Способ отливки крупных слитков и устройство для его осуществления

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ШИ Мю

РЕСПУБЛИК

3(Я) В 22 0 11/00) В 22 0 11/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " - :

К ABT0PCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3267543/22-02 (22) 30.03. 81 (46) 15.04. 83 . Бюл. 9 14 (72) A.Â. Гуляев (53) 621.746.047:621.746.27(088.8) (56) 1. Марченко И.К. и др. Производство крупных слитков. И., "Металлургия", 1980. .2. Авторское свидетельство СССР

В 320178, кл. С 22 В 9/18, 1970.

3. Авторское свидательство СССР.

В 772232, кл. С 21 С 5/56, 1979.,SU.„,1 01 А (54) (57) 1. СПОСОБ ОТЛИВКИ КРУПНЫХ

СЛИТКОВ, включающий заполнение металлом полости надставки, подачу реагентов в полость кристаллизатора под давлением большим, чем давление столба жидкого метапла на мениске в кристаллизаторе, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью улучшения качества слитка, жидкому металлу

s кристаллизаторе и в полости нар; ставки сообщают враащгельное движе,ние в горизонтальной плоскости.

1011330

2. Способпо п. 1, отлича— ю шийся 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 кристаллизатора и герметично соединенной с ним, и каналом для подвода реагента .в полость кристаллизатора и надставки, о т л и ч а ю— щ 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. l

4. Устройство по и. 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что суммарная площадь поперечных сечений распределительных каналов равна 4-10 площадям поперечного сечения канала для подаИзобретение относится к металлургии, конкретнее к отливке крупных слитков.

Известен способ отливки слитка в изложницу с установленной на ней 5-, прибыльной надставкой P1 ).

Однако качество слитков, отлитых этим способом, невысокое (в»свя- зи с повышенной ликвацией химических 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 0, кристаллизатора, расположенные в горизонтальной плоскости и под углом

30-60 к стенке (2 ).

Этот способ позволяет улучшить качество слитка, увеличить выход 25, годного, однако с увеличением диаметра слитка эффективность этого способа значительно уменьшается, так как струи вводимых в расплав реагентов воздействуют только на 3{) периферийную зону слитка и не оказывают существенного влияния на качество его осевой эоны.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, по технической сущности и достигаемому результату является чи реагентов в полость кристаллизатора, причем высота распределительных каналов составляет 0,01-0,05 диаметра внутренней полости кристаллизатора.

5. Устройство по и. 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что надставка расположена в полости кристаллизатора с зазором, величина которого составляет 1-2 диаметра канала для подачи реагентов в кристаллизатор, а толщина стенки надставки на уровне ее нижнего торца равна 0,3-0,6 радиуса внутренней полости кристаллизатора.

6. Устройство по п. 3, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, полость надставки и полость между надставкой и кристаллизатором выполнены уширенными книзу.

7. Устройство по п. 3, о T л и ч а ю щ е е с я тем, что надставка содержит шлаковую летку, входное отверстие которой расположено выше верхнего торца кристаллизатора.

2 устройство для электрошлакового переплава, содержащее кристаллиэатор, 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 кристаллизатор 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 являет1011330,ся его сложность, обусловленная наличием металлургической емкости с установленной на ней головкой. Кроме того, наличие емкости и головки не только способствует увеличению давления расплава на кристаллиэующуюся 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 реагентамк.

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 подвода реагента в полость кристаллкзатора и надставки, надставка снабжена распределительными каналами, расположенными на поверхности нижнего торца надставки и направленными тангенциально к ее внутренней поверхности.

Суммарная площадь поперечных сечений распределительных каналов на нижнем торце надставки равна . 4-10 площадям поперечного сечения канала для подачи реагентов в полость кристаллиэатора, при этом высота распределительных каналов составляет О,P1-0,05 диаметра внутренней полостИ кристаллизатора.

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

Полость надставки и полость между надставкой и кристаллиэатором выполнены уширеннымк книзу.

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

На фкг. 1 показано предлагаемое устройство, продольный разрез; на фкг. 2 сечение А-A на фиг, 1.

На кристаллиэатор (изложницу) 1 (.фиг. 1 J установлена надставка 2, удлиненная часть которой входит в полость кристаллизатора с минимальным зазором, образуя с его внутренней поверхностью открытую снизу полость 3. Через надставку проходит канал 4 для подачи реагентов в полость 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 б на горизонтально расположенной поверхности нижнего торца надставки, расширить зону активного воздействия реагентов (например, газа) на поверхностный слой металла в .кристаллиэаторе и на металл в прибыльной полости 5 надставки, а также увелк чить продолжительность контакта этих реагентов с расплавленным металлом. Этому способствует и минимальная величина зазора между внутренней поверхностью кристаллизатора к надставкой, не превышающая двух диаметров канала 4. Каналы б полукруглого или трапецевидного поперечного сечения направлены тангенциально к внутренней поверхности надставки 2 (что при данной толщине стенки надставки позволяет иметь каналы б максимальной длины) к на одинаковом расстояник -друг от друга (.фкг. 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 рафинирующую способность этих реагентов, их кинетическую энергию для перемешивания металла, сообщения ему направленного движения в горизонтальной плоскости (при меньшей высоте и поперечном сечении каналов б, чем указано выше, значительная часть реагентов будет поступать з полость надставки неукорядоченио, что снижает интенсивность перемешк-. вания металла в этой полости, а при более высоких значениях этих

1011330

30 параметров — интенсивность перемешиеения верхнего слоя металла в кристаллизаторе существенно уменьшается}.

Надставка содержит шлаковую летку 7 для удаления из ее полости 5 5 отработанного шлака (при испольэоьании в качестве реагента перегре- того шлака или шлакообразующих ма" териалов, вдуваемых в струе газа).

Входное отверстие шлаковой летки расположено выше верхнего среза кристаллнзатора, что облегчает удаление шлака из полости кристаллизатора. Надставка оборудована нагревательным устройством 8 для ее разогрева и регулирования процесса кристаллизации металла в головной части слитка. )Хндкий металл в устройство можно подавать, например, открытой струей нз разливочного ковша (при отливке слитка в изложницу), через удлиненный разливочный стакан под уровень металла в полости надставки (при непрерывном или полунепрерывном литье ), осуществляя элект- 25 рошлаковый переплав расходуемого электрода 9 в полости 5 надставки или комбинируя эти способы подачи ме талла, при этом нижний конец разливочного стакана (электрода ) должен быть расположен выше каналов 6, так как это позволяет более эффективно воздействовать реагентами на жидкий металл до подачи. его из полости надставки в кристаллизатор (например, с целью выравнивания его температуры 35 и состава в пределах поперечного сечения полости надставки и слитка).

Включают н работу нагреватель 8.

Нагревают надставку до требуемой температуры и заполняют кристаллизатор 40 (изложницу) 1 жидким металлом (и шлаком, если отливку производят под слоЕм жидкого шлака, например, методом ЭШП вЂ” 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 кристаллиэаторе стабилизируется в пределах высоты каналов 6, а избыток реагентов поступает из полости кристаллизатора в полость 5 надставки по этим кана" лам, взаимодействуя с поверхностным 55 слоем металла в кристаллиэаторе и со общая ему направленное движение (от стенок кристаллизатора к его продольной оси и одновременно вокруг этой оси ). Реагенты по каналам 6 60 вводят в полость 5 надставки тангенциально к поверхности этой полости, при этом максимально используют кинетическую энергию реагентов для со«

Ъ общения металлу осевой эоны слитка вращательного движения в горизонтальной плоскости, 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 твердого металла из криеталлизатора и ведут процесс в непрерывном или полунепрерывном режиме, 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 вращаю щийся или стационарный разливочный стакан с боковыми отверстиями) или отдельными каплями (например, методом ЭШП расходуемого электрода ) выше уровня, на котором расположены

I. каналы б.

Таким образом, способ в процессе разливки и после завершения этого процесса позволяет активно воэцействовать реагентами на подприбыльный 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 (вращением его жидкой фазы). После окснчания 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 (скорость кристаллизации) и в при- быльной 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).

Составитель А. Попов

Редактор Л. Авраменко ТехредЛ.Пекарь Корректор A. Повх

Зак 2637/14 Тираж 811 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4