Металлов литье

Технология производства стали в электрических печах — Непрерывная разливка стали

Page 9 of 15

Непрерывная разливка стали

Метод непрерывного литья заготовок является одним из важнейших и перспективных достижений современной металлургии.

Рис. 3.2. Машины непрерывного литья заготовок:

а –
вертикальные; б – вертикальные с изгибом заготовок; в – радиальные; 1 – разливочный ковш; 2 –
промежуточный ковш; 3 – кристаллизатор; 4 – зона вторичного охлаждения; 5 –тянущая клеть; 6 – устройства для резки заготовок; 7 – затравка; 8 – рольганг; 9 – устройство для изгиба заготовки; 10 – устройство для охлаждения; 11 – отводящий
рольганг

В настоящее время этот метод широко применяют в конвертерных, мартеновских и электросталеплавильных цехах, а также на заводах цветной металлургии. Дальнейшее, распространение этого метода предусмотрено перспективными планами развития отечественной металлургии. В последние годы примерно 1/4 всей выплавляемой стали (30-35 млн. т) разливают на МНЛЗ. Достоинствами этого метода являются высокая степень автоматизации и механизации процесса, уменьшение продолжительности и упрощение металлургического цикла, увеличение выхода годного, улучшение качества металла, а также повышение производительности и облегчение условий труда в разливочных отделениях.

Сущность метода заключается в том, что жидкую сталь из ковша через промежуточное разливочное устройство непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна – кристаллизатор, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток. Перед началом разливки в кристаллизатор снизу вводят так называемую затравку, которая является дном кристаллизатора; затравка соединена с вытягивающим устройством. Образующийся в кристаллизаторе слиток вытягивают из кристаллизатора при помощи валков с нажимным устройством.. При выходе из кристаллизатора слиток поступает в зону вторичного охлаждения (первичное охлаждение в кристаллизаторе), в которой его поверхность интенсивно охлаждается водой при помощи форсунок, вплоть до полного затвердевания. Затвердевший слиток далее проходит зону резки, в которой его без остановки движения разрезают на заготовки мерной длины при помощи газорезки или летучих гидравлических ножниц. Для обеспечения устойчивого процесса, устранения возможности разрыва и зависания затвердевшей корочки на стенках кристаллизатора ему сообщают возвратно-поступательное движение. Кроме того, на стенки кристаллизатора подают смазку (парафин, рапсовое масло).

Для предотвращения окисления металла в верхней части кристаллизатора создают защитную атмосферу (природный газ, пропан, аргон). Шаг качания кристаллизатора вверх и вниз колеблется в пределах от 10 до 40 мм, а частота – от 10 до 100 циклов в минуту.

В настоящее время наибольшее распространение получили МНЛЗ криволинейного (радиального) типа, используются также МНЛЗ вертикального типа, МНЛЗ с изгибом слитка и в последнее время на заводах как черной, так и цветной металлургии используют МНЛЗ горизонтального типа. МНЛЗ криволинейного типа имеет сравнительно небольшую высоту (10-12 м), в то время как МНЛЗ вертикального типа – до 35-40 м, что вызывает значительные трудности в их строительстве и эксплуатации. МНЛЗ позволяет одновременно отливать от одного до восьми слитков, т. е. могут быть одно-, двух-, четырех-, шести- и восьмиручьевыми.

Скорость разливки (вытягивания слитка) колеблется в пределах от 0,4 до 8-10 м/мин и определяется в первую очередь сечением заготовки. Например, для квадратных слитков сечением 50х50 мм скорость разливки составляет 7-10 м/мин, а слитков сечением 300х300 порядка 0,5-1,2 м/мин.

На МНЛЗ получают слитки различного сечения: квадратного (блюмы) со стороной до 520 мм, прямоугольного (слябы) шириной до 2500 мм, а также заготовки для изготовления труб, балок, рельсов, Выход годных заготовок на МНЛЗ составляет 95-97 % от массы жидкой стали.

На МНЛЗ разливают сталь преимущественно массового производства. Годовая производительность МНЛЗ превышает 1 млн. т стали.

<< Prev — Next >>

Металлы для заливки

В нужную форму специалисты могут отлить любой подготовленный сплав в расплавленном состоянии. Проблема состоит в том, что каждый вид материала имеет свою особенную температуру плавления и разную степень жидкотекучести. Чаще всего в промышленном литье используются металлы с низкой температурой плавления.

Компоненты, пригодные для литья, разделяют на черные, цветные и редкоземельные.

К черным относятся сталь, литейный и ковкий чугун. Все остальные сплавы относят к цветным и редкоземельным.

Для каждого вида сплавов используются специальные методы литья, позволяющие изготавливать изделия из следующих материалов:

• стали;
• чугуна;
• алюминия;
• меди;
• латуни;
• золота;
• серебра;
• платины;
• никеля;
• титана;
• бронзы;
• магния.

За все время существования литейного производства было разработано много разных технологических решений с разными условиями отливки.

При отливке изделий из черных металлов используют 5 видов стали с разным содержанием углерода. Изделия с повышенной прочностью отливают из легированной стали.

Это самый распространенный материал, который используется для промышленной заливки.

Откуда идут поставки сырья и оборудования

В качестве основных химических компонентов применяются ферросплавы, соли щелочных металлов, борная кислота, бентонит и др. Основные поставщики и условия поставки представлены в таблице:

Используется отечественное сырьё, а также поставляемое из Китая, Швеции, Украины.

Применяемые методы

Традиционные технологии нисколько не утратили актуальности и в наше время. В качестве основных мастера применяют литьё либо в земляные формы, либо по выплавляемым моделям. На XIX век пришёлся накал соперничества этих двух методов. Первый стал массовым в основном у промышленников, уступив лидерство в искусстве более точному и дорогому литью по восковым моделям.

Литьё в землю

Этот метод объединяет литьё в землю, песок или глину. Основная разница между ними заключается в материале формы. Суть технологии состоит в получении отпечатка от шаблона на смеси с дальнейшим изменением её качества (трамбовкой, добавлением связующего вещества) и последующим формированием в ней литниковой системы — каналов, по которым будет поступать и удаляться расплавленный металл.

Достоинства технологии:

• простота;
• низкая себестоимость;
• возможность создавать отливки больших размеров и массы.

По выплавляемым моделям

Этот метод был популярен ещё в Древнем Египте и Китае, использовался в Греции и Риме, не претерпел больших изменений за тысячелетия. Основные эволюции произошли во вспомогательных материалах: воск мастера сменили на синтетические смеси, активно стали применять эластичные резиновые формы и т. п. Классический метод литья по выплавленному воску выглядит так:

1. Создание восковой модели скульптором — точной копии будущей отливки.
2. Изготовление формы — на поверхность воска наносится в несколько этапов пастообразная гипсово-глиняная смесь.
3. Запекание формы в печи. Во время нагрева воск покидает форму, вытекая через заранее предусмотренные каналы.
4. Заливка расплавленного металла в покинутые воском пустоты.
5. Освобождение готовой скульптуры от глиняной формы.
6. Удаление лишнего металла с отливки, шлифование, полировка, художественная химическая обработка.

Сам по себе способ формирования по выплавляемым моделям позволяет создавать чрезвычайно качественные и тонкие изделия из всех видов металлов. Технологические трудности могут возникнуть лишь при изготовлении больших элементов: такие задачи по плечу только мастерам высокой квалификации.

Подбор специалистов

Эта профессия предполагает  производство чугунных, стальных или цветных металлических деталей различными процессами литья, а также периодическое проведение испытаний материалов с целью обеспечения качества. Специалист современного литейного цеха – обрубщик, плавильщик, формовщик — должен знать различные типы пресс-форм и материалов, обработку литейных инструментов, химические процессы, происходящие во время литья.

Профессиональная подготовка включает в себя:

• Теоретическое профессиональное обучение;
• Практику в компании непосредственно на рабочих местах;
• Стажировку или прохождение курсов переподготовки.

Последний этап предназначается для специалистов литейного производства, желающих повысить свою квалификацию. Среди них могут быть операторы производства, инженеры, менеджеры, металлурги, персонал подразделений, обеспечивающих качество, специалисты по охране труда.

В обязательную программу подготовки или переподготовки входят:

1. Основы металлургических процессов (материалы, термодинамика).
2. Виды оборудования.
3. Вторичные металлургические процессы (заливка, перемешивание металла, охлаждение).
4. Пресс-формы, их проектирование и обслуживание.
5. Дефекты литья.
6. Моделирование литейных процессов.

Издержки процессов

Для уменьшения убыточности процесса обычные способы литья в одноразовые модели были модернизированы с созданием высокопрочных полимерных составов. Для этого стали производить отливку в оболочковые емкости, изготовленные из термореактивного порошкообразного полимера. Он при воздействии температуры превращается в твердую оболочку, формирующую жидкий сплав.

Таким способом отливаются радиаторы водяного и парового отопления, узлы автомобилей, станков, самолетов и других видов высокотехнологичных механизмов. Эта технология позволяет получать детали большого размера и любой сложной модификации.

Традиционной считается отливка в кокиль, когда используется прочная форма.

Из нее вытаскивается деталь после отвердения металла. Таким способом производят простые стальные изделия небольшого размера. Чаще всего в кокиль отливаются медные и алюминиевые сплавы с невысокой температурой правления.

Модель для них делается из жаропрочной стали или чугуна, имеющих боле высокую температуру плавления чем медь или алюминий.

К преимуществам такой технологии следует отнести:

• невысокую себестоимость производственного процесса и возможность его недорогой автоматизации;
• простоту исполнения;
• сохранность отливочных форм, которые используются неоднократно;
• точность параметров изготовленных изделий;
• качественную структуру металла, в которой не будет неметаллических частиц;
• гладкую поверхность изделия, которая получается при таком способе отливки.

Традиционная технология отливки по выплавляемым моделям сегодня усовершенствовалась благодаря появлению новейших материалов.

Если раньше модель для заливки сплава делали из дерева или иной органики, которая могла быть разрушена высокими температурами при выжигании, то сегодня используются легкоплавкие материалы, такие как парафин и стеарин.

Отливка по выплавляемым моделям применяется при отливке художественной продукции со сложной конфигурацией. Это затратная технология отлива, которая используется при создании памятников или иных художественных изделий.

Стальную емкость для такой заливки делают на основе моделей из легкоплавких материалов, она имеет точные размеры, а ее поверхность тщательно полируют.

Формы для литья

Самый древний вид форм — это формы из песчано-глиняной формовочной смеси, или «земли». Исторически центры металлургии возникали рядом с местами залегания уже готовых по своему составу для литья песков, например, рядом с всемирно известным Каслинским чугунным заводом. Смеси делятся на обмазочные и наполнительные.

формы из песчано-глиняной формовочной смеси

Для построения любой матрицы требуется модель — макет будущего изделия в натуральную величину, но несколько больших размеров — на величину литейной усадки.

Модель помешают по центру опалубки, или опоки, и наносят на нее слой обмазочной смеси — термостойкой и пластичной. Потом начинают послойно, тщательно трамбуя каждый слой, заполнять опоку наполнительной смесью. Требования к наполнительным смесям намного ниже, чем к обмазочным — они должны выдерживать давление залитого металла, сохраняя конфигурацию отливки, и обеспечивать выход плавильных газов. После модель извлекают из формы и на ее место заливают расплав.

Для отливок сложной конфигурации, имеющих замысловатые детали и внутренние полости, применяют составные модели и формы из нескольких частей.

Металлические формы

Литье также осуществляется и в металлические формы. Их применяют при больших тиражах отливаемых деталей, в тех случаях, когда требуется высокая точность размеров и низкая шероховатость поверхности отливки, а также для некоторых металлов, активных в нагретом состоянии. Температура плавления материала формы должна быть существенно выше, чем температура отливаемого расплава.

Металлы для заливки

Черные металлы

В металлургической промышленности различают цветные и черные металлы. К черным относятся железо, марганец, хром и сплавы на их основе. Сюда входят все стали, чугуны и ферросплавы. Черные металлы дают более 90% мирового потребления металлических сплавов. Из стали производят корпуса и детали транспортных средств от самоката до супертанкера, строительные конструкции, бытовую технику, станки и другое промышленной оборудование.

Чугун

Цветные металлы, в свою очередь, в зависимости от физических свойств, и прежде всего, удельного веса, делятся на две большие группы

Легкие цветные металлы

В эту группу входят алюминий, титан, магний. Эти металлы встречаются реже, чем железо, и стоят дороже. Их применяют в тех отраслях, где нужно снизить вес изделия — аэрокосмическая промышленность, производство высокотехнологичных вооружений, производство вычислительной и телекоммуникационной техники, смартфонов и малых бытовых приборов.

Титан

Тяжелые цветные металлы

Сюда относятся медь, олово, свинец, цинк и никель. Их применяют в химической промышленности, производстве электроматериалов, в электронике, на транспорте – везде, где требуются достаточно прочные, упругие и коррозионно-стойкие сплавы.

Благородные металлы

В эту группу входят золото, серебро, платина, а также более редкие рутений, родий, палладий, осмий, иридий.

Первые три известны человеку с доисторических времен. Они редко (относительно меди и железа) встречались в природе и поэтому служили платежным средством, материалом для ценных украшений и ритуальных предметов.

Золото и платина

С развитием цивилизации золото и платина сохранили свою роль средства накопления богатств, однако стали весьма широко использоваться в промышленности и медицине из-за своих уникальных физико-химических свойств.

Сущность и основы

На литейных предприятиях продукция получается в результате плавления исходного материала, последующей его заливки в форму, а затем затвердевания. Литейные цеха производят изделия широкого ассортимента: от компонентов двигателей до разнообразной тары пищевой промышленности. Литьём получают всю продукцию из чугуна, до половины алюминиевых деталей, до 20 % стальных изделий и т.д.

В основе всех литейных технологий лежит понятие жидкотекучести, когда материал, нагретый до температуры, превышающей температуру его плавления, превращается в высоковязкую жидкость. При этом должен соблюдаться эффект неразрывности её течения в необходимом направлении. Это даёт возможность формовать, в процессе затвердевания расплава, нужные заготовки.

Все литейные металлы обладают сложной структурой, поэтому на жидкотекучесть, оказывают влияние:

1. Вязкость.
2. Поверхностное натяжение.
3. Характер поверхностной оксидной пленки.
4. Наличие, содержание и состав включений.
5. Способ затвердевания.
6. Химический состав основного материала.
7. Физико-механические характеристики, прежде всего, удельный вес и температура плавления.

Жидкотекучесть устанавливается по результатам химических анализов и технологических проб применительно к конкретному материалу отливки.

Если ранее процесс течения жидкого металла был плохо управляемым, что приводило к различным дефектам литья – неравномерности структуры конечной продукции и пористости, то теперь ситуация изменилась. Чтобы производить отливки с оптимальным качеством и минимизировать издержки производства, освоены процессы компьютерного моделирования, в результате которых можно прогнозировать скорость потока и наличие различных охлаждающих эффектов. Именно они становятся причиной пористости  литого продукта.

3-D моделирование позволяет регулировать:

• Вязкость расплава;
• Интенсивность охлаждения;
• Степень пористости.

Разрабатываемая технологом с учётом перечисленных факторов пространственная модель отливки позволяет ещё на стадии проектирования технологии оптимизировать дизайн детали (обеспечивая её оптимальную конфигурацию), конструировать литейную оснастку, а также создавать наилучшую последовательность выполняемых операций.

№ 1 (2019)

https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-1

Литейное производство

Металлургия

Материаловедение

Некролог

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
ISSN 1683-6065 (Print)ISSN 2414-0406 (Online)

Особенности разных видов литейных форм

Что касается литейных форм, то они делятся на 2 вида: многократные и песочные (разовые).

Многократные формы в свою очередь делятся на изложницы и кокили (2 металлических вида), а также графитовые и керамические огнеупорные.

Изложницы используются для литья кованых и катаных сталей. Создаются зачастую из чугуна. Заполняются сверху.

Кокили – это форма закрытого составного вида. Собирается из нескольких комплектующих и имеет лишь небольшое отверстие для заливки.

Графитовая форма. Процесс создания – это механическая обработка графита.

Керамическая форма создается из огнеупорной керамической глины. Вместе с графитовыми формами применяются для повторного литья при неудовлетворительной попытке с кокилями.

Разовые формы изготовляют из кремнистого песка. Пригодны для литья металлов любого размера, конфигурации или сплава.

Современные технологии литья металлов рассматриваются на тематической выставке «Металлообработка» в ЦВК Экспоцентр.

На выставке Вы сможете увидеть все виды литья, узнать о новых технологиях, их преимуществах и недостатках.

Оборудование для литья металлаМетоды литья металловМетоды обработки цветных металлов

Об Издательстве

В 1996 году ГУП «Журнал «Цветные металлы» начало объединять ведущие отраслевые научно-технические журналы: в 1996 году состав входит «Горный журнал», а в 1997 году журналы «Черные металлы» и «Обогащение руд». Завершился процесс объединения в 1998 году приказом №5 Министерства экономики РФ (от 16.01.1998) и предприятие было переименовано в ГУП ИД “РУДА И МЕТАЛЛЫ”.

В настоящее время ИД «РУДА И МЕТАЛЛЫ» — устойчиво развивающаяся российская компания, ведущая свою историю с 1998 года. Объединив авторитетные бренды B2B-периодики с многолетней историей, Издательский дом занимает лидирующие позиции в сфере информационного обеспечения предприятий горнорудной и угольной промышленности, цветной и черной металлургии.

Авторитет журналов Издательского дома (в первую очередь “Горного журнала”, журналов “Цветные металлы”, “Черные металлы” и “Обогащение руд”) признан лидерами российской горно-металлургической промышленности.

Высокое качество информации, публикуемой в журналах — отличительная черта продукции Издательского дома “Руда и Металлы”

Этому фактору уделяется пристальное внимание на всех стадиях создания нашей продукции, и именно этот фактор во многом предопределяет авторитет наших изданий среди специалистов горно-металлургической промышленности

От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.