ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК B22D11/49 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для непрерывного или полунепрерывного литья металлов, содержащему перемешивающее устройство, соответствующее преамбуле п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

При непрерывном или полунепрерывном литье расплавленный металл подается в кристаллизатор (литейную форму), в котором он охлаждается и формуется в виде удлиненного слитка. В зависимости от размеров поперечного сечения такой слиток называют чушкой, блюмом или слябом. В процессе литья первичный поток горячего расплавленного металла подают в охлаждаемый кристаллизатор, в котором металл охлаждается и, по меньшей мере, частично затвердевает в виде удлиненного слитка. Затем охлажденный и частично отвержденный слиток непрерывно выходит из кристаллизатора. В том месте, где слиток выходит из кристаллизатора, у него имеется отвержденная оболочка, которая окружает некристаллизовавшуюся сердцевину и которая, по меньшей мере, механически может поддерживать самое себя. Охлаждаемый кристаллизатор открыт с двух противоположных сторон в направлении литья, при этом, желательно, чтобы он был соединен с поддерживающими устройствами, а также устройствами для подачи хладагента и средствами поддержки. Желательно, чтобы кристаллизатор был выполнен из медного сплава с хорошей теплопроводностью.

Из литниковой чаши, которую также называют разливочным устройством, расплавленный металл подается в кристаллизатор через литниковую трубку, которая выступает внутрь кристаллизатора. Желательно, чтобы литниковая трубка выступала внутрь кристаллизатора настолько, чтобы она вдавалась в расплавленный металл, который уже присутствует в кристаллизаторе. Когда расплав из трубки втекает в расплав, который уже находится в кристаллизаторе, он вызывает так называемое первичное течение и так называемое вторичное течение. Первичное течение следует вниз, в направлении литья, в то время как вторичное течение идет от области стенок кристаллизатора вверх, в направлении поверхности расплава, которая называется мениском, и вниз (для различных ванн жидкого металла - сначала течение происходит в сторону мениска, а затем вниз). Мениск покрыт слоем, состоящим из литейного порошка, предназначенного для защиты от окружающей атмосферы и уменьшения тепловых потерь.

В других частях расплава, который присутствует в кристаллизаторе, в процессе литья имеют место периодические флуктуации скорости. Так возникают верхний и нижний контуры течений, в которых расплавленный металл движется сам по себе известным образом. В силу резонансных явлений, которые связаны с периодическими колебаниями таких контуров, глубоко вниз, в направлении литья будет происходить перенос больших пузырей, например пузырей аргона, включений оксидов из литниковой трубки, а также разного рода шлаков с поверхности расплава, то есть глубоко вниз, в слиток, который изначально образуется в кристаллизаторе. Это приводит к появлению включений и неоднородностей в готовом, кристаллизовавшемся слитке.

Если потоку горячего металла позволить входить в кристаллизатор неконтролируемым образом, то указанный поток будет глубоко проникать в слиток, что, видимо, будет негативно сказываться на качестве и производительности. Неконтролируемое течение горячего металла в слитке может приводить к инкапсуляции неметаллических частиц и/или газовых включений в отвержденном слитке или вызывать дефекты литья во внутренней структуре слитка. Глубокое проникновение потока горячего металла может также приводить к частичному повторному расплавлению кристаллизовавшейся структуры поверхности, так что расплав пробивает поверхностный слой внизу кристаллизатора, что приводит к серьезным нарушениям технологического процесса и длительным простоям для выполнения ремонта.

Вариации скорости, вызванные колебаниями течения в кристаллизаторе, приводят к вариациям давления в области мениска, а также к колебаниям высоты мениска. Когда скорость течения, а следовательно, турбулентность в зоне мениска становятся чересчур большими, это приводит к затягиванию вниз шлаков из литейного порошка и их дальнейшему опусканию в кристаллизовавшийся слиток, что увеличивает опасность образования трещин из-за неравномерного роста корки.

С другой стороны, когда скорость в зоне мениска становится чересчур низкой, есть опасность возникновения разницы температур, что может привести к локальной кристаллизации мениска с последующим риском образования трещин и задерживания частиц шлака под коркой, которая кристаллизуется на мениске. Поэтому важно, особенно при низких скоростях литья, поддерживать такое движение металла в области мениска, которое является оптимальным в отношении скоростей, чтобы подавать тепло для плавления литейного порошка, и в то же самое время постараться получить низкий уровень турбулентности. В области вокруг литниковой трубки имеется существенная опасность локального неблагоприятного течения или прекращения движения расплава, что приводит к образованию трещин в слитке. Кроме того, пульсирующее течение создает асимметрию скоростей в сторону дна кристаллизатора. В определенных ситуациях скорость на одной узкой стороне кристаллизатора может стать значительно больше скорости на противоположной узкой стороне, что приводит к мощному переносу вниз включений и газовых пузырей с последующим ухудшением качества предмета литья.

Из патентной публикации JP-57017355 Японии известны конструкции электромагнитных перемешивающих устройств, в которых указанное перемешивающее устройство в вертикальном направлении располагается так, чтобы расстояние от его верхнего края до мениска на длинной стороне кристаллизатора равнялось 200 мм или было больше 200 мм с целью предотвращения затягивания литейного порошка с мениска расплава вниз, в слиток. Размер перемешивающего устройства по широкой стороне кристаллизатора составляет 0,4-0,7 размера широкой стороны кристаллизатора, т.е. (0,4-0,7)^*b. Однако данное решение направлено только на создание перемешивания на определенной глубине расплава и не решает полностью вышеупомянутые проблемы, связанные с вариациями скорости.

Раскрытие изобретения

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание устройства для непрерывного или полунепрерывного литья металлов, в особенности литья слябов, которое способствует снижению влияния вышеупомянутых недостатков или устраняет их. В частности, задачей устройства является обеспечение равномерного течения в зоне мениска при различных скоростях поступления расплава.

Решение поставленной задачи достигается посредством перемешивающего устройства, представленного во вводной части описания, и отличающегося тем, что магнитопровод указанного устройства расположен таким образом, что его верхняя часть находится от мениска на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска до 195 мм ниже указанной поверхности.

За счет указанного устройства течение металла в области мениска отводится от узких сторон кристаллизатора внутрь, в направлении литниковой трубки, и в области мениска достигается однородность по всей ширине расплава, а также однородность формы течения, чем обеспечивается очень низкий уровень турбулентности, когда течение равномерно по всей ширине кристаллизатора. Когда перемешивающее устройство располагается так, как описано выше, то равномерно по всей ширине кристаллизатора получается достаточно сильное, встречно направленное течение в области мениска, и в то же самое время ограничивается турбулентность. Указанное расположение перемешивающего устройства также способствует получению хорошего вращения расплава вокруг литниковой трубки, а сама установка перемешивающего устройства гораздо проще по сравнению с существующими техническими решениями. За счет расположения перемешивающего устройства вышеописанным образом осуществляется оптимальное использование вторичного течения, и одновременно при помощи перемешивающего устройства это течение видоизменяется так, чтобы получить хорошее симметричное течение расплава в кристаллизаторе, включая хорошее горизонтальное течение расплава вокруг литниковой трубки, что способствует равномерному росту корки и одновременному сокращению объема включений в готовом слитке. Под «оптимальным использованием» понимается, что скорость движения расплава в области мениска (вторичного течения) поддерживается на постоянном уровне и не меняется во времени, и одновременно с этим скорость подачи металла (первичного течения), которая направлена от литниковой трубки вниз, должна поддерживаться на минимально возможном уровне, чтобы уменьшить риск попадания включений, сопровождающих расплав, глубоко вниз, в кристаллизовавшийся слиток. Размер магнитопроводов перемешивающего устройства в вертикальном направлении обычно составляет 240-280 мм.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения магнитопровод расположен так, чтобы его верхняя часть находилась от мениска на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска до 150 мм ниже указанной поверхности.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения магнитопровод расположен так, чтобы его верхняя часть находилась от мениска на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска до 100 мм ниже указанной поверхности.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения два перемешивающих устройства расположены симметрично относительно осевой линии широких сторон кристаллизатора и по обеим сторонам указанных широких сторон. Поскольку достаточно, чтобы магнитопроводы перемешивающего устройства захватывали только часть ширины слитка, такое решение устройства является экономически эффективным, так как при этом реализуется хорошее течение расплава вокруг литниковой трубки, а также равномерный профиль скоростей по всей толщине в направлении ширины слитка.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения два перемешивающих устройства расположены асимметрично по соответствующим сторонам длинных сторон кристаллизатора. Данный вариант осуществления имеет такие преимущества, как уменьшенный вес, уменьшенное потребление энергии и уменьшенное влияние магнитных полей на окружающее оборудование. Кроме того, шаг полюсов в данном случае большой, что дает максимально эффективную конструкцию перемешивающего устройства.

Дополнительные преимущества и полезные свойства изобретения будут понятны из последующего описания и зависимых пунктов формулы.

Краткое описание чертежей

Варианты настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

фиг.1 представляет собой эскиз, поясняющий устройство, соответствующее настоящему изобретению;

фиг.2 представляет собой вид сверху одного из вариантов осуществления устройства, соответствующего настоящему изобретению;

фиг.3 представляет собой объемное изображение устройства для непрерывного литья, соответствующего настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 приведен эскиз, поясняющий соответствующее изобретению устройство, которое содержит кристаллизатор 1, заключающий в себе расплав 2, который подается в кристаллизатор 1 посредством опущенной в расплав литниковой трубки 3. Расплав 2 охлаждается, и образуется кристаллизовавшийся слиток. Слиток непрерывно выходит из кристаллизатора 1. Согласно изобретению предусматривается, по меньшей мере, одно перемешивающее устройство 4, которое содержит стальной магнитопровод и катушку, намотанную вокруг магнитопровода, при этом магнитопроводы установлены так, что не захватывают всю длину широких сторон кристаллизатора, а захватывают, по меньшей мере, 50% длины широких сторон и, самое большее, 80% длины широких сторон кристаллизатора, симметрично относительно осевой линии 5 кристаллизатора, с обеих сторон кристаллизатора по его широкой стороне. Магнитопроводы установлены так, что их верхние части располагаются от мениска на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска 7 до 195 мм ниже указанной поверхности, чтобы создать вращательное перемешивание расплава под мениском 7 посредством периодического низкочастотного движущегося поля. За счет расположения перемешивающих устройств 4 описанным выше образом реализуется хорошее вращательное перемешивание расплава в кристаллизаторе, включая и хорошее перемешивание расплава вокруг литниковой трубки 3. Кроме того, тот факт, что перемешивающие устройства 4 не захватывают всю ширину кристаллизатора, означает, что отсутствует неблагоприятное влияние на нормальную картину течения, когда производится подача расплава в кристаллизатор через литниковую трубку 3.

На фиг.2 показан другой вариант осуществления изобретения, в котором перемешивающие устройства 8 расположены асимметрично на соответствующих сторонах кристаллизатора 9, по его широким сторонам 10, и установлены так, что верхние части магнитопроводов располагаются от мениска на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска до 195 мм ниже указанной поверхности.

Настоящее изобретение не ограничивается приведенными вариантами осуществления, напротив, в форму и детали осуществления изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема изобретения.

Изобретение относится к непрерывному или полунепрерывному литью металлов. Устройство содержит кристаллизатор (1), литниковую трубку (3), через которую расплавленный металл подается в кристаллизатор (1) под мениск (7) металла, и по меньшей мере одно перемешивающее устройство (4) со стальным магнитопроводом и намотанной вокруг него катушкой. Магнитопровод расположен в области мениска (7) на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска (7) до 195 мм ниже указанной поверхности. Длина магнитопровода составляет от 50% до 80% длины широкой стороны кристаллизатора (1). Высота магнитопровода составляет 240-280 мм. Перемешивающие устройства (4) расположены ассиметрично относительно осевой линии кристаллизатора (1) по его широким сторонам. Достигается стабильная скорость и симметричность движения расплава в области мениска, низкий уровень турбулентности, что обеспечивает равномерный рост корки и сокращение неметаллических включений в готовом слитке. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для непрерывного или полунепрерывного литья металла, содержащее кристаллизатор (1), имеющий две широкие стороны и две узкие стороны, с отношением длины широких сторон к длине узких сторон 2:1, через который расплавленный металл (2) проходит в процессе литья, и литниковую трубку (3), через которую расплавленный металл подается в расплав (2), уже присутствующий в кристаллизаторе (1), в область под мениском (7) указанного расплава на расстоянии от мениска (7), по меньшей мере, одно перемешивающее устройство (4), в котором предусмотрен стальной магнитопровод с намотанной вокруг него катушкой, причем магнитопровод вытянут вдоль широкой стороны кристаллизатора (1), а длина магнитопровода составляет от 50% до, максимум, 80% длины широкой стороны кристаллизатора (1), при этом магнитопровод выполнен с возможностью приложения к расплаву (2) магнитного поля для перемешивания расплава, отличающееся тем, что указанный магнитопровод расположен таким образом, что его верхняя часть находится от мениска (7) на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска (7) до 195 мм ниже указанной поверхности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитопровод расположен таким образом, что его верхняя часть находится от мениска (7) на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска (7) до 150 мм ниже указанной поверхности.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитопровод расположен таким образом, что его верхняя часть находится от мениска (7) на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска (7) до 100 мм ниже указанной поверхности.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что предусмотрено два перемешивающих устройства (4), которые расположены симметрично относительно осевой линии (5) широких сторон кристаллизатора (1) и по обеим сторонам указанных широких сторон.

5. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что предусмотрено два перемешивающих устройства (8), которые расположены асимметрично по соответствующим сторонам широких сторон кристаллизатора (1).