Способ непрерывного литья металлов Советский патент 1985 года по МПК B22D11/00 

1 Изобретение относится к черной и цветной металлургии и может быть использовано при непрерывном литье металлов, преимущественно в крупные слитки для кузнечного и прокатного производства, а также в расходуемые электроды для переплава. Известен способ непрерывной разливки металлов, включающий операцию вращения кристаллизатора. Данный способ позволяет улучшить условия кристаллизации за счет улучшения охлаждения слитка lj . Недостатком данного способа является низкое качество металла вследствие получения пористости и длинной усадочной раковины. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ непрерывного литья металлов, при ко тором в процессе вытягивания слитка из кристаллизатора слиток вращают вокруг его оси симметрии вместе с кристаллизатором, при этом улучшаются структуры слитка, ускоряются кристаллизация жидкой фазы в нем, получа1от лучшее качество поверхности слитка. Недостатком известного способа является получение остаточной осев пористости в слитке, которая приводит при последунэдей ковке или прокатке к расслоению и окислению металла. Пористость возникает в резу тате отсутствия перемешивания жидк фазы слитка а его центре во время вращения при кристаллизации. Кроме того, центробежные силы отбрасываю тяжелые фракшто слитка к периферии что способствует .образованию порис тости и сосредоточению в центре не металлических включений, что снижа механические свойства металла осевой зоны. Цель изобретения - повьш1ение ка чества металла. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу непрерьш ного литья металлов,вк.ючающему по дачу расплава в кристаллизатор и вытягивание слитка, при этом кристаллизатор и слиток вращают вокруг оси кристаллизатора, кристаллизато и слитку сообщают дополнительное планетарное движение относительно оси, параллельной оси кристаллизатора . 7 При этом угловые скорости вращения кристаллизатора вокруг его оси ланетарного движения направлены в ротивоположные стороны. КрЬме того, планетарное движение кристаллизатора осуществляют с эксцентриситетом, равным 0,2-1,5 среднего размера сечения слитка. На фиг. 1 и 2 изображена схема, иллюстрирующая предлагаемый способ; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 и 6 - варианты устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 6. Устройство, осуществляющее предложенный способ, содержит планшайбу 1, на которой с эксцентриситетом р относительно оси вращения планшайбы О установлен кристаллизатор 2 с возможностью вращения относительно оси О,, жестко соединенный со штоком 3, установленным в направляющей 4, закрепленной шарнирно на непогчг ной стойке 5. Внутри кристаллизатора полуокружностями 6 обозначена форма мениска жидкой фазы слитка 7, нижний конец которого закреплен в затравке 8, установленной с возможностью вращения в траверсе 9. Планшайба 1 оборудована зубчатым венцом, который зацепляется с шестерней 10, установленной на приводе 1 1 . Траверса 9 подвешена на винтах 12, которые установлены в подшипниках, вмонтированных во вращающемся основании 13, установленном на подшипниках в планетарной шестерне 14, которая закреплена неподвижно. Привод 15 вращения винтов 12 установлен неподвижно. Вращение от привода 15 передается через вал 16 на шестерню 17 и колесо 18, а затем через колесо 19 на шестерни 20 и 21. Во внутреннюю полость кристаллизатора введен разливочный стакан 22. Планшайба 1 связана направлякяцими 23 с основанием 13. В подшипниках, вмонтированных в планшайбу 1 и основание 13, установлен трансмиссионный вал 24, на конце, которого закреплено зубчатое колесо 25, зацепляющееся с планетарной шестерней 3 14. С траверсой 9 совместно передвигается по трансмиссионному валу 24 скользящая шестерня 26, зацепляю щаяся с колесом 27, закрепленным на валу затравки 8. На фиг. 5 изображен вариант устройства для реализации,способа, вкл чающего планщайбу 28, связанную через зубчатый венец и шестерню 29 с приводом 30. Установлены два кристал лизатора 31 и 32 с возможностью вра щения относительно собственных осей (технологических осей). На основании 33 установлены тянущие клети 34 и 35 также с возможностью вращения относитвльно технологических осей. На основании .33 установлен дополнительный привод вращения кристаллизаторов 36 и тянущих клетей, кинематическая связь между которыми осуществляется через шестерню 37, зубчатое колесо 38 , вал 39, установленный в подшипниках основания 33 и планшайбы 28, на котором закреплены шестерния 40-41, закрепляюощеся с венцами кристаллизаторов 42 и 43 и венцами тянущих клетей 44 и 45. Планшайба 28 и основание 33 жестко связаны между собой связью 46. На планшайбе 28 устанавливается разливочное устройство 47. Слитки обозначены позицией 48, 49. На фиг. 6 представлен еще один вариант устройства для осуществления способа.При этом варианте платформа 50 установлена на эксцентриках 51 и 52, закрепленных на горизонтальном валу 53j который установлен в подшипниках и на его консольном конце закреп лено зубчатое колесо 54, зацепляющёвся с шестерней 55, установленной на валу 56 привода 57. На.платформе 50 установлены метаплоприемник 58, горизонтальный кристаллизатор 59 и тянущая клеть 60 В металлоприемник входит заливочный стакан 61. Слиток обозначен позицией 62. Стрелкой Ci) показано направление вращения кристаллизатора с твердой фазой (оболочкой слитка). Стрелкой Uf показано н равление вращения планшайбы 1, а стрелкой Oj - направление поворота жидкой фазы слитка, при этом стрелкой Р показано направление действия центробежной силы на слиток и его жидкую фазу в данный мрмрнт. 874 Эксцентриситет pQ выбирают в пределах 0,2-1,5 среднего размера сечения слитка. Предлагаемый способ непрерывного литья металлов осуществляют со следующей последовательностью операций. В кристаллизатор 2, с предварительно введенной в него затравкой 8 через разливочный стакан 22 подают жидкий металл. По достижению жидким металлом уровня отстоящего на 100-120 мм от верхнего края кристаллизатора 2, сообщают вращение планшайбе t. При этом планщайба 1, вращаясь, схюбщает кристаллизатору 2 круговое движение относительно оси расположенной параллельно оси симметрии слитка О с эксцентриситетом р , но поскольку кристаллизатор установлен на планшайбе 1 с возможностью вращения относительно оси 0 (т.е. собствен ной оси), а также имеет дополнительную кинематическую связь через шток 3, направляющую 4 и стойку 5 с неподвижньпчи ча стями конструкции, то он вместе со слитком вращается вокруг общей оси симметрии О, , получает дополнительное планетарное движение, вращаясь относительно другой оси О , параллельной указанной оси симметрии При этом угловые скорости вращения слитка относительно оси сию етрии и планетарного движения направлены в разные стороны, соответственное) . и О, . Вращение планшайбе 1 сообщают от электродвигателя через шестерню 10 и .. . выполненный заодно 5 . г планЬайбой 1.Поскольку планшайба 2 с помощью стоек 23 связана с основанием 13, то. последнее также вращается в подшипниках планетарной шестерни, которая закреплена стационарно. ри этом вращаются и остальные элеенты устройства, смонтированные на планшайбе 1 и основании 13. После сообщения слитку планетарого движения его вытягивают. Вытяивание слитка 7 осуществляется при ращении винтов 16, которые пе| мещат траверсу -9 вместе с затравкой 8. ривод вращения винтов 12 осущестляют от стационарно установленного вигателя 15 через коническую пару 17 и 18. Коническое колесо 18 передат вращение шестерне 19. Их общий ал проходит через центр основания 13 и вращается независимо от вращения основания 13. С шестерни 19 вращение через зубчатые колеса 20 и 21 передается на винты 18. Таким образом, перемещение траверсы 9 бсущест вляется независимо от вращения планшайбы 1 и основания 13 и скорость его можно регулировать изменением . оборотов двигателя 15. Поскольку кристаллизатор 2 вращается со слитком вокруг общей оси сим метрии 0( и получает дополнительное планетарное движение вращаясь относительно другой оси О , то и затрав ка 8 вращается по этому же закону. Это достигается путем обкатки зубчатого колеса 25, которое вращает трансмиссионньА вал 24, а тот, в свою очередь, через скользящую шестерню 26 и колесо 27 вращает затравку. Необходимая скорость вращения затравки согласовывается передаточным отношением 1:1 а парах 14 и 25 и 26 и 27. При вращении кристаллизатора 2 со слитком относительно общей оси симметрии и сообщении им дополнительного планетарного движения путем вращения относительно другой оси параллельной указанной оси симметрии, возникают -следующие явления. Жидкая фаза слитка вращается в направлении О- противоположном направлению вращения кристаллизатора С0| и твердой фазы слитка 7 и совпа дающим с направлением планетарного движения CD . Мениск ж(дкой фазы приобретает форму 6 с волной, бегущей н направлении )/; Это заставляет жидкую фазу слитка активно перемешиваться, что вызы вает ускорение снятие перегрева рас плава жидкой фазы, замедления рост твердой корки слитка и тем самым ув личивается отвод тепла через стенку кристаллизатора, что. благоприятно сказывается на стойкости твердой об лочки, так как уменьшается вероятность образования ужимин и продольных трещин. Возникает механическая эррозия фронта кристаллизации, на к торую влияет также центробежная сил FU , сопровождаемая разрушением ден ритрв, обломки которых ускоряют кри таллизацию металла. Все зто способствует образованию мелкозернистой структуры слитка без раковин и неметаллических включений, без трещин и с хорошей поверхностно, т.е. улучшается качество. Отводу тепла от центра слитка, а, следовательно, и улучшению процесса кристаллизации, способствует и бегущая волна в направлении со„ на мениске 6. Величина силы Рц , необходимая для создания смещения фронта кристал Лизации Ивозникновения бегущей волны в направлении, зависит от расстояния p(j (эксцентриситета) между осью планетарного движения О и центром слитка и кристаллизатора 0 , а также от массы и скорости вращения. При этом при воздействии на слиток сила F(j не вызывает разрушение или вьтучивание корки (твердой фазы 7) слитка. Необходимую величину силы Fu позволяет создать выбор йд в пределах 0,2-1,5 Среднего размера сечения слитка. При величине 3 меньше 0,2 среднего размера сечения слитка эффективность воздействия центробежных сил низкая, а при РО большим 1,5 среднего размера сечения слитка усложняется конструкция машины и возможно разбрызгивание металла. Пример . На лабораторной установке, схема которой изображена на фиг. 1-4, быпи получены слитки ф 150 мм из стали 45 длиной до 1000 мм по предлагаемому способу.При этом скорость планетарного вращения достигала 40-60 об/мин, высота бегу-щей волны достигала 40 мм. В статическом состоянии уровень жидкого металла в кристаллизаторе был ниже его верхнего края на 100 мм. Скорость вытягивания составляла около 2,5 в минуту. Эксцентриситет составлял ро 0,5. Полученный слиток имел поверхность, на которой отсутствовали трещины и ужимы, осевая пористость в головной и донных частях слитка не прослеживалась. На кузнечном переделе слиток был прокован без расслоений и других дефектов. Слиток того же размера, полученный известным способом, расслоился. Таким образом, при примене711342878

1

НИИ предлагаемого способа может бвггь качественные изделия из них. Снижение получен слиток улучшенного качества. потерь от брака на мапшнах непрерывноИспользрвание изобретения позволя- водитеяьности одной машины 100 тыс. ет уменьшить отходы металла при пере- STB год может быть создана экономия деле слитков, а также получать более 3000 т стали в год. го литья составляет 3-4%. При проиэ Риг.2

1. СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ, включающий подачу расплава в кристаллизатор и вытягивание слитка, при этом кристаллизатор и слиток вращают вокруг оси кристаллизатора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества металла, кристаллизатору и слитку сообщают дополнительное планетарное движение относительно оси, параллельной оси кристаллизатора . 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что угловые скорости вращения кристаллизатора вокруг его оси и планетарного движения направлены в противоположные стороны, 3.Способ ПОПП.1 и 2,отличающийся тем, что планетарное движение кристаллизатора осуществляют с эксцентриситетом, равным 0,2-1,5 среднего размера сечения слитка. СО 4 ю 00 ч1

Фиг.

3

ue.S SB 55

-Z

7

W

Фиг. 7 Фиг.6