УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК Российский патент 1997 года по МПК B22D11/04 

Изобретение относится к металлургии, в частности к установкам для непрерывной разливки металлов.

Известны установки для непрерывной разливки металлов, содержащие промежуточный ковш со стаканом, кристаллизатор, зону вторичного охлаждения, механизм циклического вытягивания с захватом, устройство отделения и съема заготовок [1, 2]
Недостатком известных установок [1, 2] является их значительная высота (длина), вызванная необходимостью расположения под кристаллизатором зоны вторичного охлаждения с роликами, поддерживающими заготовку от раздутия, и механизм циклического вытягивания с захватом. Наличие зоны вторичного охлаждения значительно увеличивает материальные затраты на получение заготовок (обслуживание и ремонт роликов, форсунок, дополнительная подготовка воды, увеличенные габариты цехов). Длина зоны вторичного охлаждения может достигать 30 м, а высота установки 10 м. В кристаллизаторах таких установок отводится менее 10% тепла разливаемого металла.

Кроме того, при высоте кристаллизатора более 0,5-0,7 м усложняются условия его заливки металлом, связанные с его разбрызгиванием и ударом струи в донную часть, а также с окислением капель металла и попаданием в расплав газов. По этой причине головная часть заготовки длиной до 300-400 мм уходит в обрезь, которую необходимо переплавлять и снова разливать.

Наиболее близкой к заявляемой установке является установка для непрерывного литья заготовок, содержащая разливочный ковш со стаканом, кристаллизатор и барабаны для ввода двух лент в кристаллизатор [3]
Недостатком установки с вводом ленты [3] являются те же недостатки, присущие выше описанным установкам. Введение ленты по центру кристаллизатора позволяет лишь только частично отвести тепло расплава из центра формирующейся заготовки и получить более плотные слитки без расслоений и несплошности в осевой зоне. Кроме этого, введение одной (двух) лент по центру кристаллизатора значительно усложняет осблуживание установки и замену погружного разливочного стакана.

Заявляемая установка направлена на создание высокопроизводительного и безотходного процесса получения заготовок из разливаемого металла.

Технический результат, получаемый при осуществлении работы заявляемой установки, заключается в:
увеличении выхода годного металла;
повышении производительности процесса получения непрерывнолитых заготовок, надежности работы установки, стойкости кристаллизатора;
улучшении качества поверхности получаемой заготовки;
получении заготовок произвольной формы и толщины.

Заявляемая установка характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: разливочный ковш со стаканом; кристаллизатор; барабаны для ввода двух лент в кристаллизатор.

Отличительные признаки: устройство для обогрева граней кристаллизатора; средство для прижатия лент к поверхности граней с наклонным верхним участком; кристаллизатор выполнен с парными вертикальными гранями, имеющими возможность возвратно-поступательного движения, и парными гранями с наклонным верхним участком и с возможностью вращательного движения; устройство для обогрева граней кристаллизатора введено в его полость снизу и имеет колпак для отвода газов и трубку для подвода газа с насадком; насадок выполнен с одним центральным цилиндрическим и двумя боковыми щелевыми отверстиями; трубка для подвода газа с насадком выполнена с возможностью вертикального перемещения.

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

Введение в кристаллизатор лент, изготовленных из основы разливаемого металла, обеспечивает защиту поверхности граней с наклонным верхним участком от возможного перегрева и окисления в период обогрева кристаллизатора, улучшает качество поверхности получаемой заготовки, увеличивает скорость кристаллизации металла.

Кроме этого, подача в кристаллизатор лент с малой толщиной, изготовленных из металла с высоким коэффициентом теплопроводности (алюминий, медь), обеспечивает их равномерный прогрев и передачу тепла за счет контактного теплообмена.

Наличие устройства для обогрева граней кристаллизатора перед заливкой в него жидкого металла обеспечивает достижение заданного температурного режима поверхности граней кристаллизатора, обеспечивающего в стационарных условиях работы установки через определенный промежуток времени (до 15-20 мин). При этом исключается переохлаждение первых порций заливаемого металла, а соответственно отсутствует его расслоение и образование неслитин в период начала работы кристаллизатора. Кроме этого, уменьшается усилие, необходимое для деформации металла и износ рабочих граней кристаллизатора, исключается вероятность закупорки кристаллизатора и перехода первых порций жидкого металла в брак, т. е. повышается надежность работы установки в целом, стойкость кристаллизатора и увеличивается выход годных заготовок.

Наличие средства для прижатия лент к поверхности граней с наклонным верхним участком обеспечивает плотное прилегание лент к поверхности граней, что уменьшает газовый зазор и увеличивает площадь контакта лент.

Выполнение кристаллизатора с парными вертикальными гранями, имеющими возможность возвратно-поступательного движения, исключает приваривание к ним металла, и устраняется необходимость наличия механизма качания кристаллизатора.

Выполнение двух противоположных граней кристаллизатора на фиг. 3 с наклонным верхним участком обеспечивает следующие положитеьлные факторы:
наличие более плотного контакта металла со стенкой кристаллизатора, что увеличивает плотность теплового потока, а соответственно количество передаваемого тепла от металла;
обжатие металла происходит в постепенно уменьшающемся объеме с последующей его калибровкой с целью получения заготовки заданной формы и толщины. При этом значительно уменьшается давление обжатия металла, а соответственно мощность привода установки;
исключает прорывы жидкого металла через корочку, что значительно увеличивает надежность работы установки;
существенно облегчается и улучшаются условия ввода лент по граням, их надежная фиксация и плотный контакт с поверхностью граней и металлом.

Выполнение двух пар противоположных граней с возможностью вращательного движения существенно изменяет протекающие процессы формирования заготовки в кристаллизаторе и значительно уменьшает усилие, необходимое для выталкивания затвердевшего металла из кристаллизатора. При этом противоположные пары граней кристаллизатора работают в противофазе. Т. е. когда две грани с наклонными участками совершают обжатие металла с его проталкиванием вертикально вниз, две другие вертикальные грани в этот момент перемещаются вертикально вверх, что обеспечивает проскальзывание заготовки относительно поверхности граней кристаллизатора. При перемещении вертикальных граней вниз две другие грани отходят от металла. По сравнению с кристаллизатором с жесткими гранями, циклически перемещающимися относительно заливаемого металла, в кристаллизаторе с перемещающимися гранями значительно облегчается выталкивание заготовки за счет исключения приварки и сцепления ее с поверхностью граней, а также за счет уменьшения силы трения F_mp=kP, характеризуемой коэффициентом трения k и силой прижимающей P. Уменьшение поверхности контакта грани за счет ее отхода от заготовки уменьшает усилие P, а соответственно силу трения F_mp, т. е. уменьшается усилие выталкивания заготовки и мощность привода граней кристаллизатора.

Обогрев кристаллизатора с помощью устройства для обогрева граней ( фиг. 3), вводимого в нижнюю часть кристаллизатора, обеспечивает высокоэффективный разогрев поверхности лент (граней) за счет создания плоских настильных струй, распространяющихся параллельно обогреваемым поверхностям. Разогрев кристаллизатора начинается с нижней его части. При этом по мере прогрева граней насадок перемещается вертикально вверх.

Для уменьшения сопротивления, возникающего при встрече встречных потоков газа и ухудшающих их истечение, в центральной части насадка предусмотрено дополнительное центральное отверстие небольшого диаметра для обеспечения целенаправленного истечения газов через отверстие в колпаке.

Выполнение в насадке двух боковых щелевых отверстий обеспечивает равномерный обогрев граней горячими газами. Выполнение колпака сферическим с предварительно подготовленной поверхностью обеспечивает перераспределение поступающего тепла за счет лучистого излучения и дополнительный разогрев граней кристаллизатора, а соответственно эффективное использование горячего газа.

Максимальная температура разогрева рабочих поверхностей кристаллизатора определяется прочностными свойствами материала, из которых грани изготовлены, и температурой разливаемого металла. Например, при изготовлении граней из меди или бронзы рабочая температура не должна превышать 230-280^oC.

Выполнение трубки для подвода газа с насадком с возможностью вертикального перемещения обеспечивает равномерный прогрев граней по высоте.

На фиг. 1 и 2 приведен внешний вид заявляемой установки для непрерывного литья заготовок; на фиг. 3 устройство для обогрева граней кристаллизатора.

Заявляемая установка (фиг. 1 и 2) состоит из ковша 1 со стопорным механизмом и разливочным стаканом 2, барабаном 3 с направляющими роликами 4 и средства для прижатия лент к поверхности граней с наклонными верхним участком 5, ленты 6, кристаллизатора 7 с парными вертикальными 8 и парными гранями с наклонным верхним участком 9. Средство для прижатия лент к поверхности граней с наклонным верхним участком 5 содержит регулировочные винты с пружинами и роликами.

Устройство для обогрева кристаллизатора на фиг. 3 состоит из механизма вращения и поднятия 10, сферического колпака 11, насадка 12 с трубкой для подвода горячего газа (продуктов горения) с центральным цилиндрическим отверстием 13 и боковыми щелевыми отверстиями 14, термопар 15, которые подключаются ко вторичному преобразовательному прибору. Отверстия 14 расположены параллельно поверхности наклонных граней под углом альфа к вертикали. Глубина H погружения насадка 12 регулируется в зависимости от степени и равномерности прогрева наклонных граней 9 с помощью механизма вертикального перемещения 16. Увеличение глубины погружения H насадка в кристаллизатор уменьшает интенсивность прогрева поверхности. Центральное отверстие 13 предназначено для улучшения прогрева вертикальных граней 8 и облегчения удаления из кристаллизатора газов через отверстие в колпаке.

Перед началом разливки металла осуществляется разогрев кристаллизатора. Для этого ленты 6 выводятся через средство для прижатия лент к поверхности граней с наклонным верхним участком 5 в кристаллизатор и плотно прижимаются к поверхности граней. Насадок 12 заводится в нижнюю часть кристаллизатора. Сверху кристаллизатор закрывается колпаком 11 с помощью механизма вращения 10. После этого включают подачу горячего газа через насадок 12 и осуществляют разогрев кристаллизатора. При этом струи горячего газа, выходящие через щелевые отверстия 14, равномерно обогревают поверхности наклонных граней 9 с одновременным прогревом вертикальных граней 8. Потоки остывшего газа устремляются к выходному отверстию в колпаке 11, где дополнительно подпираются струей газа, истекающей из отверстия 13, и выходят за пределы кристаллизатора. В процессе прогрева граней температура фиксируется термопарами 15. При этом в случае необходимости уменьшается расход газа и насадок заводится на большую глубину H в кристаллизатор при помощи механизма 16, обеспечивая прогрев граней в верхней части. После этого одновременно отводятся колпак 11 и насадок 12, опускается разливочный ковш со стаканом 2 и заводится в нижнюю часть кристаллизатора специальное приспособление-затравка для исключения выливания жидкого металла. При этом подготовка установки к работе заканчивается.

Работа установки заключается в следующем.

Из разливочного ковша 1 через стакан 2 осуществляется заливка в прогретый кристаллизатор 7 жидкого металла при одновременном включении подачи воды на охлаждение его граней.

При достижении заданного уровня жидкого металла в кристаллизаторе включают привод граней 8 и 9 от электродвигателя. Грани 9 совершают сложное вращательное движение с обжатием металла, калибровкой поверхности и выталкиванием заготовки, а грани 8 возвратно-поступательное движение. Одновременно с работой кристаллизатора включают привод барабанов 3 с подачей лент 6 через направляющие ролики 4 и средство для прижатия лент к поверхности граней 5 вдоль наклонных граней 9 в кристаллизатор 7.

Изобретение направлено на создание высокопроизводительного и безотходного процесса получения заготовок из разливаемого металла. Это обеспечивается разливкой металла на установке, содержащей разливочный ковш со стаканом, кристаллизатор и барабаны для ввода двух лент, причем установка дополнительно снабжена устройством для обогрева граней и средством для прижатия лент к поверхности граней с наклонным верхним участком, а кристаллизатор выполнен с парными вертикальными гранями, имеющими возможность возвратно-поступательного движения, и парными гранями с наклонным верхним участком и с возможностью вращательного движения. Кроме этого, устройство для обогрева граней кристаллизатора введено в его полость снизу и имеет колпак для отвода газов и трубку для подвода газа с насадком, при этом насадок выполнен с одним центральным цилиндрическим и двумя боковыми щелевыми отверстиями, а трубка для подвода газа с насадком выполнена с возможностью вертикального перемещения. 1 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для непрерывного литья заготовок, содержащая разливочный ковш со стаканом, кристаллизатор и барабаны для ввода двух лент в кристаллизатор, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для обогрева граней кристаллизатора, средством для прижатия лент к поверхности граней с наклонным верхним участком, а кристаллизатор выполнен с парными вертикальными гранями, имеющими возможность возвратно-поступательного движения, и парными гранями с наклонным верхним участком и с возможностью вращательного движения. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для обогрева граней кристаллизатора введено в его полость снизу и имеет колпак для отвода газов и трубку для подвода газа с насадком, при этом насадок выполнен с одним центральным цилиндрическим и двумя боковыми щелевыми отверстиями. 3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что трубка для подвода газа с насадком выполнена с возможностью вертикального перемещения.