Устройство для непрерывного получения металлической ленты Советский патент 1992 года по МПК B22D11/08 

сл

С

Изобретение относится к устройствам для непрерывного получения металлической ленты, а именно к производству аморфных и мелкокристаллических материалов. Целью изобретения является повышение качества получаемой ленты за счет стабильности условий ее охлаждения и устранения возмущающего воздействия набегающего потока воздуха. Устройство содержит стакан 1 для подачи расплава и вращающийся валок-кристаллизатор 2, при этом нижняя задняя часть стакана профилирована эквидистантно поверхности валка-кристаллизатора по длине дуги 17-25°. Кроме того, стакан может быть выполнен с возможностью вертикального перемещения относительно валка-кристаллизатора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

XI CJ

Ј

OJ

Фиъ.1

Изобретение относится к области про- извосдтва черных и цветных металлов и может быть использовано для получения тонкой металлической ленты с аморфной и мелкокристаллической структурой при сверхвысоких скоростях охлаждения расплава,

Известно устройство непрерывного получения металлической ленты, содержащее устройство подачи расплава и вращающийся валок.

Недостатком данного устройство является невозможность получения ленты стабильной ширины и толщины из-за недостатков конструкции, обусловленных тем, что при высоких скоростях разливки (более 20 м/с) движущаяся поверхность, за счет сил молекулярного сцепления, захватывает близлежащие слои воздуха, которые оказывают дестабилизирующее воздействие на процесс формирования ленты.

Известен способ получения быстроза- каленной металлической ленты, включающий подачу металлического расплава струей постоянного сечения под углом 20- 70° на охлаждающую поверхность вращающегося ролика.

Недостатком устройства является невозможность получения требуемой точности и воспроизводимости геометрических размеров, наличие дефектов на поверхности и кромках лент, шероховатость поверхности.

Известно устройство для непрырывно- го получения металлической ленты, содержащее валок, стакан с отверстием внизу и камеру с экралами для удаления, пограничного слоя газа.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции и возможность попадания в расплав графита, которым пропитана войлочная лента экрана. Последнее обусловлено тем, что при работе валок разогревается, что приводит к испарению графита с контактной поверхности Экран- валок. Так как в камере создается разряжение, пары графита попадают в расплав, а соответственно, и в затвердевшую ленту, что резко ухудшает электро-технические свойства изделий, т.е. снижается качество получаемой ленты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для получения тонких металлических лент, в котором нижняя часть устройства выполнена по радиусу, составляющему 40-85% от радиуса вращающегося валка. Согласно техническому решению профилированная часть выполнена только на ширину выходного канала, который повернут на некоторый угол относительно образующей.

Недостатком настоящего устройства является малая протяженность профи лированной части (длина дуги не более 5°), что не предотвращает дестабилизирующего действия набегающего воздушного потока. К тому же, различие в расстояних от концов прямоугольного выходного канала до краев

0 профилированной нижней части не позволяет стабильно разливать ленту шириной более 100 мм, так как в этом случае это различие составляет 30 мм, что приводит к появлению неравномерности температур

5 по сечению. Это способствует образованию внутренних напряжений и ухудшению качества ленты.

Цель изобретения - стабилизация процесса получения ленты и улучшение ее каче0 ства.

Для достижения поставленной цели нижняя задняя часть стакана для подачи расплава, составного элемента устройства для непрерывного получения металличе5 ской ленты из расплава выполнена профилированной эквидистантно поверхности валка кристаллизатора, причем на участке длины дуги 17-25° и стакан выполнен с возможностью вертикального перемещения от0 носительно поверхности валкового кристаллизатора.

При вращении валка с высокой скоростью происходит вращение прилегающего слоя воздуха вследствие сил молекулярного

5 трения между поверхностью слоя металла и воздуха. В этом случае вращающийся валок, подобно вентилятору, создает воздушный поток, который дестабилизирует процесс разливки. Кроме того, воздушный поток от0 жимает формирующую ленту от валка, умень- шая теплопередачу от расплава к поверхности валка и уменьшает скорость охлаждения жидкого металла, что приводит к снижению возможности достижения

5 аморфного состояния. Под воздействием воздушного потока на расплав формирующаяся лента имеет неровные края и нестабильную микроструктуру вследствие возникающей нестабильности Марангони.

0 Кроме того, результатом воздействия воздуха на расплав является образование каверн. Толщина возмущенного слоя воздуха, в зависимости от скорости вращения валка, достигает 100 мм, в котором можно выделить

5 ламинарный приповерхностный слой, турбулентный слой и слой слабого возг. /щения. Наибольшее дестабилизирующее влияние на процесс литья металла оказывает турбулентный слой, способствующий развитию нестабильности Марангони и формированию каверн, а также ламинарный слой, отжимающий ленту.

Для погашения негативного влияния турбулентного потока воздуха на струю расплава и уменьшение воздействия ламинарного потока нижняя часть устройства подачи расплава - стакан выполняется профилированной и имеет возможность вертикального перемещения в зависимости от скорости вращения валка-кристаллизатора.

Из теории газодинамики можно определить распределение продольной скорости воздуха по толщине возмущенного слоя: Wx 3 у 1 W где Wx - мгновенное значение скорости.

Фактические толщины воздушных слоев находим из:

а) ламинарный слой дп 4,64 х VRO

1НФ3

(1)

(2)

где х - определяющий размер; Re - число Рейнольдса; дп толщина ламинарного слоя; б) турбулентного из соотношения:

5л 194п,

Re

0,7

где (Зт - толщина турбулентного слоя.

Критическое число Рейнольдса, характеризующее переход ламинарного течения в турбулентный, для воздуха равно 105. Анализ существующих устройств получения аморфной и мелкокристаллической ленты методом сверхбыстрого охлаждения расплава показывает, что для них число Рей ,9я Pi 01 (Т2 - Тв) -р Mb (Ci ATi + Ci ATi ) + 0.92 я Dap (T2 - Tc) 9л D а2 (Т2 - Тв) + on (Ti - Т2)

где а, (%2, &с коэфициент теплоотдачи от расплава к валку, от валка к воде и от расплава к воздуху соответственно;

Т2, Ть, Тс - температура валка, охлаждающей воды и воздуха соответственно, К;

Ci1, Ci - теплоемкость материала ленты в жидком состоянии и твердом соответственно, Дж/кг, К;

L-теплота кристаллизации, Дж/кг;

ATi Тзал-Ткр; ATi TKp-TiK;

Тзал, Ткр, Т-|к-температуры заливаемого расплава кристаллизации и ленты в момент съема, К;

р- плотность материала ленты, кг/м;

b - толщина ленты, м.

Подставляя действительные значения параметров и теплофизических свойств разливаемого металла, например, сплава на основе алюминия, получаем максимальное

нольдса лежит в пределах 1,15 10 - 1,35 10б.

Причем, с увеличением числа Рейнольдса (т.е. скорости вращения валка),

относительная и абсолютная толщина ламинарного слоя уменьшается, Так, при Re 1-10 толщина ламинарного слоя составляет 6,2% от турбулентного, а для Re 1,3 10 -10. Т.е. стакан для подачи расплава

должен обладать возможностью вертикального перемещения относительно поверхности валкового кристаллизатора, чтобы максимально устранить влияние ламинарного слоя в зависимости от величины чисел

Рейнольдса.

Минимальная протяженность профилированной части устройства (величина угла а)

с Л

определяется для Re 10 : 360

амин

rflev- коэффициент кинематической вязкости, м2/с;

W-линейная скорость вращения валка, м/с;

D - диаметр валка, м. Подстановка действительных значений для воздуха дает а 17°.

Из решения уравнения теплового ба- ланса системы получаем выражение, связы- вающее между собой максимальное значение длины профилированной части стакана для подачи расплава и основных геометрических и тепловых параметров процессов литья, обеспечивающих стабильность разливки

(5)

значение длины профильной части, равной длине дуги с центральным углом 25°.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство; на фиг.2 - схема возмущенного слоя воздуха.

Устройство для получения металлической ленты включает стакан для подачи расплава 1 с отверстием и профилированным участком А, вращающийся валок 2, и отливаемую ленту.

Устройство для непрерывного получения металлической ленты работает следующим образом.

В устройство подачи расплава 1 подается жидкий металл, который под действием силы тяжести вытекает через отверстие в данной части на поверхности быстровращающегося валка 2, где он формируется в виде

тонкой ленты 3. Профилированный участок А предотвращает попадание воздушного потока, образованного вращающимся валком, в зону выхода металла, что исключает предварительное охлаждение металла до момента контакта с валком, позволяет стабилизировать процесс литья и улучшить качество ленты.

Исключение подвода воздуха позволяет уменьшить нестабильность ширины на 15% и толщины формируемой ленты на 5%.

Пример. Диаметр вращающегося валка 200 мм и скорость его вращения 30 м/с. Длина профилированной части стакана для расплава, изготовленного из асботер- мосиликата М 800, по дуге составляет 20° (или 35 мм) и отстоит от поверхности вращающегося валка на расстояние 0,5 мм. Эксперименты показали, что разнотолщинность ленты по ширине и длине не превышает 3% (при толщине ленты 80 мкм ± 1,5 мкм). Это на 5% меньше разнотолщинности ленты, полученной при литье с использованием устройства без профилированной части (85 ± ±1,5 мкм), Это на 5% меньше разнотолщин- ности ленты, полученной при литье с исСлой слабого Ј0змущения

пользованием устройства без профилиро4ванной части (85 ±ц мкм). Нестабильность

ширины при использовании устройства не превышает 5%, что на 15% меньше, чем при использовании устройства без профилированной части.

Формула изобретения

7ур5у/ ен/т7нь/ц