Способ отливки крупных слитков и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК B22D11/00 B22D11/108 

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что вращательное движение/Металлу сообщают путем ввода реагентов тангенциально к внутренней поверхности надставки.

3.Устройство для отливки крупных слитков, содержащее кристаллизатор

с надставкой, расположенной в полости кристаллиз-атора и герметично соединенной с ним, и каналом для подвода реагента-В полость кристаллизатора и надставки, отличающ е е с я тем, что, с целью улучшения качества слитка,надставка снабжена распределительными каналами, расположенными на поверхности нижнего торца надставки и направленными тангенциально к ее внутренней поверхности.I

4.Устройство по п. 3, отличающееся тем, что суммарная площадь поперечных сечений распределительных каналов равна 4-10 площадям поперечного сечения канала для подачи реагентов в полость кристаллизатора, причем высота распределительны каналов составляет 0,01-0,05 диаметра внутренней полости кристаллизатор

5.Устройство по п. 3, отличающееся тем, что надставка расположена в полости кристс1ллизатора с зазором, величина которого составляет 1-2 диаметра канала для подачи реагентов в кристаллизатор,

а толщина стенки надставки на уровне ее нижнего торца равна J3 ,3-0,6 радиуса внутренней полости кристаллизатора.

6.Устройство по п. 3, отличающееся тем, что, полость надставки и полость между надставкой и кристаллизатором выполнены уширенными книзу.

7.Устройство по п. 3, отличающееся тем, что надставка содержит шлаковую летку, входйое отверстие которой расположено выше верхнего торца кристаллизатора.

1. СПОСОБ ОТЛИВКИ КРУПНЫХ СЛИТКОВ, включсиощнй заполнение металлом полости надставки, подачу реагентов в полость кристаллизатора под давлением большим, чем давление столба жидкого металла на мениске в кристаллизаторе, о т л и ч а .ю ut и и с я тем, что, с целью улучшения качества слитка, жидкому мётгшлу в кристаллизаторе и в полости надставки сообщают вращательное движение в горизонтальной плоскости. 9 :с i:o :Э

Изобретение относится к металлургии , конкретнее к отливке крупных слитков. Известен способ отливки слитка в изложницу с установленной на не прибыльной надставкой . Однако качество слитков, отлитых этим способом, невысокое ( в св аи с повышенной ликвацией химиче ских элементов при затвердевании слитка, неравномерным отводом тепла от его кристаллизующейся поверхности, дефектами осевой зоны и пр. а потери металла в обрезь весьма значительны. Известен способ отливки слитка методом электрошлакового переплава (ЭШП), в процессе которого шлаковую и металлическую ванну интенсивно перемешивают газом, подаваемым под давлением через отверстия в стенке кристаллизатора, расположенные в го ризонтальной плоскости и под углом 30-60° к стенке 2. Этот способ позволяет улучшить качество слитка, увеличить выход годного, однако с увеличением диаметра слитка эффективность этого способа значительно уменьшается, так как струи вводимых в расплав реагентов воздействуют только на периферийную зону слитка и не оказывают существенного влияния на качество его осевой зоны. Наиболее близким к предлагаемому изобретению, по технической сущности и достигаемому результату является устройство для электрошлакового переплава, содержеицее кристаллизатор, обогреваемую надставку, введенную с зазором в полость кристаллизатора и герметично соединенную с ним, и фурмы для подачи газа. В описании устройства раскрыт и способ отливки слитков, по которому жидкий металл подают в кристсшлизатор из полости надставки, а давление столба расплава в кристаллизаторе уравновешивают давлением газа, непрерывно подаваемого в зазор между надставкой и стенками кристаллизатора, при этом избыток газа поступает в полость надставки, рафинируя металл 3 Этот способ позволяет воздействовать реагентами на осевую зону слитка, однако эффективность этого воздействия (из-за неупорядоченного ввода реагентов в полость надставки и кратковременности их контакта с металлом) невелика. Кроме того, при отливке крупных слитков этим способом реагенты практически не оказывают воздействия на кристаллизующуюся Поверхность слитка, не способствуют стабилизации температуры и состава металла по его периметру, что ухудшает качество слитка (приводит, например, к развитию разнотолщинности корки слитка, образованию значительных локальных напряжений в ней и, как следствие, к образованию трещин). Недостатком устройства для реализации известного способа являет,ся его сложность, обусловленная наличием металлургической емкости с установленной на ней головкой. того, наличие емкости и головки ие только способствует увеличению давления расплава на кристаллиэукядуюся корку слитка, но и существенно ограничивает функциональные возможности устройства, а небольшая толщина стенки надставки у ее нижнего торца и неупорядоченная подача реагентов в полость надставки существенно снижает эффективность использования реагентов, вводимых под давлением в полость кристаллизатора для улучшения качества слитка, получения более однородной структуры в его поперечном сечении и др.

Цель изобретения - улучшение качества слитка за счет увеличения зоны активного перемешивания металла реагентами.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу отливки крупных слитков,, включающем заполнение металлом полости надставки, подачу реагентов в полость кристаллизатора под давлением большим, чем давление столба жидкого металла на мениске в кристаллизаторе, жидкому металлу в кристаллизаторе и в полости надставки сообщают вращательное движение в горизонтальной плоскости, для чего реагенты в полость надставки вводят тангенциально к ее внутренней поверхности.

Устройство для отливки крупных слитков, включающее кристаллизатор с надставкой, расположенной в полости кристаллизатора и герметично соединенной с ним, и каналом для повода реагента в полость кристаллизатора и надставки, надставка снабжена распределительными каналс1Ми, расположенными на поверхности нижнего торца надставки и направленными тангенциально к ее внутренней поверхности.

Суммарная площадь поперечных сечений распределительных каналов иа нижнем торце надставки равна 4-10 площадям поперечного сечения канала для подачи реагентов в полость кристаллизатора, при этом высота распределительных каналов составляет 0,р1-0,05 диаметра внутренней полости кристаллизатора.

Надставка расположена в полости кристаллизатора с миник ьным зазором, не превышающим двух диаметров канала для подачи реагентов в полость кристаллизатора, а толщина стенки надставки на уровне ее нижнего торца равна 0,3-0,6 радиуса внутренней полости кристаллизатора.

Полость надставки и полость между надставкой и кристаллизаторе выполнены уширенными книзу.

Надставка содержит шлаковую летку, входное отверстие которой расположено выше верхнего торца кристаллизатора.

На фиг. 1 показано предлагаемое

устройство, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.. 1.

На кристаллизатор (.изложницу) 1 Сфиг. 1 ) устанрвлена надставка 2, удлиненная часть которой входит в

0 полость кристаллизатора с минимальным зазором, образуя с его внутренней поверхностью открытую снизу полость 3. Через надставку проходит канал 4 для подачи реагентов в по

j лость кристаллизатора. Полость 3 и прибыльная полость 5 надставки выполнены уширенными книзу, что позволяет легко отделить надставку от затвердевшего слитка. Толщина стенки надставки на уровне ее нижнего торца должна быть максимальной и составлять 0,3-0,6 радиуса отливаемого слитка, что позволяет иметь максимальную протяженность распределительных каналов 6 на горизонтально расположенной поверхности нижнего торца надставки, расширить зону активного воздействия реагентов (например, газа) на поверхностный слой металла в кристаллизаторе и на металл в прибыльной полости 5 надставки, а также увеличить продолжительность контакта этих реагентов с расплавленным металлом. Этому способствует и минимальная величина зазора между внутренней поверхностью кристаллизатора и надставкой, не превышающая двух диаметров канала 4. Каналы 6 полукруглого или трапецевидного поперечного сечения направлены тангенциально к внутренней поверхности

надставки 2 (что при данной толщине стенки надставки позволяет иметь каналы 6 максимальной длины) и на одинаковом расстоянии друг от

5 друга (фиг. 2. Суммарная площадь поперечных сечений распределительных каналов б равна 4-10 площадям поперечного сечения канала 4, а их высота - 0,01-0,05 диаметра отливаемого слитка, что обеспечивает подачу реагентов из полости 3 кристаллизатора в полость 5 надставки только по этим каналам, позволяет более полно использовать рафинирус ющую способность этих реагентов, их кинетическую энергию для перемешивания металла, сообщения ему направленного движения в горизонтальной плоскости (. при меньшей высоте и поперечном сечении каиалов 6,

0 чем указано выше, значительная часть реагентов будет поступать 8 полость надставки неупорядоченно, что снижает интенсивность перемети-, вания металла в этой полости, а

5 при более высоких значениях этих

параметров - интенсивность перемешие-ания верхнего слоя металла в кристалли-заторе существенно уменьшается) .

Надставка содержит шлаковую летКУ 7 для удаления из ее полости 5 тработанного шлака (при использовании в качестве реагента перегретого шлака или шлакообразующих материалов, вдуваемых в струе газа). Входное отверстие шлаковой летки расположено выше верхнего среза кристаллизатора, что облег ает удаление шлака из полости кристаллизатора. Надставка оборудована нагревательным устройством 8 для ее разогрева и регулирования процесса: кристаллизации металла в головной части слитка. Жидкий металл в устройство можно подавать, например, открытой струей из разливочного ковша (при отливке слитка в изложницу через удлиненный разливочный стакан под уровень металла в полости надставки (при непрерывном или полунепрерывном литье ), осуществляя электрошлаковый переплав расходуемого электрода 9 в полости 5 надставки или комбинируя зти способы подачи меташла, при зтом нижний конец разливочного стакана ( электрода ) должен быть расположен выше каналов б, так как это позволяет более зффективно воздействовать реагентами на жидкий металл до подачи его из полости надставки в кристаллизатор (например, с целью выра,нивания его температуры и состава в пределах поперечного сечения полости надставки и слитка).

Включают в работу нагреватель 8. Нагревают надставку до требуемой температуры и заполняют кристаллизатор (изложницу) 1 жидким металлом (и шлаком, если отливку производят под слоем жидкого шлака, например, методом ЭШП - фиг. 1).

Когда уровень расплава достигает поверхности нижнего торЦа надставки, по каналу 4 в полость 3 кристаллизатора начинают подавать, не прекращая подачи жидкого металла, реагенты например, аргон ) под давлением, при этом уровень металла в кристаллизаторе стабилизируется в пределах высоты каналов 6, а избыток реагенто поступает из полости кристаллизатора в полость 5 надставки по этим каналам, взаимодействуя с поверхностным слоем металла в кристаллизаторе и сообщая ему направленное движение (от стенок кристаллизатора к его продольной оси и одновременно вокруг этой оси ). Реагенты по каналам б вводят в полость 5 надставки тангенциально к поверхности этой полости, при этом максимально используют кинетическую энергию реагентов для сообщения металлу осевой зоны слитка вращательного движения в горизонтальной плоскрсти, увеличивают продолжительность контакта реагентов с расплавленным металлом и создают более благоприятные условия взаимодействия этих реагентов с расплавом. Когда уровень металла в полости 5 надставки достигает заданного, стабилизируют расход жидкого металла и реагентов в кристаллизатор и твердог металла из кристаллизатора и ведут процесс в непрерывном или полунепрерывном реяиме, при этом отработанный шлак самотеком удаляют из полости надставки через шлаковую летку 7, т.е. способ позволяет осуществить в полости надставки процесс рафинирования металла в условиях объемного противотока взаимодействующих фаз, для повышения эффективности которого металл вводят в полость надставки рассредоточенными струями (например, через погружной вращаюПцийся или стационарный разливочный стакан с боковыми отверстиями или отдельными каплями (например, методом ЭШП расходуемого электрода / выше уровня, на котором расположены каналы 6. ,

Таким образом, способ в процессе разливки и после завершения этого процесса позволяет активно воз1;ействовать реагентами на подприб альный слой тела слитка в пределах практически всей площади поперечного сечения этого слитка, а также на- объем металла в полости надставки. Кроме того, представляется возможным воздействовать и на кристаллизующуюся поверхность слитка С вращением его жидкой фазы). После окончания разливки вытягивание слитка из кристаллизатора прекращают сразу или когда уровень металла в прибыльной полости 5 надставки понизится до заданного, а подачу реагентов в полость кристаллизатора прекращают по истечении установленного технологической инструкцией времени после конца разливки, но не позже того, когда температура металла в полости надставки достигнет температуры ликвидуса, ниже которой вязкость металла значительно увеличивается и эффективность использования реагентов существенно снижается.

Способ позволяет регулировать скорость изменения температуры металла (cKOpqcTb кристаллизации) и в прибыльной и подприбыльной частях слитка, изменяя степень нагрева надставки, расход и температуру используемых реагентов и таким образом улучшить качество слитка (повысить его химическую и физическую однородность) .