» » Регулирование скорости литья
04.02.2017

С целью получения в массовом количестве слитков одинаково высокого качества нужно стремиться к тому, чтобы процесс литья по возможности автоматизировать. Практически в этом направлении пока сделано очень мало.
При литье в вертикальные изложницы в целях поддержания определенной и постоянной скорости литья применяются металлические или лучше огнеупорные воронки. Металл заливается в воронку из ковша или из печи, а оттуда через рабочие отверстия воронки — в изложницу.
Скорость литья можно менять в широких пределах путем изменения размеров отверстий или, лучше, количества их в воронке и в меньшей степени — положением уровня металла в воронке. При уменьшении площади сечения отверстия с сохранением формы его скорость меняется не пропорционально изменению площади, а в большей степени, так как в этом случае, кроме площади сечения, влияет также и трение жидкости. При изменении же числа одинаковых отверстий скорость литья меняется по закону прямой линии, поэтому при подборе скорости литья удобнее пользоваться изменением числа отверстий в воронке, а не их размера. Чтобы для данного сплава и данных условий литья подобрать скорость литья, изготовляется воронка с заведомо большим числом отверстий. Часть отверстий затыкается асбестом и производится заливка слитков с применением различного числа свободных отверстий в воронке. Отмечается число отверстий в воронке, увеличение которого на одно отверстие дает уже слитки со свищами по поверхности. Затем отмечается число отверстий, уменьшение которого на одно отверстие дает слитки с включениями кокса. Для практического применения берется число отверстий, промежуточное между отмеченными крайними, равное среднему арифметическому из числа отверстий крайних бездефектных слитков. Для одних и тех же условий литья скорость может меняться в довольно широких пределах без ухудшения качества слитка: так, например, при литье меди с температурой 1250° в изложницу, имеющую температуру 50°, смазанную смазкой, состоящей из 50% графита и 50% льняного масла, удовлетворительные слитки получаются в пределах скорости литья от 30 до 70 мм/сек. При меньших скоростях литья возможно образование включений кокса от смазки, при больших — свищей. Зависимость числа отверстий в воронке от площади сечения слитка — прямолинейная. Для приведенного случая отливки меди она выражается диаграммой (рис. 144). Скорость литья при непрерывном или полунепрерывном методе получения слитков регулируется с помощью стопоров, которые при отливке алюминиевых сплавов изготовляются из стали, а при литье тугоплавких сплавов — при литье в расплавленном металле, из огнеупорного материала или из графита (или электродного угля). Скорость литья в этом случае регулируется или вручную, или с помощью несложного автомата. Критерием при регулировании скорости служит необходимость сохранения постоянного уровня металла в изложнице при определенной скорости опускания слитка.
Регулирование скорости литья

Если металл или сплав легко образует пену при литье, что зависит главным образом от образования прочных тугоплавких не растворимых в сплаве окисных пленок, то при литье в вертикальную изложницу слитки получаются с большим количеством дефектов, располагающихся под самой поверхностью (боковой и верхней) слитка. С поверхности слиток кажется вполне доброкачественным, но после обработки на глубину 2—3 мм обнаруживаются воздушные раковины, перемешанные с пленками окислов (рис. 145). Эти дефекты и представляют собой пену.
Регулирование скорости литья

Когда струя металла движется внутрь изложницы, она вследствие трения о воздух (или другой газ, заполняющий изложницу) захватывает его внутрь металла, который уже залит в изложницу. Пузыри воздуха окисляют поверхность соприкосновения с металлом, на что расходуют большую часть кислорода. Когда пузырь пены поднимается на поверхность. то снаружи он тоже окисляется. Таким образом, стенка пузыря пены состоит снаружи из трех слоев (рис. 145, а). Наружный и внутренний слои представляют пленки окислов, а в промежутке между ними заключается металлический сплав. Такое строение пены объясняет большую ее устойчивость и прочность оболочек, с другой стороны, из рассмотрения структуры пены легко обнаружить, что пена незаметна даже в том случае, если она находится у поверхности слитка. Металл проникает между оболочками пузыря и вследствие гидростатического давления расправляет наружную оболочку по форме поверхности изложницы, а внутренняя оболочка, также вследствие равномерного гидростатического давления металла, остается более или менее сферической формы.
Для того чтобы уменьшить скорость движения струи, литье алюминия и алюминиевых сплавов производится в наклонную изложницу. Металл течет по наклонной стенке (узкой — при отливке плит) изложницы, вследствие чего скорость его движения уменьшается. Угол наклона изложницы выбирается такой, чтобы поверхностная пленка не обрывалась со струи, а воздух не захватывался струей в металл.
Желание предотвратить образование пены при литье алюминиевых сплавов в значительной мере послужило импульсом для разработки способов непрерывногo литья слитков, при которых высота падения струи металла настолько мала, что пена не образуется.
В случае применения для отливки вертикальных слитков металлических воронок, материал которых сравнительно легко растворим в отливаемом металле, размеры отверстий постепенно увеличиваются. Это вызывает, во-первых, загрязнение сплава металлом воронки, а во вторых— увеличение скорости литья. При увеличении скорости подъема уровня металла смазка не будет успевать перегоняться у поверхности зеркала, а будет оставаться, давать продукты перегонки под металлом, и в результате поверхность слитка окажется покрытой свищами. Это отчетливо наблюдается (рис. 146) при отливке алюминиевой бронзы А5, легко образующей свищи в результате изменения скорости литья вследствие растворения материала чугунной воронки.
Определение суммарной площади поперечного сечения отверстий воронки может быть произведено и опытным путем, и путем расчета по заданным: скорости литья, площади поперечного сечения слитка и удельному весу металла при литье.
Регулирование скорости литья

Расчет производится по известной гидравлической формуле:
Регулирование скорости литья

где F — суммарная площадь поперечного сечения отверстий литниковой воронки, см3;
γ — плотность расплавленного металла при температуре литья, г*см-3;
g — ускорение силы тяжести, равное 981 см*сек-2;
H1 — напор, соответствующий расстоянию от поверхности уровня металла в воронке до нижней точки отверстия воронки по вертикали, см;
μ — коэффициент, учитывающий сужение струи и различие в скорости по сечению струи (может быть принят в пределах от 0,7 до 0,9; величина безразмерная);
Q — секундный расход металла, который сам рассчитывается по формуле:
Регулирование скорости литья

где P — вес слитка, кг;
v — скорость литья (скорость подъема уровня металла в изложнице), см*сек-1;
Н2 — высота слитка, см.
Этот расчет верен в том случае, если струя металла из ковша не ударяет непосредственно в отверстия воронки. В противном случае величину напора H1 следует брать увеличенной.