СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B22D11/00 

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывному литью заготовок.

Задачей настоящего изобретения является улучшение качества заготовок и повышение стабильности процесса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ непрерывного вертикального литья стальной ленты (патент СССР N 1336943 B 22 D 11/00, 1984), выбранный за прототип, заключающийся в том, что вытягивание корочки заготовки, сформированной в конце конической части кристаллизатора толщиной до 6 мм, осуществляют со скоростью по меньшей мере 3-6 м/мин.

По существу в этом способе реализован процесс волочения, т. е. формирование ленты осуществляют путем протягивания оболочки с жидкой фазой через конический кристаллизатор (волоку).

В данном способу при вытягивании затвердевшей коробочки заготовки из полости кристаллизатора конической формы отсутствует свободное уширение заготовки, что приводит к образованию вогнутых к оси кристаллизатора боковых стенок заготовки с последующим образованием складок, что снижает качество заготовок, и кроме того, на боковых контактных поверхностях заготовки и кристаллизатора возникают распорные силы, препятствующие перемещению заготовки, что снижает стабильность данного процесса.

Таким образом, поскольку периметр корочки заготовки остается практически постоянным, то прохождение заготовки через коническую полость кристаллизатора вызывает сближение широких стенок корочки и, соответственно, увеличение ширины заготовки, что при неизменном расстоянии между узкими боковыми стенками приводит к возникновению на их контактных поверхностях распорных сил. Кроме того, при вытягивании с помощью тянущего устройства корочки заготовки через коническую полость кристаллизатора в корочке возникают высокие растягивающие напряжения, которые могут привести к образованию поперечных трещин на поверхности заготовки, т. е. к ухудшению качества заготовок, а также к прорыву жидкого металла, т. е. снижению стабильности процесса.

Известен кристаллизатор (устройство) для непрерывного вертикального литья стальной ленты (патент СССР N 1336943, B 22 D 11/00, 1984), принятый за прототип. Однако, кристаллизатор данного устройства имеет по всей высоте плоские боковые стенки с одинаковым расстоянием между ними, что при вытягивании корочки заготовки из конической полости кристаллизатора приводит к образованию складок на боковых поверхностях заготовки, тем самым ухудшая ее качество, а также возникновению на боковых контактных поверхностях распорных сил, препятствующих перемещению заготовки и снижению стабильности процесса. Кроме того, конструкция кристаллизатора, включающая коническую полость, приводит к возрастанию силы вытягивания заготовки, и, соответственно, возникновению высоких растягивающих напряжений в корочке заготовки, что приводит к возникновению поперечных трещин на поверхности заготовки, тем самым ухудшая ее качество, а также к возможности прорыва корочки, т.е. снижению стабильности процесса непрерывного литья.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: улучшение качества заготовок за счет предотвращения образования складок на боковых поверхностях заготовки и снижения растягивающих напряжений в корочке слитка и повышение стабильности процесса за счет исключения распорных сил на боковых контактных поверхностях заготовки и кристаллизатора и прорывов жидкого металла.

Поставленная цель достигается тем, что в способе непрерывного литья заготовок бойками и боковыми стенками разъемной части кристаллизатора формируют путем циклической обработки давлением из оболочки с жидкой фазой заготовку с боковыми стенками выпуклой формы и одновременно вытягивают заготовку из неразъемной части кристаллизатора и продвигают ее через разъемную часть кристаллизатора и после смыкания стенок оболочки обжимают и калибруют заготовку.

В предлагаемом способе в неразъемном кристаллизаторе образуется замкнутая оболочка оболочка заданного параметра с жидкой фазой, которая бойками и боковыми стенками разъемной части кристаллизатора вытягивается из неразъемной части кристаллизатора и подается в разъемную часть кристаллизтора. В разъемной части кристаллизатора из оболочки с жидкой фазой по мере ее продвижения по направлению процесса литья бойками кристаллизатора циклически формируют плоскую заготовку при наличии жидкой фазы, обеспечивая при этом свободное уширение заготовки. При этом происходит циклическое сближение верхней и нижней стенок оболочки и вытеснение жидкой фазы, но поскольку периметр оболочки практически не изменяется, то происходит увеличение ширины заготовки, т. е. под действием силы деформации и гидростатического давления жидкого металла боковые поверхности оболочки принимают форму поверхностей боковых стенок кристаллизатора. Это обеспечивает постоянный контакт оболочки с водоохлаждающими боковыми стенками кристаллизатора, что предотвращает прогорание оболочки и прорыва жидкого металла.

Таким образом, в предлагаемом способе при формировании заготовки не вытягивают корочку заготовки из конической полости кристаллизатора, что может привести к образованию трещин, а реализуется при наличии свободного уширения процесс формирования бойками из замкнутой оболочки с жидкой фазой плоской заготовки и ее одновременное продвижение по направлению литья. Предлагаемый способ позволяет при формировании заготовки со свободным уширением предотвратить образование вогнутой формы боковых стенок оболочки, что при дальнейшем сближении стенок оболочки приведет к образованию складок, т. е. к браку и увеличению боковой обрези листа, тем самым улучшить ее качество.

Кроме того, циклическое формирование из оболочки с жидкой фазой плоской заготовки и одновременное ее продвижение осуществляются не путем вытягивания заготовки из конической полости кристаллизатора, а путем одновременного воздействия бойками и боковыми стенками разъемной части кристаллизатора, что позволяет одновременно сближать широкие стенки заготовки и продвигать ее по направлению литья. Это исключает образование растягивающих напряжений в корочке заготовки и соответственно образование поперечных трещин, т. е. улучшает качество заготовки, а также предотвращает прорывы жидкого металла, т. е. повышает стабильность процесса.

Предлагаемый способ обеспечивает стабильность процесса непрерывного литья, поскольку в процессе формирования плоской заготовки при наличии жидкой фазы и увеличения ширины заготовки исключено возникновение на контактных боковых поверхностях заготовки и стенок кристаллизатора распорных сил, которые препятствуют перемещению заготовки и могут привести к ее остановке, т. е. буксованию.

При циклическом сближении широких стенок оболочки периодическим происходит вытеснение металла из конуса жидкой фазы, что обеспечивает интенсивное механическое перемешивание жидкого металла. Это способствует образованию однородной глобулярной структуры металла без ликвации и неметаллических включений и, соответственно, улучшению качества заготовок. Это особенно важно в связи с тем, что существующие системы электромагнитного перемешивания неэффективны, что приводит к образованию дендритной структуры металла, подкорковым пустотам ликвации и тем самым снижению качества заготовок.

После смыкания верхней и нижней стенок оболочки осуществляют циклическую деформацию заготовки бойками разъемной части кристаллизатора, обеспечивая при этом свободное уширение, что позволяет получить мелкозернистую однородную структуру металла, а калибрующий участок бойков гарантирует получение заданной толщины заготовки, т. е. обеспечивает дальнейшее повышение качества заготовок.

Поставленная цель также достигается тем, что в устройстве для непрерывного лить заготовок на торцах неразъемной части кристаллизатора закреплены две боковые стенки, рабочая поверхность каждой из которых выполнена вогнутой с увеличением глубины вогнутости по всей ее длине причем эти две боковые стенки в совокупности с рабочими поверхностями двух бойков, каждый из которых закреплен на двух эксцентриковых параллельных горизонтальных валах с синхронным приводом их перемещения, образуют разъемную часть кристаллизатора, полость которой является продолжением полости неразъемного кристаллизатора, причем неразъемная часть кристаллизатора с помощью пружинного механизма имеет постоянный контакт с подвижными бойками разъемной части кристаллизатора.

В предлагаемом устройстве боковые стенки разъемной части кристаллизатора выполнены с вогнутыми поверхностями, глубина вреза которых постепенно увеличивается, что позволяет реализовать процесс формирования заготовки с жидкой фазой со свободным уширением и без распорных сил на контактных поверхностях заготовки и боковых стенок, т. е. улучшить качество заготовки и повысить стабильность процесса непрерывного литья. Кроме того, вытягивание оболочки с жидкой фазой из неразъемной части кристаллизатора и продвижение заготовки через разъемную часть кристаллизатора осуществляется синхронно работающими рабочими поверхностями бойков и боковыми стенками разъемной части кристаллизатора, что исключает образование растягивающих напряжений в корочке заготовки при ее циклическом формировании и, соответственно, поперечных трещин, т. е. улучшает качество заготовки, а также предотвращает прорывы жидкого металла, т. е. повышает стабильность процесса.

Таким образом, предлагаемый способ непрерывного литья и устройство для него по сравнению с прототипом обеспечивают улучшение качества заготовок и повышение стабильности процесса. Автору и заявителю не известно использование предложенных отличительных признаков для достижения указанной цели, что позволяет сделать вывод о наличии существенных отличий.

На фиг. 1 изображено устройство для непрерывного лить заготовок, а на фиг. 2 показан способ непрерывного литья заготовок.

Устройство (фиг. 1) состоит из неразъемной части кристаллизатора 1 и двух суппортов 5 и 9. Каждый суппорт установлен на двух эксцентриковых валах: пятый на 3 и 4, девятый на 10 и 11. К суппорту 5 крепится боек с калибрующим участком 6, к суппорту 9 боек с калибрующим участком 7. Боковые стенки разъемной части кристаллизатора 2 и 14 крепятся к торцам неразъемной части кристаллизатора 1. Рабочие поверхности боковых стенок 2 и 4 образуют в совокупности с бойками 6 и 7 разъемную часть кристаллизатора, полость которой является продолжением полости неразъемной части кристаллизатора, имеет по своей задней торцевой поверхности постоянный контакт с подвижными бойками 6 и 7, причем она прижимается к бойкам с помощью пружинного механизма 13. Неразъемная часть кристаллизатора 1 имеет возможность перемещаться по направляющим 12.

Синхронное вращение эксцентриковых валов 3, 4, 10 и 11 осуществляет от любого известного привода.

Вытягивание заготовки из неразъемной части кристаллизатора 1 осуществляется бойками 6, 7 и боковыми стенками 2, 14 разъемной части кристаллизатора, т. е. устройство работает без тянущего механизма. Но в ряде случаев, когда требуется увеличить скорость вытягивания, заготовки из неразъемной части кристаллизатора устройство может иметь тянущие ролики 8.

Сущность способа непрерывного литья заготовок заключается в следующем (фиг.2).

При установившемся процессе жидкий металл 15 заливается в водоохлаждаемый кристаллизатор, состоящий из неразъемной и разъемной частей, которые совершают синхронные возвратно, поступательные движения. За счет отвода тепла стенками неразъемной части кристаллизатора 1 образуется замкнутая оболочка 16 с жидкой фазой 15 заданного периметра (фиг.3). Бойки 6 и 7 одновременно с формированием из оболочки 16 с жидкой фазой заготовки 17 продвигают ее по направлению непрерывного литья. При этом сближение верхней и нижней стенок оболочки 16, т.е. уменьшение высоты заготовки с жидкой фазой. Это приводит к увеличению ширины заготовки за счет заполнения боковыми стенками оболочки вогнутых поверхностей боковых стенок кристаллизатора 2 и 14, т.е. уменьшение высоты заготовки с жидкой фазой. Это приводит к увеличению ширины заготовки за счет заполнения боковыми стенками оболочки вогнутых поверхностей боковых стенок кристаллизатора 2 и 14, т.е. происходит формирование плоской заготовки с жидкой фазой. Одновременно с формированием заготовки бойки 6 и 7 и боковые стенки 2 и 14 осуществляют продвижение оболочки 16 по направлению непрерывного литья и вытеснение жидкого металла 15 и его интенсивное перемешивание. По мере продвижения заготовки с жидкой фазой происходит смыкание верхней и нижней стенок оболочки, т.е. исключение жидкой фазы. После этого происходит циклическое обжатие бойками 6 и 7 кристаллизатора затвердевшей заготовки 17 и калибровка сечения полосы.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1 и 2).

Привод сообщает синхронное вращение эксцентриковым валам 3, 4, 10 и 11. При вращении эксцентриковых валов 3, 4, 10 и 11 установленные на них суппорты 5 и 9 с закрепленными на них бойками 6 и 7 совершают одновременно в одной плоскости синхронные перемещения по замкнутой круговой траектории с радиусом, равным эксцентриситету эксцентриковых валов. Такая кинематика движения бойков разъемной части кристаллизатора обеспечивает возвратно-поступательные горизонтальные перемещения неразъемной части кристаллизатора 1, циклическое формирование из замкнутой оболочки с жидкой фазой плоской заготовки и обжатие затвердевшего металла с одновременным продвижением заготовки в направлении непрерывного литья. При максимальном сближении бойков 6 и 7 их рабочие поверхности в совокупности с боковыми стенками 2 и 14 образуют внутреннюю замкнутую поверхность (полость) заданного периметра.

Пример. В устройстве непрерывного литья заготовок получают лист сечением 4х420 мм из стали 12Х18Н10Т. Размеры сечения неразъемного кристаллизатора 200х200 мм, длина рабочей части кристаллизатора 800 мм. Скорость вращения эксцентриковых валов 300 об/мин, скорость выхода полосы из кристаллизатора 12 м/мин, годовая производительность устройства 100 тыс/год.

Использование: в металлургии, а именно в непрерывном литье заготовок. Сущность: в способе непрерывного литья заготовок формируют из оболочки с жидкой фазой заготовку, обеспечивая при этом свободное уширение и получение боковых стенок заготовки выпуклой формы до момента соприкосновения стенок оболочки. В устройстве для непрерывного литья заготовок на торцах кристаллизатора закреплены две боковые стенки, каждая из которых выполнена по всей ее длине с вогнутой поверхностью, глубина которой увеличивается по заданному закону. Причем эти две боковые стенки в совокупности с рабочими поверхностями двух бойкой образуют разъемный кристаллизатор, полость которого является продолжением полости неразъемного кристаллизатора, причем неразъемный кристаллизатор с помощью пружинного механизма имеет постоянный контакт с подвижными бойками разъемного кристаллизатора. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

1 1. Способ непрерывного литья заготовок, включающий подачу жидкого металла в разъемный кристаллизатор, качающийся вдоль оси движения заготовки, формирование заготовки с жидкой сердцевиной и затвердевшей корочкой, дальнейшее охлаждение и вытягивание заготовки, отличающийся тем, что металл перед подачей в разъемный кристаллизатор пропускают через неразъемный кристаллизатор, вплотную состыкованный с разъемным, где формируют затвердевшую корочку, а элементам разъемного кристаллизатора, контактирующим с широкими гранями заготовки, дополнительно придают качательные движения в направлении, перпендикулярном к оси движения заготовки, а в том же разъемном кристаллизаторе осуществляют смыкание стенок крочки, обжатие, калибровку заготовки с закругленными боковыми гранями и одновременное вытягивание заготовки из неразъемной части кристаллизатора.2 2. Устройство непрерывного литья заготовок, содержащее разъемный кристаллизатор, широкие верхняя и нижняя стенки которого выполнены наклонными, сужающимися до размера заготовки, и снабжены механизмами качания, и тянущие ролики, отличающееся тем, что оно снабжено неразъемным кристаллизатором, размещенным перед разъемным и подпружиненным к его стенкам, причем рабочие поверхности узких стенок разъемного кристаллизатора выполнены вогнутыми с увеличением глубины вогнутости по всей длине, а механизм качания каждой широкой стенки представляет собой суппорт, установленный на двух параллельных горизонтальных эксцентриковых валах с синхронным приводом их перемещения.