Устройство для производства полого слитка

Авторы патента:

Полезная модель относится к литейному производству, в частности, к литейным формам для изготовления литья полого слитка и может найти применение при изготовлении крупногабаритных полых слитков большой массы в тяжелом, энергетическом, транспортном и другом машиностроении. Задачей и техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание экономичного и технологичного устройства для литья полого слитка, обеспечивающего устранение причин развития дефектов усадочного, ликвационного и иного происхождения в осевых и торцевых зонах стенки полого слитка, а также сокращение времени заливки и увеличение выхода годного. Технический результат достигается тем, что устройство для производства полого слитка включает поддон, установленные на поддоне, по меньшей мере, один вертикальный стояк и конусную изложницу с центровым полым стержнем, причем над изложницей дополнительно размещена прибыльная надставка с высотой 0,15-0,30 высоты изложницы, а внутренние стенки изложницы от низа до 0,25-0,50 высоты изложницы выполнены расширяющимися с конусностью 1:100-1,8:100 и от 0,25-0,50 до верха изложницы - расширяющимися с конусностью 4,8:100-16,5:100, при этом изложница размещена на дополнительном кольцевом основании, в котором выполнен, по меньшей мере, один горизонтальный питатель, соединяющий вертикальный литник с литейной полостью, при соотношении площади сечения вертикального литника и площади сечения горизонтального питателя 1:1-1:3. 2 рис.

Известно устройство для литья полого слитка, включающее поддон, установленные на поддоне вертикальный стояк и конусную изложницу с центровым стержнем, соединенные горизонтальной сифонной проводкой, выполненной в углублении поддона, причем изложница и центральный стержень размещены на дополнительном основании, в котором выполнены вертикальные питатели. Центровой цилиндрический стержень выполнен из металла с внутренней полостью, заполненной огнеупорным наполнителем, и снабжен огнеупорным покрытием. Прибыль изложницы образована теплоизолирующей кольцевой вставкой, размещенной в верхней части изложницы с внутренней стороны ее стенки.

(JP 2000-126847, B22D 7/04, B22D 7/06, опубликовано 09.05.2000)

Недостатком этого устройства является невозможность избежать образования осевых усадочных, а также торцевых дефектов слитка из-за невыполнения условий направленного затвердевания и непрерывного питания стенок слитка ввиду неоптимальных параметров и размеров прибыли, а также неопределенности величины технологического уклона - конусности стенки изложницы. Кроме того, изготовление и разборка известного устройства требует больших трудозатрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для литья крупногабаритного полого слитка из стали, включающее поддон, установленные на поддоне вертикальный литник и конусную изложницу с центровым стержнем, соединенные горизонтальной сифонной проводкой, выполненной в углублении поддона, причем изложница и центровой стержень размещены на дополнительном основании, в котором выполнены вертикальные питатели. При этом центровой цилиндрический стержень выполнен разборным с внутренней полостью, в которую подают охлаждающий газ, а прибыль изложницы сформирована двумя теплоизолирующими кольцами, размещенными в полости верхней ее части.

(CN 201214139, B22D 7/04, B22D 7/12, опубликовано 01.04.2009)

Однако и это устройство, характеризуемое указанными выше существенными признаками, также не позволяет избежать образования осевых усадочных, а также торцевых дефектов в слитке из-за невыполнения условий направленного затвердевания металла и непрерывного питания стенок при литье массивных слитков ввиду неоптимального конструктивного решения геометрических параметров изложницы. Кроме того, центровой стержень требует непрерывного охлаждения, что удорожает и усложняет его конструкцию и не обеспечивает его многоразовое (до 10-15 заливок) использование.

Задачей и техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание экономичного и технологичного устройства для, литья полого слитка, обеспечивающего устранение причин развития дефектов усадочного, ликвационного и иного происхождения в осевых и торцевых зонах стенки полого слитка, а также сокращение времени заливки и увеличение выхода годного.

Технический результат достигается тем, что устройство для производства полого слитка включает поддон, установленные на поддоне, по меньшей мере, один вертикальный стояк и конусную изложницу с центровым полым стержнем, причем над изложницей дополнительно размещена прибыльная надставка с высотой 0,15-0,30 высоты изложницы, а внутренние стенки изложницы от низа до 0,25-0,50 высоты изложницы выполнены расширяющимися с конусностью 1:100-1,8:100 и от 0,25-0,50 до верха изложницы - расширяющимися с конусностью 4,8:100-16,5:100, при этом изложница размещена на дополнительном кольцевом основании, в котором выполнен, по меньшей мере, один горизонтальный питатель, соединяющий вертикальный литник с литейной полостью, при соотношении площади сечения вертикального литника и площади сечения горизонтального питателя 1:1-1:3.

Технический результат также достигается тем, что центровой стержень выполнен составным из цилиндрических полых секций, заполненных формовочной смесью или сплошным из формовочной смеси; цилиндрическая полая секция выполнена из элементов с поперечным сечением в виде сектора полого цилиндра, скрепленных вертикальными соединениями типа «шип-паз»; центровой стержень установлен в углублении, выполненным в поддоне; в кольцевом основании в месте соединения вертикального литника и горизонтального питателя выполнено углубление ниже уровня горизонтального питателя; питатель размещен по касательной к литейной полости; дополнительное кольцевое основание выполнено из холоднотвердеющей формовочной смеси или из металла; внутренняя полость прибыльной надставки облицована теплоизоляционным материалом; горизонтальные питатели выполнены щелевыми или из сифонного припаса; вертикальный стояк выполнен составным и сверху дополнительно снабжен литниковой воронкой; поверхности стенки изложницы и центрового стержня покрыты противопригарным термостойким материалом.

Размещение вертикального стояка и изложницы с центровым стержнем на металлическом поддоне, размещение изложницы на дополнительном кольцевом основании, а также соединение вертикального стояка с литейной полостью через горизонтальный питатель (нижняя боковая разливка) позволяет уже через 1-2 часа после заливки провести демонтаж вертикального стояка и переместить поддон с изложницей в другое место.

Конусности расширяющихся стенок изложницы 1:100-1,8:100 и 4,8:100-16,5:100, а также соответствующие им высоты изложницы (от низа до 0,25-0,50 высоты изложницы и от 0,25-0,50 до ее верха) обеспечивают необходимые условия для направленного затвердевания по высоте слитка, при которых обеспечивается непрерывное питание быстрее затвердевающих, расположенных ниже зон стенок слитка поступлением жидкого металла из вышерасположенных зон и прибыльной надставки. При этом происходит компенсация объемной усадки и формирование плотного и однородного строения металла тела слитка без дефектов усадочного, ликвационного и иного происхождения, включая область торца слитка.

Конструктивное решение вертикального стояка, который выполнен составным и сверху снабжен литниковой воронкой, использование горизонтальных питателей (щелевых или из сифонного припаса), а также выполнение в кольцевом основании в месте соединения вертикального стояка и горизонтального питателя углубление (зумпфа) ниже уровня горизонтального питателя при отношении площади сечения стояка к площади сечения горизонтального питателя 1:1-1:3, обеспечивает минимальное время заливки и минимальное воздействие струи жидкого металла на стенки литниковых каналов. Все это создает благоприятные условия для обеспечения направленного затвердевания и непрерывного питания жидким металлом затвердевающих зон слитка.

При изготовлении крупногабаритных полых слитков массой до 250 тонн и более устройство может содержать до 4 и более вертикальных литников, соединенных с литейной полостью изложницы и между собой.

Аналогичное действие по формированию качественного слитка оказывает выполнение кольцевого основания стенки из холоднотвердеющей формовочной смеси (или из металла, например, из стали или чугуна), центрового полого стержня из металла или сплошным из формовочной смеси, а также утепление внутренней полости прибыльной надставки теплоизоляционным материалом.

Выполнение центрового стержня из разъемных металлических цилиндрических полых секций обеспечивает простоту его извлечения при выбивку из полой части слитка и повторное многократное их применение в дальнейшем.

Конструкция устройства по полезной модели представлена на фиг.1 и 2, где:

1 - поддон;

2 - вертикальный стояк;

3 - конусная изложница;

4 - центровой стержень;

5 - прибыльная надставка;

6 - кольцевое основание;

7 - горизонтальный питатель;

8 - литейная полость слитка;

9 - цилиндрическая разъемная полая секция;

10 - углубление в поддоне;

11 - формовочная смесь центрового стержня;

12 - углубление (зумпф);

13 - теплоизоляционный материал;

14 - засыпка;

15 - элементы цилиндрической полой секции;

16 - высота изложницы.

Изготовление устройства по полезной модели и ее использование может быть проиллюстрировано следующим примером.

Для изготовления центрового полого стержня 1 в углубление 10 металлического поддона 1 устанавливали цилиндрические полые секции 9, состоящие из элементов 15 с поперечным сечением в виде сектора полого цилиндра. Скрепление элементов 15 секции между собой происходило по вертикальному соединению типа «шип-паз» (фиг.2). Конфигурация соединения «шип-паз» может быть различной, например, типа «ласточкин хвост» и т.п. Секции 9 в сборе могут быть снабжены устройством для их центровки, например, на торцах элементов 15 могут быть выполнены части кольцевого соединения типа «шип-паз». После сборки и центровки центрового стержня 4 его полость заполняют формовочной смесью, которую уплотняют. В области расположения прибыльной надставки 5 центровой стержень облицовывали теплоизоляционным материалом 13 в виде кольца.

Изготовление кольцевого основания 6 производили с использованием деревянной модели и холоднотвердеющих формовочных смесей изготавливали дополнительное кольцевое основание 6. При этом в кольцевое основание 6 вставляли стержни горизонтальных щелевых питателей 7, которые размещали по касательной к литейной полости 8, и стержни углубления 12 (зумпфа) ниже уровня горизонтального питателя в месте его соединения с вертикальным стояком 2.

После этого в знаковую часть кольцевого основания 6 устанавливали конусную изложницу 3, при этом внутренние стенки изложницы от низа до 0,35 высоты изложницы были выполнены расширяющимися с конусностью 1,5:100 и от 0,35 до верха изложницы - расширяющимися с конусностью 6,0:100. На изложницу 3 устанавливали прибыльную надставку 5 с высотой 0,2 высоты изложницы, внутреннюю полость которой облицовывали теплоизоляционным материалом 13.

Составной вертикальный стояк 2 с литниковой воронкой и его соединение с горизонтальным питателем 7 выполнили из сифонного припаса.

Предварительно внутреннюю поверхность изложницы 3 и поверхность центрового стержня 4 покрывали противопригарным термостойким материалом.

Сталь 10ГН2МФАЛ для литья полого слитка выплавлялась в дуговой печи. Заливку формы через литниковую систему производили при температуре жидкого металла 1580-1600°C. Время заливки составило не более 2,5 мин. После выхода металла в прибыльную надставку на 1/3 ее высоты поверхность зеркала металла утепляли теплоизоляционной засыпкой 14 толщиной 150-200 мм.

Через 1,5 часа после заливки вертикальный литник демонтировали и изложницу со слитком краном переместили в место для охлаждения. Элементы центрового стержня после выбивки не имели дефектов, которые препятствовали их повторному использованию. Прибыльную надставку и питатели отрезали.

Визуальный осмотр слитка показал, что качество наружной и внутренней поверхности полого слитка полностью отвечали требованиям технических условий и не имели дефектов в виде раковин и трещин, а также дефектов, связанных с пригаром.

Исследование микроструктуры полученного полого слитка показало, что осевая зона тела слитка и его торцы имели плотное строение металла по всему его сечению без каких-либо нарушений сплошности дефектами усадочного, ликвационного и иного происхождения. Все эти дефекты были выведены в зону прибыльной надставки.

Таким образом, устройство по полезной модели обеспечивает достижение поставленного технического результата: устранение причин для развития в осевых зонах стенки и на торцах полого слитка дефектов усадочного, ликвационного или иного происхождения, сокращение времени заливки и увеличение выхода годного, а также обеспечивает высокое качество поверхности слитка, простоту удаления из полости слитка центрового стержня.

1. Устройство для производства полого слитка, включающее поддон, установленные на поддоне, по меньшей мере, один вертикальный стояк и конусную изложницу с центровым стержнем, отличающееся тем, что над изложницей размещена прибыльная надставка с высотой 0,15-0,30 высоты изложницы, а внутренние стенки изложницы от низа до 0,25-0,50 высоты изложницы выполнены расширяющимися с конусностью 1:100-1,8:100 и от 0,25-0,50 до верха изложницы - расширяющимися с конусностью 4,8:100-16,5:100, при этом изложница размещена на кольцевом основании, в котором выполнен, по меньшей мере, один горизонтальный питатель, соединяющий вертикальный литник с литейной полостью, при соотношении площади сечения вертикального литника и площади сечения горизонтального питателя 1:1-1:3.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центровой стержень выполнен составным из цилиндрических полых секций, заполненных формовочной смесью или сплошным из формовочной смеси.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что цилиндрическая полая секция выполнена из элементов с поперечным сечением в виде сектора полого цилиндра, скрепленных вертикальными соединениями типа «шип-паз».

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центровой стержень установлен в углублении, выполненном в поддоне.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в кольцевом основании в месте соединения вертикального литника и горизонтального питателя выполнено углубление ниже уровня горизонтального питателя.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что питатель размещен по касательной к литейной полости.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевое основание выполнено из холоднотвердеющей формовочной смеси или из металла.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя полость прибыльной надставки облицована теплоизоляционным материалом.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что горизонтальные питатели выполнены щелевыми.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вертикальный стояк выполнен составным и снабжен литниковой воронкой.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхности стенки изложницы и центрового стержня покрыты противопригарным термостойким материалом.