СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B22D11/00 B22D11/04 

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к непрерывной разливке металлов.

Известен способ получения прокаткой листового биметалла, заключающийся в обжатии только алюминиевого сплава без деформации стального слоя /Биметаллический прокат, П.Ф. Засуха и др. М. Машиностроение, 1970, 263 с / (1).

Недостаток способа получения листового биметалла заключается в раздельных операциях нагрева алюминиевых сплавов в конвейерной электропечи, наложении нагретых заготовок на холодные и подогретые стальные полосы, подаче собранного пакета в валки и прокатке пакета в валках.

Наиболее близким к предлагаемому способу получения непрерывнолитых биметаллических заготовок относится способ непрерывного литья металлов, заключающийся в одновременной заливке жидкого металла в два кристаллизатора большего и меньшего поперечного сечений, причем в кристаллизатор большего сечения другой металл начинают подавать только после поступления затвердевшего металла из первого кристаллизатора с последующим вытягиванием из второго кристаллизатора полученной биметаллической заготовки /Медовар В.И. Металлургия вчера, сегодня и завтра, Киев, Наукова Думка, 1990, 192 с./(2).

Недостатки известного способа заключаются в следующем.

1. Жесткие требования к технологии разливки: строго заданная температура подаваемого в кристаллизатор металла, изменение уровня металла в кристаллизаторах допускается в пределах 5-10 мм от верхней отметки, равномерная заливка металла по периметру кристаллизатора, повышенные требования к равномерности охлаждения металла в кристаллизаторе, согласование скорости заливки металлов и вытягивании заготовки.

2. Наличие холодных и горячих трещин, газовых раковин в заготовках, надрывы и прорывы корочки.

3. Ограничение толщины получаемых биметаллических заготовок.

4. Получение биметаллической заготовки в основном из двух различных металлов.

5. Трудности управления процессом затвердевания на границе двух металлов.

6. Невозможности получения биметаллической заготовки произвольной формы.

Предложенный способ направлен на создание высокопроизводительного и ресурсосберегающего процесса получения сплошных биметаллических заготовок.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа, заключается в следующем.

1. Снижение затрат энергоресурсов, необходимых для получения биметаллических заготовок.

2. Повышение производительности процесса.

3. Улучшение качества поверхности и внутренней структуры получаемой биметаллической заготовки.

4. Получение заготовок произвольной формы и толщины.

Заявляемый способ характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: заливка в кристаллизатор жидкого металла; подача ленты в кристаллизатор из другого металла в твердом состоянии; вытягивание биметаллической заготовки.

Отличительные признаки: ленту металла вводят после разрушения корочки с предварительным обжатием другого металла, в двухфазном состоянии, дополнительное обжатие двух слоев металла в твердом состоянии, калибровка поверхности биметаллической заготовки, выталкивание заготовки.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Разрушение корочки при заливке жидкого металла в кристаллизатор приводит к увеличению количества тепла, отводимого от расплава в единицу времени за счет увеличения поверхности контакта и увеличения температуры металла, контактирующего со стенкой кристаллизатора. Увеличение количества тепла, отводимого от металла в единицу времени, приводит к увеличению скорости кристаллизации и понижению температуры металла.

Обжатие металла в двухфазном состоянии приводит к уплотнению его структуры, а соответственно к повышению его качества. Поверхность металла, выходящего из зоны обжатия с температурой выше температуры пластической деформации, еще не успевает окислиться и остыть ниже температуры, при которой схватывание двух разных металлов не обеспечивается.

Дополнительное обжатие двух слоев металла в твердом состоянии при введении с одной стороны на участке С /см. фиг. 1/ зоны обжатия ленты из другого металла с предварительно подготовленной поверхностью приводит при деформации к разогреву ленты с последующим схватыванием ее с более горячим металлом и обеспечивает поступление на калибровочный участок сплошной биметаллической заготовки. Разогрев ленты происходит за счет ее контактирования, с одной стороны, с металлом, а с другой стороны, со стенкой кристаллизатора. Высокие давления обжатия в десятки и сотни атмосфер обеспечивают получение прочной биметаллической заготовки.

Введение ленты выше участка С /на фиг. 1/ на участок А или В не обеспечивает получение качественной биметаллической заготовки за счет проникновения металла, находящегося в двухфазном состоянии, на наружную поверхность ленты. Кроме этого, возможно оплавление ленты жидким металлом при изменении скорости подачи ленты и температуры разливаемого металла.

Введение ленты ниже зоны С на калибровочный участок Д (на фиг. 1) не обеспечивает получение прочной биметаллической заготовки за счет охлаждения металла и недостаточного разогрева ленты. Участок Д предназначен для калибровки наружной поверхности уже полученной биметаллической заготовки.

Для реализации заявляемого способа замедляется устройство известное из (2).

Недостатки устройства для непрерывного литья биметаллических заготовок, выбранного в качестве прототипа заявляемого устройства, заключаются в необходимости наличия двух кристаллизаторов, расположенных друг над другом, и механизма вытягивания заготовки. Наличие двух кристаллизаторов усложняет эксплуатацию и обслуживание устройства, увеличивает его высоту. Наличие механизма вытягивания заготовки увеличивает вероятность обрыва корочки металла при нарушении автоматического контроля согласования скоростей разливки металлов и вытягивания заготовки. Кроме этого, переохлаждение разливаемых металлов приводит к расслоению получаемой биметаллической заготовки.

Технический результата, получаемый при осуществлении заявляемого устройства, заключается в упрощении конструкции устройства; уменьшении производственного цикла получения биметаллической заготовки; экономии электроэнергии и материалов; повышении надежности работы устройства.

Заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: разливочная емкость с дозирующим устройством и насадками; водоохлаждаемый кристаллизатор, лента с механизмом подачи.

Отличительные признаки: щелевое отверстие в кристаллизаторе с прижимным устройством; щелевое отверстие выполнено под определенным углом к вертикали параллельно поверхности кристаллизатора.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Наличие в кристаллизаторе щелевого отверстия позволяет, с одной стороны, повысить температуру подаваемой ленты, что улучшает свариваемость металлов, а с другой, уменьшить температуру кристаллизатора, что выступает в роли его дополнительного охлаждения. Нагрев ленты в щелевом отверстии определяется давлением контакта ее с поверхностью кристаллизатора /отверстия/. Наличие прижимного устройства позволяет увеличить контактный тепловой поток за счет увеличения давления на ленту, а соответственно увеличить скорость ее нагрева.

Выполнение щелевого отверстия под определенным углом к вертикали облегчает условия подачи в него ленты, а соответственно исключает нежелательную деформацию ленты в холодном состоянии, уменьшается усилие протягивания ленты через отверстие. Кроме этого, облегчаются доступ к зеркалу жидкого металла и условия замены погружных стаканов.

Выполнение щелевого отверстия параллельно поверхности кристаллизаторов обеспечивает максимальную плотность передаваемого теплового потока ленте, так как передача теплоты за счет теплопроводности к стенке кристаллизатора происходит в направлении скорейшего понижения температуры между поверхностью щелевого зазора и поверхности контактирующей с металлом /по нормали к ним/. В результате лента в единицу времени получает большее количество тепла, что приводит к разогреву ее до более высокой температуры. Повышается эффективность процессов охлаждения кристаллизатора /металла/ и нагрева ленты.

На фиг. 1 показан внешний вид заявляемого устройства; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Заявляемое устройство на фиг. 1 состоит из кристаллизатора 1, содержащего попарно грани 2 и 3, разливочной емкости 4 с дозирующим устройством и насадком 5. Кристаллизатор состоит из двух вертикальных граней 3, совершающих возвратно-поступательное движение, и двух граней 2, имеющих наклонный и вертикальный участки. Грани 2 совершают сложное вращательное движение. Рабочие поверхности граней 2, контактирующие с жидким металлом, выполнены в виде накладок 6 износостойких материалов. На внутренней поверхности накладки, контактирующей со стенкой кристаллизатора, сделано углубление, образующее при сборке щелевое отверстие 7 для прохода ленты 8. Во внутрь отверстия при сборке вставляется прижимное устройство 9, например пластины из пружинистой стали. Подача ленты в щелевое отверстие через придерживающие ролики 10 производится при вращении барабана 11. Соприкосновение ленты с металлом происходит после его предварительного обжатия. Накладки 6 крепятся к грани кристаллизатора при помощи струбцин.

По высоте граней 2 можно выделить следующие рабочие участка: А жидкого металла, В обжатия затвердевающего металла, С обжатие металла и ленты, Д - калибровочный участок.

Способ осуществляется заявляемым устройством следующим образом.

Жидкий металл с незначительным перегревом из разливочной емкости 4 через насадок 5 поступает на грани 2 и 3, на которых происходит его затвердевание. Часть жидкого металла проникает в зазор между вертикальными поверхностями граней 2 и 3. Перед разливкой донная часть кристаллизатора перекрывается затравкой, предотвращающей выливание металла из кристаллизатора. Во избежание забивания щелевого отверстия металлом лента 8 выводится в пространство между гранями. После заполнения вертикального канала расплавом включается электродвигатель с механизмами привода граней и барабана 11. При этом грани 3 совершают возвратно-поступательное движение, а грани 2 сложное вращательное движение с обжатием затвердевающего металла. Между гранями 2 и 3 в вертикальной плоскости существует минимальный зазор, обеспечивающий перемещение боковых поверхностей граней 3 относительно граней 2. При этом происходит соскребание образующейся корочки с граней 3 и поступление ее на обжатие в зону В. Обжатие предварительно деформированного металла и ленты происходит на участке С с последующим проталкиванием заготовки на калибровочный участок Д, в котором биметаллическая заготовка приобретает форму готового изделия.

Непрерывная подача металла между гранями и ленты в щелевое отверстие, соскребание образующейся корочки с последующим поэтапным ее обжатием с лентой и калибровкой биметаллической заготовки обеспечивают получение готового изделия.

Изобретение направлено на изготовление непрерывнолитых биметаллических заготовок произвольной формы и толщины. Это обеспечивается заливкой в кристаллизатор жидкого металла с подачей одной ленты из другого металла, причем ленту металла вводят после разрушения корочки с предварительным обжатием металла в двухфазном состоянии с дополнительным обжатием двух слоев металлов в твердом состоянии, калибровкой поверхности и выталкиванием заготовки. Для снижения расхода энергоресурсов на подогрев лент и охлаждающей воды кристаллизатор для получения биметаллических заготовок имеет щелевое отверстие со средством для прижатия лент к рабочей поверхности кристаллизатора. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения непрерывнолитых биметаллических заготовок, включающий заливку в кристаллизатор основного жидкого металла, формирование корочки на гранях кристаллизатора, подачу в кристаллизатор ленты из другого металла в твердом состоянии и затвердевание биметаллической заготовки, отличающийся тем, что кристаллизатор выполняют с двумя парными вертикальными и двумя парными с наклонным верхним и вертикальным нижним участками, гранями, первым из которых сообщают возвратно-поступательное движение, а вторым вращательное движение, при этом сформированную корочку разрушают на наклонных гранях кристаллизатора, а ленту из другого металла подают после разрушения корочки и предварительного обжатия основного металла в двухфазном состоянии, затем осуществляют дополнительное обжатие двух слоев металлов в твердом состоянии, калибрование поверхности затвердевшей биметаллической заготовки и ее выталкивание из кристаллизатора. 2. Устройство для получения непрерывнолитых биметаллических заготовок, содержащее разливочную емкость со средством для дозирования металла, водоохлаждаемый кристаллизатор и ленту с механизмом ее подачи, отличающееся тем, что кристаллизатор имеет две парные вертикальные грани, выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения, и две парные грани с наклонным верхним и вертикальным нижним участками, выполненные с возможностью вращательного движения и с щелевым отверстием, в котором установлено средство для прижатия ленты к внутренней поверхности кристаллизатора. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щелевое отверстие выполнено в верхнем наклонном участке граней кристаллизатора, параллельно его внутренней поверхности.