УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТЫХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК Российский патент 1999 года по МПК B22D11/04 

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов.

Известно устройство для непрерывного литья заготовок (Патент РФ N 2079390. Устройство для непрерывного литья заготовок/В.В.Стулов, В.И.Одиноков. Опубл. 20.05.97 г. Бюл. N 14), содержащее сборный кристаллизатор, в котором первая пара рабочих стенок выполнена с расширенным под углом к вертикали α = 7-30^o верхним и вертикальным нижним участками рабочей поверхности с возможностью совершения в процессе работы вращательного движения, а вторая пара вертикальных рабочих стенок выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения, участок перехода с расширенного верхнего в вертикальный нижний участок выполнен криволинейным.

Недостатком известного устройства для непрерывного литья заготовок является возможность его использования для получения изделий из пластичных металлов и сплавов. Кроме этого, при разливке металлов возникают трудности, связанные с получением заготовок с направленной кристаллизацией.

Заявляемое устройство направленно на создание высокопроизводительного процесса получения непрерывно-литых деформированных заготовок.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого устройства, заключается в:
- повышении производительности процесса получения непрерывно литых заготовок;
- увеличении выхода годного металла;
- расширении ассортимента разливаемых металлов с различным уровнем пластичности;
- улучшении качества поверхности и внутренней структуры заготовок.

Заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: разливочная емкость; сборный кристаллизатор, состоящий из первой пары рабочих стенок, имеющих возможность совершения вращательного движения и выполненных с расширенным под углом к вертикали α = 7-30^o верхним участком, вертикальным нижним участком рабочей поверхности и криволинейным участком перехода от одного участка к другому, и второй пары вертикальных стенок, имеющих возможность возвратно-поступательного перемещения.

Отличительные признаки: обогреваемая разливочная емкость с отверстиями диаметром 2-4 мм, расположенными по периметру донной части; решетка с отверстиями диаметром 2-4 мм с возможностью поворота относительно донной части разливочной емкости и выполненной из материала с низким значением коэффициента теплопроводности; на поверхности второй пары вертикальных стенок выполнены пазы, в которые установлены вставки из материала с низким коэффициентом теплопроводности; отношение коэффициентов теплопроводности материалов, из которых выполнены первая и вторая пары рабочих стенок кристаллизатора, λ₁/λ₂ = 10-100; в качестве материала с низким коэффициентом теплопроводности, из которого выполнены поворачивающаяся решетка с отверстиями и вставки, используют металлокерамику; вставки устанавливают в верхней части кристаллизатора до зоны калибрования.

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

Выполнение разливочной емкости обогреваемой с отверстиями, расположенными по периметру донной части, обеспечивает равномерное распыливание расплава в пристеночные слои кристаллизатора.

Уменьшение диаметра отверстий в разливочной емкости d < 2 мм затрудняет истечение металлов с малой плотностью (например, алюминий) при уменьшении уровня расплава, а также металлов с высоким значением коэффициента теплопроводности (например, алюминий, медь, бронза) при уменьшении температуры расплава ниже допустимой.

Увеличение диаметра отверстий в разливочной емкости d > 4 мм приводит к вероятности проплавления корочки, формируемой вдоль первой пары рабочих стенок, а также к недопустимой разнотолщинности корочки по периметру, приводящее при ее деформации к растрескиванию.

Снабжение разливочной емкости решеткой с отверстиями с возможностью поворота относительно донной части разливочной емкости и выполненной из материала с низким значением коэффициента теплопроводности обеспечивает надежное истечение расплава в нужный момент и прекращение его подачи.

Уменьшение диаметра отверстий в решетке d < 2 мм дополнительно затрудняет истечение металла с малой плотностью (например, алюминий) из разливочной емкости.

Увеличение диаметра отверстий в решетке d > 4 мм приводит к нарушению сплошности истекаемых струй металла, а также к уменьшению прочности решетки и необходимости увеличения ее толщины.

Установка на поверхности вертикальной стенки в пазах вставки с низким значением коэффициента теплопроводности уменьшает количество тепла, передаваемое в стенку и отводимое с охлаждающей водой, а соответственно затормаживается рост корочки на поверхности. Значительное уменьшение толщины корочки, формируемой на поверхности вертикальной стенки, а особенно в угловых зонах контакта стенок первой и второй пары, создает благоприятные условия для деформации корочки и исключает растрескивание заготовки.

Уменьшение соотношения коэффициентов теплопроводности стенок соответственно первой λ₁ и второй λ₂ пары - λ₁/λ₂ < 10 приводит к растрескиванию заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов (например, свинец-сурьма, свинец-олово и др.) в результате формирования корочки определенной толщины на вертикальных стенках.

Увеличение соотношения коэффициентов теплопроводности стенок Q соответственно первой λ₁ и второй λ₂ пары - λ₁/λ₂ > 100 приводит к необходимости изготовления стенок первой пары с расширенным под углом к вертикали верхним и вертикальным нижним участками рабочей поверхности из дорогостоящих жаропрочных медных сплавов с высоким значением λ₁ =200-240 Вм/(м•К), которые имеют недостаточную прочность при высоких температурах разливаемых металлов (сталь, алюминий), и ограничивает их применение. Кроме этого, возникает необходимость изготовления в стенках второй пары вставки с низким значением λ₂ = 2,4 Вм/(м•К), что затруднительно по причине отсутствия чистых металлов и сплавов с таким значением коэффициента теплопроводности.

Использование в качестве материала с низким коэффициентом теплопроводности, из которого выполнены решетка с отверстиями и вставки, устанавливаемых на поверхности вертикальных стенок, металлокерамики обеспечивает сравнительно низкое значение коэффициента теплопроводности по сравнению с металлами и сталью, а также достаточную прочность по сравнению с керамикой.

Установка вставок в верхней части кристаллизатора до зоны калибрования обусловлено нахождением заливаемого в кристаллизатор металла в жидком и твердо-жидком состоянии, то есть в области формирования заготовки. По причине того, что в зоне калибрования происходит придание нужной поверхности готовой заготовки, имеющей более низкую температуру, чем в верхней части кристаллизатора, то прочность металлокерамической вставки может быть недостаточной при калибровании различных металлов и сталей.

На фиг. 1 и 2 приведен внешний вид заявляемого устройства для получения непрерывно литых заготовок.

Заявляемое устройство на фиг. 1 и 2 состоит из обогреваемой разливочной емкости 1 с отверстиями 2, решетки 3 с отверстиями 4, сборного кристаллизатора 5 с первой парой рабочих стенок 6 с расширенным под углом к вертикали α = 7-30^o верхним участком, вертикальным нижним участком рабочей поверхности и криволинейным участком перехода от одного участка к другому, второй пары вертикальных стенок 7 с пазами 8 и вставки 9. На фиг. 1 буквами А, В и С обозначены соответственно высота зоны намораживания расплава, обжатия корочки и калибрования поверхности заготовки. Вставка 9 устанавливается до зоны С. Предварительно перед разливкой металла в кристаллизатор 5 вставляется специальное приспособление-затравка, предотвращающая выливание из него расплава. В разливочную емкость 1 жидкий металл заливается с определенным перегревом, исключающее его затвердевание в отверстиях 2 и 3.

Работа устройства на фиг. 1 и 2 заключается в следующем. Расплав из разливочной емкости 1 с отверстиями 2 через решетку 3 с отверстиями 4 в виде тонких струек равномерно поступает в кристаллизатор 5 и затвердевает на рабочих стенках 6 первой пары с расширенным под углом к вертикали верхним участком рабочей поверхности. По мере достижения в кристаллизаторе определенного уровня расплава устройство включается в работу. При этом максимальный уровень заливки расплава в кристаллизатор не должен достигать пазов 8 и верхней части вставки 9.

В процессе работы устройства рабочие стенки первой пары 6 совершают вращательное движение с обжатием корочки заготовки в зоне В, а вертикальные стенки 7 второй пары с пазами 8 и вставками 9 совершают возвратно-поступательное перемещение с выталкиванием заготовки в зону калибрования С.

Сущность: в устройстве разливочная емкость выполнена обогреваемой и с отверстиями диаметром 2-4 мм, расположенными по периметру донной части, и снабжена решеткой с аналогичными отверстиями, имеющей возможность поворота относительной донной части разливочной емкости. На поверхности второй пары вертикальных стенок выполнены пазы, в которые установлены вставки из материала с низким коэффициентом теплопроводности. Отношение коэффициентов теплопроводности материалов, из которых выполнены первая и вторая пары рабочих стенок кристаллизатора, равно 10-100. В качестве материала, из которого выполнены поворачивающаяся решетка с отверстиями и вставки, используют металлокерамику. Вставки устанавливают в верхней части кристаллизатора до зоны калибрования. Реализация устройства позволит повысить производительность процесса получения непрерывно-литых заготовок, увеличить выход годного, расширить ассортимент разливаемых металлов с различным уровнем пластичности и улучшить качество поверхности и внутренней структуры заготовок. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для получения непрерывно-литых заготовок, содержащее разливочную емкость и установленный под ней сборный кристаллизатор, состоящий из первой пары рабочих стенок, имеющих возможность совершения вращательного движения и выполненных с расширенным под углом к вертикали α = 7 - 30^o верхним участком, вертикальным нижним участком рабочей поверхности и криволинейным участком перехода от одного участка к другому, и второй пары вертикальных стенок, имеющих возможность возвратно-поступательного перемещения, отличающееся тем, что разливочная емкость выполнена обогреваемой с отверстиями диаметром 2 - 4 мм, расположенными по периметру донной части, и снабжена решеткой с аналогичными отверстиями, имеющей возможность поворота относительно донной части разливочной емкости и выполненной из материала с низким коэффициентом теплопроводности, при этом на поверхности второй пары вертикальных стенок выполнены пазы, в которые установлены вставки из материала с низким коэффициентом теплопроводности, а отношение коэффициентов теплопроводности материалов, из которых выполнены первая и вторая пары рабочих стенок кристаллизатора, λ₁/λ₂ = 10 - 100. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве материала с коэффициентом теплопроводности, из которого выполнены решетка с отверстиями и вставки, используют металлокерамику, при этом вставки устанавливают в верхней части кристаллизатора до зоны калибрования.