Литье алюминиевых столбов: системы Hot Top и поплавковые

Литейные столы для вертикального литья слитков

Литейный стол вертикальной литейной машины – это конструкция, которая предназначена для размещения кристаллизаторов и системы распределения охлаждающей воды для равномерной ее подачи в каждый кристаллизатор.

Применяют два типа литейных столов:

  • отъезжающий литейный стол: отъезжает по рельсам в сторону от своего положения во время литья;
  • поворотный литейный стол: поворачивается вокруг оси на одном из своих краев на угол около 95º; поднимается и опускается гидравликой.

Для обоих типов столов важна точная и жесткая установка кристаллизаторов литейного стола относительно затравок (стартеров) на платформе. Эта точность должна быть в пределах 0,1 мм.

Системы вертикального литья слитков

Применяют две основные системы литья:

  • литье с открытым верхом – системы поплавкового типа и
  • литье с тепловыми надсадкам – системы Hot Top.

Кроме того, системы литья с тепловыми надсадками подразделяются по системам смазки расплава в кристаллизаторе:

  • ручная смазка перед началом разливки;
  • непрерывная смазка в ходе всего литья.

Поплавковые системы литья

Поплавковые системы литья – системы с открытым верхом – это старая проверенная технология, которая широко применялась еще в 1980-90 годы. В настоящее время в Европе и Северной Америке они повсеместно заменены на системы литья с тепловыми надсадками.

На рисунке 1 представлена фотография литейного стола с поплавковой системой литья во время литья алюминиевых слитков-столбов.

1-poplavkovyy-liteynyy-stol
Рисунок 1 – Литейный стол с поплавковой системой литья

Единственное преимущество поплавковой системы литья заключается в том, что оператор видит расплавленный алюминий на всех этапах его движения в кристаллизатор. В случае проблем с каким-либо кристаллизатором оператор перекрывает соответствующую питающую трубку, и литье продолжается уже без этого кристаллизатора.

При полунепрерывном литье алюминия кристаллизаторы требуют обязательной смазки. Смазывание кристаллизаторов поплавковой системы литья производят вручную перед началом литья. Смазка имеет густую консистенцию и специальный состав, способный выдерживать условия литья. В принципе, такой смазки может хватать для литья столбов длиной до 6 метров. Однако, остается проблема однородности смазки в начале и в конце литья, и поэтому при однократной смазке кристаллизаторов обычно льют столбы длиной 4-5 метров.

Для слитков-столбов диаметром 152 мм скорость литья составляет 110-130 мм в минуту.

На рисунке 2 показан общий вид системы поплавкового литья во время разливки алюминиевых слитков-столбов.

2-poplavkovaya-sistema-litya
Рисунок 2 – Поплавковая система литья

Системы литья Hot Top

Литье слитков-столбов методом литья с тепловыми надсадками или, как его чаще называют, методом литья Hot Top, в настоящее время является стандартной технологией. Она имеет общий уровень металла во всех литейных каналах стола, вместо различных уровней металла в каждом кристаллизаторе, как это применяется в поплавковых системах.

3-hot-top-stolРисунок 3 – Литейный стол с системой литья Hot Top

Уровень металла на входе в кристаллизатор находится ниже общего уровня металла в системе каналов литейного стола. Вход в кристаллизатор максимально «утеплен» теплоизоляционным стаканом. Отсюда происходят термины «закрытый верх», Hot Top и «тепловая надсадка».4-hot-top-sistema
Рисунок 4 – Система литья Ноt Top

Для смазки кристаллизаторов обычно применяют систему непрерывной подачи смазки через пористое графитное кольцо, которое установлено в каждом кристаллизаторе.

Преимуществом системы литья Hot Top является то, что она обеспечивает:

  • более равномерное и мелкое зерно в структуре слитков;
  • снижение степени сегрегации легирующих элементов в поверхностном слое слитков;
  • более высокое качество поверхности слитков;
  • увеличение скорости литья.

Система Hot Top дает возможность более плотного размещения кристаллизаторов. Поэтому большие литейные машины могут одновременно отливать до 100 слитков-столбов.

Кристаллизаторы: первичное и вторичное охлаждение

Обе системы литья – поплавковая и Hot Top – имеют алюминиевые кристаллизаторы, которые задают расплавленному металлу заданную форму. Охлаждающая вода подается во внутренний канал кристаллизатора, чтобы поддерживать низкую температуру стенки, которая соприкасается с жидким алюминием. За счет этого первичного охлаждения вблизи стенки кристаллизатора формируется первоначальная затвердевшая, довольно тонкая, оболочка слитка.

Охлаждающая вода затем попадает через щель кристаллизатора непосредственно (прямо) на только что образовавшуюся поверхность слитка и обеспечивает дальнейшее затвердевание слитка. Поэтому этот способ литья называется литьем с прямым охлаждением. Эта интенсивная подача воды на выходящий из кристаллизатора слиток обеспечивает так называемое вторичное охлаждение и затем каскадом идет вниз вдоль слитка в литейный колодец.

Цикл литья столбов: от старта до выемки из колодца

Кратко и схематично процесс литья столбов состоит в следующем:

  • Для всех систем литья перед стартом каждой разливки в дно каждого кристаллизатора с точностью до 0,1 мм на заданную глубину заходит так называемая затравка или «стартер».
  • Подается охлаждающая вода с заданным стартовым расходом.
  • На старте разливки кристаллизатор представляет собой своего рода чашу, в которую заливаются первые порции жидкого металла.
  • Затем, после некоторой паузы из нескольких секунд, стартеры вместе с платформой начинают двигаться вниз.
  • Расход воды увеличивается.
  • Через некоторое время из кристаллизатора появляется только что сформировавшийся слиток (см. рисунки 1-4).
  • Далее этот процесс непрерывно продолжается до достижения заданной длины слитков.
  • При достижении заданной длины слитков прекращается подача металла, плавно снижается скорость литья, снижается и прекращается подача воды.
  • Платформа медленно опускается вниз и выводит головки слитков вниз из кристаллизаторов.
  • Литейный стол отъезжает или откидывается из литейного положения.
  • Столбы с помощью крана извлекаются из литейного колодца и складируются на специальной площадке.
  • Литейный стол проходит соответствующее техническое обслуживание и снова устанавливается в литейное положение.
  • Платформа медленно поднимается и вводит затравки в кристаллизаторы на заданную глубину.
  • Литейный стол готов к новой разливке.

Системы непрерывной смазки кристаллизаторов

В настоящее время для систем литья типа Hot Top, особенно на больших литейных машинах, чаще всего применяют системы непрерывной смазки кристаллизаторов, которые подают смесь масла с газом или смесью газов: воздуха, аргона, азота. Это дает возможность получать алюминиевые слитки-столбы с гладкой однородной поверхностью, что затем благоприятно сказывается на качестве прессованных алюминиевых профилей.

Источник: Материалы фирмы Ashford Engineering Service, 1997