Результат интеллектуальной деятельности: Роторная литейная машина для получения медной заготовки в литейно-прокатном агрегате

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении медной катанки в совмещенном процессе литья и прокатки.

Известен способ литья заготовки в пятироликовой роторной литейной машине, включающий формирование литейного желоба между центральным колесом машины и охватывающей лентой и заливку жидкого металла на вход этого желоба; при этом вход в литейный желоб расположен горизонтально (см. статью «Полосовые литейно-прокатные агрегаты для производства полос из цветных металлов». А.В. Чеботарев, А.Ю. Шевченко, А.В. Самсонов. Тяжелое машиностроение. 5/1997. Стр. 10. Позиция 1 на рисунке).

Недостаток пятироликовой машины - ее большая масса и стоимость.

Известен способ литья алюминиевой заготовки в двухроликовой литейной машине, включающий формирование литейного желоба между нижним колесом и охватывающей лентой (см. статью «Литейно-прокатные агрегаты для производства алюминиевой и медной катанки». А.Ю. Шевченко, В.А. Чеботарев и др. Тяжелое машиностроение 5/1997. Стр. 12. Позиция 1 на рисунке).

Достоинство известного способа - меньше вероятность попадания газовых пузырьков в жидкий металл в процессе литья.

Недостаток известного технического решения - вероятность появления поперечных температурных трещин посередине нижнего основания поперечного сечения литой заготовки.

Технический результат от использования изобретения - ликвидация брака по поперечным трещинам посередине нижнего основания трапециевидного поперечного сечения заготовки, а также исключение обрывов заготовки по этим трещинам в процессе ее литья и последующей прокатки заготовки за счет местного снижения температуры заготовки в местах локализации этих трещин благодаря увеличению интенсивности процесса охлаждения заготовки в указанной области.

Данный технический результат достигают тем, что используют роторную литейную машину для получения медной заготовки в литейно-прокатном агрегате, включающую раму, в которой установлены два колеса: верхнее натяжное и нижнее калиброванное литейное, охваченные бесконечной подвижной лентой, которая совместно с калибром, нарезанным в литейном колесе, образуют подвижный кристаллизатор, имеющий в радиальном сечении форму трапеции с верхним широким и нижним узким основаниями, причем на входе в кристаллизатор подвижная лента прижата к калибру, выполненному в литейном колесе, с помощью прижимного ролика, узкое основание трапеции выполнено выпуклым в виде равнобедренного треугольника; при этом горизонтальная ось прижимного ролика совмещена с горизонтальной осью литейного колеса, а трапеция с выпуклым узким нижним основанием, представляющая собой радиальное сечение калибра в литейном колесе, характеризуется тем, что в ручье калиброванного литейного колеса вокруг вершины равнобедренного треугольника выполнена впадина, очерченная радиусом r.

Для иллюстрации предлагаемого технического решения используются чертежи.

Фиг. 1. Схема роторной машины, вид сбоку.

Фиг. 2. Радиальное сечение (А-А на фиг. 1) ручья в литейном колесе роторной литейной машины вместе с отливаемой заготовкой.

Фиг. 3. Нижнее основание трапециевидного поперечного сечения отливаемой заготовки.

Литейная машина включает: раму 1 (фиг. 1), на которой смонтированы литейное колесо 2 и натяжное колесо 3, охваченные бесконечной подвижной лентой 4, которая в сочетании с литейным колесом 2 образует подвижный кристаллизатор.

Возле рамы 1 установлен миксер 5 (а точнее, на фиг. 1 позицией 5 обозначена точка, относительно которой осуществляют опрокидывание миксера) с ванной 6 и трубкой-питателем 7. Со стороны входа в подвижный кристаллизатор бесконечная лента 4 прижата к литейному колесу 2 с помощью прижимного ролика 8, приводимого в действие пневмоцилиндром 9. Выходящая из подвижного кристаллизатора литая заготовка 10 (фиг. 2) показана штрихпунктирной линией 11 в виде траектории ее движения.

Прижимной ролик 8 предназначен для того, чтобы обеспечивать правильную форму поперечного сечения отливаемой заготовки 10. Для этой цели его горизонтальная ось совмещена с горизонтальной осью литейного колеса 2.

Работает установка для литья заготовки следующим образом.

Жидкий металл заливают в миксер 5, из которого ее подают в ванну 6 и далее трубкой-питателем 7 дозированно направляют на вход подвижного кристаллизатора. На рабочей длине L кристаллизатора при вращении литейного колеса 2 по часовой стрелке (см. стрелку 12) жидкий металл затвердевает, и на выходе 13 из кристаллизатора получают заготовку с поперечным сечением (фиг. 2) в виде трапеции с выпуклым узким нижним основанием, представляющим собой радиальное сечение калибра в литейном колесе 2, и характеризующимся тем, что все три нижних угла в нем равны между собой. Непрерывно выдвигаясь из кристаллизатора, заготовка движется по криволинейной траектории 11 и на выходе из литейной машины имеет вид заготовки 14, разогнутой в прямую линию.

Радиальное сечение калибра в литейном колесе 2, имеющее вид трапеции с выпуклым узким нижним основанием и представленное на фиг. 2, характеризуется равенством углов β₁=β₂=β₃=β.

Для построения математического выражения, вычисляющего величину угла β, воспользуемся следующей системой уравнения:

Δβ=(β₁-90°)-α

Δβ=(180°-β₂)/2

Δβ₁=β₂,

где Δβ - промежуточный параметр.

Решая эту систему уравнений, получаем рабочую формулу:

β=120°+0,67α

Если принять углы выпуска, например, α₁=α₂=α=9°, то углы β можно рассчитать следующим образом:

β=120°+0,67⋅9°=126°

Поперечное сечение отливаемой заготовки, показанное на фиг. 2, включает: верхнее основание 15, две боковые грани 16 и выпуклое нижнее основание в виде равнобедренного треугольника 17, вершина 18 которого разделяет нижнее основание на две самостоятельные зоны охлаждения 19 и 20.

Вокруг точки 18 как относительно центра полуокружности очерчен выступ 21 (фиг. 3), причем радиус полуокружности можно рассчитать по эмпирической формуле ,

где F₀ - площадь поперечного сечения отливаемой заготовки, мм².

Определим отношение α₀ охлаждаемой поверхности заготовки к охлаждаемому объему (точнее, охлаждаемого периметра к охлаждаемой площади).

Выполним это на численных примерах: в первом из них площадь поперечного сечения заготовки F₀=1000 мм², а во втором - F₀=2500 мм².

В первом примере охлаждаемой периметр

С₀=4а₀=4⋅31,5=125 мм

где а₀=31,5 мм - сторона условного квадрата, которую находят как

Отношение периметра к площади

α₀=С₀/F₀=125/1000=0,125

Степень интенсивности охлаждения заготовки в целом

β₀=α₀=0,125

Радиус выступа на нижнем основании поперечного сечения заготовки

Охлаждающий периметр на выступе нижнего основания

С₁=(πr)=3,14⋅4,0=12,5 мм

Охлаждаемая площадь сечения выступа 21 (фиг. 3)

F₁=(πr²/2)=3,14⋅4,0²/2=25,0 мм²

Отношение охлаждаемого периметра к охлаждаемой площади

α₁=C₁/(F₁)=12,5/25,0=0,500

Степень интенсивности охлаждения выступа 21

β₁=α₁/К₁=0,500/2=0,250

где К₁-2 - коэффициент подпитки теплом извне.

Отношение интенсивности местного охлаждения выступа 21 к средней интенсивности охлаждения заготовки в целом

η=β₁/β₀=0,250/0,125=2,0

Во втором примере (F₀=2500 мм²)

С₁=3,14⋅5,0=15,7 мм

β₁=0,400/2=0,200

С₀=4⋅50=200 мм

α₀=200/2500=0,080

β₀=α₀=0,080

F₁=3,14⋅5²/2=39,3 мм²

α₁=15,7/39,3β₀=α₀=0,080

F₁=3,14⋅5²/2=39,3 мм²

α₁=15,7/39,3=0,400

β₁=0,400/2=0,200

η=0,200/0,080=2,5

Итак, интенсивность местного охлаждения на выступе 21 (фиг. 3) в 2,0…2,5 раза выше, чем в целом по заготовке. Это получается за счет того, что на дне калибра выполнена впадина с радиусом r; в результате охлаждаемый периметр увеличивается в раза, а температура выступа 21 получается на 40…60°C ниже, чем в целом по заготовке 10.

Это обеспечивает следующие преимущества:

а) ликвидируется опасность возникновения поперечных трещин посередине нижнего основания поперечного сечения заготовки, которые возникают в процессе ее разгибания после выхода из кристаллизатора;

б) как следствие, ликвидируются разрывы в заготовке, возникающие в процессе ее литья, а также при последующей ее прокатке; а это исключает аварийные ситуации в литейно-прокатном агрегате;

в) ликвидируются скрытые трещины в заготовке, а в последующем и в готовом прокате; а это исключает получение бракованной продукции.