» » Процесс заполнения изложниц
04.02.2017

Вопрос заполнения изложниц — это один из основных вопросов получения доброкачественного слитка.
В случае заливки вертикальной изложницы сверху получаются брызги металла. Это является недостатком такого способа литья. Кроме того, при наличии склонности сплава к пенообразованию, при падении струи со значительной высоты, может иметь место образование большего или меньшего количества пены. Наконец, на поверхности металла при таком способе литья могут оказаться посторонние вещества, вносимые в изложницу струей или спадающие со стенки изложницы, на которую была нанесена смазка.
В первые моменты литья, когда во время падения в изложницу металл проходит наибольший путь и накопляет наибольшую кинетическую энергию, получается большее количество брызг, чем в конце заполнения изложницы. Кроме того, в первый момент брызг получается больше еще и потому, что вначале металл ударяется в твердый поддон изложницы, а в дальнейшем он падает на поверхность жидкого металла, который смягчает удар и способствует уменьшению количества брызг.
Процесс заполнения изложниц

При литье стали в изложницу сверху для уменьшения количества брызг в первый момент в поддоне — в том месте, куда падает первая струя, — устраивают углубление, брызги из которого не долетают до стенки изложницы (рис. 147). В углублении быстро скапливается металл, который в дальнейшем служит буферным слоем для ослабления удара падающей струи и уменьшения разбрызгивания. Иногда же при отливке стали во избежание этих дефектов применяют сифонное литье. В этом случае металл поступает в воронку, переходящую в трубу, установленную на фасонном распределительном кирпиче, образующем ответвления от основного канала. От него металл, тоже по трубчатым кирпичам, отводится к изложницам. Таким образом, металл в изложницу поступает снизу. Брызги металла, так же как и посторонние вещества (уголь, огнеупорный материал) и пена, если она образуется, остаются в литниковой воронке, а металл спокойным потоком поступает в изложницу. Поверхность слитка в этом случае получается гладкой H ровной. Недостатком сифонного литья является то, что горячий металл поступает в изложницу снизу.
При малых сечениях слитка холодный металл, поступивший в первые моменты литья и отдавший большое количество теплоты холодным стенкам каналов, по которым он протекал, несмотря на больший удельный вес, будет оттесняться в верхнюю часть изложницы. Кристаллизация слитка в верхней части произойдет раньше, поэтому выделяющийся из раствора в металле газ будет оставаться в слитке. Усадочная раковина получится большего объема и вытянутой по длине слитка до его нижней половины включительно (рис. 148).
В случае отливки сифонным способом слитков большего поперечного сечения перемещение горячего металла в верхнюю часть изложницы и холодного вниз происходит в большей степени, чем при отливке слитков малого сечения. Поэтому кристаллизация может начинаться в нижних частях. Металл, попадающий в изложницу вначале, будет соприкасаться с ее стенками прежде всего в нижней части, где и будет начинаться кристаллизация. По мере подъема уровня металла в изложнице образование твердых настылей у стенок ее также будет распространяться вверх. Таким образом, хотя горячий металл и в этом случае будет поступать снизу, все же некоторое перемещение его вверх успевает произойти, а так как первичные твердые настыли образуются в большей степени снизу, то последний жидкий металл может оставаться в верхней части. Поэтому приведенные дефекты сифонного литья — размещение пузыристости и усадочной раковины на большую высоту слитка — окажутся менее выраженными (рис. 148, 6).
До известной степени эти недостатки устраняются устройством теплых насадок, сохраняющих верхнюю часть слитка жидкой более продолжительное время. Устройство теплых насадок, так же как и системы подводящих литников, при сифонном литье требует затраты лишнего металла, что является существенным недостатком cифoнногo литья в применении к цветным сплавам. Кроме того, необходимость обрубки литников, которая в случае цветных сплавов затруднена большей их вязкостью, объясняет, почему сифонное литье не получило распространения в практике отливки слитков из цветных сплавов, хотя попытки в этом направлении неоднократно предпринимались.
Попытки избежать образования брызг при литье нашли отражение в целом ряде способов литья с применением направляющих трубок, щелевых литников и т. п.
В настоящее время литье с вертикальным желобом и ловушкой для брызг, пены и плен применяется иногда при отливке цилиндрических слитков диаметром около 500 мм из алюминиевых сплавов. Ловушка в этом случае имеет форму ведерка с большим числом мелких отверстий внизу (рис. 149, а).
При начале литья ловушка опускается на дно изложницы. Желоб существует для того, чтобы при литье весь металл из ковша попадал в ловушку, а не мимо нее. Как только в изложнице окажется некоторое количество металла, ловушку вместе с желобом постепенно поднимают таким образом, чтобы отверстия ловушки все время были погружены под уровень металла.
Процесс заполнения изложниц

В случае применения щелевого литника (рис. 149, б) при незаполненном вертикальном цилиндрическом канале (стояке) возможно образование брызг и пены, которые частично могут попадать через щель и в полость изложницы (рис. 150). Кроме того, вследствие большой линейной скорости движения металла в стояке горячие струи могут проходить на значительную глубину под поверхность металла и оттуда через щель проникать и в полость изложницы. В случае же заполненного стояка металл уже в полости изложницы будет падать с большой высоты, вследствие чего может образоваться пена. Наличие литников при таком способе литья обусловливает повышенные отходы металла, кроме того, затрачивается труд и средства на обрубку литников. Таким образом, способ щелевого литника является промежуточным между способом литья сверху и сифонным. От первого он сохраняет недостаток — попадание брызг и окислов в слиток, хотя и в меньшем количестве, чем при литье сверху, а от второго — повышенные отходы и поступление горячего металла не в самую верхнюю часть изложницы. Преимущества этого способа по сравнению с отдельно взятыми — методом литья сверху и сифонным — так же выражены слабее, как и недостатки.
Процесс заполнения изложниц

Литье в изложницу, разогретую до высоких температур с погружением в воду, при производстве цилиндрических слитков (вернее конических) небольшой высоты дает возможность получать доброкачественные отливки. Преимущества этого рода литья заключаются в следующем:
1. Так как изложница во время литья нагрела до температур выше температуры плавления заливаемого металла, то брызги и пена, если они и образуются, не остаются у поверхности изложницы, а имеют возможность всплыть наверх, откуда могут быть удалены, пока металл находится еще в жидком состоянии.
2. Перед литьем металл вместе с изложницей находится в печи, откуда он постепенно опускается в бак с водой, вследствие чего кристаллизация идет строго последовательно: начинается снизу и постепенно продвигается вверх, что способствует удалению газа из раствора и xopoшемy питанию отливки выше расположенными слоями жидкого металла.
При этом способе литья последствий от образования брызг, пены, а также от занесения посторонних включений не остается. Резкая направленность охлаждения снизу вверх дает возможность получить плотный слиток. Большая абсолютная скорость затвердевания слитка способствует получению структурных составляющих сплава в .мелком раздроблении, что значительно повышает механические свойства (прочность и пластичность), слитка и полуфабриката, а также изделий, из него изготовляемых.
К числу недостатков этого способа литья приходится отнести его применимость преимущественно для литья лишь легкоплавких сплавов, например алюминиевых. Вторым недостатком является недолговечность изложницы, которая, будучи нагрета до температуры 670—700°, охлаждается в воде, имеющей температуру 10—15°, поэтому испытывает большие напряжения, легко коробится и быстро выходит из строя. Третьим недостатком является необходимость значительной конусности слитка во избежание его застревания в изложнице, которая легко деформируется. Четвертым недостатком можно считать неприменимость этого способa при современном состоянии техники для отливки плоских слитков с достаточно точными размерами, а также малую применимость для литья слитков из тугоплавких, например медных, сплавов.
Возможно, что в дальнейшем трудности, возникающие при выполнении такого рода отливок, и будут преодолены, но пока этот способ применяется успешно только для отливки цилиндрических (конических) слитков из алюминиевых сплавов. Разумеется, с успехом могут этим способом отливаться и другие легкоплавкие сплавы, например на цинковой, свинцовой и на других основах.
Из известных в настоящее время способов способ непрерывного и полунепрерывного литья с непосредственным охлаждением слитка водой в том виде, как он применен лауреатами Сталинской премии Беловым, Бобовниковым, Ливановым и другими, представляется наиболее совершенным способом литья слитков алюминиевых сплавов.
При этом способе изложница, охлаждаемая водой, имеет небольшую высоту. В нижней ее части или сплошная щель, или ряд отверстий, из которых вода под некоторым давлением направляется под углом на поверхность слитка. В изложнице образуется лишь небольшой толщины поверхностный слой затвердевшего слитка, необходимый для удержания от вытекания расплавленного металла. Большая часть металла слитка быстро кристаллизуется под влиянием интенсивного отвода теплоты при непосредственном его соприкосновении со струями воды. Изложница заполняется через желоб, подводящий металл из разливочной печи или ковша, распределительной коробки (при литье нескольких слитков одновременно) и фильтрующего цилиндра. Распределительная коробка имеет стопорное устройство, с помощью которого имеется возможность регулировать подвод металла в каждую изложницу (рис. 151).
Процесс заполнения изложниц

Высота падения металла после фильтрующего цилиндра обычно не превышает 50—60 мм, поэтому подвод металла в изложницу осуществляется практически без образования брызг, пены и без внесения посторонних включений.
Так как металл все время подводится в верхнюю часть слитка, а кристаллизуется он под влиянием интенсивного охлаждения нижней части слитка, то при таком способе литья в наибольшей степени осуществляется направленность кристаллизации снизу вверх. Таким образом, при непрерывном или полунепрерывном литье вообще, и в особенности с применением непосредственного охлаждения водой, условия заполнения изложницы и затвердевания в ней слитка достигаются наилучшие из всех известных в настоящее время.