КРИСТАЛЛИЗАТОР Российский патент 2003 года по МПК B22D11/04 B22D11/55 B22D11/07 

Изобретение относится к кристаллизатору установки для непрерывной разливки, состоящему из горячей головки, которая прилегает к верхней стороне распределителя разделительного средства и прижимает его нижнюю сторону к поверхности кристаллизатора, причем на радиально внутренней поверхности горячей головки выполнена свешивающаяся часть, которая выступает за распределитель разделительного средства в направлении удаления отливки и образует с рабочей поверхностью кристаллизатора кольцевой зазор.

Кристаллизатор с горячей головкой описанного выше рода известен из ЕР 0566865 (VAW), где разделительное средство через распределитель попадает к поверхности отливки, причем могут подаваться также два различных разделительных средства по отдельности или в виде смеси, например из жидкого разделительного масла и газообразной разделительной среды. Уже было обнаружено, что особенно благоприятно, если газомасляная смесь образуется только в зоне кристаллизатора.

Тем не менее, существуют проблемы в отношении возможности разливки так называемых трудноразливаемых сплавов, поскольку здесь качества поверхности зачастую недостаточно. Это касается, в частности, свинец-, цинк-, олово- и медьсодержащих алюминиевых сплавов. Они в последнее время приобрели значение для получения специальных и автоматных сплавов, которые должны применяться при высокой скорости резания.

Другая проблема состоит в точном регулировании давления газа, которое необходимо для того, чтобы разделительное средство достигало всей поверхности металлической отливки. При колебаниях давления легко могут возникнуть поверхностные дефекты, а при слишком высоком давлении существует опасность того, что газ улетучится через жидкий металл.

Для решения этой проблемы в US-PS 4732209 предложено использовать на внутренней стороне кристаллизатора графитовое кольцо, пористость которого отрегулирована так, что находящийся под давлением газ нагнетается снаружи через открытые поры графитового материала до внутренней стороны кристаллизатора и действует там в качестве разделительного средства между поверхностью образующейся металлической отливки и рабочей поверхностью кристаллизатора. По опыту заявителя этим, однако, не могут быть решены проблемы при получении трудноразливаемых сплавов.

Задачей изобретения является усовершенствование кристаллизатора с горячей головкой описанного выше рода таким образом, чтобы с его помощью можно разливать различные типы сплавов, в частности также трудноразливаемые сплавы, с удовлетворительным качеством поверхности.

Эта задача решается в кристаллизаторе установки для непрерывной разливки, состоящий из горячей головки, которая прилегает к верхней стороне распределителя разделительного средства и прижимает его нижнюю сторону к верхней поверхности кристаллизатора, причем на радиально внутренней поверхности горячей головки выполнена свешивающаяся часть, которая выступает за распределитель разделительного средства в направлении удаления отливки и образует с рабочей поверхностью кристаллизатора кольцевой зазор за счет того, что горячая головка центрирована и удерживается наружным кольцом, разъемно закрепленным на кристаллизаторе, кристаллизатор охватывает в направлении своей рабочей поверхности функциональное кольцо, которое вместе с распределителем разделительного средства образует на верхних сторонах функциональные поверхности с регулируемой шероховатостью, в распределителе разделительного средства на верхней и нижней сторонах выполнены радиальные каналы, причем сечения каналов верхней и нижней сторон соотносятся как 1:3-1:5.

Согласно предпочтительным формам выполнения функциональное кольцо может быть выполнено из меди или медных сплавов, или из керамических или композиционных материалов, или из графита;
над горячей головкой расположено зажимное кольцо, стягивающее горячую головку, распределитель разделительного средства, функциональное кольцо и кристаллизатор; функциональное кольцо имеет закрытую пористость 0-20% и плотность 1,5-10 г/см³; выполненные на верхней стороне распределителя разделительного средства радиальные каналы присоединены к находящейся под давлением газообразной среде, при этом на нижней стороне распределителя разделительного средства выполнены радиальные каналы, которые присоединены к находящейся под давлением емкости с жидкостью; нижние радиальные каналы распределителя разделительного средства выполнены по типу диффузора, причем радиально внешний подвод к распределителю разделительного средства выполнен приблизительно с квадратным сечением, а на радиально внутренней выходной стороне с прямоугольным сечением с соотношением поверхностей, по меньшей мере, 1: 2; в кристаллизаторе расположены охлаждающие каналы, которые доходят до зоны под распределителем разделительного средства и функциональным кольцом, причем теплоотвод в кольцевом зазоре происходит через пенный слой, выходящий в направлении удаления отливки и образованный газообразной и жидкой средами; нижняя часть горячей головки имеет примерно в 1,5-2,0 раза большую теплопроводность по сравнению с верхней частью горячей головки, а верхняя сторона распределителя разделительного средства закрыта активирующим кольцом.

Благодаря тому что кристаллизатор с горячей головкой согласно изобретению выполнен из нескольких колец, которые можно легко демонтировать и собрать, можно быстро заменить различные распределители разделительного средства и функциональные кольца в зависимости от нужного типа сплава.

Функциональные поверхности кольца в направлении распределителя разделительного средства и внутренней поверхности кристаллизатора образуют стенки с определенной шероховатостью для отформованных распределителем разделительного средства каналов. С помощью точно отрегулированной шероховатости и температуры функциональных поверхностей можно достичь определенного изменения вязкости жидкого разделительного средства для образования стабильного пенного слоя. За счет предложенного отношения сечений канала к регулированию состава смеси разделительных средств можно достичь пенообразования, которое в качестве высоковязкого распределительного средства особенно эффективно и, в частности, у трудноразливаемых сплавов обеспечивает особенно хорошее качество поверхности.

Благодаря тому что зажимное кольцо, которым можно стянуть между собой горячую головку, распределитель разделительного средства и кристаллизатор, расположено над горячей головкой, после ослабления зажимного и наружного кольца распределитель разделительного средства и функциональное кольцо легко заменяются. При этом обеспечивается легкая подгонка ответственных за пенообразование сечений поверхности и каналов.

Возможность выбора определенной пористости и удельной плотности позволяет улучшить стабильность пены распределительного средства.

Как уже сказано выше, распределить разделительного средства используется для образования газонаправляющих каналов на его верхней стороне, а на его нижней стороне - для жидкого разделительного средства. Каналы должны быть изготовлены с очень высокой точностью, что достигается, например, лазерной обработкой или химическим травлением.

Доля воздуха в пене разделительного средства определяется также формой сечения радиальных каналов распределителя разделительного средства и соотношением площадей каналов для образования равномерно распределенной по периферии пены разделительного средства. В этих условиях разделительное средство выполнено особенно мелкоячеистым и, тем самым, обладающим несущей способностью, так что жидкий компонент разделительного средства может быть уменьшен.

Уже упомянутое охлаждение функционального кольца происходит предпочтительно за счет того, что в кристаллизаторе расположены охлаждающие каналы, которые доходят до зоны функционального кольца. В этой зоне первичного охлаждения устанавливают температуру для быстрого действия разделительного средства. В примыкающей зоне вторичного охлаждения заботятся о быстром теплоотводе, поскольку охлаждающие каналы проходят здесь в направлении удаления слитка и впадают в щелевое сопло. Здесь давление охлаждающего средства снижают, так что охлаждающая среда контактирует с алюминиевым слитком и продолжает охлаждать его. Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью нескольких примеров выполнения, показанных на чертежах, где на фиг.1 показан общий вид кристаллизатора с горячей головкой согласно изобретению в разобранном виде; фиг.2 - кристаллизатор с горячей головкой согласно изобретению в процессе непрерывной разливки (принципиальная схема).

На фиг.1 приведены следующие части кристаллизатора с горячей головкой в разобранном виде, которые вставляются друг в друга:
1a - горячая головка
1b - горячая головка
2 - распределитель разделительного средства
3 - кристаллизатор
4 - наружное кольцо
5 - функциональное кольцо
6 - зажимное кольцо
7 - активирующее кольцо
8 - дно
9 - нажимная пластина
10 - металлическая отливка
11 - кольцевой зазор
12 - пена разделительного средства
14 - кольцевой зазор
15 - охлаждающие каналы
16 - пенный слой.

Как видно из формулы изобретения, выполнение определенных функциональных поверхностей имеет решающее значение для образования стабильной пены разделительного средства.

В качестве новых признаков и дополнения функциональных поверхностей введено активирующее кольцо 7, которое может быть изготовлено из различных материалов. Активирующее кольцо 7 расположено между наружным кольцом 4 и верхней стороной распределителя 2 разделительного средства. Оно закрывает, таким образом, сверху выполненные в распределителе 2 разделительного средства каналы. Шероховатость его поверхностей отличается от шероховатости горячей головки 1b и может быть отрегулированы по соответствующим требованиям к разделительному средству. Благодаря этому одновременно можно управлять теплопередачей расположенного под горячей головкой 1b распределителя 2 разделительного средства.

Кристаллизатор 3 дополнен наружным 4 и функциональным 5 кольцами. Посредством зажимного кольца 6 части системы собирают между собой с включением активирующего кольца 7. Завершают комплектность кристаллизатора дном 8 и нажимной пластиной 9.

С помощью фиг.2 поясняется принципиальная конструкция кристаллизатора с горячей головкой согласно изобретению, и при этом подробно описан увеличенный фрагмент под свешивающейся частью горячей головки 1b. Виден кольцевой зазор 11 под свешивающейся частью, причем боковые стенки кольцевого зазора образованы, с одной стороны, свешивающейся частью горячей головки, а с другой стороны, внутренним радиусом распределителя 2 разделительного средства и функционального кольца 5. При подаче газообразного и жидкого разделительных средств внутри соотношения объемов согласно изобретению происходит образование стабильной пены 12 разделительного средства, которая образуется в виде замкнутого пенного слоя между кристаллизатором 3 и отливкой 10.

Прежде всего посредством шероховатости поверхности регулируют вязкость разделительного средства как в газовой, так и в жидкостной зоне. Вязкость разделительного средства существенно влияет на пенообразование. Кроме того, можно управлять давлением и количеством подаваемых газообразной и жидкой сред, так что состав пены разделительного средства можно регулировать в широких пределах.

С помощью разделительного средства может происходить управляемый теплоотвод или может быть создано изолирующее действие, которое, в частности, является особенно предпочтительно для трудноразливаемых сплавов.

Изобретение относится к металлургии. Кристаллизатор установки для непрерывной разливки состоит из горячей головки (1а, 1b), прилегающей к верхней стороне распределителя (2) разделительного средства, и прижимает его нижнюю сторону к поверхности кристаллизатора (3). На радиально-внутренней поверхности горячей головки (1а, 1b) выполнена свешивающаяся часть, которая выступает за распределитель (2) разделительного средства в направлении удаления отливки и образует с рабочей поверхностью кристаллизатора кольцевой зазор (11). Горячая головка (1а, 1b) центрирована и удерживается наружным кольцом (4), разъемно закрепленным на кристаллизаторе. Кристаллизатор (3) охватывает в направлении своей рабочей поверхности функциональное кольцо (5), которое вместе с распределителем (2) разделительного средства образует на верхних сторонах функциональные поверхности с регулируемой шероховатостью. В распределителе (2) разделительного средства на верхней и нижней сторонах выполнены радиальные каналы, причем сечения каналов верхней и нижней сторон соотносятся как 1:3 - 1:5. Технический результат - создание такой конструкции кристаллизатора, которая позволяла бы разливать различные типы сплавов, в частности также трудноразливаемые, с удовлетворительным качеством поверхности. 10 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Кристаллизатор установки для непрерывной разливки, состоящий из горячей головки (1а, 1b), которая прилегает к верхней стороне распределителя (2) разделительного средства и прижимает его нижнюю сторону к верхней поверхности кристаллизатора (3), причем на радиально внутренней поверхности горячей головки (1а, 1b) выполнена свешивающаяся часть, которая выступает за распределитель (2) разделительного средства в направлении удаления отливки и образует с рабочей поверхностью кристаллизатора кольцевой зазор (11), отличающийся тем, что горячая головка (1а, 1b) центрирована и удерживается наружным кольцом (4), разъемно закрепленным на кристаллизаторе (3), кристаллизатор (3) охватывает в направлении своей рабочей поверхности функциональное кольцо (5), которое вместе с распределителем (2) разделительного средства образует на верхних сторонах функциональные поверхности с регулируемой шероховатостью, в распределителе (2) разделительного средства на верхней и нижней сторонах выполнены радиальные каналы, причем сечения каналов верхней и нижней сторон соотносятся, как 1:3-1:5.2. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что функциональное кольцо (5) выполнено из меди или медных сплавов.3. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что функциональное кольцо (5) выполнено из керамических или композиционных материалов.4. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что функциональное кольцо (5) выполнено из графита.5. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что над горячей головкой (1а, 1b) расположено зажимное кольцо (6), стягивающее горячую головку (1а, 1b), распределитель (2) разделительного средства, функциональное кольцо (5) и кристаллизатор (3).6. Кристаллизатор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что функциональное кольцо (5) имеет закрытую пористость 0-20% и плотность 1,5-10 г/см³.7. Кристаллизатор по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что выполненные на верхней стороне распределителя (2) разделительного средства радиальные каналы присоединены к находящейся под давлением газообразной среде, при этом на нижней стороне распределителя (2) разделительного средства выполнены радиальные каналы, которые присоединены к находящейся под давлением емкости с жидкостью.8. Кристаллизатор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что нижние радиальные каналы распределителя разделительного средства выполнены по типу диффузора, причем радиально внешний подвод к распределителю (2) разделительного средства выполнен приблизительно с квадратным сечением, а на радиально внутренней выходной стороне - с прямоугольным сечением с соотношением поверхностей по меньшей мере 1:2.9. Кристаллизатор по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что в кристаллизаторе (3) расположены охлаждающие каналы (15), которые доходят до зоны под распределителем (2) разделительного средства и функциональным кольцом (5), причем теплоотвод в кольцевом зазоре (14) происходит через пенный слой (16), выходящий в направлении удаления отливки и образованный газообразной и жидкой средами.10. Кристаллизатор по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что нижняя часть горячей головки (1b) имеет, примерно, в 1,5-2,0 раза большую теплопроводность по сравнению с верхней частью горячей головки (1а).11. Кристаллизатор по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что верхняя сторона распределителя (2) разделительного средства закрыта активирующим кольцом (7).