УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА Российский патент 1998 года по МПК B22D11/10 

Изобретение относится к устройству для непрерывного получения отливаемой заготовки непрерывной разливкой жидкого металла, расплава, в котором (устройстве) течение жидкого металла в незатвердевших частях заготовки регулируется с помощью статического или периодического низкочастотного магнитного поля.

При непрерывном литье заготовок горячий расплав охлаждается настолько, что образуется затвердевший самоподдерживающийся поверхностный слой, прежде чем заготовка покинет кристаллизатор. Если поступающему расплаву позволить втекать в кристаллизатор нерегулируемым образом, он приникает глубоко вниз в незатвердевшие части непрерывной заготовки. Это затрудняет отделение нежелательных частиц, содержащихся в расплаве. Кроме того, это приводит к ослаблению самоподдерживающегося поверхностного слоя, что увеличивает риск прорыва расплава через поверхностный слой, образовавшийся в кристаллизаторе.

Известно, например, из SE-B-436 251, что на пути расплава располагают одно или более чем одно статическое или периодическое низкочастотное магнитное поле для торможения и распределения втекающего расплава.

Отливаемая заготовка образуется расплавом, втекающим вниз в кристаллизатор, открытый книзу. Заготовка, которая после кристаллизатора должна иметь в основном прямоугольное поперечное сечение, образуется путем направления потока расплава в трубчатую литейную форму с соответствующим прямоугольным поперечным сечением, расположенную в кристаллизаторе. Стены литейной формы состоят из четырех отдельных медных плит. Медные плиты прикреплены каждая к водоохлаждаемой коробчатой балке. Задача водоохлаждаемой коробчатой балки состоит в том, чтобы обеспечивать жесткость медной плиты и, вместе с медной плитой, заключать в себе циркулирующую охлаждающую воду.

В начале литейной операции кристаллизатор открывают с помощью гидравлических поршней, оттягивающих медные плиты и связанные с ними водоохлаждаемые коробчатые балки в разные стороны так, что между медными плитами может быть вставлена начальная цепь. Кристаллизатор закрывают с помощью поршней, сжимающих обратно медные плиты, которые окружают начальную цепь.

Водоохлаждаемые коробчатые балки окружены удерживающей рамой, к которой прикреплены гидравлические поршни. Водоохлаждаемая коробчатая балка с медной плитой образуют подвижную сторону кристаллизатора, а рама образует неподвижную сторону.

Согласно патентной заявке N 9100184-2, статическое или периодическое низкочастотное магнитное поле создается посредством устройств, генерирующих магнитное поле, которые могут состоять из постоянных магнитов или обтекаемых током катушек с магнитными сердечниками. Устройства, генерирующие магнитное поле, в дальнейшем будут называться магнитными.

Ниже описывается расположение магнитов в существующей машине непрерывного литья заготовок.

Магниты установлены в кристаллизаторе, между водоохлаждаемыми коробчатыми балками и рамой. Один магнит расположен на каждой стороне расплава.

Водоохлаждаемая коробчатая балка не может проводить магнитное поле, так как она состоит большей частью из немагнитного материала. Когда магнит расположен между водоохлаждаемой коробчатой балкой и рамой, требуется более длинный сердечник, который достает до медной плиты. Сердечник разделен на задний сердечник и передний сердечник, при этом передний сердечник интегрирован в водоохлаждаемую коробчатую балку. Таким образом, поле проводится через водоохлаждаемую коробчатую балку.

После относительно короткого времени службы медные плиты кристаллизатора нуждаются в восстановлении, и тогда весь кристаллизатор заменяется на восстановленный кристаллизатор. Поэтому каждой машине непрерывного литья придан многочисленный парк кристаллизаторов. Во время восстановления водоохлаждаемую коробчатую балку с медной плитой удаляют из кристаллизатора и медную плиту восстанавливают. Одна из причин, почему магнитный сердечник разделяют на переднюю и заднюю части, - та, чтобы тем самым облегчить удаление водоохлаждаемой коробчатой балки во время восстановления медной плиты.

Чтобы получить магнитную цепь, необходимо обеспечить замыкание магнитного потока. Рама переделана и дополнена большим, чем это оправдано с точки зрения прочности, количеством железа так, что она используется как обратная ветвь магнитной цепи. Задний сердечник прикреплен к раме. Рама и сердечник вместе образуют магнитную цепь.

Кристаллизатор с магнитами установлены на качающемся столе. Для предотвращения прилипания затвердевшего расплава к кристаллизатору качающемуся столу сообщается колебательное движение. Кристаллизатор и качающийся стол размещены на основании, служащем для них опорой. Основание не колеблется вместе с качающимся столом.

Так как задний сердечник прикреплен к раме, а передний - к водоохлаждаемой коробчатой балке, то возникает проблема, состоящая в том, что между движущимися и неподвижными частями создается воздушный зазор, когда кристаллизатор закрыт. Когда кристаллизатор открыт, воздушный зазор закрыт. Воздушный зазор, разделяющий передний и задний сердечники, приводит к появлению электромагнитной силы, стремящейся закрыть воздушный зазор и, таким образом, открыть кристаллизатор во время литья. Известное решение этой проблемы состоит в том, чтобы противодействовать электромагнитной силе посредством гидравлических или механических поршней.

Целью изобретения является предложить машину непрерывного литья заготовок, в которой замыкание магнитного потока не сопровождается появлением нежелательного воздушного зазора.

Изобретение относится к устройству для непрерывного получения заготовки путем непрерывной разливки жидкого металла, расплава, содержащему, в частности, кристаллизатор, открытый книзу, в виде охлаждаемых медных плит, образующих охлаждаемую литейную форму с прямоугольным сечением и в котором медные плиты прикреплены каждая к водоохлаждаемой коробчатой балке, расположенной снаружи от медной плиты и служащей для охлаждения и поддержки медной плиты, и элемент, скрепляющий кристаллизатор. Кристаллизатор приспособлен для снабжения его поступающим первичным потоком расплава.

Вблизи кристаллизатора расположены магниты, приспособленные для создания по меньшей мере одного статического или периодического низкочастотного магнитного поля, которое действует на пути втекающего расплава и разделяет первичный поток, а также препятствует возникновению каких-либо вторичных потоков. Каждый магнит включает в себя по меньшей мере одно магнитопроводящее тело, сердечник.

Обратная ветвь магнитного потока образует вместе с магнитами магнитную цепь.

Устройство далее содержит средства для сообщения кристаллизатору колебательного движения, предпочтительно в форме качающегося стола, и основание со средствами поддержки кристаллизатора, магнитов и качающегося стола.

В соответствии с изобретением магнитопроводящий сердечник разделен на переднюю часть, выполненную как одно целое с водоохлаждаемой коробчатой балкой, и заднюю часть, которая содержит заднюю подвижную часть (6в), имеющую возможность перемещения в направлении, в основном совпадающем с направлением поля в сердечнике.

Прилагаемые фигуры показывают различные варианты выполнения машины непрерывного литья заготовок, в которой предусмотрено статическое или периодическое низкочастотное магнитное поле для регулирования потока в незатвердевших частях отливаемой заготовки.

Фиг. 1 - поперечный разрез машины для непрерывного литья, в соответствии с предшествующим уровнем техники; фиг. 2 и 4 - соответственно, поперечный разрез и вид сверху варианта машины для непрерывного литья, в которой задний сердечник установлен с возможностью перемещения в раме; фиг. 3 и 5 - соответственно, поперечный разрез и вид сверху варианта машины для непрерывного литья, в которой задний сердечник установлен с возможностью перемещения по основанию; фиг. 6 - поперечный разрез варианта машины для непрерывного литья, в которой задний сердечник разделен на неподвижную часть и подвижную часть; фиг. 7 - поперечный разрез еще одного варианта машины для непрерывного литья, в которой задний сердечник установлен с возможностью перемещения по основанию.

Фиг. 1 представляет собой поперечный разрез устройства для непрерывной разливки металла, выполненного согласно описанию предшествующего уровня техники. Отливаемая заготовка 1 образуется расплавленным металлом, стекающим вниз в кристаллизатор. Кристаллизатор содержит, в частности, медные плиты 2а, закрепленные на водоохлаждаемых коробчатых балках 3, задачей которых является придание жесткости медным плитам и их охлаждение, и рамы 4, скрепляющий кристаллизатор и выполненной так, что она служит обратной ветвью для замыкания магнитного потока, создаваемого магнитным полем. Чтобы рама могла выполнять функцию обратной ветви для магнитного поля, она, в частности, дополнена большим, чем это оправдано с точки зрения прочности, количеством железа.

Магниты, создающие статическое или периодическое низкочастотное магнитное поле в расплаве, содержат передний сердечник 5, выполненный заодно с водоохлаждаемой коробчатой балкой, и задний сердечник ба, вокруг которого расположена обтекаемая постоянным или низкочастотным переменным электрическим током катушка 7 индуктивности. Задний сердечник закреплен на раме.

Для предотвращения прилипания расплава к стенкам кристаллизатора последнему сообщается колебательное движение с помощью качающегося стола 8. колебательное движение может быть, например, получено с помощью гидравлических поршней. Основание 9 несет кристаллизатор, магниты и качающийся стол.

Во время литья, когда кристаллизатор закрыт, между передним и задним сердечниками возникает воздушный зазор 10 (5-10 мм). Этот воздушный зазор вызывает проблемы, так как он приводит к возникновению электромагнитной силы, которая стремится закрыть воздушный зазор и, таким образом, открыть кристаллизатор во время процесса литья. Электромагнитная сила заставляет передний сердечник с водоохлаждаемой коробчатой балкой и медной плитой притягиваться к раме.

Фиг. 2 и 4 показывают вариант машины непрерывного литья заготовок, в которой воздушный зазор между передним и задним сердечниками закрыт даже, когда кристаллизатор закрыт. Задний сердечник 6b удлинен и установлен с возможностью перемещения в раме 4. Задний сердечник подвижен в направлении, которое по существу совпадает с направлением поля в сердечнике. Когда кристаллизатор открыт, передний сердечник оказывает давление на зданий сердечник, который тогда перемещается в раме. Когда кристаллизатор закрыт и катушка находится под напряжением, передний и задний сердечники прижимаются один к другому действующими электромагнитными силами. В раме сердечник скользит в опоре 11 при помощи какого-либо вида подшипников, например, из антифрикционного металла.

Еще одна причина, почему магнитный сердечник разделен, состоит в том, что водоохлаждаемая коробчатая балка с медной плитой часто удаляется из кристаллизатора, а это легче сделать, если магнитный сердечник будет разделен.

Фиг. 4 показывает раму с гидравлическими поршнями 13а, которые открывают и закрывают кристаллизатор. Фиг.4 также показывает медные плиты 2b, расположенные на коротких сторонах кристаллизатора, которые определяют ширину отлитой заготовки. Регулирование ширины заготовки осуществляется путем толкания медных плит 2b наружу и внутрь. В остальном машина непрерывного литья заготовок имеет то же устройство, что и вариант, показанный выше. Два задних и два передних сердечника и заготовка образуют вместе с рамой связный путь магнитного потока. Магниты колеблются вместе с кристаллизатором.

В другом варианте осуществления изобретения качающийся стол согласно фиг. 2 выполнен так, что он образует обратный путь для магнитного потока, создаваемого магнитным полем. Два задних и два передних сердечника образуют вместе с качающимся столом связный путь магнитного потока. Качающийся стол, который обычно представляет собой стальную конструкцию, необходимо дополнить большим количеством железа, чтобы уменьшить его магнитное сопротивление. Так как машина непрерывного литья заготовок имеет несколько кристаллизаторов, но только один качающийся стол на заготовку, имеет смысл использовать качающийся стол как обратный путь вместо рамы, поскольку в этом случае требует переделки и снабжения большим количеством железа только одна единица оборудования.

В еще одном варианте основание по фиг.2 выполнено так, что оно образует обратный путь магнитного потока, создаваемого магнитным полем. Два задних и два передних сердечника и заготовка образуют вместе с основанием связный путь магнитного потока. Для уменьшения его магнитного сопротивления основание должно быть дополнено большим количеством железа. Если воздушный зазор между задним сердечником и основанием слишком велик, возможно, также потребуется средства для проведения магнитного потока между ними. Важно снизить вес колеблющихся частей в машине непрерывного литья заготовок. Так как опора не колеблется, то вес колеблющихся частей в этом варианте уменьшен по сравнению со случаем, когда рама или качающийся стол образуют обратный путь магнитного потока.

Фиг.3 и 5 показывают вариант, в котором вес колеблющихся частей уменьшен еще более. В этом варианте изобретения задний подвижной сердечник 6b и катушка 7 расположены вблизи основания 9. Так как задний сердечник и катушка не повторяют колебательных движений, то вес колеблющихся частей уменьшается.

Задний сердечник прикреплен к балке 12, которая может кататься или скользить по основанию в горизонтальном направлении. Когда кристаллизатор открывается, передний сердечник оказывает давление на задний сердечник и балку, которая тогда перемещается по основанию. Когда кристаллизатор закрывается и через катушку пропускается ток, передний и задний сердечники прижимаются один к другому действующими электромагнитными силами. Балка перемещается, например, в направляющей, снабженной антифрикционным металлом, и расположенной на основании.

Когда кристаллизатор колеблется, передний сердечник перемещается относительно заднего сердечника в вертикальном направлении. Максимальное отклонение колебательного движения мало в сравнении с размером сердечников. Сердечники скользят друг по другу. Для облегчения скольжения можно расположить, например, антифрикционной металл или опорный ролик на поверхностях скольжения. Передний сердечник колеблется вместе с кристаллизатором. Задний сердечник и катушка не колеблются.

Основание выполнено так, что оно образует обратный путь для магнитного потока, создаваемого магнитным полем. Два задних и два передних сердечника и отливаемая заготовка образуют вместе с основанием и балкой связный путь магнитного потока.

В этом варианте изобретения рама отсутствует. Как показано на фиг. 5, удерживающим элементом могут быть тяговые стержни 13b, которые помимо их удерживающей функции открывают и закрывают кристаллизатор.

Проблема с использованием подвижного заднего железного сердечника состоит в том, что электромагнитные силы, которые прижимают задний сердечник к переднему, также приводят к тому, что медные плиты прижимаются одна к другой. Электромагнитные силы могут быть такими большими, что есть риск деформации меди. Силы, действующие на медные плиты, также затрудняют регулирование ширины отливаемой заготовки во время процесса литья. Фиг. 6 показывает устройство для уменьшения этих магнитных сил. Задний сердечник разделен на неподвижную часть 6с и подвижную часть 6b. Между передним сердечником 5 и задней неподвижной частью 6с имеется воздушный зазор 15. Задняя неподвижная часть 6 сердечника вместе с воздушным зазором 15 вызывает появление силы, которая направлена противоположно силе от заднего подвижного сердечника и тем самым уменьшает результирующую силу, действующую на медные плиты. Задняя неподвижная часть сердечника выполнена заодно с рамой 4.

В варианте, в котором передний сердечник колеблется, а зданий нет, их движение относительно друг друга затрудняется магнитными силами, которые прижимают задний железный сердечник к переднему сердечнику. Если, например, между передним и задним сердечниками расположен опорный ролик для уменьшения трения, то ролик подвергается действию силы, которая увеличивает его сопротивление качению и которая может причинить материальный ущерб как сердечнику, так и ролику.

На фиг.7 показан вариант, в котором магнитная сила между передним и задним сердечником уменьшена благодаря расположению на опоре позади заднего сердечника относительно переднего сердечника, магнитопроводящего элемента 16, который образует часть пути магнитного потока. Между магнитопроводящим элементом 16 и балкой 12, к которой прикреплен задний сердечник, предусмотрен воздушный зазор 17. Магнитопроводящий элемент включает в себя магнитопроводящий материал. Магнитопроводящий элемент 16 вместе с воздушным зазором 17 вызывает появление силы, направленной противоположно силе, с которой задний подвижной сердечник действует на передний. Балансируя как количеством магнитного материала в магнитопроводящем элементе 16, так и размером элемента, а также шириной воздушного зазора 17, можно уменьшить результирующую силу между задним и передним сердечниками до подходящей величины. Если сила уменьшается чрезмерно или она получает противоположное направление, то кристаллизатор может быть открыт во время операции разливки.

Сущность: в устройстве для непрерывной разливки жидкого металла течение жидкого металла в незатвердевших частях заготовки регулируется с помощью статического или периодического низкочастотного магнитного поля. Кристаллизатор включает в себя медные плиты 2, образующие литейную форму с прямоугольным поперечным сечением, водоохлаждаемые коробчатые балки 3, расположенные снаружи от медных плит и служащие для охлаждения и поддержки их, и элемент 4, скрепляющий кристаллизатор. Вблизи кристаллизатора расположены устройства для генерирования магнитного поля, создающие статическое или периодическое низкочастотное магнитное поле, которое действует на пути втекающего расплава и разделяет первичный поток, а также препятствует возникновению каких-либо вторичных потоков. Каждый магнит включает в себя передний сердечник 5, задний сердечник и катушку. Передний сердечник выполнен заодно с водоохлаждаемой коробчатой балкой, а задний сердечник содержит заднюю подвижную часть 6b, имеющую возможность перемещения в направлении, в основном совпадающем с направлением поля. 15 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для непрерывной разливки металла, содержащее по меньшей мере один открытый снизу кристаллизатор, оборудованный средством для подачи расплава и выполненный в виде охлаждаемых медных плит, образующих охлаждаемую литейную форму с прямоугольным поперечным сечением, водоохлаждаемую коробчатую балку, прикрепленную к каждой медной плите и служащую для ее охлаждения и поддержки, средства для скрепления кристаллизатора, магниты, генерирующие по крайней мере одно статическое или периодическое низкочастотное поле, направление которого перпендикулярно направлению подачи расплава, и содержащие разделенные на переднюю и заднюю части сердчечники, средства сообщения кристаллизатору колебательного движения и основание с узлами поддеркжи кристаллизатора, магнитов и средств сообщения кристаллизатору колебательного движения, отличающееся тем, что передняя часть каждого сердечника выполнена заодно с водоохлаждаемой коробчатой балкой, а задняя часть установлена подвижно с возможностью перемещения в направлении, совпадающем с направлением поля в сердечнике. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что задняя часть сердечника выполнена с возможностью прижатия ее силами магнитного поля к передней части сердечника с образованием магнитной цепи. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что задняя часть сердечника выполнена по крайней мере с одной катушкой, соединенной с источником постоянного или низкочастотного переменного тока. 4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере, часть сердечника выполнена из материала с постоянными магнитными характеристиками. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что средство для скрепления кристаллизатора выполнено в виде рамы, в которой с возможностью перемещения установлена задняя часть сердечника. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что рама выполнена со средствами, обеспечивающими образование части обратного пути магнитного потока. 7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что магниты установлены с возможностью колебания совместно с кристаллизатором. 8. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что средство сообщения кристаллизатору колебательного движения выполнено в виде качающегося стола и содержит средства для образования части обратного пути магнитного потока. 9. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что основание выполнено со средствами, обеспечивающими образование части обратного пути магнитного потока. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что задняя часть сердечника расположена вблизи основания. 11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью колебания передней части сердечника совместно с кристаллизатором и возможностью перемещения относительно задней части сердечника. 12. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что кристаллизатор снабжен удерживающими тяговыми поршнями. 13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно снабжено магнитопроводящим элементом, составляющим часть обратного пути магнитного потока и расположенным с внешней стороны кристаллизатора и с воздушным зазором между ними и задней частью сердечника. 14. Устройство по любому из пп.1 - 11, отличающееся тем, что сердечник снабжен дополнительной неподвижной задней частью. 15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что неподвижная задняя часть сердечника расположена с зазором между ним и передней частью сердечника. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что неподвижная задняя часть сердечника выполнена заодно с рамой.