Совмещенные и комбинированные технологии в литейном производстве
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 140
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7638-4664-5
Артикул: 814437.01.99
Рассмотрены принципиальные схемы и конструкции основных узлов установок совмещенного непрерывного литья и обработки металлов давлением, области их применения.
Предназначено студентам направлений 22.04.02 «Металлургия», 22.04.02.07 «Теория и технология литейного производства цветных металлов и сплавов», обучающимся по программе магистров, а также аспирантам специальности 2.6.3 «Литейное производство».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Оглавление 1 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет СОВМЕЩЕННЫЕ И КОМБИНИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Учебное пособие Красноярск СФУ 2022
Оглавление
2
УДК 621.74(07)
ББК 34.61я73
С565
К о л л е к т и в а в т о р о в:
С. В. Беляев, В. Н. Баранов, Е. М. Лесив, В. Б. Деев, В. Ф. Фролов,
С. Б. Сидельников, Ю. В. Горохов, А. Р. Фастыковский,
И. Л. Константинов, И. В. Усков, А. А. Косович, И. В. Костин,
Е. Г. Партыко, Н. А. Степаненко
Р е ц е н з е н т ы:
К. В. Никитин, доктор технических наук, главный научный сотрудник НИС кафедры литейных и высокоэффективных технологий ФГБОУ
ВО «Самарский государственный технический университет»;
К. А. Батышев, доктор технических наук, профессор кафедры технологии обработки материалов ФГБОУ ВО «Московский государственный
технический университет им. Н. Э. Баумана»
С565 Совмещенные и комбинированные технологии в литейном
производстве : учеб. пособие / С. В. Беляев, В. Н. Баранов, Е. М. Лесив [и др.]. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2022. – 140 с.
ISBN 978-5-7638-4664-5
Рассмотрены принципиальные схемы и конструкции основных узлов установок совмещенного непрерывного литья и обработки металлов давлением,
области их применения.
Предназначено студентам направлений 22.04.02 «Металлургия», 22.04.02.07
«Теория и технология литейного производства цветных металлов и сплавов»,
обучающимся по программе магистров, а также аспирантам специальности 2.6.3
«Литейное производство».
Электронный вариант издания см.:
http://catalog.sfu-kras.ru
УДК 621.74(07)
ББК 34.61я73
ISBN 978-5-7638-4664-5 © Сибирский федеральный
университет, 2022
Оглавление 3 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 4 1. ПРОЦЕСС НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ В НЕПОДВИЖНЫЕ КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ ............................................ 7 2. ПРОЦЕСС НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ В ПОДВИЖНЫЕ КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ ............................................... 21 2.1. Непрерывное литье между валками ................................................... 25 2.2. Непрерывное литье намораживанием ................................................. 46 2.3. Непрерывное литье между валком и лентой ..................................... 70 2.4. Непрерывное литье в кристаллизаторы ленточного типа ................. 81 2.5. Непрерывное литье в кристаллизаторы гусеничного типа Hunter Duglas .......................................................... 85 3. СОВМЕЩЕННОЕ ЛИТЬЕ, ПРОКАТКА И ПРЕССОВАНИЕ ..................................................................................... 87 4. СОВМЕЩЕННОЕ ЛИТЬЕ И ПРЕССОВАНИЕ МЕТОДОМ CONFORM ............................................................................ 106 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 125 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .......................................................... 126 ПРИЛОЖЕНИЕ. Тестовые задания ............................................................... 130
Совмещенные и комбинированные технологии в литейном производстве 4 ВВЕДЕНИЕ Одним из перспективных направлений в современной мировой металлургии является создание совмещенных и комбинированных непрерывных технологий, затрагивающих несколько металлургических переделов или несколько различных операций, реализуемых в едином агрегате для производства требуемой продукции, что обеспечивает изготовление конкурентоспособной продукции с минимальными производственными затратами, т. е. повышение эффективности производства. Формы совмещения технологических операций в литейном производстве могут быть разнообразными. Наиболее эффективным является совмещение таких непрерывных процессов литья и обработки металлов давлением, как прокатка, прессование и волочение. Реализация данных совмещенных процессов с созданием схемы интенсивной пластической деформации (ИПД) дает возможность формирования сплавов в твердожидком состоянии с аномальными свойствами [1–3]. Использование совмещенных и комбинированных технологических процессов открывает большие перспективы по повышению металлургического производства. Первичная теплота слитка используется для его деформации, что в большинстве случаев полностью исключает предварительный нагрев слитков перед прокаткой. Это позволяет исключить промежуточный склад заготовок, а также печи для их нагрева и достичь полной непрерывности процессов литья и прокатки. Машины, входящие в состав литейно-прокатного агрегата (ЛПА), становятся более компактными, что исключает применение громоздких и дорогостоящих обжимных станов. В связи с этим существенно снижаются удельные капитальные затраты и значительно повышается производительность труда. Сегодня ЛПА широко применяются во всем мире при производстве электротехнической катанки из алюминия и меди, листовых заготовок из цветных металлов, в том числе и для производства фольги. Благодаря совмещенным и комбинированным технологиям в литейном производстве удалось создать новый тип литейного производства – компактный литейно-прокатный модуль с уникальными технико-экономическими показателями. Строительство такого комплекса с объемом производства проката до 700–1 000 т/год обходится в 3–5 раз дешевле, чем традиционного специализированного мини-завода. Такое направление очень перспективно в России на фоне возрождающегося машиностроения [4].
Введение 5 Рис. 1. Разновидности современных модулей для мини-заводов [4]
Совмещенные и комбинированные технологии в литейном производстве 6 При проектировании ЛПА широко используется модульный принцип, заключающийся в создании объектов (машин, агрегатов, процессов и т. д.) из специализированных взаимозаменяемых блоков (модулей), набор которых определяется конкретными технологическими задачами и производственными условиями. С одной стороны, ЛПА представляют собой наборы взаимозаменяемых функциональных модулей, как машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), режущие устройства, рольганги, нагревательные устройства, черновые и чистовые прокатные клети, холодильники, моталки и т. д. С другой стороны, ЛПА представляют собой законченные модули различного назначения и производительности, которые могут применяться в различных сочетаниях в составе литейно-прокатных комплексов (ЛПК) и мини-заводов. Преимущества такого подхода к проектированию и изготовлению любых технических объектов обусловлены высокой технологичностью изделий, значительным повышением их работоспособности и ремонтопригодности, расширением функциональных возможностей, существенным уменьшением сроков и стоимости изготовления, технологической гибкостью, возможностью быстрого расширения и перепрофилирования производства, модернизации и приспособления к изменяющимся условиям. Основные технологические модули, используемые при создании ЛПК и мини-заводов, как освоенные промышленностью, так и обладающие хорошими перспективами в будущем, приведены на рис. 1 [4]. Значительный вклад в теорию и практику этих совмещенных процессов внесли не только зарубежные, но и отечественные ученые: В. Авитцур, В. Ю. Бажин, В.М. Баранов, В. Н. Выдрин, М. С. Гильденгорн, В.И. Добаткин, В.Н. Корнилов, В. И. Напалков, И. Л. Перлин, А. И. Целиков, В. Н. Шеркунов, В. Н. Щерба и др. Несмотря на достаточно большой зарубежный опыт промышленного использования совмещенных процессов в обработке цветных металлов, в отечественной металлургии он не находит достойного применения в силу недостаточной информативной и научно-технической базы.
1. Процесс непрерывного литья в неподвижные кристаллизаторы 7 1. ПРОЦЕСС НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ В НЕПОДВИЖНЫЕ КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ В настоящее время слитки получают в основном двумя способами: литьем в изложницы (дискретное или наполнительное литье) и методом непрерывного литья. Оба способа имеют разновидности. Основное отличие этих способов состоит в положении фронта кристаллизации по отношению к поверхности охлаждения. При литье в изложницы фронт кристаллизации непрерывно перемещается по сечению и длине слитка, в то время как сам слиток остается неподвижным. При непрерывном литье наоборот слиток перемещается с постоянной скоростью, а фронт кристаллизации остается неподвижным по отношению к кристаллизатору [3; 5; 6]. Непрерывным называется литье, при котором слиток может быть получен любой требуемой длины, а литье может продолжаться сколько угодно долго. На рис. 2 представлена классификация способов непрерывного литья цветных металлов и сплавов [7]. Рис. 2. Классификация способов непрерывного литья цветных металлов и сплавов Принято различать непрерывное и полунепрерывное литье. В случае непрерывного литья вытягиваемый из кристаллизатора слиток режется на Непрерывное литье цветных металлов и сплавов в подвижный кристаллизатор (сверху, снизу, сбоку) в неподвижный кристаллизатор (скольжения; электромагнитный) вертикальное литье (вверх; вниз) горизонтальное литье в ленточные кристаллизаторы (способы Hazelett и Hunter Duglas) между валком и лентой (способ Properzi, роторные кристаллизаторы) в валки (на один валок; между двумя)
Совмещенные и комбинированные технологии в литейном производстве 8 мерные заготовки на ходу, без остановки процесса литья, с помощью специального устройства – летучей пилы. При полунепрерывном литье процесс прекращается после получения слитка определенной длины – 2–8 м. Данный процесс подробно представлен выше. Принципиально процессы затвердевания и охлаждения слитков, происходящие при непрерывном и полунепрерывном литье, практически одинаковы, поэтому в дальнейшем изложении термин «непрерывное литье» можно отнести для обоих случаев. Наиболее широкое распространение среди представленных способов (рис. 2) получило непрерывное вертикальное литье в кристаллизатор скольжения. В первую очередь этому способствовали два фактора: возможность отливки слитков крупных сечений, а также возможность одновременной отливки достаточно большого количества слитков в полунепрерывном варианте литья [8]. Несмотря на широкое применение непрерывного вертикального литья, его разработка началась только в 30-е годы XX века. Развитие авиационной техники потребовало крупногабаритных литых заготовок высокого качества. Крупногабаритные слитки, получаемые литьем в изложницу, оказались пораженными усадочной рыхлотой и оксидными пленами. Переход к полунепрерывному литью позволил обеспечить требуемое качество литых заготовок. Непрерывное вертикальное литье в полунепрерывном варианте получило промышленное развитие в 40-х годах XX века применительно к слиткам из алюминиевых, а затем и магниевых сплавов. В конце 40-х годов происходило освоение полунепрерывного литья слитков из медных сплавов и алюминиевых бронз. С 60-х годов стали разрабатывать и затем осваивать установки полностью непрерывного литья слитков из алюминиевых и медных сплавов. Несмотря на это, до настоящего времени основная масса слитков из цветных сплавов производится способом полунепрерывного литья [9]. Мировой лидер алюминиевой промышленности российская компания РУСАЛ активно развивает научно-исследовательские направления в литейном производстве и в ближайшем будущем планирует довести долю сплавов до 80 % от общего объема выпуска продукции. Одним из перспективных направлений является производство плоских крупногабаритных слитков из различных алюминиевых сплавов для прокатного производства, где наибольший объем приходится на сплавы 1ХХХ и 5ХХХ серий (рис. 3) [5]. Технологическая схема производства плоских крупнотоннажных слитков из алюминиевых сплавов состоит из нескольких этапов, основные из них представлены на рис. 4, где слиток изготавливается полунепрерывным вертикальным литьем [5; 8].
Р В слитко ● ● ● ● стаива ● распла темпер ● логиче ка), от ● ● ● оформ Элект Рис. 4. Техн В общем ов из алюм ● произво ● разливк ● транспо ● взвешив ание; ● заливка ава (подш ратуры, о ● отливка еских пар тбор проб ● резка сл ● приемка ● взвешив мление со 6ХХХ се 8% тролиз Рис. основны нологическ случае те миниевых одство алю ка алюмин ортировка вание алю а алюмин шихтовка отстаиван а слитков раметров б на химич литков в м а ОТК пр вание, нан проводит 5ХХХ 2 ерия 8ХХХ серия 19% Ковш с Al-сыр 1. Про 3. Объемы ых серий ал кая схема пр ехнология х сплавов юминия-с ния-сырц а трактора юминия-с ния-сырца а, рафини ие), пров , контрол литья (те ческий со меру на п родукции несение т тельных д Х серия 27% я П ш рцом М оцесс непрер ы выпуска п люминиевы роизводств я произво включает сырца в к ца в разли ами в лит сырца, ко а в пово ирование, едение эк ль газовог емперату остав; пиле «Ваг у литейн товарной документо Прочие 3% Миксер рывного лить плоских сли ых сплавов ва слитков одства пло т следующ корпусе эл вочные к тейное отд онтроль х оротный контрол кспресс-ан го содерж уры, скоро нер», «M ого отдел маркиров ов. Устано дегазац я в неподвиж итков РУСАЛ алюминие оских кру щие основ лектролиз овши; деление; химическо миксер, ль химич нализа; жания и о ости лить osner»; ления; вки парти 1ХХХ сери 33% 3ХХХ серия 10% овка ции Фи жные кристал вых сплаво упнотонн вные опер за; ого соста формир еского со основных ья, длины ии для отг я я ильтр С лизаторы 9 ов нажных рации: ава, от ование остава, техно ы слит грузки, Слиток
Совмещенные и комбинированные технологии в литейном производстве 10 Слитки из алюминиевых сплавов получают в настоящее время в основном полунепрерывным литьем с уровневой или вертикальной системой подачи (разливки) металла в кристаллизатор (рис. 5) [5]. а б Рис. 5. Системы подачи (разливки) металла в кристаллизатор: а – уровневая; б – вертикальная Следует отметить, что при уровневой системе заливки снижается контакт расплава с окружающей средой за счет отсутствия перелива расплава в кристаллизатор через распределительное устройство при вертикальной подаче расплава, но при этом подача расплава в кристаллизатор асимметрична, что может привести к ликвации в объеме слитка. На предприятиях РУСАЛ наибольшее распространение получила вертикальная система подачи расплава. На рис. 6 представлен литейный участок изготовления крупногабаритных плоских слитков, характерный для металлургических заводов РУСАЛ. Кристаллизатор для крупногабаритных слитков является неподвижным, а слиток вытягивается с заданной скоростью. При этом уровень жидкого металла в кристаллизаторе поддерживается постоянным, а отлитый слиток режется на мерные заготовки специальными устройствами, двигающимися синхронно со скоростью вытягивания слитка [10]. Процесс непрерывного вертикального литья осуществляется следующим образом (рис. 7) [5; 8]. Расплав равномерно и непрерывно подается в водоохлаждаемую форму – кристаллизатор. Затвердевшая часть слитка непрерывно извлекается из кристаллизатора валками или опускается под действием собственного веса. Особенности процесса формирования непрерывной отливки обусловлены тем, что в кристаллизаторе в разных его зонах по высоте в каждой момент одновременно происходят все последовательные стадии охлаждения и затвердевания расплава: I – заполнение кристаллизатора расплавом; II – отвод теплоты перегрева; III – кристаллизация; IV – зона полностью затвердевшего металла.