной воронки, устанавливают в пределах 0,23÷0,30 м/с. Площадь поперечного сечения отверстия распределительной воронки определяют по формуле

где S₀ - площадь поперечного сечения одного отверстия распределительной воронки, м²;

V - скорость литья отливаемого слитка, м/с;

S - площадь поперечного сечения отливаемого слитка, м²;

V₀ - скорость истечения струй расплава из отверстий распределительной воронки, м/с;

N - количество отверстий распределительной воронки, шт.

Количество отверстий распределительной воронки определяют по формуле

где N - количество отверстий в распределительной воронке, шт.;

K - эмпирический коэффициент, учитывающий теплофизические параметры и условия охлаждения слитка (K=14÷19);

D - диаметр отливаемого слитка, м;

V - скорость литья отливаемого слитка, м/с.

В предлагаемом способе расплав подают к фронту кристаллизации со скоростью истечения струй, устанавливаемой в пределах 0,23÷0,3 м/с. Скорость струи менее 0,23 м/с недостаточна для быстрой подачи расплава к стенкам водоохлаждаемого кристаллизатора, что приводит к уменьшению скорости кристаллизации расплава и, следовательно, появлению зон веерообразных кристаллов.

При достижении скорости истечения более 0,3 м/с струи расплава ударяются о стенки водоохлаждаемого кристаллизатора и, частично закристаллизовавшись, отражаются от стенок, полностью кристаллизуясь на расстоянии 50÷100 мм от внутреннего диаметра кристаллизатора. Это способствует формированию в слитке разноструктурных областей с наличием зон крупного зерна.

С целью получения однородной структуры определены оптимальные параметры скорости истечения струй расплава из отверстий распределительной воронки. Определяющими показателями стабильного получения требуемой скорости истечения струй являются площадь поперечного сечения отверстия распределительной воронки и количество отверстий. Площадь поперечного сечения отверстия распределительной воронки определяют по формуле

где S₀ - площадь поперечного сечения отверстия распределительной воронки, м²;

V - скорость литья отливаемого слитка, м/с;

S - площадь поперечного сечения отливаемого слитка, м²;

V₀ - скорость истечения струй расплава из отверстий распределительной воронки, м/с;

N - количество отверстий распределительной воронки, шт.

Для обеспечения стабильного получения требуемой скорости истечения струй расплава в указанных пределах произведен расчет количества отверстий распределительной коробки. Количество отверстий распределительной воронки определяют по формуле

где N - количество отверстий в распределительной воронке, шт.;

K - эмпирический коэффициент, учитывающий теплофизические параметры и условия охлаждения слитка (K=14÷19).

Эмпирический коэффициент K установлен на основании опытных данных и учитывает теплофизические параметры и условия охлаждения слитка. Для различных размеров слитков определены следующие значения коэффициента K:

19 - для слитков диаметром 800 мм и более;

18 - для слитков диаметром 500÷799 мм;

16 - для слитков диаметром 300÷499 мм;

14 - для слитков диаметром менее 300 мм;

D - диаметр отливаемого слитка, м;

V - скорость литья отливаемого слитка, м/с.

Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример конкретного выполнения.

Опробование предлагаемого способа проведено при отливке цилиндрических слитков диаметром 680 мм из сплава В95пч. На основании расчетных данных были спроектированы и изготовлены распределительные воронки, обеспечивающие скорость истечения струй расплава величиной 0,23 м/с, 0,27 м/с, 0,3 м/с. Технологические режимы осуществления способа и результаты исследований полученных слитков приведены в таблице - известный способ, №№2-4 - предлагаемый способ.

Таблица
N п/п	Скорость истечения струй расплава из распределительной воронки, м/с	Количество отверстий распределительной воронки, шт.	Диаметр отверстий распределительной воронки, мм	Изготовлено слитков, шт.	Результаты контроля макроструктуры слитков
					Наличие «веерной» структуры	Наличие единичных крупных зерен
шт.	%	шт.	%
1	0,06	10	12	168	73	43,5	95	56,5
2	0,23	12	7	64	0	0	20	31,3
3	0,27	12	6,5	58	0	0	20	34,5
4	0,30	12	6	45	0	0	15	35,6

Предлагаемый способ непрерывного литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов, по сравнению с прототипом, позволяет улучшить и стабилизировать качество макроструктуры отливаемых слитков и изготовленных из них деформированных полуфабрикатов.

1. Способ непрерывного литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов, включающий струйную подачу расплава в кристаллизатор через распределительную воронку под мениск в горизонтальном направлении с заданной скоростью и вытягивание слитка, отличающийся тем, что скорость истечения струй расплава из отверстий цилиндрической распределительной воронки устанавливают в пределах 0,23-0,30 м/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения отверстия распределительной воронки определяют по формуле:

где S₀ - площадь поперечного сечения одного отверстия распределительной воронки, м²;
V - скорость литья отливаемого слитка, м/с;
S - площадь поперечного сечения отливаемого слитка, м²;
V₀ - скорость истечения струй расплава из отверстий распределительной воронки, м/с;
N - количество отверстий распределительной воронки, шт.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество отверстий
распределительной воронки определяют по формуле:
;
гдe N - количество отверстий распределительной воронки, шт.;
К - эмпирический коэффициент, (К=14-19);
D - диаметр отливаемого слитка, м;
V - скорость литья отливаемого слитка, м/с.