УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ Российский патент 1995 года по МПК B22D11/06 

Изобретение относится к непрерывной разливке металлов, в частности, для получения тонких изделий из стали, между двумя валками с параллельными осями, приводимыми во вращение в противоположном направлении.

Известна установка для непрерывной разливки, в которой изготовляют такие боковые стенки, у которых только центральная зона образована из изолирующего материала. Две металлические полоски, помещенные по обеим сторонам этого материала, слегка проникают между валками, повторяя их изгиб. Кроме лучшей механической прочности, эти полоски способствуют герметичности между валками и боковыми стенками из-за того, что затвердевшие корки металла продолжаются на этих неподвижных полосках, на которых скользят края корок, покрывая таким образом стык валки боковые стенки.

Наиболее близкой к изобретению является установка, которая имеет боковую стенку, содержащую по крайней мере одну боковую часть, например металлическую, напротив плоской передней поверхности валка, поверхность которой расположена напротив разливочного пространства, находится в продолжении поверхности указанного валка и соединяется с передней частью указанной стенки, вглубь нее по отношению к боковой части, с тем, чтобы образовать в этой стенке вогнутую зону, продолжающую в боковом направлении разливочное пространство.

Предлагаемая установка непрерывной разливки, содержащая два валка с параллельными осями, образующими между собой и с неподвижными боковыми стенками пространство для разливки расплавленного металла, при этом каждая боковая стенка содержит по крайней мере один боковой участок, находящийся напротив плоской передней концевой поверхности одного из валков, и состоящий из части диска, наружный диаметр которого равен наружному диаметру указанного смежного валка, и центральную часть напротив указанного разливочного пространства из изолирующего огнеупорного материала, согласно изобретению характеризуется тем, что указанная часть диска выполнена из материала, обладающего хорошими характеристиками теплопроводности и механической прочности, превышающими соответствующие характеристики указанного огнеупорного материала, и представляет собой часть диска в форме усеченного конуса, поверхность которой, имеющая наибольший радиус кривизны, расположена у валка, а поверхность в форме усеченного конуса находится в контакте с изоляционным материалом указанной центральной части.

Часть диска напротив передней концевой поверхности валка является стойкой к трению, поэтому она может быть прижата к этому валку с достаточным усилием для обеспечения герметичности, без риска повреждения или износа. Центральная часть из изоляционного материала предотвращает слишком значительное затвердевание металла и образование уголка. Во время разливки эта центральная часть может изнашиваться металлом, который создает в ней углубления, однако при выполнении этого металл, который проникает в образованное таким образом углубление, приближается к поверхности в форме усеченного конуса части диска, поддерживаемой на низкой температуре среди прочего из-за ее теплопроводности и ее близости относительно охлаждаемых поверхностей валков.

Отсюда следует, что этот металл затвердевает с поверхности, при этом затвердевшая таким образом стенка сцепляется с изоляционным огнеупорным материалом и образует некое подобие желоба, по которому жидкий металл может вытекать до уровня сужения между валками, где, затвердев, он образует край изделия.

Выполнение боковой стенки согласно изобретению позволяет в начале разливки образовать самоформирующийся тигель, образованный коркой затвердевшего металла в изоляционном огнеупорном материале, который стабилизируется из-за близости участков дисков, предотвращает в результате дальнейший износ указанного огнеупорного материала и позволяет таким образом продолжать разливку.

Благодаря конической форме частей дисков горизонтальное сечение этого самоформирующегося тигля вблизи сужения принимает С-образную форму, толщина ветвей которой уменьшается к их концам, в результате чего зазор между этими ветвями является практически постоянным, что позволяет получить края литого изделия с толщиной, примерно равной толщине его центральной зоны.

Поверхность в форме усеченного конуса части диска может содержать неровности, такие как зубчики, которые улучшают зацепление изоляционного материала и, следовательно, удержание самоформирующегося тигля на его краях.

Центральная часть из изоляционного огнеупорного материала может быть образована из нескольких материалов, расположенных последовательными слоями, обладающими характеристиками механической прочности и/или теплоизоляции, которые постепенно меняются от материала, расположенного у разливочного пространства, который имеет наибольший коэффициент изоляции.

Части дисков или по крайней мере зона их наибольшего диаметра могут быть покрыты или состоять из жаростойкого материала, обладающего в частности хорошей механической прочностью при высокой температуре, такого как двуокись циркония, и, кроме того, могут охлаждаться, например, путем внутренней циркуляции охлаждающей текучей среды.

На фиг.1 изображена установка для непрерывной разливки между двумя валками, план и разрез в горизонтальной плоскости; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3-5 схемы, показывающие изменение в начале разливки центральной части боковой стенки, вблизи от сужения между валками; на фиг.6 схематичный вид спереди боковой стенки в установившемся режиме разливки; на фиг. 7 сечение Б-Б на фиг.6; на фиг.8 вид спереди боковой стенки (первый вариант исполнения); на фиг.9 и 10 разрез стенки на фиг.6 на уровнях соответственно а и в; на фиг.11 вид спереди боковой стенки (второй вариант исполнения); на фиг.12а и в виды в разрезе стенки на фиг.8 на уровнях, обозначенных соответственно а и б; на фиг.13 частичный вид в разрезе, в случае установки разливки между валками, перемещаемыми аксиально один относительно другого; на фиг. 14 центральная зона стенки в случае изоляционного огнеупорного материала в несколько слоев.

Установка непрерывной разливки между валками (фиг.1) содержит два валка 1 и 2 с параллельными и горизонтальными осями, приводимые во вращение, и две боковые стенки 3, запирающие разливочное пространство, расположенные у концов валков и удерживаемые против передних поверхностей 4 и 5 концов валков.

Боковая стенка 3 (фиг.1) содержит две боковые части 6, каждая из которых образована частью диска в форме усеченного конуса большего наружного диаметра, равного диаметру валков, с тем, чтобы поверхность 7 этих участков дисков, имеющая наибольший радиус кривизны, была расположена напротив лицевой поверхности 4, 5 смежного валка, а ребро 9 скоса, образованного кромкой цилиндрической поверхности, напротив 10 соответствующего валка.

На фиг.2 изображены валки линией 10' по их цилиндрической поверхности и видно, что эта линия совпадает с ребром 9 частей диска.

Угол скоса, т.е. угол у основания участка диска в форме усеченного конуса составляет от 5 до 85^о предпочтительно примерно 30^о.

Участки диска, образующие боковые части 6 запирающей стенки 3, выполнены из материала, имеющего хорошие механические свойства, стойкого к истиранию и имеющего предпочтительно малый коэффициент трения для ограничения усилий, вызванных трением валков по этим участкам дисков. Можно будет, например, выполнить их из чугуна, или стали, или меди и снизить трение до минимума с помощью смазки.

Механическая прочность материала, образующего участки диска, позволяет, кроме того, избежать их повреждения, если в результате износа изоляционного огнеупора разливаемый металл в ходе затвердевания вступит с ними в контакт. Продвижение износа останавливается или по крайней мере значительно замедляется, и в результате предотвращается проникновение металла между этими участками дисков и валками.

Части дисков 6 также могут быть вблизи от ребра 9, покрыты или выполнены из материала, имеющего особенно высокую механическую прочность при высокой температуре, предпочтительно мало склонного к смачиванию разливаемым расплавленным металлом и инертного при контакте с жидкой сталью во избежание повреждения ребер 9 участков дисков, или же зацепления на них разливаемого металла в случае, если расплавленный металл будет подведен при разливке в контакт с указанными ребрами. Можно, например, использовать нанесение слоя керамики (например, из двуокиси циркония) на металлическую подложку или подложку также из керамики, или же выполнить эту часть диска в форме монолитной детали из керамики или из композитной керамики, или же использовать противоокислительное покрытие.

Кроме того, эти участки дисков могут охлаждаться, например, путем циркуляции охлаждающей текучей среды в каналах 11, выполненных в этих участках дисков, при этом вызванное таким образом охлаждение должно быть достаточным для поддержания соседней зоны с ребром при температуре меньшей, чем та, при которой могли бы иметь место случаи разрушения, не имея при этом эффекта охлаждения разливаемого металла.

Между обоими участками диска 6, в центральной части боковой стенки 3 помещается изоляционный огнеупорный материал 12, находящийся в тесном контакте с поверхностями в форме усеченного конуса 8 участков дисков 6. Эта центральная часть из изоляционного огнеупорного материала удерживается в направлении задней стороны стенки 3 опорной пластиной 13, на которой закреплены участки дисков 6.

Для улучшения закрепления изоляционного огнеупорного материала на участках дисков 6 и в частности вблизи от сужения между валками поверхность последних в форме усеченного конуса снабжена неровностями, такими как зубчики 14, которые проникают в указанный изоляционный огнеупорный материал, или углубления, выполненные, например, сверлением, в которые проникает материал.

Кроме того, центральная часть 12 содержит предпочтительно выступающую часть 15 по отношению к плоскости поверхностей 7 участков дисков, которая вводится между валками.

Изоляционный огнеупорный материал имеет теплопроводность ниже 0,35 Вт/м^. К, т.е. он должен быть достаточно изолирующим для того, чтобы предотвратить затвердевание металла в контакте с ним и иметь хорошую стабильность в размерах в случае значительных колебаний температуры. Можно, например, использовать волокнистый огнеупорный материал, например, состоящий из волокон глинозема, пропитанных гелем из двуокиси циркония (например, относящихся к типу, имеющие названия процелит или прокаль).

На фиг.3 изображена в увеличенном масштабе центральная зона боковой стенки до начала разливки в плоскости, находящейся выше сужения между валками. Следовательно, на ней видна стенка и выступающая часть 15, которая проникает между валками.

После относительно непродолжительного времени разливки заливаемый металл создает износ изоляционного огнеупорного материала, ликвидировав выступающую часть и проделав небольшое углубление в центральной части (фиг.4).

При продолжении разливки металл продолжает разъедать изоляционный огнеупор и создает в нем полость 16 закругленного сечения. Затвердевшая корка, которая образуется в этом случае в этой полости, прицепляется к изоляционному огнеупорному материалу, образуя самообразующийся тигель 17 (фиг.5).

Тигель 17 занимает в изоляционном огнеупорном материале более широкое пространство, чем пространство между валками на том же уровне. Эта увеличенная ширина допускается благодаря особому строению боковых стенок согласно изобретению, в частности из-за того, что части дисков 6 имеют форму усеченного конуса, она позволяет кромкам отливки сохранять толщину, практически равную общей толщине изделия. Кромки конечного изделия получают из затвердевшего металла, который перемещается одновременно с металлом, проходящим между валками, в вертикальный желоб, образованный самообразующимся тиглем, который является для него неподвижным по отношению к боковой стенке.

Как только самообразующийся тигель образован, он защищает изоляционный огнеупорный материал от прямого контакта расплавленного металла, препятствует расширению его износа, что позволяет обеспечить стабильность процесса для продолжения разливки.

Корки 23 металла, затвердевшие в контакте с валками и перемещающиеся вместе с ними, не связаны с коркой, образующей самообразующийся тигель.

Углубление, имеющее V-образную форму, является результатом износа изоляционного огнеупорного материала кромками корок 23 металла, затвердевшими на валках. Глубина и ширина следов износа 18 увеличивается к низу до тех пор, пока они не соединятся для создания полости 16, являющейся местом нахождения самообразующегося тигля 17.

Образование и стабильность самообразующегося тигля следует из теплового равновесия, которое устанавливается между разливаемым металлом и различными частями установки, в частности боковой стенки. Поэтому изоляционный огнеупорный материал, в контакт с которым вводится расплавленный металл в начале разливки, должен быть хорошим изолятором во избежание преждевременного затвердевания указанного металла между кромками валков. Кроме того, желательно, чтобы самообразующийся тигель, как только он образуется, был максимально возможно стабильным. С этой целью можно выполнить центральную часть стенки в форме композитной детали (фиг. 14), образованной из нескольких слоев 12а, 12b, 12c из различных огнеупорных материалов, расположенных вертикально, характеристики механической прочности которых возрастают, а характеристики теплоизолирующей способности уменьшаются соотносительным образом от плоскости поверхностей 7 частей дисков в сторону опорной плиты 13.

Таким образом, в самом начале разливки преобладающим является аспект теплоизоляционной способности во время первого контакта расплавленного металла с изоляционным огнеупорным материалом, в то время как при образовании самообразующегося тигля проделывание углубления в центральной части побуждает самообразующемуся тиглю достичь механически более стойких слоев, которые ограничивают его продвижение, и как только доходят до установившегося режима обеспечивают лучшее основание для этого режима.

Последний слой или сама несущая пластина образуют пластину безопасности для исключения любой опасности вытечения расплавленного металла в случае прорыва самообразующегося тигля. Они могут быть, например, выполнены из твердого материала, который не деформируется при расширении, такого как кремнезем.

Согласно варианту, изображенному на фиг.8 и 9, эти участки дисков содержат в своей нижней части, соседствующей с сужением между валками, вырез 19, роль которого заключается в устранении до низа боковой стенки части в виде фаски указанных частей диска, причем этот вырез заполняется соответствующим расширением 20 из изоляционного огнеупорного материала, который таким образом находится в контакте с передними поверхностями валков на высоте этого выреза. Присутствие изоляционного материала более мягкого, чем материал, образующий данные участки дисков, позволяет обеспечить расширение за пределами охвата валков краев изделия, затвердевающих вблизи от сужения. Усилие прокатки на уровне сужения и на краях валков может таким образом уменьшиться, что предотвращает повреждение указанных краев.

Высота этого выреза над сужением, предпочтительно будет близка к длине дуги В в 2^о, замеренной на периферии валков.

Согласно варианту, изображенному на фиг.11 и 12, эти участки диска имеют вырезы в той же самой зоне, какая указана выше, только на части своей толщины, оставляя часть диска 21 с уменьшенной толщиной в контакте с валками, что предотвращает непосредственный контакт огнеупорного материала с валками при сохранении в значительной части возможности расширения края отливаемого изделия.

Эти вырезы позволяют, кроме того, прохождение в огнеупорный материал возможного чрезмерного утолщения края изделия, которое могло бы явиться результатом значительного кратковременного расширения самообразующегося тигля.

На фиг.13 изображено в разрезе на уровне сужения применение изобретения в случае разливки между двумя аксиально смещенными валками, например в установке, позволяющей разливку изделий переменной ширины в результате аксиального смещения валков. В этом случае боковая стенка не является симметричной, как в предшествующих примерах, по отношению к плоскости Р, являющейся средней для установки, параллельной осям валков.

Эта стенка 30 образована со стороны, где она находится в контакте с передней поверхностью валка 1', таким же образом, что и в описанных примерах, и содержит участок диска в форме усеченного конуса 6', закрепленный на опорной пластине 13', и центральную часть 12' из изоляционного огнеупорного материала. Другая сторона стенки 30 (верхняя часть фиг.10) образована полосой 31, помещенной у цилиндрической поверхности валка 2', например, из того же материала, что и часть диска 6', причем эта полоса также выполнена в форме скоса, имея такую конфигурацию, которая повторяет изгиб валка 2', и также закреплена на опорной пластине 13'. Изоляционный огнеупорный материал 12' заполняет пространство между участком диска 6' и металлической полосой 31.

Установка непрерывной разливки содержит два валка с параллельными осями, образующих между собой и с двумя боковыми стенками пространство для разливки жидкого металла, при этом каждая боковая стенка имеет по крайней мере одну боковую часть, размещенную против плоской фронтальной концевой поверхности одного из валков и образованную частью диска, наружный диаметр которого равен наружному диаметру указанного смежного валка, и центральную часть, расположенную напротив разливочного пространства и выполненную из изоляционного огнеупорного материала. Боковая часть диска выполнена из материала, обладающего теплопроводными свойствами и свойствами механической прочности, превышающими свойства указанного огнеупорного материала, и представляет собой часть диска в форме усеченного конуса, поверхность которого с наибольшим радиусом кривизны расположена к валку, а поверхность в форме усеченного конуса находится в контакте с изоляционным материалом центральной части. 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ, содержащая два валка с параллельными осями, образующие между собой и с двумя неподвижными боковыми стенками разливочное пространство для расплавленного металла, при этом каждая боковая стенка состоит по крайней мере из одного бокового участка, расположенного напротив плоской торцевой поверхности одного из валков, и центрального участка, выполненного из изоляционного огнеупорного материала и расположенного напротив разливочного пространства, а боковой участок стенки выполнен в виде части диска с наружным диаметром, равным диаметру валка, отличающаяся тем, что боковой участок стенки выполнен из материала, характеристики теплопроводности и механической прочности которого превышают аналогичные характеристики центрального участка, и выполнен в виде части диска в форме усеченного конуса с расположением основания с большим диаметром у торцевой поверхности валка, а конической поверхности в контакте с изоляционным материалом центрального участка. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что образующая усеченного конуса наклонена под углом 5-85^o к его основанию. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве изоляционного огнеупорного материала использован волокнистый материал из глинозема. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что центральный участок стенки выполнен из нескольких слоев материалов, расположенных с возрастанием их механической прочности от слоя, расположенного у разливочного пространства. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что боковой участок стенки выполнен из чугуна, или стали, или меди, или молибдена, или из одного из их сплавов. 6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что коническая поверхность части диска выполнена шероховатой. 7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность части диска в зоне большего диаметра покрыта или выполнена из материала с хорошей механической стойкостью при высокой температуре. 8. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что в качестве материала поверхности части диска в зоне большего диаметра использована двуокись циркония. 9. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что часть диска выполнена охлаждаемой. 10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что часть диска выполнена с вырезом в зоне сближения валков, заполненным изоляционным огнеупорным материалом. 11. Установка по п. 10, отличающаяся тем, что вырез выполнен по всей толщине части диска. 12. Установка по п. 10, отличающаяся тем, что вырез выполнен на части толщины участка диска с расположением участка меньшей толщины в контакте с валком. 13. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что центральный участок выполнен с выступом, расположенным между цилиндрическими поверхностями валков.