ЦВЕТНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
УДК 669.35:621.774.02
тенденции развития в россии технологии и оборудования для производства медных труб и прутков из непрерывнолитых заготовок
© Васильев Владислав Александрович, почетный металлург, заведующий конструкторским отделом
ОАО «Институт Цветметобработка». Россия, Москва. E-mail: post@cmet.ru Статья поступила 01.03.2012 г.
Выполнен краткий анализ способов непрерывного литья заготовок из меди и ее сплавов. Приведены состав оборудования и его характеристики. Показан принципиальный состав универсального комплекса для производства литых заготовок. Намечены направления совершенствования оборудования для микро- и мини-производств заготовок из цветных металлов.
Ключевые слова: непрерывное вертикальное литье труб, прутков и полос; индукционный миксер; графитовый кристаллизатор; клеть тянущая; пила летучая и приемное устройство; комплекс для производства литых заготовок непрерывным литьем.
Трубы из меди пользуются значительным и возрастающим спросом на мировом и отечественном рынках вследствие их широкого применения в энергетике, строительстве и бытовой технике. В частности, увеличивается спрос на медные трубы, в том числе тонкостенные (для кондиционеров) на мировом рынке, особенно в странах Азии. Наибольшим спросом пользуются бесшовные медные трубы, которые выпускаются в основном по традиционной схеме, включающей в себя разливку в слитки сплошного сечения, прессование и серию циклов холодной прокатки и волочения. Существующий технологический процесс отличается повышенной трудоемкостью и пониженным выходом годного:
- имеют место значительные геометрические отходы на операциях полунепрерывного литья (до 10%) и прессования (20%);
- при прессовании сложно получить достаточно равностенную заготовку, разностенность прессованной заготовки доходит до 10-20%;
- требуются существенные затраты на дорогостоящий прессовый инструмент (иглы и пр.).
Возможности заметного снижения себестоимости труб и улучшения их качества в рамках традиционной технологии практически исчерпаны, в ¡2 том числе по причине значительного физическо-™ го и морального износа прессового оборудования на заводах по обработке цветных металлов.
Существующая технология весьма капитало-£ емка и рассчитана на большие объемы выпуска < труб - 25 тыс. т в год и более. Современная ситу-г ация характеризуется ростом числа производи-
телей труб при одновременном снижении перспективных объемов выпуска до 1,0-12,0 тыс. т труб в год и повышении требований по качеству труб.
Одним из наиболее перспективных направлений решения комплексной задачи снижения затрат на производство бесшовных труб при одновременном улучшении их качества, в частности уменьшения разностенности в сочетании со снижением удельных капитальных затрат (для новых производств), является переход на процесс, базирующийся на непрерывном литье полых и прутковых заготовок и их последующей холодной периодической прокатке и волочении [1].
Применительно к различным объемам производства перспективен процесс непрерывного литья заготовок способом вытягивания из расплава, находящегося в печи-миксере [2]. Известны следующие разновидности этого способа: литье вверх; литье в горизонтальном направлении; литье вертикально вниз.
Способ литья вверх предполагает размещение вытягивающего устройства над печью-миксером, что усложняет конструкцию установки. Этот способ получил применение для многоручьевого непрерывного литья прутковых заготовок из бескислородной меди.
Способ горизонтального литья трубных заготовок связан с пристыковкой узла кристаллизатора сбоку от обогреваемого тигля печи-миксера, что создает определенные сложности для применения эффективных индукционных печей в качестве миксера [1]. Одним из примеров та-
кого оборудования была двухручьевая установка для литья труб конструкции братьев Мясоедовых в середине XX в. С этого же времени в институте «Гипроцветметобработка» велись работы по созданию оборудования для непрерывного литья полос, труб и прутков из цветных металлов и сплавов под руководством В.Д.Седова и В.А.Данкова. Такая установка была внедрена на производственной базе Экспериментального завода качественных сплавов (ЭЗКС) в г. Мценске (В.А.Васильев и Н.И.Паршин).
Способ литья вниз отличается простой пристыковкой кристаллизатора к основанию тигля индукционной печи-миксера, при этом облегчается выделение газов из расплава при кристаллизации, что способствует получению плотной по периметру заготовки, поэтому применительно к непрерывному литью труб и прутков этот способ можно рассматривать как наиболее предпочтительный.
Вариант вертикального непрерывного литья трубных заготовок размерами сечения (диам./ толщина стенки) 98/12; 70/12; 70/8 и 40/5 обеспечивает симметричную схему их формирования и ряд других важных преимуществ по сравнению с вариантом горизонтального непрерывного литья.
Была создана (В.А.Васильев, Г.В.Ашихмин) одна из очередных установок непрерывного литья полых и прутковых заготовок из меди марок М1р и М2р (содержание фосфора 0,015-0,04%) с целью последующей обработки давлением и вы-
Рис. 1. Индукционная плавильная
поворотная печь (позади нее установлен индукционный миксер)
Рис. 2. Индукционный миксер (в стадии монтажа на рабочей площадке комплекса)
пуска медных труб различного сортамента следующего назначения:
- трубы для газоводопроводных систем наружным диам. 8-35 мм, толщиной стенок 0,752,0 мм;
- трубы для теплообменников и охладителей наружным диам. 8-35 мм, толщиной стенок 0,752,0 мм;
- трубы для кондиционирования (тонкостенные) размерами 7,94x0,23 ^ 16x0,7 мм;
- для получения полых и прутковых заготовок из латуней и бронз машиностроительного назначения.
В состав плавильного комплекса вертикального непрерывного литья входят:
- плавильная поворотная индукционная печь (рис. 1) вместимостью 65-250 кг (возможно и больше);
- индукционный миксер (рис. 2) вместимостью 350 кг с графитовыми стопором и тиглем, к которому с помощью фланца присоединен графитовый кристаллизатор с первичным и вторичным водяным охлаждением. При этом выходящая из блока кристаллизатора и холодильников заготовка в виде прутка или трубы душируется по окружности водой, собираемой далее водосборником.
Тянущая клеть (рис. 3) представляет собой узел, содержащий три пары роликов, каждый из которых приводится во вращение индивидуальным электроприводом. Жесткая механическая связь, которую представляют собой вытягиваемые трубы или прутки, надежно усредняет работу всех двигателей. Это дает возможность питания всех электродвигателей от одного общего источника тока с общим для всех двигателей органом регулирования скорости вытягиваемого изделия.
Все органы управления пуском оборудования и регулирования скорости литья находятся на пульте, установленном на площадке вблизи от тянущей клети. В схеме питания электроприводов предусмотрено два варианта вытягивания изделий: непрерывное с постоянной скоростью; прерывистое, при котором все двигатели периодически включаются на время вытягивания заготовки.
К редукторам первой пары тянущих роликов (верхней)
Рис. 3. Тянущая клеть
крепятся тахогенераторы - один для измерения и второй для стабилизации скорости вытягивания.
Резание труб и прутков производится без прекращения вытягивания их из кристаллизаторов (на ходу), для чего каретка летучей пилы снабжена зажимом, с помощью которого подвижные части пилы прочно соединяются с разрезаемым изделием выше места отрезки. Зажим изделий и подача пилы осуществляются с помощью гидропривода.
Команду «зажим-разжим» пила получает от системы измерения заданной длины литой заготовки. В зависимости от требуемой мерной длины прутков или труб плавильный комплекс может
быть оборудован различными механизмами приемки и выдачи литых заготовок. В случае литья прутков или труб длиной до 7,0 м устанавливается тележка с двумя приемными коробами. Короба расположены на таком расстоянии друг от друга, что когда один заполняется прутками или трубами, второй выходит за пределы литейной установки, и находящиеся в нем изделия могут быть извлечены с помощью троса и подъемного крана. В короба с помощью цехового крана и электромагнита в случае необходимости устанавливаются проставки (под изделия меньшей длины) и на них демпферы, смягчающие падение отрезанного летучей пилой изделия.
На рис. 4 приведен примерный перечень операций, которые должны сопровождать производство заготовок труб и прутков из меди и ее сплавов способом вертикального непрерывного литья заготовок от входного контроля сырья и мониторинга технологического процесса до приема готовой продукции. На рис. 5 показан комплект основного технологического оборудования литейного комплекса для производства заготовок медных труб, используемых в кондиционерах, холодильниках и теплообменниках с объемом производства до 10 тыс. т/год из бескислородной меди и меди, раскисленной фосфором.
Рис. 4. Схема производства заготовок труб и прутков из меди и ее сплавов способом непрерывного литья
Рис. 5. Литейный комплекс для производства заготовок тонкостенных медных труб:
1 - печь плавильная индукционная канальная промышленной частоты типа ИЛК-1,0; 2 - желоб переливной; 3 - миксер; 4 - термопара; 5 - автоматический регулятор уровня металла в кристаллизаторе (до трех ручьев); 6 - датчик уровня металла; 7 - кристаллизатор графитовый; 8, 9 - затравка и механизм для ее подачи в кристаллизатор; 10 - круг поворотный; 11 - емкость для слива аварийная; 12 - гидроблок;
13 - водосборник с уплотнением по заготовке;
14 - клеть тянущая со сменным инструментом;
15 - прибор для измерения длины отливаемой заготовки; 16 - пила летучая; 17 - приемные короба; 18 - проставки и демпфер; 19 - короб для сбора стружки; 20, 21 - насос погружной с датчиком уровня воды; 22 - позиция гибочного устройства при переводе литейных заготовок для приемки их в бухты; 23 - пила летучая горизонтальная; 24 - механизм возврата пилы; 25 - проводка; 26 - устройство для намотки заготовки в бухту (количество - в зависимости от числа ручьев); 27 - мостик переходной; 28 - площадки рабочие
Технические характеристики
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.