РАСЧЕТ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ФОРМ, ЗАЛИВАЕМЫХ ИЗ СТОПОРНЫХ КОВШЕЙ

8.1 Применяются два способа заливки форм из стопорных ковшей:

а) при заливке по первому способу струя металла свободно вытекает из отверстия ковша, торможение струи стопором не производится;

б) при заливке по второму способу скорость истечения струи из отверстия ковша регулируется торможением при помощи стопора.

Заливка по второму способу менее желательна, так как может вызвать разбрызгивание струи металла, размывание и разрушение пробок. Однако торможение приходится применять, когда из одного ковша заливается большое количество мелких форм или несколько сравнительно крупных металлоемких форм. В этом случае заливку форм без торможения струи осуществить не удается, так как при этом потребовались бы большие отклонения от оптимальной продолжительности заливки, чего допустить нельзя.

8.2 Расчеты литниковых систем при заливке из стопорного ковша без торможения струи:

а) литниковая система при данном способе заливки (рис. 6) должна быть построена так, чтобы она в любой момент во время заливки принимала в форму все количество металла, поступающее из ковша. Продолжительность заливки определяется расходом металла из ковша. Поэтому необходимо правильно выбрать диаметр отверстия стакана;

б) площадь поперечного сечения отверстия стопорного стаканчика (или сумма двух) определяется из уравнения:

, (8.1)

откуда

, (8.2)

где τ – определяется по формуле (3.2).

Средний металлостатический напор H_ср в ковше при расчете по формуле (8.2) для условий разливки данной формы находится по формуле:

, (8.3)

Конечный напор в ковше при заливке данной формы определяется из формулы:

, (8.4)

Рис. 8.1 – Схема заливки из стопорного ковша

а) начальный момент заливки;

б) конечный момент заливки.

При выборе диаметра стопорного отверстия можно руководствоваться следующими данными. В практике используются стаканчики с отверстиями: для форм с металлоемкостью 100 – 150 кг диаметром 30 – 35 мм; 1,0 – 1,5 т – диаметром 40 мм; крупных – диаметром 50 – 60 мм; для ковшей емкостью более 20 – 25 т рекомендуется применять два стопора.

Коэффициент размывания β_Р в начале заливки равен 1, а затем увеличивается: для ковшей ≤ 30 т – β_Р = 1 ч 1,15; ≥30 т – β_Р = 1 ч 1,25; для высоколегированных сталей (типа 110Г13Л) при емкости ковша менее 15 т β_Р изменяется от 1 до 1,35 к концу разливки.

Коэффициент расхода μ_к при истечении из ковша равен 0,8.

в) особенностью процесса заливки формы является переменный напор в ковше по мере истечения металла, а следовательно, и переменный расход в единицу времени. Поэтому расчет площади сечения питателей определяется для двух моментов заливки – начального и конечного (рис. 6). Из двух сечений выбирается наибольшее сечение, так как при меньшем сечении литниковая система при заливке длительное время окажется неспособной пропускать то количество металла, которое будет поступать из ковша.

г) расчет площади сечения питателей (или другого узкого места системы) проводится по формулам:

– для начального момента заливки

(8.5)

– для конечного момента заливки

(8.6)

д) величина напора (h_н, h_к), действующего в литниковой системе в начальный и конечный моменты, может определяться двумя методами.

I–й метод – энергия падающей струи металла не учитывается. Высота напора, определяющего расход в литниковой системе, принимается равной высоте напора в самой системе. Таким образом, для начального момента заливки:

h_н ≤ Н’_з;

для конечного момента заливки

h_к ≤ Н”_з.

Можно рекомендовать:

– для небольших форм h_н = Н’_з – 5 см; h_к = Н”_з – 5 см;

– для крупных форм h_н = Н’_з – 10 см; h_к = Н”_з – 10 см.

II–й метод – энергия падающей струи металла учитывается. Расчет по этому методу дает более точные результаты и особенно полезен в тех случаях, когда I-й метод дает чрезмерно большую площадь сечения питателей, трудно осуществимых на практике.

Высота напора, действующего в системе (см. рис. 8.1), принимается равной:

– в начальный момент:

h_н = H’ ₁ + H ₂ + H’ ₃ – (h’_н + h”_н), (8.7)

где H’ ₁ + H ₂ + H’ ₃ = H’ _об;

– в конечный момент:

h_к = H” ₁ + H ₂ + H” ₃ – (h’_к + h”_к), (8.8)

где H” ₁ + H ₂ + H” ₃ = H” _об.

Потери напора при истечении металла из ковша (рис.8.1) в начальный момент:

h’_н = (1 – φ ²) ∙ H’ ₁, (8.9)

– в конечный момент:

h’_к = (1 – φ ²) ∙ H” ₁, (8.10)

где φ – коэффициент скорости при истечении стали из ковша. Можно принимать φ = μ_к.

Потери напора на удар (h^”_н, h”_к) в плоскости АВ (рис. 8.1), на вихревые движения и пр., не учитываемые коэффициентом расхода самой литниковой системы:

– в начальный момент:

, (8.11)

– в конечный момент:

, (8.12)

где К – коэффициент, равный 1,54.

Средняя скорость частиц падающей струи металла до удара определяется по формулам:

; (8.13)

, (8.14)

Высотой уровня металла в самой литниковой системе в начальный и конечный моменты Н’_ст и Н”_ст нужно задаться, принимая Н’_ст < Н’_з и Н”_ст < Н”_з.

Рекомендуется для крупных форм:

Н’_ст = Н’_з – 10 см; Н”_ст = Н”_з – 10 см;

для небольших форм:

Н’_ст = Н’_з – 5 см; Н”_ст = Н”_з – 5 см.

Средняя скорость частиц жидкого металла в стояке на уровне АВ (рис.8.1) после удара определяется по выражениям:

– в начальный момент заливки , (8.15)

– в конечный момент заливки , (8.16)

где ; (8.17)

. (8.18)

Величина стояка в этих формулах пока неизвестна. Поэтому вначале задаются приближенной величиной:

F_ст = α ∙ F,

где F – сечение узкого места литниковой системы, рассчитанное для начального и конечного моментов заливки по упрощенному первому методу;

α – коэффициент, равный 1,0ч1,1.

Определив по выше приведенным формулам, h”_к, h_н, h_к, F и F_ст, можно, если понадобится, уточнить расчет. По принятым соотношениям сечений элементов литниковой системы, зная F определяют F_ст, затем вычисляют υ’₂, υ”₂, h”_н, h”_к, h_н, h_к, F и F_ст для начального и конечного моментов заливки. Полученные теперь величины F_ст будут мало отличаться от принятых при последнем определении.

Из двух значений F, полученных для узкого места литниковой системы в начальный и конечный периоды заливки, выбирают наибольшую величину.

8.3 Расчеты литниковых систем при заливке из стопорного ковша с торможением струи.

а) Торможением струи стопором можно поддерживать требуемый уровень металла в литниковой системе. Следовательно, расчет литниковой системы для стопорной заливки должен производиться по методу и формулам, рекомендуемым для заливки из поворотных ковшей. При этом в расчете учитывается только статический напор, действующий в самой литниковой системе, а энергия падающей из ковша струи не учитывается, так как при небольшом отношении площади сечения струи к площади металла в воронке эта энергия невелика.

б) Определив узкое место сечения литниковой системы по формулам (3.1.) или (7.1), проводят расчет и анализ условий заливки из стопорного ковша.

Вначале определяют минимальный начальный и конечный напор в ковше, который обеспечивает поддержание уровня металла в литниковой системе на требуемой высоте (чтобы сохранить оптимальную продолжительность после заливки).

Минимальный напор рассчитывается по формулам:

– для начального момента заливки:

; (8.19)

– для конечного момента заливки:

, (8.20)

где – коэффициенты размывания, которые для приближенного расчета минимальной высоты столба металла в ковше вначале принимаются равными 1, а при окончательном расчете уточняются;

h_н – принимается равным h_н = Н’_З – 5 см;

h_к – принимается равным h_к = Н”_З – 5 см.

Высота слоя металла в ковше , требуемая для заполнения одной формы, равна:

, (8.21)

откуда:

, (8.22)

При заливке форм нужно поддерживать уровень металла в литниковой системе на требуемой высоте, следовательно, из двух значений , полученных по формулам (8.19) и (8.22), нужно принимать большее значение.

Зная минимальный начальный напор , можно определить допустимый максимальный начальный напор по формулам:

, (8.23)

, (8.24)

Пренебрегая разницей в коэффициентах размывания и принимая для приближенных расчетов и , получим:

, (8.25)

, (8.26)

Можно считать также

, (8.27)

Чтобы при заливке из ковша первой формы в течении всего периода заливки не приходилось тормозить с коэффициентом более 1,3, из двух значений , определяемых по (8.19) или (8.21) и по (8.23) формулам, нужно принимать меньшее значение.

Определив окончательно значение , и , рассчитывают количество данных форм n, которое можно заливать из одного ковша в оптимальных условиях (т.е. с оптимальной продолжительностью и при ≤ 1,3)

, (8.28)

и в оптимальных условиях при отсутствии торможения.

Для шамотных огнеупорных стаканчиков при разливке углеродистой стали в ковшах емкостью до 30 т величина изменяется от единицы до 1,15 при опускании уровня стали в ковше на 130 см; в ковшах емкостью более 30 т – от единицы до 1,25 при опускании уровня стали в ковше на 140 см; при разливке высокомарганцовистой стали из ковшей емкостью менее 15 т – от единицы до 1,35 при опускании металла в ковше на 110 см.

Поиск по сайту: