Обзор литературы (исследование влияния технологических параметров при совмещенном способе литья и прокатки на качество литой заготовки)

Образующаяся при этих условиях литая полоса после кристаллизации подходит к осевой плоскости валков поверхностный слой с оксидной пленкой прокатывается со степенью деформации 45 – 65 %. Длина активной зоны – А является суммой составляющих длины мениска – l1 ‚ длины зоны кристаллизации – l2 , длины зоны прокатки – l3 . При вращении валков-кристаллизаторов расплав толщиной H захватывается их поверхностью с углом захвата α и прокатывается в полосу толщиной h.
Расплав, через литниковую распределительную насадку подается в зазор вращающихся валков-кристаллизаторов и заполняет часть пространства в виде лунки клиновидной формы. Благодаря контакту с поверхностью кристаллизаторов жидкий металл в лунке интенсивно охлаждается и кристаллизуется. На поверхности валков-кристаллизаторов намораживаются слои металла, которые постепенно увеличиваются по толщине при движении вдоль контакта с ними, до момента сжатия деформируются по заданным величинам ширины и толщины полосы, которые определяются литниковой системой и зазором между валками. Следует отметить, что важным фактором является продолжительность контакта расплава с валком, которая зависит от окружной скорости вращения валков-кристаллизаторов и глубины лунки расплава. Глубина лунки увеличивается с ростом диаметра валков-кристаллизаторов.
Большой интерес представляет изучение влияния геометрических размеров активной зоны на качество отливаемой полосы и определение оптимальной формы лунки расплава.
В зазоре валков-кристаллизаторов постоянно находится определенное количество расплава с изменяющимся содержанием твердой фазы. Глубина лунки, имеющая клиновидную форму, определяется в основном технологическими параметрами литья, силами поверхностного натяжения, расходом жидкого металла и геометрическими размерами валков-кристаллизаторов. На рисунке 2 изображены термограммы формирования алюминиевой полосы в зазоре валков-кристаллизаторов.

Рисунок 2 – Термограммы формирования алюминиевой полосы в зазоре валков-кристаллизаторов [19]: l – поступление расплава в зазор; 2 — пусковой промежуток процесса; 3 — стабильное состояние процесса

Видно, что расплав в зазор валков-кристаллизаторов поступает равномерно (1), но при контакте с поверхностью бандажа валка происходит резкий термический удар (2) и только через определенный промежуток времени происходит стабилизация теплового режима (3).
За счет перехода на валки-кристаллизаторы с медными бандажами изменяются условия кристаллизации в активной зоне. Изменение условий теплоотвода при кристаллизации алюминиевого сплава вызывает изменения в структуре и морфологии интерметаллидных частиц. Появляется возможность увеличить скорость литья, расширить номенклатуру отливаемых сплавов и улучшить качественные показатели фольговых заготовок. При совершенствовании конструкции литейно-прокатных агрегатов и технологии бесслитковой прокатки можно добиться еще большего снижения себестоимости выпускаемой продукции по сравнению с традиционными схемами производства фольги из слитковой заготовки. Намечается тенденция получения листовой заготовки со скоростями близкими к скоростям, реализуемым на станах горячей прокатки. В таблице 4 представлены основные технические параметры различных типов агрегатов бесслитковой прокатки.

Таблица 4 – Технические параметры литейно-прокатных агрегатов
….

Отливка заготовки производилась на агрегате бесслитковой прокатки с боковым подводом металла с использованием усовершенствованной проточной емкости и на агрегатах с подводом расплава снизу с использованием различных конструкций проточных емкостей.
При отливке опытно-промышленных партий выдерживали стабильные параметры литья: скорость литья полосы, давление охлаждающей воды валков-кристаллизаторов, температура металла в распределительной насадке, давление металла на валки.
Разработанные методики исследования позволяют наиболее полно рассмотреть и изучить процессы формообразования отливаемой алюминиевой полосы при совмещенном способе литья и прокатки. Особенно это касается методик по определению дефектности фольговых заготовок.
Технологический процесс производства тонкой и толстой фольги толщиной 0,007…0‚080 мм является многоступенчатым, и поэтому его стабильность и качество выпускаемой продукции определяются значительным числом факторов. Анализ производственных данных выявил существенные колебания в значениях выходов годного и скорости прокатки фольговых заготовок между рулонами при изготовлении фольги, обрабатываемых по одной технологии.
На этапе плавки и отливки полосы на агрегатах бесслитковой прокатки можно выделить значительное количество потенциальных причин таких колебаний, выражающихся в изменении: химического состава расплава, скорости литья, диаметра и толщины бандажа валков-кристаллизаторов; глубины лунки и величины активной зоны, а также условий охлаждения, смазки валков-кристаллизаторов и толщины полосы. При производстве фольговой заготовки добавляется целая группа дополнительных причин колебаний, например, разнотолщинности на рулоне, изменения средней толщины, изменения состава смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), различия в условиях отжига.

При изготовлении фольги значительные изменения происходят в состоянии валков состояние поверхности валков, составе технологической смазки (наличие тяжелых масел, степень фильтрации), в средней толщине и среднем профиле заготовки по проходам при прокатке.
Необходимо отметить, что производство фольги характеризуется большим количеством определяющих технологических параметров, что в сочетании с возможностью их взаимного влияния и организационными трудностями стабилизации технологии по большинству из них в реальных условиях практически исключает прямую оптимизацию. Измерение эффекта изменения отдельных (или одновременно нескольких) параметров технологии по изменению показателей экономики производства и качеству литой заготовки при изготовлении толстой и тонкой фольги является очень сложной задачей. Этот вывод подтверждается следующим.

1. M. Yun. Slokyer, J.D. Hunt. Twin roll casting of aluminium alloys// Materials Science and Engineering. A 280, 2000. p. 116-123.
2. T. Haga. Semi-Solid casting of aluminium alloy strip by melt drag twin roll caster // Materials Processing Technology. 111. 2001 p. 64-68.
3. T. Haga, R. Takahashi, M. Kawa, H.Watari. А vertical-type twin roll caster for aluminium alloy strips // Materials Processing Technology 140. 2003. p. 610-615.
4. T. Haga, S. Suzuki. Study on high-speed twin roll caster for aluminium alloys // Materials Processing Technology. 143/144. 2003. p. 895-900.
5. Haga T., Suzuki S. Melt ejection twin roll caster for the strip casting of aluminium alloy // Materials Processing Tecnology 137 (2003). -p. 92-95.
6. Phillips H.W.L. Annotated Equilimbrium Piagrams of Some Aluminium Alloy Systems, 1959, № 125. p. 565.
7. Добаткин B. M. Слитки алюминиевых сплавов. Свердловск: Металлургиздат, 1960. 175 с.
8. Фриндляндер И. Н. Исследование влияния скорости затвердевания на структуру и свойства алюминиевых сплавов / C6. Затвердевание металлов. М.: Машгиз, 1958. C. 175-298.
9. Специальные способы литья. Справочник под. ред. В.А.Ефимова‚ М.: Машиностроение‚ 1991. 733 с.
10. Степанов А.Н., Зильберг Ю.В.‚ Неуструев А.А. Производства листа из расплава. М.: Металлургия, 1978.-167 с.
11. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. Пер. с англ. Под ред. Ф.И. Квасова, Т.В. Строгонова‚ И.Н. Фридляндера. М.: Металлургия. 1979. 639 с.
12. Колачев Б.А.‚ Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. — 3-е изд. М.: МИСИС‚ 2001.416 с.
13. Борисов В.Г.‚ Иванов Р.А.‚ Зонтов C.Г. Определение опережения при литье в валковый кристаллизатор // Цветные металлы. 1976. № 11. С. 53-56.
14. Агеева Г.Н.‚ Золотаревский В.С. Исследование структуры алюминиевых полос бесслитковой прокатки и лент из них // Цветные металлы. 1977. №1. C.36-38.
15. Афонькин М.Г.‚ Богоявленский К.Н. Влияние параметров бесслитковой прокатки на анизотропию – свойств // Цветные металлы. 1977. №6. C 62-64.
16. Бредихин В.Н.‚ Изюмский Ф.П. Исследование влияния технологических параметров непрерывного литья на качество заготовок // Цветные меташты.1976. №12. С. 48-50.
17. Сметанин А.Н.‚ Гергерт А.П., Саркисов С.С. Освоение и развитие производства упаковочных материалов // Цветные металлы. 1999. №1. С. 56-58.
18. Шур И.А. Перспективы развития бесслитковой прокатки алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. № 5-6. 2001. C.38-41.
19. T. Haga. Semi-Solid casting of aluminium alioy strip by melt drag twin roll caster // Materials Processing Technology. 111. 2001 p. 64-68.
20. Баранов М.В.‚ Бажин В.Ю. – Литниковые системы – для бесслитковой прокатки алюминиевых полос // Литейщик России. 2005. №1. C. 31-34.
21. Баранов М.В.‚ Бажин В.Ю. Технические и технологические разработки для литья алюминиевых полос, совмещенного с прокаткой. // Литейщик России. 2005. №1 C. 37-39.
22. Баранов М.В.‚ Бажин В.Ю. Изучение влияния содержания водорода на свойства алюминиевых полос, отлитых совмещенным методом литья и прокатки // Процессы литья. 2005. №1 . C. 35-38.
23.Баранов M.B., Бажин В.Ю., Мысик Р.К., Волхова А.В. Комплексная обработка алюминиевого расплава для получения фольговой заготовки совмещенным методом литья и прокатки / Труды 7-го съезда литейщиков России, г. Новосибирск 23-27 мая. 2005. C. 283-289.
24. Эфрон Б. Нетрадиционные методы многомерного статистического анализа. – М.: Финансы и статистика, 1988. 263 с.
25. Чижиков В.В., Борисов В.Т., Иванов Р.А. Измерение температурных полей в отливках // Цветные металлы. 1976, №3, с. 75-77.