Устройство для непрерывной разливки металла Советский патент 1982 года по МПК B22D11/112 B22D11/114 

(St) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА

I

Изобретение относится к металлур гии, а именно к непрерывной разливке металлов и сплавов.

По авт.св. М° известно устройство для непрерывной разливки металла, содержащее герметичный корпус, заполненный охладителем, и установленный в нем стакан-излучатель, выполненный в виде полого цилиндра с продольными пазами на его внешней поверхности, бандаж, охватывающий стакан-излучатель, и по меньшей мере один электромеханический преобразователь, жестко закрепленный на бандаже.

Однако данное устройство имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что более 50% ультразвуковой энергии, излучаемой преобразователями, теряется при передаче ее из бандажа в стакан-излучатель вследствие выполнения внешней поверхности последнего с продольными пазами В результате этого часть ультразвуковой

энергии является потерянной для пррце с са раз рушени я короч ки мет алла, образующейся на внутренней поверхности стакана-излучателя.

Целью изобретения является устранение потерь ультразвуковой энергии при передаче ее от ультразвукового преобразователя в стакан-излучатель.

Цель достигается тем, что в устtoройстве для непрерывной разливки по авт.св. № на внутренней поверхности бандажа выполнены продольные пазы в количестве, равном числу пазов в стакане-излучателе, и состав

ts ляющие с ними общие каналы для прохождения охладителя, причем пазы бандажа выполнены с поперечным сечением, увеличивающимся в направлении к стакану-излучателю, в виде равно20бедренного треугольника с углом при его вершине равным 5-80, глубиной, составляющей 0,3-0,8 толщины стенки ба здажа, шириной, на 0,1-40% превышающеи ширину пазов стакана-излучателя.

Ниже приводится пример конкретного осуществления предлагаемого устройства, не исключающий других вариантов его выполнения в объеме формулы изобретения.

На фиг о 1 представлено предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на,фиг. 2 - то же, горизонтальный разрез.

Стакан-излучатель 1 устройства изготовлен в виде полого цилиндра из меди, т.е. из материала, характеризующегося высокой теплопроводность и нерастворимостью в стали. Внешняя поверхность стакана-излучателя выпол нена с Продольными радиусными пазами 2 постоянного поперечного сечения Стакан-излучатель охвачен по всей внешней поверхности толстостенным бандажом 3, изготовленным из материала с высоким пределом текучести, например из титана На внутренней поверхности бандажа выполнены в количестве, равном числу пазов 2 стакана-излучателя, продольные пазы 4, имеющие постоянное поперечное сечение по его высоте и увеличивающееся в направлении к стакану-излучателю. Пазы А бандажа по ширине превышают пазы 2 стакана-излучателя и образуют вместе с ними общие каналы. На внешней поверхности бандажа жестко закреплен ультразвуковой преобразова тель 5 радиальных колебаний. Преобразователь снабжен обмоткой 6 возбуждения, которая подключена к ультразвуковому генератору (не показан) Коаксиально расположенные стакан-излучатель 1, бандаж 3 и ультразвуковой преобразователь 5 акустически соединены между собой и установлены в герметичном корпусе, образованном двумя секциями - верхней 7 и нижней 8о Верхняя секция корпуса снабжена устройством 9 душирующего типа и обтекателем 10, выполненным в виде кольца. Обтекатель 10 закреплен на боковой поверхности секции 7, в кото рой выполнено два отверстия 11 и 12 соответственно для подвода в гермети ческий корпус и отвода из него охладителя, например технической воды. .Предлагаемое устройство, устанавливаемое между емкостью с жидким металлом 13, например разливочным ковшом Н, и кристаллизатором 15, в

котором формируется слиток 16, раба тает следующим образом.

Перед началом эксплуатации устройства в герметичный корпус через

отверстие 11, выполненное в его верхней секции 7, подают воду. Душирующим устройством 9 вода равномерно распределяется по полости, расположенной над стаканом-излучателем 1 и

бандажом 3. Из этой полости вода одновременно поступает во все каналы, образованные пазами 2 стакана-излучателя 1 и пазами Ц бандажа 3, и, проходя по ним, охлаждает внешнюю поверхность стакана-излучателя и внутреннюю поверхность бандажа. Из этих каналов вода поступает в нижнюю секцию 8 герметичного корпуса и заполняет его, охлаждая при этом внешнюю поверхность бандажа 3 и поверхности ультразвукового преобразователя 5. Эффективность охлаждения преобразователя, обуславливающая стабильность его работы, достигается ступенчатой формой нижней секции 8 герметичного корпуса и расположением в его верхней секции 7 кольцеобразного обтекателя 10. При полном заполнении герметичного корпуса вода душирующим устройством 9 направляется в полость, расположенную над обтекателем 10, из которой иОТВОДИТСЯ через отверстие 12. Одновременно с подачей воды в герметичный корпус в кристаллизатор 15 также подают воду. После заполнения водой герметичного корпуса и кристаллизатора включают ультразвуковой генератор, к которому посредством обмотки 6 возбуждения подсоединен ультразвуковой преобразователь 5. Переменное напряжение резонансной частоты, поступая с генератора на обмотку преобразователя, создает в нем магнитный поток. Под действием магнитных сил преобразователь возбуждается и начинает совершать радиальные колебания; т.е. периодически сжиматься и расширяться. Колебания преобразователя 5 передаются бандажу 3, а от него стакануизлучателю 1, в результате чего его стенка, т.е. внутренняя поверхность, начинает совершать колебания с ультразвуковой частотой. Причем передача ультразвуковой энергии, излучаемой преобразователем 5, осуществляется без потерь. Это достигается выполнением на внутренней поверхности бандажа 3 продольных пазов , имеющих поперечное сечение в виде равнобедренного треугольника с углом при его вершине, расположенной ближе к преобразователю 5, равным 5-80 Ширина пазов i, т.е. длина основания упомянутого треугольника, на Q, превышает ширину паза 2 в стаканеизлучателе. А высота этого треугольника, т.е. глубина паза , составляет 0,3-0,8 толщины стенки бандажа 3. Однако в случае выполнения пазов с углом при их вершине более указанного предела, например в 90, или по ширине меньшими, чем пазы 2 в стакане-излучателе, часть ультразвуковой энергии, поступающей из бандажа в стакан-излучатель, будет потеряна, В первом случае это обусловлено тем что ультразвуковые колебания, приходящиеся на боковые поверхности двух рядом расположенных пазов k, после отражения от них под углом в будут распространяться навстречу друг другу, и, следовательно, будут демпфированы, а во втором случае тем, что часть ультразвуковых колеба ний встретит на своем пути полость, заполненную быстро движущейся водой, стенки которой перпендикулярны направлению их распространения. Кроме того, ряд других геометрических размеров пазов оказывает существен ное влияние на количество ультразвуковой энергии, поступающей в стаканизлучатель. Так уменьшение глубины n зов t до указанного предела, т.е. до 0,3 толщины стенки бандажа, при их постоянной ширине или увеличение ширины пазов бандажа при их постоянной глубине до величины, на 40 превышающей ширину пазов стакана-излучателя, обуславливают увеличение угла при вершине паза, приближающегося в своих значениях к 90 Поэтому, в случае выполнения пазов 4 бандажа с глубиной менее, чем 0,3 толщины его стенки, или с шириной, превышающей ширину пазов 2 стакана-излучателя более, чем на kQ%, некоторая часть передаваемой ультразвуковой энергии будет также потеряна, поскольку величина угла при вершине паза 4 пре высит , В своих максимальных значениях глубина пазов Ц, а их. ширина, наоборот, в минимальных значениях ограничены соответственно усталостной прочностью материала, из которого изготовлен бандаж 3, и шириной пазов 2 стакана-излучателя, обуславливающеи также и минимальное значение (5) угла при вершине паза , Если пазы будут выполнены с глубиной, превышающей 0,8 толщины стенки бандажа, то становится возможным его усталостное разрушение в процессе работы устройства. В случае же равенства ширины пазов 2 и Ц их ориентация друг относительно друга при запрессовке стакана-излучателя в бандаж в значительной степени затрудняется, что приводит к потерям ультразвуковой энергии. Ориентация пазов бандажа и стакана-излучателя существенно облегчается, если разница в их ширине составляет всего лишь 5-15 После возбуждения ультразвукового преобразователя 5 открывают стопор разливочного ковша И, обеспечивая в первый момент разливки заполнение стакана-излучателя 1 жидким металлом 13. Затем, регулируя положение стопора, устанавливают уровень металла на необходимой высоте, т.е. несколько выше торца стакана-излучателя. Жидкий металл, например трубная сталь 17Г2Ф, поступая из разливбчного ковша И в стакан-излучатель 1, за счет охлаждения его внешней поверхности водой, протекающей по каналам, образованным пазами 2 и i, несколько охлаждается, например с до 1510 С, подвергаясь при этом обработке ультразвуковыми колебаниями. Воздействие на металл энергией ультразвуковых колебаний способствует его дегазации и интенсивному перемешиванию. При этом за счет охлаждения внешней поверхности стакана-излучателя на его внутренней поверхности образуется корочка твердого металла. Под воздействи-. ем ультразвуковых колебаний, амплитуда которых в данном устройстве составляет 10-20 микрон, накристаллизовавшаяся корочка сбрасывается со стенки стакана-излучателя и разрушается. Образовавшиеся после ее разрушения фрагменты кристаллов вместе со струей металла попадают в кристаллизатор 15, где служат дополнительными центрами кристаллизации При формировании слитка 16. При прохождении жидкого металла через стакан-излучатель, толщина стенки которого выбирается в зависимости от необходимой величины снятия перегрева и мощности ультразвукового преобразователя, есо температура понижается на 7 . Следует отметить, что на интенсивность снятия перегрева геометрические размеры пазов k бандажа 3 не оказывают никакого влияния, поскольку она полностью определяется геометрическими размерами стакана-излучателя 1 и пазов 2, в нем выполненных, а также скоростью прохождения охладителя через общие каналы, образованные пазами стаканаизлучателя и бандажа. Попадая в водоохлаждаемый кристаллизатор ISt сечением, например, равным м металл кристаллизуется в слиток 16, который вытягивают из кристаллизатора со скоростью 0,9-1,2 м/мин. После окончания разливки металла включают ультразвуковой генератор и прекращают подачу воды в герметичный корпус устройства и в кристаллизатор. В предлагаемом устройстве, рассчи танном на частоту 18-20 кГц, в стакане-излучателе, толщина стенки которого равна 10 мм, выполнено шестнадцать радиусных пазов 2. Глубина и ширина этих пазов составляет соответственно 6 и А мм. В бандаже 3, имеющем стенку толщиной в 15 мм, так же выполнено шестнадцать пазов с поперечным сечением в виде равнобедренного треугольника, угол при вершине которого равен Б . Глубина этих пазов равна 10 мм и составляет 0,66 от толщины стенки бандажа, а их ширина, равная 5 мм, на 12,5% пре вышает ширину пазов стакана-излучателя Оптимальными размерами пазов, выполненных в бандаже, являются таки при которых угол при их вершине составляетСопоставительный анализ известного и предлагаемого устройства показы вает, что предлагаемое обладает 1 существенным преимуществом перед известным. Это преимущество заключается в том, что передача ультразвуковой энергии от бандажа в стакан-излучатель осуществляется без ее потерь, в результате чего процесс разрушения твердой корочки, образующейся на внутренней поверхности стакана-излучателя, значительно интенсифицируется, А это, в свою очередь. Позволяет увеличить скорость разливки металла и скорость вытягивания слитка из кристаллизатора. Формула изобретения Устройство для непрерывной разливки металла по авт.св. № , отличающееся тем, что, с целью устранения потерь ультразвуковой энергии при передаче ее от ультразвукового преобразователя в стакан-излучатель, на внутренней поверхности бандажа выполнены продольные пазы в количестве, равном числу пазов в стакане-излучателе, и составляющие с ними общие каналы для прохождения охладителя, причем пазы бандажа выполнены с увеличением поперечного сечения а направлении к стакану-излучателю в виде равнобедренного треугольника с углом при его вершине, равным 5-80 , глубиной. составляющей 0,,8 толщины стенки бандажа, шириной, на 0, превышающей ширину пазов стакана-излучателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № , кл. В 22 D 11/10, 1976.

Фи,г.1