УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И ДЕФОРМАЦИИ ЗАГОТОВОК Российский патент 1999 года по МПК B22D11/04 

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке заготовок.

Известно устройство для непрерывной разливки металла /Свидетельство на полезную модель N 2526. Устройство для непрерывной разливки металла/В.В. Стулов, В.И.Одиноков. Опубл. 16.08.96г. Бюл. N 8/, содержащее кристаллизатор с рабочими стенками, внутри которых просверлены сквозные отверстия для прохода охлаждающей воды, причем кристаллизатор выполнен с двумя вертикальными стенками, установленными с возможностью возвратно- поступательного движения, и двумя наклонными в верхней части стенками, установленными с возможностью вращательного движения, и снабжен съемными накладками, имеющими наклонный и вертикальный участки и установленными на внутренних поверхностях стенок с наклоном в верхней части.

Недостатком известного устройства для непрерывной разливки металла является неравномерный подвод расплава по периметру жидкой ванны, а также недостаточная эффективность его охлаждения в верхней части кристаллизатора в зоне намораживания. При этом возникают ограничения по скорости разливки, обусловленные проникновением жидкой фазы на значительную глубину. Неравномерный подвод расплава по периметру жидкой ванны кристаллизатора отрицательно сказывается на деформации корочки и калибровании поверхности металла, обусловливая трещины и разрывы заготовки.

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 деформированных заготовок;
- увеличении выхода годного металла;
- улучшении качества поверхности и внутренней структуры заготовок.

Заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: кристаллизатор с рабочими стенками, внутри которых просверлены сквозные отверстия для прохода охлаждающей воды; кристаллизатор выполнен с двумя вертикальными стенками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения, и двумя наклонными в верхней части стенками, установленными с возможностью вращательного движения; кристаллизатор снабжен съемными накладками, имеющими накаченный и вертикальный участки и установленными на внутренних поверхностях стенок с наклоном в верхней части.

Отличительные признаки: разливочная емкость выполнена обогреваемой с отверстиями диаметром d=2-4 мм каждое, расположенными по периметру для распыливания расплава; разливочная емкость снабжена поворачивающейся решеткой с отверстиями с низким значением коэффициента теплопроводности; наклонные в верхней части стенки изготовлены из металлов с разливочным значением коэффициента теплопроводности: соотношение коэффициентов теплопроводности наклонной в верхней части стенки в зоне намораживания расплава λ₁ и в зоне обжатия корочки λ₂ равняется λ₁/λ₂ = 6-10; в съемной накладке на вертикальном участке в зоне калибрования устанавливается вставка; соотношение коэффициентов теплопроводности вставки λ₃ и съемной накладки λ₂ равняется λ₃/λ₂ = 5-8; высота вставки h связана с величиной подачи заготовки вертикальными стенками H соотношением h/H =1,2 - 1,5;
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков устройства и достигаемым техническим результатом достигается в следующем.

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

Уменьшение диаметра отверстий в разливочной емкости d<2 мм затрудняет истечение металлов с малой плотностью (алюминий и его сплавы) при уменьшении уровня расплава, а также металлов с высоким значением коэффициента теплопроводности (алюминий, медь, бронза) при уменьшении температуры расплава ниже допустимой. Кроме этого, увеличивается количество отверстий для обеспечения заданного расхода металла.

Увеличение диаметра отверстий в разливочной емкости D>4 мм приводит к вероятности проплавления корочки, формируемой вдоль наклонных в верхней части стенок, а также к недопустимой разнотолщности корочки по периметру, приводящий при деформации заготовки к растрескиванию.

Выполнение в разливочной емкости поворачивающейся решетки с отверстиями с низким значением коэффициента теплопроводности обеспечивает надежное истечение расплава в нужный момент, а также прекращение его подачи.

Выполнение наклонных в верхней части стенок из материалов с различным значением коэффициента теплопроводности позволяет регулировать величину теплоотвода по высоте кристаллизатора, а соответственно глубину проникновения жидкой фазы при заданном уровне и скорости разливки.

При уменьшении соотношения коэффициентов теплопроводности материалов стенки в зоне замораживания расплава λ₁ и в зоне обжатия корочки λ₂-λ₁/λ₂ <6 обеспечивает проникновение в ряде случаев на значительную глубину жидкой фазы (например, при разливке стали и сплавов с низким значением коэффициента теплопроводности) и формирование корочки недостаточной толщины, что отрицательно влияет на качество структуры заготовки и ее прочностные свойства.

Увеличение соотношения коэффициентов теплопроводности металлов стенки в зоне намораживания расплава λ₁ и в зоне обжатия корочки λ₂-λ₁/λ₂ >10 приводит к необходимости изготовления съемной накладки с минимальным значением коэффициента λ₂ (сталь) а, в зоне намораживания расплава из материала с максимальным значением λ₁ (медь), что нежелательно по причине недостаточной прочности меди. Недостаточная прочность меди приводит к выходу из строя стенки, выполненной с наклоном в верхней части при нарушении режимов разливки и переполнении кристаллизатора расплавом.

Выполнение в съемной накладке на вертикальном участке в зоне калибрования вставки со значением коэффициента теплопроводности λ₃ (λ₃ > λ₂) и соотношении λ₃/λ₂ <5 не позволяет регулировать теплопровод в зоне калибрования при нарушении режимов разливки и проникновении жидкой фазы в эту зону. Кроме этого, при λ₃/λ₂ <5 не обеспечивается достаточная скорость выравнивания температуры по ширине заготовки, обусловленная нарушением равномерного подвода расплава в кристаллизатор, а соответственно возможно растрескивание заготовки.

При соотношении коэффициентов теплопроводности вставки и съемной накладки в зоне калибрования λ₃/λ₂ >8 приводит к необходимости изготовления вставки из материала с более высоким значением λ₃ (например, из чистой меди), что нецелесообразно по причине недостаточной прочности вставки при сравнительно высоких температурах в случае частичного проникновения жидкой фазы в зону калибрования.

При выполнении вставки высотой h и соотношении h/H<1,2, где H-величина подачи металла вертикальными стенками, не обеспечивается получение заготовки с заданным качеством поверхности, особенно при высоких скоростях разливки, так как взаимодействует со вставкой только часть поверхности металла.

Увеличение соотношения h/H>1,5 приводит в ряде случаев к переохлаждению металла на поверхности вставки, а соответственно к снижению пластичности заготовки и ухудшению качества ее поверхности, особенно при получении изделий сложного профиля.

На фиг. 1 и 2 приведены внешний вид заявляемого устройства для непрерывного литья и деформации заготовок.

Заявляемое устройство на фиг. 1 и 2 состоит из обогреваемой разливочной емкости 1 с отверстиями 2, поворачивающейся решетки 3 с отверстиями 4, кристаллизатора 5, с вертикальными стенками 6 и наклонными в верхней части стенками 7 со сквозными отверстиями 8, съемных накладок 9 со вставками 10.

На фиг. 1 буквами A, B и C обозначены соответственно зоны намораживания расплава, обжатия корочки и калибрования поверхности заготовки.

Предварительно перед разливкой металла нижняя часть кристаллизатора перекрывается специальным приспособлением-затравкой, предотвращающим выливание из него расплава, и включается подача охлаждающей воды в отверстия 8 стенок 7.

Работа устройства на фиг. 1 и 2 заключается в следующем.

Расплав из разливочной емкости 1 с отверстиями 2 в днище через поворачивающуюся решетку 3 с отверстиями в виде тонких струек равномерно поступает в кристаллизатор 5 и затвердевает на поверхности охлаждаемых накладок 9 и стенок 7. После заполнения зоны намораживания расплава A устройство включается в работу. В процессе работы вертикальные стенки 6 совершают возвратно-поступательное движение с выталкиванием заготовки, а наклонные в верхней части стенки 7 с накладками 9 и вставками 10 - вращательное движение с деформацией корочки в зоне B и калиброванием поверхности заготовки в зоне C. На поверхности вставки 10 происходит выравнивание температуры заготовки. Основное тепло перегрева и кристаллизации расплава отводится в зоне намораживания A охлаждающей водой, поступающей в отверстия 8 стенок 7.

Сущность: устройство содержит разливочную емкость и кристаллизатор с рабочими стенками, внутри которых просверлены отверстия для прохода охлаждающей воды. Кристаллизатор выполнен с двумя вертикальными стенками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения, и двумя наклонными в верхней части стенками, установленными с возможностью вращательного движения. Разливочная емкость выполнена обогреваемой с отверстиями, расположенными в днище по периметру для распыливания расплава и снабжена поворачивающейся решеткой с отверстиями. Наклонные участки в верхней части стенки изготовлены со съемными накладками из материалов с различным значением коэффициента теплопроводности в зоне намораживания расплава λ₁ и в зоне обжатия корочки λ₂, кторые связаны соотношением λ₁/λ₂ = 6-10. Кроме этого, в съемной накладке на стенке, выполненной с наклоном в верхней части, в зоне калибрования устанавливается вставка. Коэффициенты теплопроводности вставки λ₃ и съемной накладки λ₂ связаны соотношением λ₃/λ₂ = 5-8. Высота вставки h и величина перемещения вертикальных стенок Н также связаны соотношением h/Н = 1,2 - 1,5. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для непрерывного литья и деформации заготовок, содержащее разливочную емкость и кристаллизатор с охлаждаемыми рабочими стенками, две из которых имеют возможность возвратно-поступательного движения и выполнены вертикальными, а две другие рабочие стенки имеют возможность вращательного движения и выполнены с наклонным верхним участком, имеющим зоны намораживания и обжатия, и вертикальным нижним калибровочным участком рабочей поверхности, на которых расположены съемные накладки, отличающееся тем, что разливочная емкость выполнена обогреваемой и с отверстиями 2 - 4 мм для распыливания металла, расположенными по периметру в днище емкости, и снабжена решеткой с отверстиями, имеющей возможность поворота относительно днища разливочной емкости и выполненной из материала с низким коэффициентом теплопроводности, а съемные накладки на рабочей поверхности наклонных участков стенок, имеющих возможность вращения, в зоне намораживания и обжатия выполнены из материалов с разными коэффициентами теплопроводности, при этом отношение коэффициента теплопроводности в зоне намораживания λ₁ к коэффициенту теплопроводности в зоне обжатия λ₂ равно 6 - 10. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что съемная накладка на нижнем вертикальном калибровочном участке плит, имеющих возможность вращательного движения, выполнена со вставкой, при этом отношение коэффициента теплопроводности материала, из которого выполнена вставка λ₃, и коэффициента материала съемной накладки на вертикальном участке λ₂ равно 5 - 8, а высота вставки h связана с величиной перемещения вертикальных стенок H соотношением h/H = 1,2 - 1,5.