РАЗЛИВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК B22D11/04 

Изобретение относится к разливочному устройству для непрерывной или полунепрерывной разливки металла с непосредственным охлаждением, в частности разливки алюминиевых заготовок для последующей прокатки.

Применение различных способов показывает, что уменьшение охлаждения на начальной фазе непосредственного охлаждения металла обеспечивает положительный эффект в отношении усадки, возникновения трещин и качестве поверхности. Возможно также, что это оказывает положительное воздействие на формирование т.н. "косолапости".

В известном способе, описанном в патенте США N 4693290, воздух добавляют в воду до того как она покинет водяной зазор, проходящий по окружности выхода кристаллизатора. Направление подачи воздуха относительно воды составляет приблизительно 90^o, так что в потоке воды образуются пузырьки воздуха, т.е. воздух механически перемешивают с водой в потоке воды. Путем замены, как описано здесь, части объема воды воздухом стремятся получить однородную водяную рубашку с количеством воды меньшим, чем обычно требуется для поддержания однородной водяной рубашки, и с помощью воздуха стараются добиться изолирующего эффекта. Однако добавление воды ведет при прочих неизменных условиях к увеличению скорости потока воды и соответственно усилению охлаждающего эффекта данного количества воды, поскольку охлаждающая вода будет более быстро проходить через паровую фазу на поверхности отлитой заготовки. Таким образом, уменьшение охлаждающего эффекта за счет добавления воздуха в охлаждающую воду до того, как она покинет водяной зазор, отмеченное в указанной заявке на норвежский патент, ограничено. Кроме того, техническое решение, приведенное в указанном патенте, дает мало возможностей для дифференциального охлаждения, т.е. различий в охлаждении одного участка по сравнению с другим участком в кристаллизаторе.

В другом аналогичном известном решении, описанном в патенте США N 4166495, в охлаждающую воду вместо воздуха добавляют CO. При выходе воды из водяного зазора в кристаллизаторе за счет падения давления и повышения температуры будут образовываться очень мелкие пузырьки CO. Пузырьки CO образуют частично изолирующий слой между отливаемой заготовкой и охлаждающей водой, так что общая площадь поверхности охлаждения уменьшается. Этот способ обеспечивает приблизительно такое же уменьшение охлаждающего эффекта, как и первый описанный способ, однако применение CO вместо воздуха оказывается более дорогостоящим, поскольку для того, чтобы получить условия давления, необходимые для осуществления процесса, требуется дополнительное оборудование для регулирования давления и смесительное оборудование. И это способ не дает возможностей для дифференцированного охлаждения в кристаллизаторе или регулирования охлаждающего эффекта.

Кроме того, в "Metal Progress", nо.2 от 1957 г., p.p. 70 - 74, описан способ уменьшения или прекращения охлаждения, в котором применяются воздушные сопла, размещенные несколько ниже кристаллизатора. Когда охлаждающая вода протекает вниз по отливаемой заготовке и проходит мимо сопл, ее сдувают с заготовки, так что участок ниже сопл не подвергается непосредственному водяному охлаждению, а охлаждается только участок выше сопл. Это решение таким образом не ведет к уменьшению охлаждения на начальной фазе процесса разливки, в результате чего положительный эффект в отношении усадки и качества поверхности невелик или незначителен.

Кроме того, известно разливочное устройство для непрерывной или полунепрерывной разливки металла с непосредственным охлаждением водой, содержащее кристаллизатор с входным отверстием для подачи расплавленного металла и выходным торцом, в котором по периметру кристаллизатора расположены средства подачи воды для непосредственного охлаждения формируемой из расплавленного металла заготовки и средства подачи воздуха или газа для образования воздушного или газового экрана и снижения интенсивности охлаждения по крайней мере на начальной фазе процесса разливки, при этом средства подачи воды выполнены в виде щели или ряда отверстий с возможностью образования водяного экрана (CH N 665575, B 22 D 11/04, 1988).

Согласно предложенному изобретению средства подачи воздуха или газа выполнены в виде щели или ряда отверстий с возможностью полного или частичного отклонения водой экрана и/или расположения воздушного экрана между водяным экраном и формируемой заготовкой, при этом средства подачи воздуха или газа расположены в выходном торце кристаллизатора между его внутренней поверхностью и средствами подачи воды.

Согласно предпочтительному выполнению разливочное устройство выполнено с возможностью формирования алюминиевых заготовок для последующей прокатки.

Кроме того, средства подачи воды и средства подачи воздуха или газа могут быть параллельными, параллельными формируемой заготовке или расположенными под углом к ней.

Является целесообразным, чтобы средства подачи воды или воздуха были выполнены с возможностью раздельного регулирования подаваемого количества воды и воздуха. Благодаря этому разливочное устройство согласно изобретению по меньшей мере так же просто или даже более просто, чем известные технические решения, обладает гораздо большей гибкостью в отношении регулирования охлаждающего эффекта и увеличения возможностей регулирования охлаждающего эффекта на начальной фазе процесса разливки. Кроме того, обеспечивается дифференцирование процесса охлаждения в кристаллизаторе за счет посекционного регулирования скорости охлаждения, так что возможно получение оптимальных условий охлаждения, например, в углах и на коротких сторонах, где на начальной фазе процесса разливки возникает наибольшее количество проблем.

На фиг. 1 показано поперечное сечение устройства, являющегося предметом настоящего изобретения; на фиг.2 показана увеличенная часть кристаллизатора с фиг. 1, которая иллюстрирует способ, которым действует настоящее изобретение; на фиг.3 показано то же самое, что и на фиг.2, однако в соответствии с альтернативной конструкцией, в которой воздух и вода выходят под разным углом.

Как указано выше, на фиг. 1 показано разливочное устройство 10, являющееся предметом настоящего изобретения и включающее входную часть со входом 8 для расплавленного металла, полость 9 и выход 11 для готовой отливаемой заготовки 2. Полость замкнута кристаллизатором 1, предпочтительно выполненным из металла. Опора 14, которая может перемещаться по вертикали, закрывает выход в начале процесса разливки и поддерживает отливаемую заготовку в процессе ее формирования путем контролируемого перемещения вниз. Разлитый металл 2, который может иметь форму заготовки, слитка и тому подобного, разливают на этом устройстве на заданные длины и устройство поэтому обозначено как полунепрерывное.

Кристаллизатор 1 оборудован водяной камерой и питающими каналами для воды, открывающимися в зазор 3, рядом отверстий или тому подобного. Зазор 3 проходит по всему периметру полосы в нижней части кристаллизатора 1 и может быть разделен на секции (не показаны подробно), позволяющие регулировать количество поступающей воды, т.е. возможно дифференцирование охлаждения по периметру, что особенно желательно для разливки заготовок для получения оптимальных условий охлаждения на начальной фазе процесса разливки. В то время как водяной зазор 3 проходит по всему периметру полости, связанная водяная рубашка 16 формируется в ходе процесса разливки вокруг всей заготовки 2.

Сама разливка осуществляется путем подачи расплавленного металла через вход 8 и по мере опускания опоры 14 металл постепенно кристаллизуется в процессе своего опускания в полости 9, когда сначала формируется наружная корочка в ходе процесса первичного охлаждения, и затем далее внутри металлической заготовки, когда она выходит из выхода 11 полости и охлаждается водой в ходе процесса вторичного охлаждения.

Особенностью настоящего изобретения является то, что питающие каналы и дополнительный зазор, ряд отверстий или подобные им выполнены в водяном зазоре 3, с нижней стороны кристаллизатора 1, и предназначены для подачи воздуха или иного газа. Назначение этого воздушного зазора, который предпочтительно также проходит по всему периметру полости, заключается в создании воздушной рубашки 15, которая может отклонить водяную рубашку 16 и/или образовать воздушный или газовый экран между металлической заготовкой и водяной рубашкой 16.

На фиг.2 показана в увеличенном масштабе часть кристаллизатора, показанного на фиг.1, а точнее нижняя левая часть кристаллизатора, которая иллюстрирует способ работы изобретения. Водяной зазор 3 проходит под углом относительно продольной оси отливаемой заготовки таким образом, что водяная рубашка 16 направлена вниз по диагонали к отливаемой заготовке. Воздушный зазор проходит параллельно отливаемой заготовке: поступающий через него воздух будет отклонять водяную рубашку (в позиции 6), так что касается отливаемой заготовки ниже, в точке 7. Величину отклонения можно увеличить или уменьшить путем увеличения или уменьшения количества подаваемого воздуха и/или количества воды. Здесь следует отметить, что количество воздуха, так же как и количество воды, можно контролировать по секциям по периметру, чтобы иметь дополнительные возможности оптимизации охлаждения в ходе процесса разливки.

Исследования расхода воды показывают, что воздух, отклоняющий водяную рубашку, попадает в воду и образует в ней пузырьки, так что в дополнение к уменьшению охлаждения, достигаемому за счет переноса ниже точки, в которой вода касается отливаемой заготовки, уменьшение охлаждения достигается также за счет изолирующего эффекта этих пузырьков и того, что часть воды в потоке воды сдувается с отливаемой заготовки.

На фиг.3 показан альтернативный вариант технического решения в соответствии с настоящим изобретением, в котором воздушный зазор 4 образует угол 13 относительно отливаемой заготовки. Благодаря этому воздушная рубашка 15 касается отливаемой заготовки непосредственно над точкой, в которой заготовки касается водяная рубашка 16, так что между отливаемой заготовкой и водой образуется воздушный экран.

Следует отметить, что настоящее изобретение, описанное в формуле изобретения, не ограничивается углами водяного зазора и воздушного зазора, показанными на чертежах. Не существует ограничений и в отношении количества подаваемых воды и воздуха или соотношения между количествами этих двух сред. Таким образом, настоящее изобретение, описанное в формуле изобретения, может варьироваться по количеству воздуха и количеству воды, а также по углам подачи, так что достигается оптимальное, дифференцированное охлаждение с полным или частичным отклонением водяной рубашки. Это означает также, что и воздух, и воду можно подавать попеременно, например импульсами.

Разливочное устройство относится к непрерывной или полунепрерывной разливке металла с непосредственным охлаждением, в частности к разливке алюминиевых заготовок для прокатки. Разливочное устройство состоит из кристаллизатора 1 с входным отверстием 8 для подачи расплавленного металла и полости 9 с выходным торцом 11, в котором размещаются средства для подачи воды на непосредственное охлаждение расплавленного металла, и средства 4 для подачи газа или воздуха для снижения эффекта охлаждения по крайней мере на начальной фазе процесса разливки. Средства 4 представляют собой щель или ряд отверстий по периметру кристаллизатора для подачи воздуха или газа для формирования воздушно-газовой рубашки, предназначенной для отклонения водяной рубашки и/или формирования воздушного экрана между водяной рубашкой и отливаемой заготовкой 2. 1 с. и 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Разливочное устройство для непрерывной или полунепрерывной разливки металла с непосредственным охлаждением водой, содержащее кристаллизатор с входным отверстием для подачи расплавленного металла и выходным торцом, в котором по периметру кристаллизатора расположены средства подачи воды для непосредственного охлаждения формируемой из расплавленного металла заготовки и средства подачи воздуха или газа для образования воздушного или газового экрана и снижения интенсивности охлаждения по крайней мере на начальной фазе процесса разливки, при этом средства подачи воды выполнены в виде щели или ряда отверстий с возможностью образования водяного экрана, отличающееся тем, что средства подачи воздуха или газа выполнены в виде щели или ряда отверстий с возможностью полного или частичного отклонения водяного экрана и/или расположения воздушного экрана между водяным экраном и формируемой заготовкой, при этом средства подачи воздуха или газа расположены в выходном торце кристаллизатора между его внутренней поверхностью и средствами подачи воды. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено с возможностью формирования алюминиевых заготовок для последующей прокатки. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства подачи воды и средства подачи воздуха или газа параллельны. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства подачи воздуха или газа параллельны формируемой заготовке. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства подачи воздуха или газа расположены под углом к формируемой заготовке. 6. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что средства подачи воды и воздуха выполнены с возможностью раздельного регулирования подаваемого количества воды и воздуха.