Кристаллизатор с теплопроводным слоем для горизонтального и наклонного непрерывного литья и материал теплопроводного слоя

 

1. Кристаллизатор с теплопроводным слоем для горизонтального и наклонного непрерьшного литья, содержащий охлаждающую рубашку, вставную гильзу и расположенный между ними теплопроводный слой, отличающийся тем, что, с целью повьшения качества отливки и производительности процесса путем улучшения контакта гильзы с рубашкой, теплопроводный слой выполнен толщиной 0,05-0,5 толщины стенки гильзы, причем толщина от минимального значения в верхней части и поперечного сечения кристаллизатора постепенно увеличивается на боковых стенках и достигает максимального значения в нижней части поперечного сечения кристаллизатора. 2. Материал теплопроводного слоя, включающий медь, отличающийс я тем, что теплопроводный слой доg полнительно содержит олово, алюминий и кремнийорганическую жидкость при следующем соотношении компонентов, мае.%: Олово 2-20 Алюминий 15-90 Кремнийорганическая 2-70 жидкость Медь Остальное

СОКИ СОВЕТСНИХ

Мй Е

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1096021 цц В 22 D 11/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOINV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2-70

Остальное жидкость

Медь

Фиг.1 госудАРственкы1 комитет сссР по делАм иэОБРетении и oTHpblTMA (21) 3457450/22-02 (22) 25.06.82 (46) 07.06.84. Бюл. № 21 (72) Е.И.Марукович, М.В.Жельнис, П.В.Землявичюс и Г.А.Блажявичус (7 1) Могилевское отделение Физикотехнического института АН БССР и

Каунасский литейный завод "Центролит" (53) 621.746.27(088.8) (56) 1. Патент Японии № 48-14293, кл. В 22 D 11/04, опублик. 1969.

2. Патент CIIIA №- 3459255, кл. В 22 D 11/04, опублик. 1966..

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 806237, кл. В 22 D 1 1/04, 1979. (54) КРИСТАЛЛИЗАТОР С ТЕПЛОПРОВОДНЫМ

СЛОЕМ ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО И НАКЛОННО.ГО НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И МАТЕРИАЛ

ТЕПЛОПРОВОДНОГО СЛОЯ (57) 1. Кристаллизатор с теплопровод" ным слоем для горизонтального и наклонного непрерывного литья, содержащий охлаждающую рубашку, вставную гильзу и расположенный между ними теплопроводный слой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества отливки и производительности процесса путем улучшения контакта гильзы с рубашкой, теплопроводный слой выполнен толщиной 0,05-0,5 толщины стенки гильзы, причем толщина от минймального значения в верхней части и поперечного сечения кристаллизатора постепенно увеличивается на боковых стенках и достигает максимального значения в нижней части поперечного сечения кристаллизатора.

2. Материал теплопроводного слоя, включающий медь, о.т л и ч а ю щ и йс я тем, что теплопроводный слой дополнительно содержит олово, алюминий I и кремнийорганическую жидкость при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Олово 2-20

Алюминий 15-90 O .Ф

Кремнийорганическая

21 з зовавшаяся по всему периметру кристаллизатора, перемещается в следующую зону. В нижней части кристаллизатора начальная корка образовываться не будет. В этом случае отливка должна формироваться наклонными слоями, что очень сложно.

Целью изобретения является повышение качества отливки и производительности процесса путем улучшения контакта гильзы с рубашкой.

Поставленная цель достигается тем, что в кристаллизаторе с теплопроводным слоем для горизонтального и наклонного непрерывного литья, включающем охлаждающую рубашку, вставную гильзу и расположенный между ними теплопроводный слой на основе меди, теплопроводный слой выполнен толщиной 0,05-0,5 толщины стенки гильзы, причем толщина от минимального значения в верхней части и поперечного сечения кристаллизатора постепенно увелнчивается на боковых стенках и достигает максимального значения в нижней части поперечного сечения кристаллизатора.

Материал теплопроводного слоя, включающий медь, дополнительно содержит олово, алюминий и кремнийорганиОлово " 2-20

Алюминий 15-90

Кремнийорганическая жидкость 2-70

Медь Остальное

Теплопроводный слой приведенного сечения позволяет выровнять тепЛоотдеванию слитка с нижней, верхней и боковых поверхностей, что, в конечном итоге, приводит к устранению смещения теплового центра и повышению однородности структуры и свойств по сечению слитка. Слой н поперечном сечении кристаллизатора выполнен с постепенно изменяющейся толщиной таким образом, что в верхней части он имеет минимальное или нулевое значение, а затем постепенно увеличивается на боковых поверхностях и достигает своего максимального значения в нижней части равного 0,05-0,5 толщины стенки гильзы. Слей выполняется с постепенно изменян1кп.1н я толщиной, f 10960

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывному литью металлов на установках горизонтального и наклонного типов.

Известны кристаллизаторы, в которых для обеспечения равномерного охлаждения графитовой втулки и предотвращения проникновения воды через нее наружная поверхность графитовой втулки покрывается огнеупорным материалом с низким уровнем теплопроводности (используются материалы углеродистой или керамической группы) или тонким слоем серебра или меди толщиной 0 013-6)5 мм 51 1 и Е2 3.

Основным недостатком этих изобретений является то, что они не предотвращают смещения теплового центра и потому не могут быть использованы для получения отливок с однородными свой- 20 ствами по сечению. Недостатками являются также сложность их изготовления и применение дорогостоящих материалов, Наиболее близким к изобретению по технической сути и достигаемому эффек- 25 ту является горизонтальный кристалли затор для непрерывной разливки> в ко" тором для улучшения качества слитка охлаждаемая поверхность формообразующей втупки выполнена с покрытием из высокотеплопроводного материала, на- ческую жидкость при следующем соотпример из меди, нанесенной электри- ношении компонентов, мас.7: ческим способом. Кроме того, покрытие выполнено неодинаковой длины по образующей втулки: внизу оно короче, чем вверху (3 .

К недостатку этого кристаллизатора .следует отнести невозможность достижения на практике плотного контакта между поверхностью формообразующей втулки и водоохлаждаемым корпусом, вод по периметру отливки и тем самым так как, с Одной стороны, невозможно способствовать равномерному затвернанести электролитическим способом покрытие заданной переменной толщины из-за того, что распределение металлического покрытия по поверхности деталей никогда не бывает равномерным (на кромках и выступах толщина покрытия значительно больше, чем во впадинах детали, а в глубоких пазах, 50 и отверстиях покрытия часто отсутствуют), с другой стороны, поверхность водоохлаждаемого корпуса коробится из-за неравномерного теплоотвода.

Второй недостаток связан с проблематичностью осуществления процесса вообще. При непрерывном литье извлечение слитка происходит циклически.

И периодически начальная корка, обра- для равномерного умень пения скорости

1096021 затвердевания слитка сверху до низа.

Если толщина слоя будет изменяться неравномерно, то и теплоотвод будет осуществляться неравномерно. Слой имеет максимальную толщину в нижней 5 части кристаллизатора, так как именно здесь необходимо максимально уменьшить скорость затвердевания, чтобы она сравнилась со скоростью затвердевания слитка в верхней и боковых частях кристаллиэатора. Толщина слоя в нижней части кристаллиэатора выбрана из условия неравномерности затвердевания по сечению слитка при горизонтальном и наклонном литье, обусловленной термоконвективным расслоением металла в крис-.аллизаторе и проседанием слитка на нижнюю грань кристаллизатора.

Выполнение слоя толщиной менее 0,05 толщины стенки гильзы не полностью выравнивает затвердевание по верхуи низу, а превышение величины 0,5 может привести к обратному, когда уже сверху скорость затвердевания станет выше, чем снизу.

Выбор теплопроводности слоя на боковых поверхностях в 1,5 и. более раза выше теплопроводности слоя в нижней части кристаллизатора обусловлен тем, что выполнение слоя в нижней части кристаллиэатора, теплопроводность которого менее чем в

1,5 оаза меньше теплопоовопности слоя на боковых повеохностях не обеспечи-35

Ф

1 вает устоанения смещения теплового центра отливки вследствие малого термического сопротивления такого слоя.

На фиг.1-3 схематически изображе- 40 ны возможные варианты изготовления кристаллизатора, поперечные разрезы.

Кристаллизатор включает .вставную гильзу 1, теплопроводный слой 2, охлаждающую рубашку 3 с каналом 4 для 45 циркуляции охлаждающей жидкости. Теп.лопроводный слой 2 в поперечном сечении выполнен с постепенно изменяющейся толщиной от верха к низу кристаллизатора. Максимальную толщину равную . 50

0,05-0,5 толщины стенки гильзы слой

2 имеет в нижней части кристаллизатора.. Ha боковых поверхностях теплопроводный слой 2 имеет теплопроводность в 1,5 и более раза вьппе,чем в нижней части кристаллизатора.

Кристаллизатор работает следующим образом.

Металлический расплав поступает в рабочую полость вставной гильзы 1, где происходит его намораживание в виде корочки. В нижней части гильзы, где наибольший теплопроводный слой, охлаждение отливки происходит с меньшей интенсивностью, чем на боковых поверхностях, где слой имеет большую теплопроводность. В свою очередь, на боковых поверхностях скорость эатвердевания ниже, чем в верхней час" ти, где слой вообще отсутствует. Это приводит к выравниванию скорости затвердевания по сечению отливки, устранению смещения теплового центра и, в конечном итоге, к повышению однородности свойств непрерывной отливки.

Пример. Изготавливают кристаллизатор для отливки заготовки из чугуна СВ 15 салазок крупнопромьппленного универсального станка 3А64М.

В поперечном сечении заготовка представляет собой прямоугольник 250 " х112 мм. Гильзу изготавливают иэ графита МГХ. Толщина стенки гильзы 10 мм.

Теплопроводный слой в нижней части имеет толщину 3 мм, а на боковых поверхностях изменяется от 2 мм внизу до 0 вверху. Теплопроводность слоя на боковых поверхностях 80 Вт/м град, а в нижней части кристаллизатора

35 Вт/м град. Слиток, полученный из этого кристаллизатора, имеет равномерную по сечению структуру и твердость.

Известны материалы, применяемые для теплопроводных слоев кристаллизаторов. В качестве таких материалов используют термостойкие составы, содержащие графитовый или металлический порошок.

Недостатком этих составов является то, что в них присутствует вода. По этой причине их нельзя Использовать в качестве слоя между графитовой втулкой и охлаждающей рубашкой, так как в процессе литья в результате нагрева графитовой втулки будет происходить испарение влаги и вновь образование зазора между втулкой и рубашкой. Кроме того вода будет впитываться в графит, что отрицательно скажется на

его работоспособности и безопасности процесса.

Наиболее близким к изобретению является материал для теплопроводного слоя из меди 13 3

3 10960

Недостаток этого материала, используемого в качестве теплопроводного слоя кристаллизйтора, состоит в том, что им невозможно регулировать теплоотдачу на разных поверх5 ностях кристаллизатора.

Кроме того, гальваническим способом невозможно нанести слой заданной переменной толщины в поперечном сечении. 10

Для устранения этого недостатка материал теплопроводного слоя, включающий медь, дополнительно содержит олово, алюминий и кремнийорганическую жидкость при следующем соот ношении компонентов, мас.7:

Олово 2-20

Алюминий 15-90

Кремнийорганическая жидкость 2-70

Медь Остальное

Медь введена в состав слоя для обеспечения заданной теплопроводности. Необхбдимо применять медь в виде порошка с размерами частиц 100160 мкм. Введение в состав слоя меди менее 5 мас. не обеспечивает требуемой теплопроводности, особенно на боковых поверхностях, а увеличение ее содержания более 80 мас.% ведет к резкому повышению теплопровод" ности слоя,.что нежелательно в нижней части кристаллизатора.

Олово введено в состав слоя для улучшения его контакта с гильзой и

35 охлаждающей рубашкой. Во время работы кристаллиэатора происходит расплавление олова и увеличение адгезии слоя к гильзе и охлаждающей рубашке.

Необходимо применять олово в виде порошка с размерами частиц 50- "400 мкм.

Введение в состав слоя олова менее

2 мас. не обеспечивает нужной адгезии. Увеличение содержания олова более 20 мас.7. ведет к снижению теплопроводности слоя и нецелесообразно с экономической точки зрения.

Алюминий введен в состав для обеспечения заданной теплопроводности слоя и его одн дородности. Необходимо применять алюминиевую пудру, более мелкие частиць< которой располагаются между частицами меди и олова, чем и обеспечивается однородность слоя.

Введение в < î<:чн < менее 15 мас. алюминия не обе и .чннает ззданной тепло-. проводноети с..ч<><, н:обенно в нижней

21 части кристаллизатора. Увеличение содержания алюминия более 90 мас.% ведет к резкому снижению теплопроводности слоя, особенно на боковых поверхностях.

Кремнийорганическая жидкость введена в состав слоя для обеспечения ему требуемой жидкотекучести, подвижности во время работы кристаллизатора и заполняемости во время изготовления и сборки кристаллизатора. Введение в состав слоя кремнийорганической жидкости менее 2 мас.7 не обеспечивает требуемой жидкотекучести подвижности заполняемости слоя что затрудняет изготовление и сборку кристаллизатора.

Увеличение содержания кремнийорганической жидкости более 70 мас.7 нецелесообразно, так как это ведет к резкому снижению теплопроводности слоя и затруднению сборки кристаллизатора ввиду повышенной жидкотекучести слоя.

Пример. Изготавливают кристаллизатор для отливки заготовки из чугуна СЧ 15 салазок крупношлифованного универсального станка ЗА64М. Гильзу кристаллиэатора изготавливают иэ графита МГ1. Теплопроводный слой на боковых поверхностях содержит, X: медь 60; олово 10; алюминий 20; кремнийорганическую жидкость 10, что соответствует теплопроводности 80 Вт/м <град. Теплопроводный слой в нижней части содержит, X:. медь" 40; олово 5, алюминий 35) кремнийорганическую жидкость 20; что соответствует теплопроводности 35 Вт/м.град. Слиток, полученный из этого кристаллизатора имеет по сечению равномерную структуру и твердость.

Использование предлагаемого кристаллизатора и вещества теплопроводного слоя обеспечивает устранение смещения теплового центра и повышает однородность свойств по сечению непрерывной отливки. Испытания кристаллизаторов, проведенные в литейном цехе Каунасского завода "Центролит" на установках непрерывного литья чугуна, показали эффективность предлагаемого устройства. В результате устранения смещения теплового центра повысилась стабильность процесса, уменьшилось количество прорывов, повысилась производительность на

10-15Х. Структура и твердость в верхней, боковой и нижней зонах заготовки одинаковы.

10 ЬО 1

Фиг. Z

ФагЗ

Составитель А.Попов

Редактор Л.Повхан Техред С.Мигунова

Корректор А.Тяско

Заказ 3704/5 Тираж 775 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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