автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка и оптимизация технологии производства полосовой цинковой заготовки совмещенным методом литья и прокатки

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ВЕЧЕРНИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 621.74.047

БУНДИН Владимир Валентинович

\ЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЛОСОВОЙ ЦИНКОВОЙ ЗАГОТОВКИ СОВМЕЩЕННЫМ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ И ПРОКАТКИ

Специальность 05.16.04-Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА -1990 г.

Работа выполнена на Московском заводе по обработке цветных к таллов и в Московском вечернем металлургическом институте.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Чурсин В. М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Пикунов М. В. кандидат технических наук Чекмарев Ю. А.

Ведущее предприятие Ленинградский завод вторичных алюминиевых сплавов , производственного объединения "Ленвторцветмет".

Защита состоится " " Ф Р ¿-р&л? 1990 года в /(': '-^ча

на заседании специализированного совета К. 063.07.01 Московского ве* него металлургического института по адресу: 111250, г. Москва, Е-250, фортовский вал, д. 26, МВМИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского чернего металлургического института.

Автореферат разослан " / 2 " января 1990 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

Васильева С. С.

, 'vi

|. •• 0Б11АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

:.рТ1Ц1.,дчАктуальность работы. Широкое потребление цинкового проката в народном хозяйстве вызывает необходимость совершенствования технологии его производства на всех переделах.

Традиционные методы получения проката из слитков имеют ряд существенных недостатков. К ш относятся прежде всего высокая энергоемкость процесса нагрева слитков под прокатку, большое количество технологических переделов, требующих использования различного оборудования и дополнительных производственных площадей; технология производства заготовки прокаткой отдельных слитков не может обеспечить стабильное качество проката от рулона к рулону, поскольку не исключается колебание свойств и качества отдельных слитков. В связи с этим в последние годы все большее развитие получает производство проката методами непрерывного совмещенного литья и прокатки, устраняющими вышеуказанные недостатки. Одним из таких методов является процесс бесслитковой прокатки ленты (ни), осуществляемый путем непрерывного литья на агрегатах с валковым кристаллизатором.

В нашей стране существует большой опыт производства методом ЕШ1 прокатанннх полуфабрикатов из алюминия и его сплавов, доказавший элективноеть использования метода в промышленности, поэтому разработка технологии получения методом ШШ цинковой заготовки является решением важной народно-хозяйственной задачи, позволяющим повысить эффективность производства цинкового проката и качество продукции.

Цель работы. Цель диссертации состоит в разработке и оптимизации технологии производства полосовой заготовки из цинка методом ЕПЛ. Для достижения этой цели были решены следующие задачи: - исследованы технологические особенности получения цинковой полосы методом ЕПЛ ;

- проведен анализ технологических параметров литейного процесса при работе на различных режимах и выбраны оптимальные технологические параметры для различных марок цинка ;

- проведен анализ различных видов возможных дефектов цинковой заготовки, установлен механизм их образования и способы устранения ;

- исследовано влияние конструкции узла заливки жидкого металла в валки-кристаллизаторы на качество получаемой цинковой заготовки, разработана оптимальная конструкция этого узла ;

- разработана технологическая оснастка и подобраны технологические материалы, обеспечивающие устойчивость процесса непрерывного литья цинка и высокое качество■получаемой заготовки.

Научная новизна. Получены новые экспериментальные данные, характеризующие технологический процесс получения цинковой заготовки методом ЕП1. Установлено, что при НШ цинка для получения качественной рулонной заготовки процесс литья необходимо вести при значительном удалении лунки жидкого металла от осевой плоскости валков-кристаллизаторов, чтобы обеспечивать высокую степень обжатия получаемой заготовки (порядка 30-60$). Высокое давление на валки-кристаллизаторы, оказываемое при этом со стороны получаемой заготовки, вызывает значительный упругий прогиб валков. Это может служить причиной появления- большой поперечной разнотол-щинности в полосовой заготовке, которая будет нарушать равномерность условий формирования заготовки по ее ширине и ухудшать выкатку полосы при дальнейшей ее прокатке.

С другой стороны, значительное удаление лунки жидкого металла от осевой плоскости валков приближает фронт затвердевания заготовки к кромкам литейной насадки, что создает опасность появления литейных дефектов.

В условиях близкого расположения фронта затвердевания зато-

товки к кромкам литейной насадки литейный процесс становится особенно чувствительным к степени изогнутости линии фронта затвердевания по ширине (формирующейся заготовки. Одним из Факторов, влияющих на изогнутость линии фронта затвердевания, является степень^ равномерности распределения температуры расплава по ширине литейной насадки. Для выравнивания температуры расплава проведен анализ гидродинамики течения металла в металлоприемнике и литейной насадке. Установлено, что характер струи жидкого металла, вытекающей из желоба в металлоприемник, подчиняется законам распространения затопленной свободной турбулентной струи. Увеличивая интенсивность турбулентности такой струи в. ее начальном сечении, можно значительно увеличить угол расширения струи, что исключает образование в металлоприемнике зон с неподвижным расплавом и позволяет за счет этого добиться равномерного распределения температуры расплава по ширине получаемой полосовой заготовки.

Установлено, что турбулизация течения расплава в пределах применяемых на линии БГШ скоростей литья (порядка I м/мин) в узле заливки жидкого цинка в ваяки-кристаллизаторн не приводит к загрязнению получаемой заготовки неметаллическими включениями и появлению в ней газоЕнх раковин, пористости и плен.

Исследованы причины образования поверхностных расслоений (вздутий) на цинковых листах, полученных методом ЕГШ. В связи с этим был установлен и подтвержден производственной статистикой механизм образования этих дефектов. Установлено, что причиной появления расслоений является факт соприкосновения затвердевающей корочки заготовки с кромками литейной насадки или намораживание металла на них.

Проанализированы технологические особенности получения полосовой заготовки различных толщин дня различных марок цинка. На -основе экспериментальных данных определены оптимальные значения

толищны полосовой заготовки.

Практическая ценность работы. Разработана технология для широкого промышленного производства методом ЕПЛ полосовой заготовки из цинка различных марок. Технология зафиксирована в заводской производственно-технологической документации. Впервые разработаны условия производства из заготовки ЕПЛ листов микроцинка для полиграфической промышленности. Установлено, что получение полиграфических клише хорошего качества из таких листов возможно только при проведении рекристаллизационного отжига заготовки HUI перед ее холодной прокаткой.

Полученные результаты, касающиеся исследования образования поверхностных дефектов на полосовой'заготовке и разработки технологической оснастки, могут быть полезными для усовершенствования технологии производства методой ЕПЛ других цветных металлов.

Реализация результатов. Результаты диссертации опробованы и внедрены на Московском заводе по обработке цветных металлов и позволили получить годовой экономический эффект в размере 28,3 тыс. рублей.

Апптобадия работы. Материалы диссертации доложены на научно-техническом семинаре "Прогрессивные методы производства конструкционно-прочных отливок из цветных сплавов", Москва, Московский дом научно-технической пропаганды им.Дзержинского, 1987 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 работы, получено одно положительное решение на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из пяти глав, списка литературы и приложений ; изложена на 137 страницах машино писного текста; содержит 77 иллюстраций и 3 таблицы. Список лите ратуры включает 96 наименований. Приложения содержат 6 страниц,

в которые включены акт внедрения и расчет экономического эффекта.

Основные положения, выносимые на запшту:

- объяснение механизма образования расслоений ("пузырей") в цинковой полосовой заготовке ;

- обоснование гидродинамических закономерностей, способствующих выравниванию линии фронта затвердевания по ширине полосовой заготовки ;

- выбор технологических параметров процесса непрерывного литья полосовой цинковой заготовки методом Н1П ;

- разработка технологической оснастки для непрерывного литья цинка методом ЕПЛ и выбор необходимых материалов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В первой главе рассмотрены различные способы производства цинковых полуфабрикатов для проката и место метода БШГ среди них, дан общий анализ проблемы производства методом ЕПЛ полосовой цинковой заготовки. Отмечено, что исполвзуемый до настоящего времени в отечественной промышленности способ производства цинкового проката из крупных слитков, полученных наполнительным литьем в изложницы, не удовлетворяет современным требованиям. Недостатками этого способа являются большие затраты на эксплуатацию оборудования, затруднение автоматизации и механизации производства, неоднородность свойств слитков, большое количество возвратных отходов, высокая трудоемкость л энергоемкость технологического процесса.

Метод ЕПЛ позволяет резко повысить качество получаемой заготовки и эффективность производства. Однако, этот метод исследован и навел широкое применение в основном только для производства заготовок из алюминия и его сплавов. Существенные отличия между свойствами алюминия и цинка, такими как температура крис-

таллизации, жидкотекучесть расплавов, теплопроводность, пластичность и прочность в твердом состоянии, не позволяют использовать технологию ЕМ алюминия для производства цинка этим методом без учета указанных различий.

В литературе отсутствуют необходимые сведения о производстве цинка на известных действующих зарубежных установках ЕПЛ, достаточные для внедрения этой технологии в отечественное производство. Нет таких данных и в отечественной практике, т.к. в широком промышленном масштабе для цинка метод ЕПЛ в СССР еще не применялся, а пробные эксперименты, проводившиеся в 70-х годах, показали лишь принципиальную возможность получения цинка этим методом.

Опытные отливки, проведенные в ходе данной диссертационной •работы, показали, что даже' небольшие добавки (менее 1%) легирующих компонентов к чистому цинку, содержащиеся в различных использовавшихся в данной работе марках цинка, значительно влияют на ход технологическою процесса. Отсюда, помимо установления общих закономерностей литья цинка методом НИ необходимо провести оптимизацию технологических параметров применительно к различным маркам цинка.

Все это обуславливает необходимость комплексной разработки специальной технологии производства полосовой цинковой заготовки методом ЕПЛ.

Во втотой главе представлены методика проведения экспериментов и экспериментальные исследования процесса литья полосовой цинковой заготовки методом НШ на установке конструкции Ленинградского завода по обработке цветных металлов, с валками-кристаллизаторами, расположенными в вертикальной плоскости.

Методика проведения экспериментов.

Исследования микрокристаллической структуры заготовки про-

водились с помощью металлографического микроскопа МИМ-8 при увеличении х200.

Химический состав получаемой заготовки контролировался методом спектрального анализа по стандартной методике.

Для проведения испытаний механических свойств получаемой заготовки из нее вырезался отрезок, из которого затем изготавливались три одинаковых образца доя испытаний. При механических испытаниях образцов определялись относительное удлинение 3% , временное сопротивление разрыву ^ МПа и твердость по Бринелю Иа . Окончательным значением каждого параметра принималось среднее арифметическое значение по трем образцам.

Для определения степени деформации получаемой заготовки в валках-кристаллизаторах исследовались образцы "недоката", т.е. участок заготовки, затвердевший в межвалковом пространстве, полученный при внезапном останове валков. Степень деформации (&) заготовки определялась замером на образце "недоката" толщины формирующейся заготовки в двух местах - в начале зоны деформации Сбг) и на выходе заготовки из валков (/}) - и подсчитывалась по известной формуле:

4

Установлено, что пластичность полосовой цинковой заготовки, полученной методом ЕШГ, имеет значительно более низкие значения, чем у такой же заготовки, полученной обычным способом - путем прокатки крупного слитка. Сравнительные значения механических свойств заготовок из цинка марки ЦО, полученных разными способами, приведены в таблице:

Механические свойства полосы в продольном направлении

Временное сопротивление Относительное разрыву , МПа удлинение %

I 2 : 3

Вид заготовки

I 2 3

Полоса, полученная путем прокатки крупного слитка 140 +160 35 + 45

Полоса, полученная методом ЕПЛ 90 + 120 6 + 10

Литая заготовка 63 + 112 1,5 + 5,5

Такие низкие механические свойства цинковой заготовки ЕПЛ объясняются наличием у нее грубой литой кристаллической структуры, образовавшейся в зоне кристаллизации жидкого металла. Средний размер зерна у заготовки ЕПЛ в 2-3 раза превышает размер зерна заготовки, прокатанной из крупного слитка, а макроструктура состоит из крупных столбчатых кристаллов.

Невысокая пластичность может быть причиной появления трещин на полосовой заготовке при свертке ее в рулон. Поэтому для повышения пластичности заготовки необходимо обеспечивать высокие обжатия заготовки в валках-кристаллизаторах, т.е. процесс литья вести при значительном удалении лунки жидкого металла от осевой плоскости валков. Это осуществляется путем уменьшения скорости вращения валков-кристаллизаторов (скорости литья) .

Установлено, что при литье цинка марки Ц2 и ЦШ (микроцинка) необходимо обеспечивать в 1,5 + 2,0 раза более высокие обжатия заготовки, чем при литье цинка марки ГО. Б связи с этим скорость литья и давление на валки-кристаллизаторы со стороны заготовки, при одинаковых размерах сечения заготовок, для различных марок цинка также будут различными. Это проиллюстрировано экспериментально полученными зависимостями, представленными на рис. I и 2.

Vá>"/c

'60 f,f

1,0

0,9

ОД 0.7

! о.б i 0.5 ' ОМ

* ч «

ЦО у

•S/ S

I »

U2

8

■h-fO~5M

Рис Л. Зависимость скорости литья V от толщины получаемой заготовки при производстве методом ЕПЛ полосы из' цинка марки ЦО и из цинка марки Ц2.

Р,Мн

¿.о 18 (б <4 i2 <О О,*

* \

\ 42

. *

<

до

4 S 6 ? ¿ ? 9

Рис.2. Зависимость давления металла Р на валки-кристаллизаторы от толщины получаемой заготовки при производстве методом ЕПЛ полосы из цинка марки ЦО и из цинка марки Ц2.

йсследование свойств- получаемой заготовки в зависимости от ее толщины свидетельствует, что с уменьшением толщины заготовки уменьшаются размеры зерен в ее кристаллической структуре, в результате чего происходит дополнительное повышение механических свойств заготовки (рис.3).

£ о/

I

{20 ао но юо 90 80 70 60 50

4 5 6 7 8

Рис.3. Зависимость механических свойств (б/ , $ ) полосовой заготовки из цинка марки ЦО от толщины заготовки при литье методом ЕШ1.

Однако уменьшение толщины полосы сопровождается возникновением ряда нежелательных явлений - ростом давления на вашси-крис-таллизаторы, вызывающим увеличение упругого прогиба валков и поперечной разнотолщияности заготовки, затрудняется выкатка получаемой полосы при дальнейшей прокатке на прокатных станах, снижается стойкость литейной насадки. На основании большего количества проведенных экспериментов было установлено, что наиболее оптимальной толщиной полосы при литье цинка является значение 5,0 + 6,0 мм.

Исследование возможных видов дефектов цинковой заготовки БПЛ показало, что кроме растрескивания полосы при смотке ее в рулон, вызываемого недостаточным обжатием заготовки в межвалковом пространстве, другим распространенным дефектом при литье методом ЕПЛ являются поверхностные расслоения (вздутия) на заготовке, по Форме напоминавшие "пузыри". Эксперименты, поставленные для объяснения причин появления "пузырей", позволили выявить механизм их образования, согласно которому эти дефекты возникают в результате периодического соприкосновения корочки затвердевающей заготовки с кромками литейной насадки. В результате этого соприкосновения на поверхности отливки появляются неслитинки, в которьш. остается воздух. В процессе дальнейшей пластической деформации отливки в межвалковом пространстве эти неслитинки закатываются и оказываются под поверхностью заготовки. При прокатке такой заготовки на прокатном стане воздух внутри неслитин сжимается, давление его возрастает, что и приводит к отслоению и вздутию тонкого поверхностного слоя заготовки, расположенного над неслитинкой, появляются "пузыри".

Устранение "пузырей" затрудняется необходимостью вести процесс литья при сильном смешении лунки жидкого металла от осевой плоскости валков, т.е. приближая ее к кромкам литейной насадки, чтобы обеспечить достаточное обжатие получаемой цинковой заготовки. Появлению "пузырей" способствуют также некоторые Физические свойства цинкового расплава - высокая яццкотекучесть и относительно невысокая теплопроводность. Благодаря хорошей жидкотекучести, цинковый расплав легко заполняет малейшие поднутрения, углубления, имеющиеся между контактирующими друг с другом: кромками литейной насадки и рабочей поверхностью валков-кристаллизаторов. Заполнив их и находясь вблизи от холодной поверхности кристаллизатора, расплав быстро затвердевает, намораживаясь на кромках насадки, и в последствии вызывает появление "пузырей". Невысокая теп-

лопроводность цинкового расплава служит причиной наличия резкого перепада температуры жидкого металла по высоте поперечного сечения заготовки, т.е. между центральными и периферийными (находящимися у поверхности валков) слоями расплава, что вытягивает в длину лунку жидкого металла, еще более приближая Фронт затвердевания к кромкам литейной насадки.

Таким образом, установлено, что при литье полосовой цинковой заготовки методом ЕПЛ, положение лунки жидкого металла жестко ограничивается, с одной стороны, необходимостью обеспечения большого обжатия получаемой заготовки, с другой - исключением контакта корочки затвердевающей заготовки с кромками литейной насадки. Эти ограничения делают процесс непрерывного литья цинка методом ЕГПГ очень чувствительным к изогнутости линии Фронта затвердевания по ширине полосы.

В третьей главе исследовалось влияние условий литья на изогнутость линии фронта затвердевания по ширине полосы. Исследования температурного поля валков-кристаллизаторов, проведенные с помощы ЭВМ, показали, что величина перепада температуры на рабочей поверхности по длине валков, вызываемого недостатками конструкции системы охлаждения, не столь велики, чтобы влиять на искривление линии фронта затвердевания. Значительный перепад температуры (порядка 15 + 40 °С) имеется лишь на краях рабочей поверхности валков (на расстоянии, соответствующем не более 25+100 мм от краев полосовой заготовки), однако вызываемые этим краевые дефекты получаемой заготовки не снижают общий выход годного, поскольку эти участки заготовки (ее кромки) так или иначе обрезаются при выкраивании готовой продукции.

Анализ математической модели процесса ЕПЛ и полученные экспериментальные данные позволили установить, что наибольшее влияние на изогнутость линии фронта затвердевания оказывают два фактора - разнотолщинность получаемой заготовки, появляющаяся из-за

упругого прогиба валков-кристаллизаторов во время литья, и неравномерное распределение температуры расплава по ширине полосы на входе в валки.

Длительные практические испытания показали, что изготовление валков-кристаллизаторов с бочкообразным профилем при величине бочки 0,2 + 0,3 мм позволяет устранить разнтолшнность получаемой заготовки и тем самым ее влияние на формирование Фронта затвердевания заготовки.

Неравномерность распределения температуры расплава по ширине полосы характеризовалась наличием перепада температуры расплава между серединой полосы и ее краями, достигающего при литье заготовок шириной около 800 мм значений порядка 8 10 °С , что приводило к возникновению повышенного количества дефектов ("пузырей") по краям заготовки. С целью устранения этого перепада было проведено опробование различных (известных из опыта литья алюминия методом ЕПЛ) конструкций узла заливки расплава в валки-кристаллизаторы. Опробование показало, что эти конструкции либо не обеспечивают стабильности процесса в условиях литья цинковых расплавов, приводя к поломкам кромок литейной насадки (в частности, те конструкции, у которых литейная насадка изготовлена из плиточных керамических огнеупорных материалов), либо не устраняли имеющийся перепад температуры.

Для разработки оптимальной конструкции узла заливки были проведены исследования гидродинамических процессов, происходящих в этом узле, и степени их влияния на качество получаемой цинковой заготовки. Моделирование движения расплава на подкрашенной воде, наблюдение за поведением расплава в узле заливки и за качеством получаемой при этом заготовки позволили установить, что во-первых, движение потока расплава в металлоприемнике подчиняется законам движения затопленной, свободной, турбулентной струи, во-вторых, турбулизация движения расплава в узле заливки в той степени, в

какой она обычно наблюдается при литье (т.е. при скоростях движения расплава не более 0,1 м/с), не приводит к захвату струей оксидной пленки, неметаллических включений и пузырьков воздуха и не ухудшает качество заготовки. Вытекая из желоба, струя расплава продвигается вперед, к валкам-кристаллизаторам, по узкой центральной зоне в металлоприемнике, не захватывая все его сечение, что вызывает образование неподвижных зон расплава в углах литейной насадки, понижающими температуру расплава в этих зонах.

В теории турбулентной струи установлено, что геометрические параметры втруи, в частности угол расширения струи, определяются в основном лишь интенсивностью турбулентности струи на выходе из источника (в нашем случае - на выходе из желоба). Изменяя интенсивность турбулентности, можно изменять и эти параметры. Осуществляя искусственную турбулизацию струи на ее начальном участке, можно добиться резкого расширения струи на все русло металлопри-емника. Это обеспечит перемешивание расплава по всей ширине русла и тем самым исключит образование неподвижных зон расплава в узле заливки и устранит имеющийся перепад температуры расплава.

Исходя из этого, был сконструирован и изготовлен узел заливки, в котором металлоприемник имеет постепенно расширяющееся русло, в начале которого установлен турбулизирующий экран вогнутой формы. Замеры температуры расплава, проводившиеся при литье с таким металлоприемником, показали, что при получении полос цинка шириной до 800 мм обеспечивается полное выравнивание температуры расплава по ширине полосы.

Четвертая глава посвящена анализу практического опыта, накопленного в ходе проведенных исследований, разработке технологической оснастки, подбору необходимых технологических материалов и выбору оптимальнжх технологических параметров литейного процесса.

Получснньш опнт свидетельствует, что не смотря на большое давление, оказываемое па валки со стороны получаемой цинковой заготовки, стойкость валков, благодаря более низкой температуре литья, намного вмие, чем при литье алюминия и составляет не менее 2СС0 часов между двумя переточками. Такая высокая стойкость позволяет уменьшить парк запасных валков, сократить затраты на их ремонт, что значительно повииает ркономичность линии ЕШГ при литье цинка. В рамках диссертационной работы испнтвваллсь валки, у которых бандажи изготавливались из стали 20ХЗМЮ-, традиционно использовавшихся ранее на отечественных установках ЕПЛ, и из стали ЗБЖ. Испытания показали, что при литье цинковой полосы ни технология литья, ни стойкость валков практически не изменяются при переходе с одной марки стали на другую, поэтому бандажи из стали 20ХЗМВФ могут быть с успехом заменены бандажами из более дешевой и менее деЯицитной стали 35ХМ.

Чистота рабочей поверхности валков-кристаллизаторов должна быть не ниже 7+8 классов. Более шероховатая поверхность валков, увеличивая абразивное воздействие на контакгируюл!ую с ними футеровку литейной насадки, приводит к ее быстрому износу и тем самым сокращает стойкость литейных насадок. В процессе работы, в результате трения рабочей поверхности валков о затвердевпгую заготовку и о футеровку насадки, чистота поверхности валков постепенно улучшается и стабилизируется на уровне 8+9 классов, что сопровождается увеличением тегогоотвода от формирующейся заготовки. Это необходимо учитывать и производить постепенную корректировку (увеличение) скорости литья воизбежание появления на заготовке дефектов.

Были испытаны различные типы технологических смазок, применяемых в целях устранения прилипания заготовки к валкам. Наилучшие результаты дало использование обезвоженного трансформаторного масла, наносимого на рабочую поверхность тонким слоем с пери-

одичностью 20 + 25 ш. Это исключает прилипание заготовки к вал-| кам и попадание продуктов сгорания смазки внутрь заготовки.

В ходе работы было установлено, что для подвода цинкового расплава от печи к валкам-кристаллизаторам требуется обязательное применение закрытого (изготовленного из огнеупорных трубок) желоба. Применение для этой цели открытого желоба вызывало сильное окисление открытой поверхности струи расплава, что снижает выход годного, и требовало обеспечивать сильный (на 100 +130°с) перегрев расплава в печи. Кроме того, для обеспечения полной за-полняемости внутреннего отверстия желоба расплавом и уменьшения его засоряемости и зарастания окислами сам желоб должен располагаться ниже уровня расплава в металлоприемнике.

Решающее значение на стабильность литейного процесса и на качество получаемой заготовки оказывает конструкция литейной насадки. В условиях литья цинковых расплавов, обладающих хорошей жидкотекучестью, в условиях сильного давления на валки, оказываемого со стороны Нормирующейся цинковой заготовки и вызывающего большой упругий прогиб валков, должно быть обеспечено постоянное подпружинивалие кромок насадки к поверхности валков. Для этой цеди была использована известная конструкция, состоящая из металлического корпуса (из листовой стали), обклеенного асбестовым картоном. Такая конструкция насадки гарантирует при литье цинка стойкость не менее 72 часов, легкость и простоту в изготовлении, неприхотливость при сушке и хранении, низкие затраты на изготовление, быстроту установки и подгонки к валкам. Такая высокая стойкость асбестовых насадок стала возможной, благодаря разработке и установке на них новых боковых ограничителей, изготовленных из фторопласта. Хотя допустимая рабочая температура Фторопласта несколько ниже температуры литья цинка, однако из-за небольшой площади контакта между расплавом и рабочей поверхностью бокового ограничителя средняя по объему температура бокового ог-

раничителя остается небольшой, что не приводит к потере Фторопластом своих рабочих свойств.

В ходе длительной практики получения полосовых цинковых заготовок методом ЕШ1 были установлены основные оптимальные технологические параметры литейного процесса. Для валков-кристаллизаторов с рабочим диаметром 470 + 510 мм, толщиной стенки бандажа 30-г-50 мм и для толщины получаемой заготовки 5,0 + 6,0 мм они составили :

- длина зоны Формирования заготовки - 60 + 70 мм

- температура расплава в литейной п насадке - не ниже 430 С

- скорость литья

для цинка марки Ц0 - 0,75 + 0,85 м/мин. для цинка марки Ц2 - 0,55 + 0,65 м/мин.

- уровень расплава над верхней точкой

зоны Формирования заготовки - 10 + 20 мм

- расход охлаждающей воды - 150 + 200 л/мин.

- температура охлаждающей воды - 10 + 30 °С

Пятая глава посвящена разработке условий производства из заготовки Н1И цинковых листов для полиграфической промышленности из цинка марки ЦШ ("микроцинк"), легированного алюминием и магнием. Разработка такой технологии имеет актуальное значение для народного хозяйства, поскольку традиционный способ производства таких листов из крупных слитков характеризуется чрезвычайно низким выходом годного, обусловленным низким качеством получаемых слитков и жесткими требованиями, предъявляемыми потребителями к этому виду продукции.

Пробные опыты получения листов этой марки цинка из заготовки НОЛ оказались неудачными, поскольку на таких листах при их травлении для получения полиграфических клише, на поверхности появлялись посторонние бугорки ("пики"), мешающие получению чистого отпечатка с клише. Установлено, что одной из наиболее вероятных

причин появления "пиков" является разнозернистость кристаллической структуры, наблюдающаяся в этих листах, которая приводит к неодинаковой скорости травления участков поверхности листа, имеющих различие в размерах зерен. Разнозернистость в листах, изготовленных из цинковой заготовки ЕПЛ, обусловлена недостаточной величиной обжатия заготовки в валках-кристаллизаторах (не более 60 % , по сравнению с 90 * 92 % , получаемыми при прокатке полос из крупных слитков).

Экспериментально было установлено, что увеличение толщины заготовки ЕПЛ до максимально возможной, до 9 мм, с целью улучшения проработки ее структуры при дальнейшей прокатке на прокатном стане, также не дает положительного результата. Однако, проведение предварительного рекристаллизашюнного отжига такой заготовки позволяет добиться требуемой однородности кристаллической структуры. При этом минимальная температура нагрева, при которой протекает рекристаллизация, составляет 250°С .

Листы, полученные из заготовки ЕПЛ, прошедшей промежуточную термообработку, полностью удовлетворяли требованиям ГОСТа.

ОШИЕ ШВОЛЫ.

1. Принципиальным отличием литья цинка методом ЕПЛ является необходимость ведения процесса литья при увеличенном удалении лунки жидкого металла от осевой плоскости валков-кристаллизаторов, т.е. при больших обжатиях заготовки. При этом, литье заготовки из цинка пониженной чистота (при одной и той же толщине заготовки) должно осуществляться при меньших скоростях, порядка (0,55+ 0,65) «^jj- м/с , чем при литье чистого цинка марки ЦО - (0,75 + 0,85)'-¿j. м/с.,

2. Формирование качественной цинковой заготовки характеризуется высокой чувствительностью технологии НШ к степени изогнутости

линии фронта затвердевания по ширине полосы, поэтому на всей ширине поперечного сечения заготовки должны обеспечиваться одинаковые тепловые условия, способные влиять на положение лунки жидкого металла в межвалковом пространстве, для чего должно обеспечиваться равномерное распределение температуры жидкого металла в литейной насадке.

3. Изучены условия расширения струи жидкого металла, вытекающего из заливочного желоба, на всю ширину литейной насадки. Установлено, что такого резкого расширения струи расплава можно добиться, увеличивая интенсивность турбулентности струи на начальном участке русла, при этом оптимальная гурбулизация потока расплава не приводит к ухудшению качества получаемой заготовки На основании этих данных разработана конструкция узла заливки расплава в валки-кристаллизаторы, позволяющая устранить перепад температуры расплава по ширине получаемой полосовой заготовки.

4. Установлен механизм образования поверхностных расслоений ("пузырей") на заготовке БЕЛ. Эти дефекты вызываются периодическим соприкосновением корочки затвердевающей заготовки с кромками литейной насадки. Поэтому при литьо цинка методом ШЛ положение лунки жидкого металла должно быть жестко стабилизировано, что требует точного поддержания основных технологических параметров в процессе всего времени литья.

5. Рекомендуется линии ЕПЛ цинка оснащать следящей автоматической системой, позволяющей путем корректировки скорости вращения валков-кристаллизаторов компенсировать воздействие комплекса возмущений (колебания температуры расплава, температуры охлаждающей воды, толщины слоя технологической смазки на поверхности валков, биение валков при их вращении и пр.) на положение лунки жидкого металла в межвалковом пространстве.

6. Производство полосовой цинковой заготовки методом ШЛ сопровождается большим давлением на валки-кристаллизаторы со стороны

получаемой заготовки, что вызывает большие нагрузки на клеть, | привод валков и вызывает большой упругий прогиб валков. Поэтому при бесслитковой прокатке цинка клеть и привод валков-кристаллизаторов должны быть расчитаны для работы под большим нагрузками (при давлении на валки порядка 200 + 400 тонн). Для компенсации упругого прогиба валков их рекомендуется изготавливать с бочкообразным просияем при величине бочки 0,2-5-0,3 мм.

7. Уменьшение толщины заготовки позволяет улучшить механические свойства получаемой заготовки и повысить производительность установки ШЛ, но,ухудшает выкатку полосы при дальнейшей прокатке ее на прокатном стане, снижает стойкость литейной насадки. В связи с этим, установлена оптимальная толщина получаемой полосовой заготовки, которая составляет 5,0 4-6,0 мм.

8. Выбраны оптимальные параметры технологического процесса для различных марок цинка. В том числе установлено, что проведение предварительного рекристаллизационного отжига заготовки из микроцинка перед прокаткой при Т = 250 + 300 °С позволяет получать из заготовки БП1 листы с необходимыми свойствами.

9. Разработана технологическая оснастка, подобраны необходимые технологические материалы, обеспечивающие устойчивое ведение литейного процесса и хорошее качество получаемой заготовки. Установлено, что подвод жидкого цинка к литейной насадке должен осуществляться по закрытому теплоизолированному желобу под уровень расплава в насадке, что дает возможность значительно (на 100+ 130 °с) уменьшить перегрев расплава в печи и уменьшить потери на окисление протекающего по желобу цинка. В качестве технологической смазки рекомендуется использовать обезвоженное трансформаторное масло, которое исключает прилипание полосовой заготовки к валкам-кристаллизаторам и в то же время не приводит к попаданию продуктов сгорания в заготовку. Конструктивней элемент литейной насадки - боковые ограничители, препятствующие растеканию жидко-

го шшкя п стороны из межвалкового пространства, рекомендуется изготавливать из фторопласта, что решает проблему стойкости литейной насадки при литье пинка, обладавшего высокой жидкотеку-ч ее тыл.

10. Внедрение разработанной технологии литья цинка методом ЕПЛ в производство позволило получить годорой экономический эМ-ект в размере 28,3 тыс.рублей и улучшить условия труда рабочих.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Еундин В.В. Прогрессивная технология получения цгаковой заготовки совмещенным методом литья и прокатки. /Материалы семинара "Прогрессивные методы производства конструкционно-прочных отливок из цветных сплавов". - М.: Моск.дом науч.-технич. пропаганды им.Дзержинского, 1987, сЛБЗ-158.

2. Еундин В.В., Кудин Д'.В., Шибанов A.B. Получение заготовки из цинка методом бесслитковой прокатал. - Цветная металлургия,

1987, Ш, с .15-17.

3. Ехидин В.В. Влияние кривизны фронта кристаллизации на качество цинковой заготовки при бесслитковой прокатке, - Цветные металлы, 1988, N9, с.75-77.

4. Положительное решение #4243346/02 от 25.02.1988 на изобретение. Устройство для подачи жидкого металла в валки-кристаллизаторы установок непрерывного литья. (Еундин В.В., Чурсин В.М., Шибанов A.B.)