Дәріс. Құймасыз илемдеу

Үздіксіз құю процестері он тоғызыншы ғасырдың ортасында пайда болды. Осы кезде балқытуды, құюды және металдарды қысыммен өңдеуді үйлестіретін үздіксіз процестердің жалпы, дағдылы тәсілдері қалыптасы бастады. Илемдеу орнағына қыздырылған күйде үздіксіз құйылған дайындаманы беретін процесс үйлестірілген тәсілдердің ішінде бірінші болып пайда болды. Орнақта үздіксіз құйылған дайындаманың көлденең қимасы едәуір кішірейіп, дайындама сәйкесті түрмен пішінін өзгерті.

Үздіксіз процестерді жүргізудің дағдылы тәсілдері негізінде балқытуды, құюды және илемдеуді үйлестіретін қуатты технологиялық тізбектер жасалды. Осы кезде үйлестірілген процесті іске асыратын жабдықтар құю илемдеу агрегаты деген атты алды. Жирмасыншы ғасырдың ортасынан бастап түсті металдар мен олардың қорытпаларынан дайын бұйым мен жартылай өнім шығарған кезде балқытудың, құюдың, илемдеудің үйлестірілген процестерін жасау үшін көлденең графиттік және металдық сырғу кристаллизаторлары және роторлы, таспалы, пішінбілікті кристаллизаторлар негізінде қуатты, жетілдірілген және автоматтандырылған агрегаттар жасалады.

Барлық өндірістік тізбектер өздерінде қолданылатын кристаллизатордың типінен тәуелсіз жалпы құрылымға иемденген. Осы тізбектердің құрылымдық айырмашылығы алынатын бұйымның түрімен, қолданылатын құйатын машинаның типімен, тұтас алғандағы агрегат өнімділігімен анықталады. Құрылымы бойынша ең қарапайым болып сырғудың көлденең кристаллизаторлары және осы кристаллизаторлар негізіндегі агрегаттар саналады. Графитті ендірмесі бар осындай кристаллизатор арқылы үздіксіз құюдың ерекшелігі болып құйылған дайындаманың қозғалу жылдамдығының салыстырмалы төмен болуы саналады.

Құю мен илемдеу процестерін үйлестірудің мәселерін шешудің әдістерінің бірі болып деформация аймағына дайындаманы төменгі жылдамдықпен ендіруге мүмкіндік беретін және бір өтпеде үлкен жаншу дәрежесімен илемдеуді қамтамасыз ететін периодты илемдеу орнағын қолдану саналады. Бірақта осындай орнақтарда илемдеген кезде деформацияның ең жақсы таралуы қамтамасыз етілмейді. Осы кейбір жағдайда илемденіп жатқан металда ақаудың пайда болуына алып келеді.

Бір технологиялық тізбекте құю мен илемдеуді үйлестіру, процесті жоғары жылдамдықпен жүргізуге мүмкіндік беретін роторлы кристаллизаторға құю тәсілін жасаған кезде, керекті келесі қадам деп есептелді. Осындай машинаның қазіргі заманғы дәуірінің басы алюминиден жасалған жәмішсымды өндіруге арналған агрегатпен байланысты. Осы агрегат роторлы құю машинасынан және үздіксіз илемдеу агрегатынан тұрады.

Орташа сағаттық өнімділігі 8 т болатын алюминилік жәмішсымды алу үшін қолданылатын ЛПА-АК8П агрегаты сұлбасы сурет 11.1-де көрсетілген. Агрегат өзінің құрамында мынаған иемденген: ауданы 3300 мм² болатын, қимасында трапецияға ұқсайтын дайындаманы алу үшін керекті роторлы құю машинасы; екі топта екі пішінбілікті 12 қапасы кезекпен орналасқан илемдеу орнағы. Илемдеген кезде сопақ-дөңгелек мөлшерлегіші қолданылады, ал шығарылатын жәмішсымның диаметрі 9-дан 19 мм-ге дейін ауытқиды. Қойылған электрқозғалтқыштың қосынды қуаты 1500 кВт тең.

1 – құю машинасы; 2 – дайындаманы тасу тізбегі; 3 – илемдеу орнағы; 4 – жәмішсымды салқындату бөлімі; 5 – орағыш

11.1 – сурет. Құю-илемдеу агрегатының сұлбасы

Құю мен илемдеуді үйлестіру тәсілімен жұқа жолақ пен фольганы алған кезде тікелей илемдеу орнағы пішінбілігіне сұйық металды құю тәсілін қолданады.

Үздіксіз құю тәсілдерінің және кристаллизаторлардың алуан түрлері көптеген мемлекеттерде әр түрлі технологиялық тізбектерді жасауға мүмкіндік берді. Осы технологиялық тізбектер балқытуды, құюды, илемдеуді және металдарды өңдеудің басқа операцияларын үйлестіріп өзене қосатын үздіксіз процесс болып саналады. Қазіргі уақытта осылардың негізінде, көптеген мемлекеттердің сұранысынан көп өнімді шығаратын өнеркәсіптік қуаттар жасалды.

Құю мен баспақтауды үйлестіретін процестер кейінірек жирмасыншы ғасырдың басында пайда болды. Осы құю мен баспақтауды үйлестіретін процестер мынандай мүмкіндіктерді берді: өндірістік тізбекті жобалауға және жасауға кететін капитальды шығынды едәуір азайту; өнімді жасауға энергия шығынын едәуір қысқарту; түсті металл мен қорытпалардан көптеген бұйымдарды шығару; ұзындығы бойынша тұрақты қасиеті мен сапасы бар бұйымды жасау. Осындай процесті іске асырудың сұлбасы сурет 15.2 келтірілген.

1 – құю шөміші; 2 – деңгейді реттеуші; 3 – сұйық металл; 4 – қысым құбыры; 5 – баспақ-бұйым; 6 – паспақтық башмак; 7 – қатаю үшін башмак 11.2 – сурет. Conform-Castex тәсілімен үздіксіз құю-баспақтау процесін іске асырудың сұлбасы

Осындай құрылымы бар машина сұйық металды беру жүйесімен және үлкен өлшемді башмакпен қамтамасыз етілген. Балқыған металл миксерден құю саптамасы арқылы машинаның салқындату дөңгелегінің арнасына келеді. Металды осылай тез салқындату кішкентай ликвациясы және ұсақ түйіршігі бар құйылған дайындаманы алуға, ал тағы да дайындама металына жоғары пластикалық қасиетке иемденуге мүмкіндік береді. Дөңгелек айналған сайын ұяқалыптың алдында металл жиналып, жиналған металл баспақталады. Бұл тәсіл сағатына 6 тонна дейін өнімділікпен баспақ-бұйымды жасауға мүмкіндік береді. Осындай машинамен жұмыс жасауды іске асырудың тұрақтылығы жұмысшы дөңгелектің жылғасына балқыған металды үздіксіз беру жүйесінің нәтижелік жұмысынан өте көп тәуелді болады.

Бұл жұйе келесі талаптарға сай болуы керек: процестің бастапқы фазасында балқыған металл қатып қалмауы керек; балқыған металдың қозғалу жылдамдығы тұрақты болу қажет және жұмысшы дөңгелектен жылуды алып кету қарқындылығымен анықталатын осы балқыған металдың қатаю жылдамдығына сәйкес келуі керек; балқыған металл ағымында құйын пайда болмайы керек, әйтпесе оның ортанғы қабаттарына тотықтар, газдық көбікшелер және басқа заттар келіуі мүмкін. Бұл баспақ-бұйымдарда ақаулардың пайда болуына алып келуі мүмкін.

Рессей ғалымдарымен алюминилік қорытпалардан диаметрті 6 мм тең болатын шыбықты алу үшін қолданылатын құю мен баспақтаудың үйлескен қондырғысы ұсынылған. Айтылған жабдық балқыған дайындамадан ұсақ қималы профилдерді өндіру үшін қолданылады. Өндірген кезде балқыған металды үздіксіз кристалдандырады және ұяқалыптың мөлшерлегіш тесігі арқылы үздіксіз баспақтайды.

Қондырғы (сурет 11.3) мынандай элементтерден тұрады: жетекті айналмалы кристаллизатордан 1; құйатын қондырғыдан 2; кристаллизаторда орындалған және сауытқорамның ролін атқататын тікбұрышты арнадан 3; сақиналы сегменттен 4, кристаллизаторға қатысты қозғалмайтын сақиналы ендірмеден 5; шығынқылықтан 6 және ұяқалыптан 7. Кристаллизатордың жетегі бұрамдықты бәсендеткіш арқылы қуаты 90 кВт болатын қозғалтқышпен іске асырылады. Балқыған металл түбінде тесігі бар тікбұрышты сыйымдылық түрінде орындалған құю қондырғысы арқылы кристаллизатордың қозғалатын дөңгелегінде орналасқан арнаға беріледі.

1 – жұмысшы дөңгелек; 2 – құюжол қорабы; 3 – сақиналы арна; 4 – контейнердің қозғалмайтын бөлімі (башмак); 5 – башмактың доғаға ұқсайтын шығынқылығы; 6 – башмак таянышы; 7 – баспақтау үшін ұяқалып 11.3 – сурет. Үздіксіз құю мен баспақтау қондырғысының сұлбасы

Дөңгелекпен бірге сұйық металл сақиналы сегментке бекітілген ұяқалыпқа қарай қозғалған кезде, оның кристалдануы және берілген температураға дейін салқындауы жүреді. Осы температырада кристаллизатор арнасының үш қабырғасы және осы арнамен жанасатын сақинала ендірменің беті құрған бөлмеден металл сығымдалып шығарылады. Бөлмеден арнаның қозғалу бағыты бойынша металдың шығуып кетуін болдырмау үшін сегменте шығынқы жер жасалған. Осы шығынқы жер арнаның сақиналы ендірмемен жанасатын аяққы бөлімінде, осы арнаның көлденең қимасын жауып тұрады. Арнада қатайған металл сегменттегі шығынқы жерге жетеді, осыдан кейін бөлменің барлық қимасы бойынша баспақталады. Бұндай жағдайда металл мен қозғалатын арнаның бетінде пайда болатын үйкеліс күші, ұяқалыптың мөлшерлегіш тесігі арқылы металды сығымдауға жеткілікті мөлшерге дейін жетеді.

Бұл қондырғыда іске асырылатын үздіксіз құю мен баспақтау процесінде дағдылы баспақтау тәсілімен салыстырғанда келесі артықшылықтар бар: металды құю мен баспақтау үздіксіз процестерінің үйлестіруі іске асырылады; дайындама мен контейнер арасында пайда болатын жанасу үйкеліс күші дайындаманы баспақтауға кажетті күшті жасауға мүмкіндік береді; құймакесекті өндіру бойынша операцияларды және баспақтау алдындағы дайындаманы қыздыру операциясын қолданбайды; металдың жарамды болып шығуы көбейеді.

Үйлескен процестердің дамуының негізгі кемшілігі болып мынау саналады: процесті ұйымдастырудың әр түрлі болуы. Өйткені көпетеген заводтарда баспақтау процесі дискретті, ал құю процесі үздіксіз болып қалды. Деформация ошағына дайындаманы үздіксіз беру процесін іске асырған кезде (үздіксіз баспақтау процесіне тән) мәселе шешілетін болады. Осындай да энергия шығының экономиясы, мысалы алюминий үшін 600 кДж/кг жетеді.

Баспақтауға кететін шығынмен салыстырғанда алюминиді үздіксіз өңдегендегі энергия шығының экономиясы 350 % деін жетеді, әрі кермелеу коэффициенті кішкентай болған сайын осы экономия да үлкен болады. Сонымен үздіксіз баспақтау тәсілдерін металды үздіксіз құю тәсілдерімен үйлестіріп қолдану қажет. Бұл ұсынылатын технологияның экономикалық көрсеткіштерін едәуір жоғарлатады.

Құю-баспақтау агрегатын қолдану өндірудің көлемі үлкен болған кезде және шығарылатын бұйымның түржиыны кішкентай болғанда тиімді. Осындай да мынандай артықшылықтар пайда болады: энергия мен металл шығыны, ұтымсыз уақытты жоғалту едәуір дәрежеде қысқарады; қосымша жабдықтарды (мысалы, қыздыру пешін) орнату үшін шығын едәуір азайады; өндірістік цикл қысқарады; бітпеген өндірістің көлемі азайады; механизациялау мен автоматтандырудың жоғары дәрежесіне жетеді.

Алюминилік қорытпалардан қимасы үлкен емес баспақ-бұйымды өндіру үшін құю және илемдеу-баспақтау процестерін үйлестіріп қолдану ең жаңа шешімдердің бірі болып санналады. Тізбек құрамына мыналар кіреді: дайындаманы үздіксіз құйатын қондырғы; түзетіп беруші қондырғы; металды үздіксіз өңдейтін агрегат; саймандық торап; ұяқалыпты қысатын гидроцилиндрі бар қысыңқырау қондырғысы; салқындататын қондырғы; жинаушы; қол қайшысы бар кесу үстелі; орағыш; механикалық қайшы (сурет 11.4).

11.4 – сурет. Алюминиді және оның қорытпаларын үздіксіз өңдейтін тізбектің сұлбасы

Жобаланатын жабдықтың жуықты габариттік өлшемі мынаған тең: 12700×5100×4000 мм. Тізбек келесі ретпен жұмысты жасайды. Балқытылған металл пештен миксерге тиеледі. Миксерде балқыманы тұрақты температурада (720 ^оС) ұстап тұрады. Ары қарай миксерден летка бойымен балқыған металл дайындаманы үздіксіз құйатын қондырғыға түседі. Технологиялық тізбектің вариантына байланысты соңғысының құрамына мыналар кіреді: құйатын қарабы бар пішінбілікке металды беретін қондырғы; кристалдандырушы. Әрі кристаллизатордың типі алынатын бұйымның пішінен, өлшемінен және белгіленуінен тәуелді болады. Мысалы, шыбықтарды жасау үшін роторлы кристаллизаторды қолданылады. Осы кристаллизаторда көлденең қимасының ауданы жуықты 1600 мм² болатын трапецеидальды пішіні бар дайындама жасалады. Осыдан кейін түзетіп бергіш қондырғының көмегімен дайындама илемдеу орнағының пішінбілігіне түседі. Осы орнақта айтылған дайындама илемделіп, мөлшерлегіш тесігінің берілген диаметрі бар ұяқалып арқылы экструдирленеді. Алынған баспақ-бұйым салқындатылады және жинаушы арқылы ауыстырмалы катушкасы бар орағышқа келіп оралады.

Құйылған дайындаманы кесу үшін механикалық қайшылар қарастырылған, ал бұйымды кесуді үстелде орнатылған қол қайшыларымен жүзеге асырады. Пішінбілікке ұяқалыпты кепілді қысыңқырау үшін гидроцилиндр қолданылады. Осы гидроцилиндрге май станциясынан жетекті береді. Қондырғының бір сағаттағы өнімділігі жуықты 300-ден 500 кг дейін өзгереді (кристаллизатордың параметрін негізге алып есептелген). Тағы да тек үйлескен илемдеу-баспақтау торабын қолданатын варианты пайдалануға болады. Осындай да деформация температурасына дейін қыздырылған дайындама тек илемдеу-баспақтау жолымен өңделеді. Мұндай жағдайда дайындаманы үздіксіз берсе өнімділік 2-5 рет үлкеюі мүмкін.

Металлургиялық қайта өңдеу операцияларын азайту үшін және кристаллизатор сияқты жеткілікті дәрежеде күрделілігі бар машинаны өңдеу сұлбасынан алып тастау үшін құймакесексіз илемдеп-баспақтайтын қондырғыны қолдану варианты ұсынылаған (сурет 11.5). Бұндай жағдайда балқыма тікелей пішінбілік-кристаллизатор қондырғысына құйылады, тікбұрышты пішіні бар дайындама түрінде кристалданады, осы пішінбіліктер көмегімен деформацияланады, ал содан кейін ұяқалыптың мөлшерлейтін тесігі арқылы сығымдалып бұйымға айналады.

11.5 – сурет. Тұтас (а) және қуыс (б) баспақ-бұйымды құймакесексіз илемдеп-баспақтайтын қондырғы

Ұсынылған әдебиеттер: 1 нег. [36-41], 3 нег. [8-178], 6 нег. [6-241], 9 қос. [8-178] .