Кристаллизатор для непрерывного литья металлов

 

1. КРИСТАШШЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ, содержащий формообразующую гильзу и охлаждаемый корпус, состоящий из внутреннего и внешнего колец, отличающийся тем, что, с целью повышения качества литого металла, стойкости гильзы и увеличения производительности , на поверхности внутреннего кольца корпуса, выполнены полости, заполненные малотеплопроводным материалом , расположенные против углов , выступов и узких стенок проходного канала формообразующей гильзы , при этом ширина полости равна (:гах АП и л коэффициенты теплогде проводности материалов наполнителя и гильзы, У расстояние от центра гильзы до изолируемой поверхности; минимальное расстояа ние от центра гильзы до поверхности проходного канала. 2.Кристаллизатор по п. 1, отW личающийся тем, что с полости, соответствуюЕ(ие углам проходного канала формообразующей гильзы , расположены в секторах с центIральным углом 0,2-0,6 рад. 3.Кристаллизатор по п. 1, отличающийся тем, ЧТО полости , соответствующие вьктупам и узким стенкам проходного канала форVI мообразующей гильзы, расположены в ;о секторах с центральным углом, равным

09) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

55 А

3151) В 22 1) 11/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ (21) 3602006/22-02 (22) 20. 04.83 (46) 15.08.84 Бюл. Р 30 (72) Е.В.Иванников, О.Н.Ермаков, В.К.Ханин,В.Е.Ермаков,В.С.Колунтаев, И.А.Виноградов, П.К.Стофато и В.П.Овчаренко, (71) Липецкий политехнический институт и Липецкий литейный завод

"Центролит" (53) 621. 746.27 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 466940, кл. В 22 В 11/04, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 759214, кл. В 22 Ъ 11/04, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

В 954157, кл. В 22 3 11/04, 1982. (54) (57) 1. КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕ»

РЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ, содержащий формообразующую гильзу и охлаждаемый корпус, состоящий из внутреннего и внешнего колец, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения качества литого металла, стойкости гильзы и увеличения производительности, на поверхности внутреннего кольца корпуса выполнены полости, заполненные малотеплопроводным материалом, расположенные против углов, выступов и узких стенок проходного канала формообразующей гильзы, при этом ширина полости равна

4ъ .- (у д ), где А„и 3L — коэффициенты теплопроводности материалов наполнителя и гильзы, — расстояние от центра гильзы до изолируемой поверхности, а — минимальное расстояние от центра гильзы до поверхности проходного канала.

2. Кристаллизатор по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что полости, соответствующие углам проходного канала формообразующей гильзы, расположены в "åêòîðàõ с цент- Я

° ральным углом 0,2-0,6 рад.

3. Кристаллизатор по и. 1, о т— л и ч а ю щ и.й с я тем, что полости, соответствующие выступам и узким стенкам проходного канала фор- .. мообразующей гильзы, расположены в секторах с центральным углом, равным (1,0-1,5) Ь /3. где Ь вЂ” ширина изолируемой поверхности.

1107955 регулировать интенсив о; т „„о.ния по длине отливки, Однако указанные криста>-,л ..-;;òот...: не обеспечивают равномерно G о> паж- дения при литье загато ror некру: лой формы (прямоугольнь|е, т; еугольны=, сложнопрофильные и т.д.) . Позтor1у для получения указанных заготовок, обладающих высокой степенью струк— туркой однородности, опи не пригодны. Другим недостатком таких кристаллизаторов является то, что выполнение регулирующих теплоотвод полостей производят в теле гильзы.

Выполненные в гильзе полости являются концентраторами термических напряжений и ослабляют ее механичес— кую прочность. Это приводит к развитию опасных деформаций и короб— лению гильзы под действием ферро— статического давления жидкого металла и термических напряжений и преждевременному разрушению гильзы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является кристаллизатор для горизонтальных установок непрерывного литья металлов, содержащий формообразующую гильзу и охла>кдаемый корпус, состоящий из внутреннего и внешнего колец 3, Недостатком такого кристаллизато45 ра является то, что охлаждающие каналы (полости) выполняются в теле графитовой гильзы, которые с ущес твенно снижают ее механическую прочность, не учитывают профиль -.àãñòoâки и сложны в изготовлении .

Цель изобретения — повышение стойкости гипьзы, качества литого метыi ла и увеличение производительности.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов и сплавов, особенно чугуна.

Известны кристаллизаторы для непрерывного литья металлов, содержащие корпус и гильзу, íа внутренней поверхности которой с целью увеличе— ния равномерности охлаждения выполнены наклонные пазы переменной глубины C1).

Известны кристаллизаторы с регулируемым охлаждением, содержащие корпус и гильзу, в которой со стороны выхода отливки выполнена кольцевая полость L 2).

Такие коисталлизатoоы: с . .:

Для достижения поставленной цели в кристаллизаторе непрерывно о литья металлов, содержащем формооо, азующую гильзу- и охлаждаемый корпус, состоящий из внутреннего и внешнего колец, на поверхности внутреннего кольца корпуса выполнены полости, заполненные малотеплопр оводным материалом, расположенные против углов, выступов и узких стенок проходного канала формообразующей гильзы, при этом ширина полости равна г1 = -",— (- а), 3. где 1, и 1. — коэффициенты теплопроводности материалов наполнителя и гильзы, рас стояние от центра гильзы до изолируемой поверхности; — минимальное расстояние от центра гильзы до поверхности проходного канала.

Полости, соответствующие углам проходного канала формообразующей гильзы, расположены в секторах с центральным углом 0,2-0,6 рад.

Полости, соответствующие выступам и узким стенкам проходного канала формообразующей гильзы, расположены в секторах с центральным углом рав— ным (1, 0-1, 5) Ь /у где о — ширина изолируемой поверхности.

На фиг. 1 изображен предлагаемый кристаллизатор для литья заготовки с двумя узкими гранями и угловой зоной, поперечный разрез, на фиг.2— то же,, для литья заготовки квадратног о сечения:, на фиг. 3 — то же, для литья плитообразной заготовки.

Кристаллизатор содержит формообразующую гильзу 1. Гильза вставлена в охлаждаемый корпус, состоящий из внутреннего 2 и внешнего 3 колец.

На поверхности внутреннего кольца корпуса в секторах, заключающих выступающие элементы заготовки, установлены полости 4, заполненные малотеплопроводным материалом, например воздухом.

На чертежах показаны: углы центральные углы секторов, заключающих зоны углов заготовки, углы > углы секторов, заключающих узкие грани заготовки; 1, — расстояние от центр-а гильзы до поверхности угловой

1107955

7 (1, 0-1, 5) —, рад, где 6 — lllHpHHa изолируемой грани

У

;у — расстояние от центра гильзы 35 до изолируемой поверхности.

Установка полостей при изоляции угловых зон заготовки в секторах с центральными углами менее 0,2 рад и при. изоляции узких граней и выступающих элементов (граней) в секторах с центральными углами менее у рад не позволяет получить разнол1ерную структуру по периметру заготовки. 45

С другой стороны, увеличение углов секторов более 0,6 рад при изоляции угловых зон и бълее 1,5 у рад при изоляции граней приводит к значи— тельному уменьшению теплосъема с по- 50 верхности заготовки, уменьшению толщины затвердевшей корки и прорыву жидкого металла за кристаллизатором, во избежание чего необходимо уменьшать скорость вытяжки заготовки, что снижает производительность непрерывного литья.

Кроме того, в предлагаемом кристаллизаторе ширину полости в ради40 зоны, ) — расстояние от центра гильзы до поверхности узких граней заготовки, a — минимальное расстояние от центра гильзы до поверхности заготовки, относительно которой выравнивается теплоотвод; Ь вЂ” ширина узких (изолируемых) граней.

Полости устанавливаются в секторах, заключающих зоны углов, выступающие элементы и узкие грани заготовки, т.е. против тех мест, где гильза в радиальных направлениях имеет меньшую толщину и, следов: »тельно, максимальный теплоотвод. Это позволяет снизить теплоотвод в указанных направлениях до уровня теплосъема с остальных участков заготовки и в целом повысить равномерность теплоотвода по ее периметру и улуч— шить качество литого металла.

Центральные углы секторов, заклю чающих изолируем е поверхности заготовки, связаны с геометрическими особенностями ее профиля.

Центральные углы секторов, заключающих зоны углов заготовки, составляют >,, = 0,2-0,6 рад. При изоляции узких граней и выступающих элементов (граней) центральные углы секторов составляют альном направлении определяют из соотношения

+ = (g-а), (1)

/ где A — ширина полости, — коэффициент теплопроводности материала, которым заполнена полость, — коэффициент теплопроводности материала гильзы; — максимальное расстояние от геометрического цент: иль"-.ы до !*.з .-:даруемой поверхности заготовки, д = ; — минимальное расстояние от геометрического центра гильзы до поверхности.

Определенная таким образом ширина полости обеспечивает равномерный теплосъем по периметру заготовки, что обуславливает улучшение качества литого металла. Для обеспечения одинаковой температуры поверхности заготовки по периметру, а также равномерной температуры охлаждения поверхности корпуса полость с наполнителем должна иметь определенную ширину. Из условия обеспеч=.ния равенства температуры заготовки по периметру следует, что разность температур между любыми точками поверхности заготовкй и корпуса для каждого сечения одинакова. Так как теплопередача от заготовки к охлажгаемой поверхности осуществляется теплопроводностью, условие равенства температур обуславливает равенство тепловых потоков от поверхности заготовки к охлаждаемой поверхности корпуса. Известно, что тепловой поток описывается уравнением Ф.рье (2) тепловой поток; температура; коэффициент теплопроводности среды. где

Л

В нашем случае теплопередача осуществляется через гильзу, стенку корпуса и полость с малотеплопроводным материалом, который является дополнительным термическим сопротивлением. Так как для установившегося процесса q y д g 1 является нормалью с охлаждаемой средой поверхности корпуса, смываемой хладоагентом и имеющей постоянную температуру, равенство тепловых потоков обуславливает ра1107955 венство термических сопротивлений во всех радиальных направлениях.

Учитывая, что толщина стенки корпуса, граничащей с гильзой постоянна и ее термическое сопротивление в радиальных направлениях также постоянно, дополнительное термическое сопротивление должно компенсировать только изменение расстояния от поверхности заготовки до поверхности гильзы в радиальных направлениях.

Приняв, что гильза в поперечном сечении является кругом с радиусом

Р, тогда с учетом обозначений формулы (1) разность толщины гильзы для всех 1 ) О будет

15

Кристаллизатор работает следующим образом.

После заполнения полости формообразующей гильзы чугувс ..i происходит

Тогда ширина полос ги компенсирующего термического сопротивления опре- 20 деляется из соотношения

) - О (4)

Я д которое тождественно соотношению (1). Чем меньше коэффициент тепло-. 25 проводности материала сопротивления, тем меньше его максимальная толщина, тем в меньшей степени искажена форма поверхности стенки корпуса и его размеры. В качестве малотеплопроводного щ материала полости можно использовать, например, воздух. В этом случае на охлаждаемой поверхности корпуса устанавливают фактически воздушные зазоры (полости), причем воздух отделен от хладоагента тонким высокотеплопроводным слоем, формирование фронта затвердевшей корки. Одновременно с металлом в охлаждаемый корпус подают охладитель для обеспечения интенсивного теплоотвода через стенки кристаллизатора.

При этом теплоотвод через полости, заполненные малотеплопроводным материалом будет регулируемым. Благодаря различному теплоотводу происходит выравнивание фронта кристаллизации, что способствует образованию равномерной структуры отливки.

В табл ..1-2 приведены результаты испытаний предлагаемого кристаллиз@тора при литье чугунных заготовок, сечения которых показаны на фиг.

2-3. Для литья использовался ваграночный чугун следующего состава, X: углерод 3,3-3,6, кремний 2, 1-2,8; марганец 0,6-1, 1;фосфор 0,09-0, 11; сера 0,06-0,08; железо-остальное.

Формообразующие гильзы изготовлялись из графита МГ 1. На поверхности внутреннего кольца корпуса устанавливали воздушные полости. Для расчета ширины полости были приняты следующие зна— чения коэффициентом теплопроводности: для графита МГ 1 в интервале

1000- 200 С Х = 58 Втlм -K; для воздуха в интервале t50 — 50 С Л1

3, 1 Вт/м К.

Как следует из приведенных в табл. 1 — 2 данных, применение предлагаемого кристаллизатора обеспечивает при литье заготовок из серых чугунов по сравнению с существующими уменьшение глубины отбела, повышение стойкости графитовой гильзы и производительности процесса литья.

Экономический эффект составляет

49 тыс. руб при объеме 4600 т литья в год.

110 955

Таблица!

Характеристика конструктивных элементов кристаллиэатора и показатели процесса при литье прямоугольной заготовки 139» 136 мм. с =68 м; =ср/ 2 = 97 мм

Ба з овый крис таллизатор с пазами на

Показатели центральные углы секторов, рад

О 2 0 4 0 6

Глубина дефектного слоя (отбела), мм на середине грани

Менее 0,5 Менее 0,5

Менее О, 5 Менее О, 5 в угловой зоне

3-8

2-5

0,5-1,0

0,5-1,0

6 5

5 0

6,5

Расход графита

МГ1на 1т литья, кг

4,3

2,6

3,5

2,6

Средняя продолжи— тельность работы гильзы до износа, ч поверхности графитовой гильзы в зоне углов (глубина .3 мм, ширина 5 мм) Предлагаемый кристаллизатор с воздушными полостями, установленными на внутренней стенке корпуса, омываемой хладоагентом в секторах, заключающих зоны углов заготовки ширина воздушной полости + = 1, 7 мм

1107955

Таблица 2

Характеристика конструктивных элементов кристаллизатора и показатели процесса при литье заготовки типа плиты (планка направляющая

162Х 60 мм) а= 30 ; Ь = 46 мм; g= 81

Показатели центральные углы секторов, рад

Глубина дефектного слоя (отбела), мм на середине широкой грани Менее G 5

Менее 0 5

Менее 0,5 Менее 0,5 на середине узкой грани

Менее 1

Менее 1.

1,2 в угловой зоне

1-2

3-8

2,3

4,5

3 5

Расход графита

МГ 1 на 1 т

2,4

2,6

3,4

5,9 литья кг

Продолжительность работы. гильзы до износа, ч (долговечность) Базовый крис талчизатор с пазами на поверхности графитовой гильзы в зонах углов (глубина 3 мм ширина

5 мм) Предлагаемый кристаллизатор с воздушными полостями, установленными на внутренней стенке корпуса, смываемой хладоагентом, в секторах, заключающих зоны углов заготовки ширина воздушной полости = 3 мм

1,2— б

1,5 — =О, 57 рад

5 =0,68 рад = 0,85 рад

1107955

1i07955

Составитель В. Балашов

Редчкто М. Келе р . елемеш Техред А. Бабинец Корректор Е.Сирохман

Заказ 5815/10 Тираж 775 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

+ Ý