Способ кристаллизации расплава Советский патент 1993 года по МПК B22D11/00 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при непрерывной разливке металлических расплавов.

Цель изобретения - увеличение сортамента отливаемых заготовок.

Предложенный способ кристаллизации расплава отличается тем, что подачу охлаждающей жидкости производят с гидродинамическим давлением Р, определяемым по зависимости

P B /vg H,

где РМ - средняя плотность металлического расплава, кг/м3;

а - ускорение свободного падения, м/с ;

Н - высота столба расплава в кристаллизаторе, м;

В 1,0,...1,2 - эмпирический коэффициент, учитывающий повышение статического давления за счет конвективных потоков расплава в зависимости от подачи расплава в кристаллизатор, безразмерный, а расход Q охлаждающей жидкости определяют по зависимости

F -рм См (tp - to) + L Ул

At рь

где F - площадь поперечного сечения заготовок, м ;

РВ плотность охлаждающей жидкости, кг/м3;

См .- средняя теплоемкость расплава, Дж/кг К;

tp - температура поступающего в кристаллизатор расплава, °С;

to температура поверхности заготовки на выходе из кристаллизатора, °С;

L - скрытая теплота кристаллизации расплава, Дж/кг;

ул - скорость литья, м/с;

Сж - теплоемкость охлаждающей жидкости, Дж/кг. К;

At - нагрев охлаждающей жидкости, °С;

А - 0,85...1,15 - эмпирический коэффициент, учитывающий потери напора и усадку заготовки, безразмерный.

Установка для непрерывной разливки представлена на чертеже.

Установка содержит формующую насадку 1 с выпускным отверстием 2. Под фор(Л

С

со

О

w vi

со

мующей насадкой расположен поддон 3, выполненный в виде цилиндра диаметром 0,05 м. Поддон связан с механизмом перемещения (не показан). Формующая насадка охвачена кожухом 4 с патрубком 5 и вентилем 12, связанными с напорной гидравлической системой 6 подачи охлаждающей жидкости, которая обеспечивает заданные расходы и гидродинамическое давление охлаждающей жидкости.

К кожуху 4 крепится стенка 7 кристаллизатора, установленная с переменным зазором 8 относительно поддона 3. В качестве охлаждающей жидкости используется вода 9, а в качестве разливаемого расплава - расплав 10 .меди. Направление движения потока воды совпадает с направлением движения заготовки. На стенке 7 выполнен участок 11, расширяющийся в направлении увеличения статического давления расплава. Высота участка 11 стенки кристаллизатора равна глубине жидкой фазы слитка и расстоянию, от уровня А-А до уровня В-В.

Глубина лунки определяется по формуле

h -А ; УЛ - R2 L +0.5 Ср (tKP -to)

ho4-Я-(txp-to) где h0 0,08 м - глубина лун кил . -;

УЛ - 0,05 м/с; , R 0,25 м - радиус заготовки;

205Дж/кг;

СР 420Дж/кг.К;

ticp 1083° С - температура кристаллизации меди;

Я 349 Вт/м К - теплопроводность слитка;

to 30° - температура заготовки на уровне В-В;

РМ 8300 кг/м3 при tKp 1083° С - плотность расплава меди.

Для уменьшения гидравлических потерь при изменении площади сечения потока воды высота hK стенки кристаллизатора 7 определяется из условия Ьк 2ho 0,16 м.

Высота поддона hn выполняется больше высоты стенки кристаллизатора 7 на 0,01 м.

Профиль выпускного отверстия 2 формующей насадки 1 находится на уровне А-А и выполнен в соответствии с профилем поддона. Гидродинамическое давление РА потока воды, на уровне А-А измеряется манометром 13 и определяется с учетом конвективных потоков металла из условия

Рд В-/ м-д-И1, гдеРА 8,1.10 3Н/м2;

РМ 8200 кг/м3 - средняя плотность расплава меди;

hi 0,1 м - расстояние от поверхности расплава до уровня А-А;

В -1,0.

На уровне В-В гидродинамическое дав- л§ние РЕ. должно быть равно

Рв В /Эм д Ьа, где Рв 14.6 кН/м2;

ha 0,18 м - расстояние от поверхности расплава до уровня В-В.

Минимальная величина зазора 8 (или площадь сечения потока воды) определяет- ся из условия парообразования и выбирается на уровне А-А 0,010 м.

Увеличение площади проходного сечения зазора 8 на участке 11 позволяет увеличивать гидродинамическое давление потока

воды и компенсировать металлостатическое

давление столба расплава.

Расход воды определяется из теплообмена:

20 Q AF-pM CM(tP-t0) At рв где Q-14,2 м3/с;10 о F 3, . рм 8200 кг/м3 ; „-См 458 Дж/кг.К; 25 tp 1180°C; to 30° С; 1 205Дж/кг; vn 0,05м/с; Г

4181 Дж/кгКпри20° С; 30 At 10° С;

рв ЮОО кг/м3, при 20° С, Площадь сечения потока воды не А-А:

WA

л D2 л D2

1921

44

где D 0,05 м - диаметр поддона (заготовки);

DI 0,07 м - внутренний диаметр кри- сталлизатора с учетом зазора 0,010 м.

Площадь WB сечения потока воды на. уровне В-В определяется из соотношения

WB V СГ-WA-PB

45

Q2 /OB - 2 WA (рв. - РА)

2205

где рв 1000 кг/м3 - плотность воды.

Площадь сечения потока воды на выходе из кристаллизатора на уровне W-W определяется из условия, когда PW 0 - гидродинамическое давление на уровне WW;

1л/Г

Q2

Рв

Q2 -/Ов-f2W& -PA

1680 .

Способ осуществляется следующим образом.

Поддоном 3 предварительно закрывают отверстие 2 формующей насадки 1, стенку 7 кристаллизатора устанавливают на кожухе 4,охватывая поддон с зазором 8. Заливают расплав 10 меди в формующую насадку 1 на высоту 10 см от уровня А-А, Открывая вентиль 12, устанавливают расчетный расход воды 14,2103 м3/с и гидродинамическое давление на уровне А-А. РА 8,1 кН/м2, определяемое по манометру 13. Затем опускают поддон с заданной скоростью, одновременно поддерживая установленный уровень расплава.

Давление столба жидкого металла, опирающегося на поддон, а после образования на нем заготовки - на ее верхнюю часть, будет уравновешиваться гидродинамическим давлением потока охлаждающей жид- кости.

Изменение площади сечения потока воды позволяет увеличивать гидродинамическое давление в соответствии с изменением металлостатического давления расплава. Это позволит сохранить профиль кристаллизующего расплава.

При протекании потока воды вдоль поверхности расплава осуществляются отбор тепла и кристаллизация металла. В результате получают слиток с заданным профилем, соответствующим профилю торца формующей насадки.

Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности за счет получения заготовки с заданным профилем и увеличения количества разливаемых профилей.

Формула изобретения Способ кристаллизации расплава, включающий введение поддона в формующую насадку, подачу расплава в насадку и его охлаждение на выходе из насадки путем подачи охлаждающей жидкости в зазор между насадкой и стенкой кристаллизатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения сортамента отливаемых заготовок, при подаче охлаждающей жидкости в зазор между насадкой и стенкой кристаллизатора на выходном торце насадки создают гидродинамическое давление потока охлаждающей жидкости, равное давлению рас-. плава на этом уровне.

Использование: металлургия, получение металлической заготовки при непрерывной разливке расплава. Сущность: вводят поддон в формующую насадку и подают в нее расплав, Вытягивают расплав из насадки и охлаждают на выходе из насадки путем подачи охлаждающей жидкости в зазор между насадкой и стенкой кристаллизатора. На выходном торце насадки создают гидродинамическое давление потока охлаждающей жидкости, равное давлению расплава на этом уровне. 1 ил.