Способ непрерывного литья труб и устройство для его осуществления

 

Предложен способ непрерывного литья сотовых труб, используемых в качестве материалопроводов под различным давлением и различной температуры. Устройство для его осуществления содержит охлаждаемый кристаллизатор, в который заливают расплав из устройства для заливки металла через стопорное устройство для подачи расплава и патрубок, установленный в герметичной крышке. Через патрубок для ввода нейтрального газа от нагнетателя подают нейтральный газ аргон и создают давление нейтральным газом, равное 1 - 1,5 МПа. От индукционного нагревателя расплав в кристаллизаторе перегревают на 50 - 75^oС выше температуры его кристаллизации. После заливки расплава и подачи нейтрального газа осуществляют вытягивание заготовки в виде сотовой трубы путем поступательного перемещения вертикально вниз тягового органа, в котором закреплен один конец затравки, другой конец которой закреплен в формообразующей насадке, установленной на конце полой колонны, расположенной в полости охлаждаемого кристаллизатора. Формообразующая насадка состоит из основания с выступами, имеющими осевые каналы. Выступы образуют между собой и с внутренней стенкой охлаждаемого кристаллизатора выводные каналы. Ведут охлаждение внутренних поверхностей получаемых сотовых труб одновременно с охлаждением их внешних поверхностей. Для этого из нагнетателя хладагента подают воду через штуцер в выполненные в основании и сообщающиеся между собой концентрический и радиальные каналы. Последние сообщены с осевыми каналами, через которые вода попадает в рассекатели, установленные на концах выступов, высота которых выбирается равной 0,2 - 0,4 высоты кристаллизатора. 2 с и 1 з. п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к области непрерывного литья заготовок и изделий в металлургии, и может быть использовано для изготовления сотовых труб любого назначения и других изделий, используемых в качестве материалопроводов под различными давлением и различной температуры.

Цель изобретения разработать способ непрерывного литья труб и устройство для осуществления способа, которые обеспечивали бы получение мелкокристаллической структуры металла стенок каждой изготавливаемой трубы.

На фиг. 1 изображено устройство для непрерывного литья труб; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Способ непрерывного литья труб реализуется на устройстве, которое содержит охлаждаемый кристаллизатор 1, снабженный устройством 2 для заливки металла. На наружной поверхности кристаллизатора 1 в верхней его части размещен индукционный нагреватель 3, заключенный в термоизоляционную рубашку 4. На кристаллизаторе 1 установлена герметичная крышка 5, снабженная патрубком 6 для ввода нейтрального газа от нагнетателя 7 и патрубком 8 со стопорным устройством 9 для подачи расплава металла из устройства 2 для заливки металла (промежуточного ковша). В крышке 5 выполнено центральное отверстие 10, в котором установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и фиксации в охлаждаемом кристаллизаторе 1 охлаждаемый дорн 11. На его конце, находящемся в полости кристаллизатора (нижний конец), закреплена формообразующая насадка 12, другой (верхний) конец дорна 11 соединен с валом двигателя 13.

Формообразующая насадка 12 состоит из основания 14 с выступами 15, имеющими осевые каналы 16. Выступы 15 образуют между собой и с внутренней стенкой 17 охлаждаемого кристаллизатора 1 выводные каналы 18. В основании 14 выполнен концентрический кольцевой канал 19, с которым сообщаются радиальные каналы 20, также выполненные в основании 14. Осевые каналы 16 входами сообщаются с радиальными каналами 20, а на их выходах установлены рассекатели 21. Высота выступов 15 h составляют 0,2-0,4 высоты Н охлаждаемого кристаллизатора 1.

Концентричный кольцевой канал 19 соединен штуцером 22 с нагнетателем 23 хладагента. В формообразующую насадку 12 вводится затравка 24 заготовки сотовых труб. Корпус охлаждаемого кристаллизатора 1 изготовлен из огнеупорных материалов (например из магнезита), формообразующая насадка 12 из меди или другого материала с большим коэффициентом теплопроводности. Затравка 24 представляет собой кусок сотовой трубы, другой конец которой закреплен в тяговом органе 25, со штуцером 26 для слива хладагента, снабженном силовым тяговым устройством 27.

Поперечный разрез готовой сотовой трубы 29 с отверстиями 30, представляющими полости труб, показан на фиг.2. В нижней части кристаллизатора 1 в стенках выполнены полости 31 для подачи хладагента через подводящий 32 и отводящий штуцеры 33, соединенные магистралью (не показана) с нагнетателем 23 хладагента.

Работа устройства заключается в следующем. Перед заливкой расплава 28 в охлаждаемый кристаллизатор 1 из устройства 2 для заливки металла устанавливают охлаждаемый дорн 11 с формообразующей насадкой 12 в рабочее положение путем его поступательного перемещения с помощью двигателя 13 внутри охлаждаемого кристаллизатора 1 через центральное отверстие 10 в крышке 5 и последующей фиксации рабочего положения дорна 11 в полости кристаллизатора 1 остановкой двигателя 13. Затем в формообразующую насадку 12 вводится один конец затравки 14, которая представляет собой отрезок сотовой трубы, с другого конца затравку 24 закрепляют в тяговом органе 25. Далее через штуцер 22 из нагнетателя 23 хладагента в концентрический кольцевой канал 19, радиальные каналы 20, осевые каналы 16 и рассекатели 21 прокачивали хладагент воду, проверяя готовность системы охлаждения (22, 19, 20, 16, 21). После подготовки системы охлаждения (22, 19, 20, 16, 21) охлаждаемый кристаллизатор 1 прогревают, включив индукционный нагреватель 3, теплопотери которого с наружной поверхности ограничивает термоизоляционная рубашка 4. Затем в охлаждаемый кристаллизатор 1 заливают расплав 28 из устройства 2 для заливки металла (промежуточного ковша) через стопорное устройство 9 для подачи расплава и патрубок 8, установленный в герметичной крышке 5, а через патрубок 6 для ввода нейтрального газа от нагнетателя 7 подают нейтральный газ аргон и создают давление нейтральным газом, равное 1-1,5 МПа.

Уровень расплава в кристаллизаторе 1 регулируется по изменению давления нейтрального газа аргона, поддерживая постоянное давление газа 1,0-1,5 МПа и соответствующий уровень металла. Индукционным нагревателем 3 расплав 28 в кристаллизаторе перегревают на 50-75^оС выше температуры его кристаллизации, эта температура обеспечивает жидкотекучесть металла (расплава) 28 и полное заполнение выводных каналов 18. После выполнения операций заливки расплава и подачи нейтрального газа включается тяговый орган 25, обеспечивающий вытяжку сотовой трубы со скоростью 0,5-1,0 м/c.

Осуществляют вытягивание заготовки в виде сотовой трубы путем поступательного перемещения вертикально вниз тягового органа 25 силовым тяговым устройством 27 и под действием создаваемого давления нейтральным газом аргоном на поверхность расплава 28. Вытягиванию расплава 28 в сотовую трубу способствует снизу тяговый орган 25. Сверху этому вытягиванию способствует давление нейтральным газом аргоном на поверхность расплава. Оба усилия направлены вниз, направляя расплав 28 в выводные каналы 18, что способствует получению сотовой трубы и исключает ее обрыв. Охлаждение внутренних поверхностей получаемых сотовых труб ведут одновременно с охлаждением их внешних поверхностей для этого включают систему охлаждения, т.е. из нагнетателя 23 хладагента подают хладагент воду через штуцер 22 в концентрический кольцевой канал 19, радиальные каналы 20, осевые каналы 16 и рассекатели 21 и тем самым осуществляют охлаждение внутренних поверхностей вытягиваемых сотовых труб одновременно с охлаждением их внешних поверхностей. Использованный хладагент удаляется через штуцер 26. Высота выступов 15 выбиралась равной 0,2-0,4 высоты кристаллизатора.

Для охлаждения нижней части охлаждаемого кристаллизатора 1 от нагнетателя хладагента 23 по трубопроводу (не показан) через патрубок 32 хладагент поступает в полости 31, охлаждает стенки кристаллизатора и через патрубок 33 сливается из системы охлаждения для регенерации (не показано).

Металлографический анализ полученных сотовых труб показал, что получают мелкокристаллическую структуру металла стенок каждой получаемой трубы в сотовой трубе.

П р и м е р 1. Устройство для осуществления заявляемого способа. Выполнение устройства непрерывного литья труб и его работа осуществлялась аналогично общему изложению, приведенному выше. Но высоту h выступов 15 выбирали равной 0,2 высоты Н кристаллизатора 1. Если высота Н была равна 1200 мм, то высота h выступов 15 равна 240 мм. Сотовые трубы получали из расплава меди МЗ. Давление нейтральным газом аргоном на поверхность расплава устанавливали равное 1,0 МПа. Температура перегрева расплава выше температуры кристаллизации и равна 50^оС, т.е. температура расплава равна 1133^оС.

Металлографический анализ полученных сотовых труб показал, что структура металла стенок каждой сотовой трубы мелкокристаллическая (4-5 баллов).

П р и м е р 2. Выполнение устройства непрерывного литья труб и его работа осуществлялась аналогично общему изложению, приведенному выше. Но высоту h выступов 15 выбирали равной 0,3 высоты Н кристаллизатора 1. Если высота Н кристаллизатора 1 была равна 1200 мм, то высота h выступов 15 равна 360 мм. Сотовые трубы получали из расплава меди марки МЗ. Давление нейтральным газом аргоном на поверхность расплава устанавливали равное 1,25 МПа. Температура перегрева расплава выше температуры его кристаллизации равна 60^оС, т.е. температура расплава равна 1143^оС.

Металлографический анализ полученных сотовых труб показал, что структура металла стенок каждой трубы в сотовой трубе мелкокристаллическая (4-5 баллов).

П р и м е р 3. Выполнение устройства непрерывного литья труб и его работа осуществлялась аналогично общему изложению, приведенному выше. Но высоту h выступов 15 выбирали равной 0,4 высоты Н кристаллизатора 1. Если высота Н кристаллизатора 1 была равна 1200 мм, то высота h выступов 15 равна 480 мм. Сотовые трубы получали из расплава меди МЗ. Давление нейтральным газом аргоном на поверхность расплава устанавливали равное 1,5 МПа. Температура перегрева расплава выше температуры его кристаллизации и равна 75^оС, т.е. температура расплава равна 1158^оС.

Металлографический анализ полученных сотовых труб показал, что структура металла стенок каждой трубы в сотовой трубе мелкокристаллическая (4 балла).

П р и м е р 4. Выполнение устройства непрерывного литья труб и его работа осуществлялась аналогично общему изложению, приведенному выше. Но высоту h выступов 15 выбирали равной 0,15 высоты кристаллизатора 1. Если высота Н кристаллизатора 1 была равна 1200 мм, то высота h выступов 15 равна 180 мм. Сотовые трубы получали из расплава меди МЗ. Давление нейтральным газом аргоном на поверхность расплава устанавливали равное 1,5 МПа. Температура перегрева расплава выше температуры его кристаллизации и равна 45^оС, т.е. температура расплава равна 1128^оС.

Металлографический анализ полученных сотовых труб показал, что металл стенок каждой трубы в сотовой трубе имеет дендритную структуру, не отвечающую требованиям производства.

П р и м е р 5. Выполнение устройства непрерывного литья труб и его работа осуществлялась аналогично общему изложению, приведенному выше. Но высоту h выступов 15 выбирали равной 0,5 высоты кристаллизатора 1. Если высота Н кристаллизатора 1 была равна 1200 мм, то высота h выступов 15 равна 600 мм. Сотовые трубы получали из расплава меди МЗ. Давление нейтральным газом аргоном на поверхность расплава устанавливали равное 1,6 МПа. Температура перегрева расплава выше температуры его кристаллизации и равна 80^оС, т.е. температура расплава равна 1163^оС.

Металлографический анализ полученных сотовых труб показал, что металл стенок каждой трубы в сотовой трубе имеет дендритную структуру, образовавшиеся дендритные кристаллы главной кристаллографической осью ориентированы нормально к стенкам сотовых труб.

Аналогичные результаты были получены в примерах конкретного выполнения заявляемого решения при получении труб из алюминия, бронзы БРО, свинца, латуни Л-90, основные характеристики которых сведены в нижеприведенную табл. 1.

Заявляемый способ непрерывного литья труб неразрывно связан с заявляемым устройством непрерывного литья труб, так как осуществить заявляемый способ можно только на заявляемом устройстве, т.е. выполнение всех операций и режимов заявляемого способа возможно при существующем уровне техники только на заявляемом устройстве, а оно предназначено только для реализации заявляемого способа.

П р и м е р 1 осуществления способа. Способ осуществляется в условиях лаборатории кафедры теплоэнергетики металлургических печей. Расплав латунь Л90, находящийся в кристаллизаторе, перегревают на 50^оС выше его температуры кристаллизации, т.е. температура расплава состоит 953^оС. Затем создают давление нейтральным газом аргоном на поверхность расплава в кристаллизаторе, равное 1 МПа, и ведут вытягивание труб из расплава. Затягивают заготовку в виде сотовых труб с пятью отверстиями. Далее ведут одновременное охлаждение внешних и внутренних стенок труб сотовой заготовки хладагентом водой.

Структура металла стенок труб была проверена металлографическим методом, который показал, что получена заготовка в виде сотовых труб (сотовая заготовка), металл стенок которых имеет мелкокристаллическую структуру (4 балла).

П р и м е р 2. Способ осуществлялся аналогично его осуществлению в примере 1. Но температуру перегрева расплава устанавливали выше его температуры кристаллизации на 75^оС, т. е. температура расплава равна 978^оС. Давление создавали нейтральным газом аргоном на поверхности расплава, равное 1,5 МПа.

Анализ стенок труб полученной сотовой заготовки показал, что они имеют мелкокристаллическую структуру (5 баллов).

П р и м е р 3. Способ осуществлялся аналогично его осуществлению в примере 1. Однако температуру перегрева расплава устанавливали выше его температуры кристаллизации на 60^оС, т.е. температура расплава равна 963^оС. Давление создавали нейтральным газом аргоном на поверхность расплава равное 1,25 МПа.

Металлографический анализ металла стенок сотовых труб полученной заготовки показал, что они имеют мелкокристаллическую структуру (4-5 баллов).

П р и м е р 4. Способ осуществлялся аналогично его осуществлению в примере 1. Но расплав перегревали на 45^оС выше его температуры кристаллизации, т.е. температура расплава равна 948^оС. Давление нейтральным газом аргоном на поверхность расплава создавали равное 0,9 МПа. Металлографический анализ металла стенок сотовых труб показал, что они имеют дендритную структуру.

П р и м е р 5. Способ осуществлялся аналогично его осуществлению в примере 1. Однако расплав перегревали на 80^оС выше его температуры кристаллизации, т.е. температура расплава равна 983^оС. Давление нейтральным газом аргоном на поверхность расплава создавали равное 1,6 МПа.

Металлографический анализ металла стенок труб полученной заготовки показал, что они имеют дендритную структуру, образовавшиеся дендритные кристаллы главной кристаллографической осью ориентированы нормально к стенкам сотовых труб.

Аналогичные результаты были получены в примерах конкретного выполнения способа при литье сотовых труб из алюминия, бронзы, меди, свинца, основные характеристики которых сведены в табл. 1.

В лабораторных условиях были проведены сравнительные испытания заявляемого способа непрерывного литья труб и устройства для его осуществления с известными способами получения труб сваркой, получение труб прокаткой с заполнителем, результаты которых приведены в табл. 2.

Данные таблицы свидетельствуют, что изобретение позволяет увеличить прочность сотовых труб, существенно сократить металлоемкость по сравнению с известными решениями.

Формула изобретения

1. Способ непрерывного литья труб, включающий подачу расплава в кристаллизатор, формирование в кристаллизаторе заготовки, вытягивание заготовки и охлаждение ее внешней поверхности, отличающийся тем, что на поверхность расплава подают нейтральный газ и устанавливают давление 1,0 - 1,5 МПа, расплав перегревают на 50 - 75^oС выше температуры его кристаллизации, а формирование заготовки осуществляют в виде сотовых труб и дополнительно охлаждают их внутренние поверхности.

2. Устройство для непрерывного литья труб, содержащее заливочную емкость, охлаждаемый кристаллизатор и установленный в его полости с возможностью возвратно-поступательного перемещения охлаждаемый дорн, отличающееся тем, что верхняя часть охлаждаемого кристаллизатора охвачена индукционным нагревателем, на ней установлена герметичная крышка с патрубком для ввода нейтрального газа и центральным отверстием, в котором зафиксирован охлаждаемый дорн, выполненный полым с закрепленной на его конце формообразующей насадкой, при этом насадка выполнена в виде основания с выступами, в выступах выполнены осевые каналы и образующие между собой и с внутренней стенкой кристаллизатора выводные каналы, а в основании выполнены сообщенные с полостью дорна и между собой радиальные и концентрические кольцевые каналы, выходы осевых каналов сообщены с радиальными каналами, а на выходе установлены рассекатели.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что высота выступов насадки составляет 0,2 - 0,4 высоты охлаждаемого кристаллизатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4