СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЛИННОМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B22D11/00 

Изобретение касается способа бесслиткового литья металлов для получения длинномерных тел, в частности заготовок, имеющих сечение, которое соответствует сравнительно точно сечению требуемых изделий, при которых жидкий металл заставляют течь из выпускного отверстия или литника контейнера, содержащего ванну металла, и затем его собирают для последующего отверждения.

Кроме того, изобретение касается устройства для осуществления способа.

Возможность литья стали и других металлов до размеров, которые точно соответствуют сечению конечного изделия, непосредственно из ванны жидкого металла дает явные преимущества. Это позволяет получить значительную экономию за счет сокращения расходов на ручной труд и также расходов, связанных, с потреблением энергии, рабочих материалов, и капиталовложений.

Однако при применении таких способов бесслиткового литья сталкиваются со значительными трудностями. Поскольку сечение небольшое, то требуется высокая скорость разливки, в то же время увеличиваются требования к качеству поверхностей, так как литье осуществляют сравнительно близко к конечному размеру.

Переход от литья слитков к технологии непрерывного литья можно сказать является шагом в направлении способов бесслиткового литья.

Известны способы непрерывного литья для получения профилей малых размеров. Эти известные способы не применяют до значительной степени из-за низкой производительности и плохого качества поверхности получаемых слитков. Среди прочих факторов низкая производительность способов непрерывного литья является следствием того факта, что требуется время для образования тонкого твердого слоя или покрытия и содержания жидкого металла.

Высокая производительность может быть достигнута в тех способах, в которых не требуется образовывать тонкий твердый слой прежде, чем материал, например сталь, оставит стояк, из которого должно начинаться литье. Такой способ также позволяет получить приемлемые поверхности. Однако жидкий материал имеет тенденцию к образованию капелек из-за неравномерного потока, причем он может даже полностью распадаться на капли. Следовательно, существует необходимость в стабилизации выходящего потока материала в отношении его формы и также охлаждении расплава.

Изобретение относится к способу и устройству, которые предлагают решение проблемы создания способа бесслиткового литья, который можно применять в промышленности для литья длинномерных заготовок, имеющих сравнительно небольшое сечение.

Таким образом, изобретение касается способа бесслиткового литья металлических материалов, например стали, в длинномерные тела, главным образом заготовки, сечение которых соответствует сравнительно точно сечению требуемых изделий, при котором расплав металла заставляют течь через литник в контейнере и затем собираться для его последующего отверждения. Этот способ отличается тем, что жидкий металл вынужден выходить из литника вместе с металлическим телом, температура плавления которого по существу одинакова с температурой плавления металлического расплава, при этом тело проходит через литник, вводится в расплав и движется с жидким металлом, заставляя его постепенно охлаждаться, при этом жидкий металл улавливается так называемым граничным слоем практически при одной скорости, что и упомянутое тело, причем сечение тела, сопровождающего жидкий металл, соответствует сечению жидкого металла, определенному литником, таким образом эффект охлаждения и улавливания, создаваемый телом, будут способствовать получению требуемого граничного слоя и образованию структуры отвержденного металла.

Изобретение также касается устройства для бесслиткового литья материалов, например стали, в длинномерные тела, которые образуют в основном заготовки с сечением, соответствующим сравнительно точно сечению требуемых изделий, причем устройство содержит контейнер для жидкого металла, снабженный выпускным литником, через который должен проходить жидкий металл, и разматывающее устройство, несущее охлаждающее тело, точка плавления которого по существу соответствует температуре плавления жидкого металла, причем с разматывающего устройства охлаждающее тело должно проходить через выпускной литник и взаимодействовать с жидким металлом, выходящим из него, причем устройство дополнительно содержит наматывающее устройство для намотки литого тела. Устройство отличается главным образом тем, что сечение выпускного литника по существу полностью идентично требуемому сечению литого тела, и что сечение охлаждающего тела предпочтительно составляет 9 30 общего сечения литой заготовки.

Применение стабилизирующего тела в бесслитковом литье прутковой стали известно в технике, хотя способ отличается по существу от предложенного.

На фиг. 1 показан первый вариант конструкции устройства для бесслиткового литья согласно изобретению; на фиг. 2 схема отливки тела по существу прямоугольного сечения, как это видно в направлении толщины тела.

Устройство (фиг. 1) включает в себя контейнер 1, который содержит ванну 1' жидкого металла, например стали, для бесслиткового литья длинномерных заготовок или отливок 2, которые представляют собой главным образом заготовки с сечением, сравнительно точно соответствующим сечению конечных изделий. Контейнер 1 включает в себя выпускной литник 3, который предпочтительно расположен в днище контейнера и через который жидкий металл должен течь, как показано на фиг. 1. Выпускной литник 3 имеет выпускной канал 3', который определяет истинную форму поперечного сечения литника, и следовательно все ссылки здесь на форму поперечного сечения относятся в действительности к форме поперечного сечения канала 3' литника, которая представляет по существу наименьшее сечение.

Разматывающее устройство 4, которое показано в масштабе, отличном от масштаба, например, контейнера 1, несет продолговатое охлаждающее тело 5, предназначенное для прохождения с разматывающего устройства предпочтительно по подающим роликам 6 или т.п. вниз через ванну и выхода через литник для взаимодействия с жидким металлом, выходящим через литник, при этом тело 5, которое предпочтительно металлическое, вводится и перемещается с жидким металлом, охлаждая и стабилизируя его.

Согласно предпочтительному воплощению охлаждающее тело 5 предназначено для прохождения в расплав через сопло 7, которое имеет щель или канал 8, причем отверстие 9 в его нижней части находится на расстоянии примерно 10 30 см от внутреннего отверстия 3' и литника 3. Таким образом высота ванны в контейнере предпочтительно превышает указанное расстояние.

Согласно одному примеру воплощения литник 3 имеет по существу прямоугольное сечение для литья тела по существу прямоугольного сечения. Полученный профиль имеет толщину примерно 1 10 мм и ширину примерно 5 1000 мм. В этом примере воплощения охлаждающее тело 5 имеет по существу прямоугольную форму сечения, причем сечение тела 5 предпочтительно будет составлять примерно 9 30 от общего сечения литого тела или профиля 2.

Согласно другому примеру воплощения литник 3 имеет по существу эллиптическую, круглую или подобную форму сечения для литья тела соответствующей формы сечения, причем в этом случае упомянутая форма имеет большую ось, которая равна 3 50 мм, и малую ось, которая равна 2 10 мм. Когда оно имеет описанное прямоугольное сечение, то охлаждающее тело 5 будет предпочтительно соответствовать 9 30 общему сечению литого тела.

Пример конструкции, показанной на фиг. 1, также включает в себя наматывающее устройство 10, предназначенное для наматывания литого тела 2. Наматывающему устройству 10 предшествует охлаждающий слой 10 или т.п. на который должно проходить отлитое тело предпочтительно в контакте с охлаждающей средой 13 посредством охлаждающих устройств 12. Охлаждающие устройства и охлаждающая среда в конструкции, показанной на фиг. 1, включают в себя разбрызгивающие сопла 12 для разбрызгивания, например, воды или пара на отливку. Наматывающее устройство и охлаждающий слой показаны в масштабе, отличном от масштаба, в котором показан контейнер 1. Буферную петлю 14 образуют для приема скоплений из-за различий в скорости.

Фиг. 2 показывает литье тела прямоугольного сечения, по существу заготовки в форме полосы, причем тело 2 показано в направлении его толщины. В этом случае выпускной литник 3 имеет по существу щелеобразный канал, причем сопло 7 в данном случае также имеет сравнительно тонкую щель, через которое может проходить тело 5.

В некоторых случаях предпочтительно предусмотреть средство (не показано) для нагрева литника 3 до температуры примерно 200^oC выше температуры ванны, при которой начинается отверждение, т.е. так называемая температура ликвидуса, и для поддержания температуры. Нагрев можно осуществлять различными известными средствами.

В других случаях предпочтительно предусмотреть средство (не показано) для охлаждения литника до температуры примерно 350^oC ниже температуры ликвидуса и поддержания требуемой температуры. Такой способ охлаждения можно осуществлять различными известными средствами.

Предложенный способ и работа предложенного устройства будут поняты во всех их деталях из вышеописанного.

Сечение охлаждающего тела соответствует выходящему расплавленному металлу, таким образом эффект охлаждения, создаваемый охлаждающим телом 2, способствует образованию скелета так называемых дендритов материала в расплавленном металле, таким образом вязкость дендритосодержащего расплава будет обеспечивать то, что форма, придаваемая жидкому металлу литником, будет сохраняться по существу после того, как жидкий металл оставит литник. Точнее охлаждающее тело заставляют охлаждать жидкий металл 1 постепенно, и одновременно оно улавливает жидкий металл, таким образом металл будет двигаться по существу с одинаковой скоростью, что и тело 5 в так называемом граничном слое, при этом сечение охлаждающего тела 5 соответствует сечению и геометрии жидкого металла, определенному литником, таким образом эффект улавливания и охлаждения, создаваемый охлаждающим телом, введенным в литник, способствует образованию требуемого граничного слоя и структуры отвержденного металла. Во время образования граничного слоя отмечается явление ламинарного потока.

Металл все еще остается в жидком состоянии в большой части, когда он оставляет литник, причем особенно наружная часть жидкости, что позволяет осуществлять способ литья с высокой скоростью.

В результате образования граничного слоя и начала отверждения выходящий расплав будет сохранять свою форму, которую ему придал литник, после выхода из него до тех пор, пока не образуется тонкая внешняя оболочка или корка отвержденного расплава в результате охлаждения за счет излучения и конвекции.

Истинный способ литья можно осуществлять посредством ввода охлаждающего тела в ванну расплава, расположенную в опоке, имеющей высоту ванны в несколько дециметров. Охлаждающее тело выходит через литник, окруженный расплавленным металлом. Скорость, с которой образуется отливка, определяется до значительной степени скоростью охлаждающего тела.

Пример 1. Нержавеющую сталь марки SIS 2333 отливали с охлаждающим телом по существу на одного материала, что и в первоначальных случаях. Размеры выпускного канала литника толщина примерно 3 мм, ширина примерно 32 мм, размеры охлаждающего тела соответственно примерно 1,2 и 30,4 мм. Температура литья примерно 1480^oC, скорость литья примерно 0,8 м/с. Высота ванны - примерно 15 20 мм.

Пример 2. Малоуглеродистую сталь, имеющую содержание углерода 0,10 отливали с охлаждающим телом по существу из одного материала. Размеры выходного канала в литнике толщина примерно 3,5 мм, щирина примерно 20 мм, размеры охлаждающего тела толщина примерно 1,6 мм, ширина примерно 18,2 мм. Температура литья равнялась примерно 1540^oC, а скорость литья примерно 1,5 м/с. Высота ванны равнялась примерно 15 20 мм.

Пример 3. Нержавеющую сталь марки SIS 2343 отливали с охлаждающим телом из углеродистой стали, имеющей содержание углерода примерно 0,08 Размеры выходного канала литника толщина примерно 3 мм, ширина примерно 90 мм, а охлаждающее тело толщиной примерно 1,1 мм и шириной примерно 88,7 мм. Температура равнялась примерно 1465^oC, а скорость литья примерно 0,5 2 м/с. Высота ванны изменялась от 15 до 5 см.

Из описанного видно, что способ и устройство согласно изобретению позволяют осуществлять хорошо контролируемый способ бесслиткового литья, при котором форму литого изделия можно тщательно контролировать, несмотря на присутствие расплава.

Требование высокой производительности литья удовлетворяется, потому что жидкий металл находится в контакте с литником, а не с подвижной оболочкой литейной формой, как, например, в процессах непрерывного литья. Проблема поддержания формы выходящего металла до тех пор, пока не образуется корка, решается описанным способом.

Однако возможны другие воплощения и изобретения, кроме того, в объеме изобретения допускаются незначительные изменения.

Например, полученные профили могут отличаться от упомянутых чисто прямоугольных, эллиптических и круглых форм сечений.

Также можно применять различные комбинации металлических материалов по отношению к комбинации ванны жидкого металла и охлаждающего тела.

Регулирование температуры выходного литника может достигаться посредством микроволнового, индукционного, радиационного нагрева или нагрева сопротивлением. Возможны различные комбинации этих способов нагрева.

Вообще условия литья могут широко изменяться. Например, можно применять более высокие скорости литья и ширину, чем в указанных трех примерах. Кроме того, возможны комбинации материалов. Например, охлаждающее тело может быть из того же материала, что и ванна, расплава или материала, отличного от материала ванны.

Следовательно, изобретение не должно рассматриваться, как ограниченное описанными воплощениями, поскольку в объеме формулы изобретения возможны различные изменения и модификации.

Использование: получение металлических длинномерных заготовок сечением, соответствующим сечению конечного изделия непосредственно из ванны жидкого металла непрерывным литьем. Сущность изобретения: способ непрерывного литья металлического материала, например, стали для получения длинномерных тел 2, имеющие сечение, соответствующее сравнительно точно сечению конечных изделий, при котором металлический расплав 1 выпускают из выпускного литника 3 в контейнере с жидким металлом и собирают затем для последующего отверждения. Способ отличается тем, что расплав металла 1 выходит из литника вместе с металлическим телом 5, которое имеет по существу такую же температуру плавления, что и жидкий металл, причем это металлическое тело, проходящее через литник 3, вводят в жидкий металл, и оно движется вместе с ним, постепенно охлаждая жидкий металл 1 и улавливая его, по существу с одинаковой скоростью, что и тело 5 в так называемом граничном слое. Сечение введенного тела 5 соответствует сечению жидкого металла, определенного выпускным литником, таким образом эффект охлаждения и улавливания, создаваемый введенным телом, способствует образованию требуемого граничного слоя и структуры отвержденного металла. Изобретение также касается устройства для осуществления способа. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ непрерывного литья металлических длинномерных заготовок, включающий накопление расплава в емкости, выпуск расплава из емкости через выпускное отверстие литника с одновременной подачей через него металлического охлаждающего тела с поперечным сечением меньше сечения выпускного отверстия и температурой плавления в основном равной температуре расплава, отличающийся тем, что форму сечения отливаемой заготовки формируют за счет соответствия формы сечения металлического охлаждающего тела форме сечения выпускного отверстия. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выпускной литник охлаждают до температуры на 350^oC ниже температуры ликвидус расплава и поддерживают ее в процессе литья. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выпускной литник нагревают до температуры на 200^oC выше температуры ликвидуса расплава и поддерживают ее в процессе литья. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлическое охлаждающее тело подают в расплавленный металл через сопло, нижний срез которого расположен в жидком металле на требуемом расстоянии от выпускного отверстия литника, предпочтительно на 10 30 см, при этом уровень жидкого металла в емкости превышает указанное расстояние на 15 45 см. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения заготовки прямоугольного сечения толщиной 1 10 мм и шириной 5 100 мм используют металлическое тело прямоугольного сечения и аналогичное сечение выпускного отверстия литника. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения заготовки эллиптического, круглого или подобного сечения с большой осью 3 50 мм и малой осью 2 10 мм и используют металлическое тело соответствующего сечения и аналогичное сечение выпускного отверстия литника. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поперечное сечение металлического тела составляет 9 30% от общего сечения конечного изделия. 8. Устройство для непрерывного литья металлических длинномерных заготовок, преимущественно из стали, содержащее емкость с ванной жидкого металла, снабженную литником с выпускным отверстием, разматывающее средство, подающее металлическое охлаждающее тело, средство для намотки и средство охлаждения получаемого изделия, отличающееся тем, что форма сечения отверстия выпускного литника соответствует форме сечения охлаждающего тела, при этом сечение последнего составляет 9 30% от сечения выпускного отверстия. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что содержит средство для охлаждения литника и поддержания заданной температуры. 10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оно снабжено средством для нагрева литника и поддержания заданной температуры. 11. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оно снабжено соплом для охлаждающего тела, расположенном в емкости над выпускным отверстием литника, при этом нижний конец сопла расположен на расстоянии 10 30 см от упомянутого отверстия и ниже уровня ванны жидкого металла в емкости. 12. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что выпускное отверстие литника имеет прямоугольное сечение размером (1 10)•(5 1000) мм. 13. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что выпускное отверстие литника имеет эллиптическую или подобную форму сечения с большой осью 3 50 мм и малой осью 2 10 мм. 14. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что в качестве средства для охлаждения получаемого изделия оно содержит сопла, разбрызгивающие охлаждающую среду.