Кристаллизатор для непрерывного литья слитков

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции кристаллизаторов для непрерывного литья заготовок. Для повышения качества процесса непрерывного литья предложен кристаллизатор, содержащий корпус и пористые рабочие стенки. Рабочая стенка со стороны выхода слитка из кристаллизатора снабжена выступами, обращенными к оси кристаллизатора, между которыми выполнены продольные газоотводящие каналы, причем поперечный размер полости между выступами определяется соотношением 0 < d ≅ D-(ζ₁+ζ₂), где D - поперечный размер полости, образованный рабочими стенками в зоне, где отсутствуют выступы, ζ₁ - величина газового зазора, ζ₂ - величина усадки слитка. 1 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции кристаллизаторов для непрерывного литья заготовок, в т.ч. из цветных металлов и сплавов.

Известен кристаллизатор для непрерывного литья, содержащий корпус, установленные в нем пористые рабочие стенки, состоящие из газопроницаемого листа, полученного путем спекания медного порошка и медных брусков. Пористые рабочие стенки через медные бруски соединены со сплошными медными стенками. Во время разливки за счет продувания через пористый лист инертного газа между расплавом и пористым листом создают тонкий газовый слой с целью полного исключения трения между слитком и кристаллизатором без пpименения флюса и вибрации кристаллизатора.

Недостатком указанного кристаллизатора является то, что в реальных условиях под воздействием вытягивающего устройства неизбежны перекосы слитка относительно кристаллизатора, нарушающие стабильность газовой прослойки и приводящие к появлению периодических контактов поверхности литой заготовки с кристаллизатором и, следовательно, к появлению трения. Это ведет к дефектам на поверхности слитка.

Известна установка, включающая вакуумную камеру, динамическое уплотнение, кристаллизатор, теплосъемные контакты, установленные вокруг вытягиваемого слитка. Теплосъемные контакты изготавливают из металла с хорошей теплопроводностью и охлаждают водой или каким-либо другим охладителем.

Отмеченные контакты автономны от кристаллизатора и не могут играть роль направляющих, строго центрирующих положение литой заготовки относительно рабочих стенок кристаллизатора, т.к. это требует точной установки контактов в пространстве (с микронными допусками), что практически невозможно.

Известен также кристаллизатор, содержащий корпус, рабочие стенки, элемент, охватывающий слиток со стороны его выхода из кристаллизатора и выполненный в виде автономного водоохлаждаемого кольца из твердого металлического материала, например стали, установленного со стороны выхода слитка из кристаллизатора, причем диаметр кольца равен d D_г К, где D_г диаметр гильзы кристаллизатора; K величина, отвечающая условию 0<K≅У; У величина усадки слитка по диаметру на длине L; L длина активной части кристаллизатора.

Указанный кристаллизатор был предложен для локализации прорыва корочки слитка, равномерного охлаждения его и увеличения срока службы гильзы.

Недостатком этого кристаллизатора является то, что кольцо установлено автономно от рабочих стенок кристаллизатора, поэтому его практически невозможно точно отцентрировать относительно полости, ограниченной рабочими стенками. Поэтому упомянутое кольцо не может исключить перекосы слитка в полости кристаллизатора, ведущие к трению слитка о стенки кристаллизатора и появлению дефектов на поверхности слитка.

Цель изобретения повышение качества процесса непрерывного литья.

Поставленная цель достигается тем, что в кристаллизаторе, содержащем корпус, рабочие стенки, элемент, охватывающий слиток со стороны его выхода из кристаллизатора при литье с принудительной подачей газа в зазор между слитком и рабочими стенками кристаллизатора, элемент, охватывающий слиток со стороны его выхода из кристаллизатора, выполнен в виде обращенного к оси кристаллизатора выступа на его рабочей стенке, причем по периметру выступа выполнены продольные газоотводящие каналы, а размер полости, образованной выступами, определяется соотношением 0 < d ≅ D-(ζ₁+ζ₂), где D поперечный размер (диаметр в случае литья прутковой заготовки) полости, образованной рабочими стенками;
ζ₁ величина принудительно создаваемого зазора за счет подачи газа;
ζ₂ величина зазора, создаваемого усадкой слитка в кристаллизаторе.

В патентной и научно-технической литературе не обнаружено технических решений, содержащих признаки, аналогичные отличительным от прототипа признакам заявляемого технического решения. Следовательно, предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень.

На чертеже показан общий вид кристаллизатора для непрерывного литья металлов и сплавов. Кристаллизатор содержит корпус 1, пористую рабочую стенку 2 с выступом 3 на выходной части, продольные газоотводящие каналы 4, расположенные с постоянным шагом в выступе. Пористая рабочая стенка соединена со сплошной стенкой 5, установленной в корпусе, в котором выполнена камера для охлаждающей жидкости, разделенная перегородкой 6. Распределительный канал 7 выполнен в корпусе 1 и соединен с магистралью подвода газа 8 и полостью 9.

Предложенное техническое решение позволяет повысить качество слитка и стабильность процесса. Это достигается благодаря выполнению элемента, охватывающего слиток со стороны его выхода из кристаллизатора, в виде выступа непосредственно на выходном конце рабочей стенки.

При смещении литой заготовки относительно оси кристаллизатора и его рабочих стенок из-за воздействия вытягивающего устройства выступ на выходной части рабочих стенок ограничивает это смещение и в сочетании с эффектом действия газового потока, вдуваемого через пористую рабочую стенку и оттесняющего расплав и затвердевающую заготовку от рабочей стенки, обеспечивает исключение трения между заготовкой и кристаллизатором. При этом продольные каналы по периметру выступа обеспечивают отвод газа, вдуваемого в зазор между заготовкой и кристаллизатором, способствуя поддержанию стабильных давления газа в зазоре и величины зазора. Тем самым обеспечивается поддержание стабильного зазора между заготовкой и рабочей стенкой кристаллизатора по всему периметру. Этот зазор на выходе из кристаллизатора слагается из компонента ζ₁, связанного с принудительным оттеснением расплава от рабочей стенки, и из компонента ζ₂, обусловленного усадкой слитка в кристаллизаторе. Поэтому для исключения зависания слитка поперечный размер полости, заключенной между выступами, принимается не менее величины D-(ζ₁+ζ₂), где D поперечный размер полости, образованной рабочими стенками.

В результате использования предложенного технического решения обеспечивается исключение трения между литой заготовкой и кристаллизатором, что предопределяет высокое качество поверхности литой заготовки и стабильность процесса (без надрывов и разрывов корки). Кроме того, вследствие исключения контакта корки с рабочей стенкой существенно расширяется сортамент отливаемых сплавов, литье которых до сих пор затруднено из-за их физико-химического взаимодействия с материалом рабочих стенок (например, литье в кристаллизаторы с графитовыми рабочими стенками сплавов, содержащих никель, хром, цирконий и др. компоненты, химически реагирующие с углеродом).

Кристаллизатор работает следующим образом. В полость кристаллизатора вводится затравка. В кристаллизатор подводится охлаждающая жидкость и одновременно через канал 7 и полость 9 подается под давлением нейтральный газ к пористой рабочей стенке 2, проходя через которую он истекает в полость кристаллизатора.

В кристаллизатор подается расплав и после затвердевания донной части производится вытягивание заготовки 10 из кристаллизатора с заданной скоростью. При этом на рабочей стенке кристаллизатора создается и поддерживается давление, адекватное металлостатистическому давлению расплава. Отмеченное позволяет выдерживать стабильную, достаточно малую величину зазора, что обеспечивает исключение трения между заготовкой и рабочей стенкой кристаллизатора при достаточно высокой интенсивности теплопередачи в кристаллизаторе.

Высоту выступов на рабочей стенке со стороны выхода из кристаллизатора принимали, исходя из следующих соображений: принудительно-создаваемый зазор задавался на уровне ζ₁=25 мкм, усадочный зазор 5 мкм, итого ζ=ζ₁+ζ₂=30 мкм.
В соответствии с этим высота выступа принята несколько меньшей величины ζ, в данном случае 20 мкм.

Формула изобретения

1. Кристаллизатор для непрерывного литья слитков, содержащий корпус и пористые рабочие стенки, отличающийся тем, что рабочая стенка со стороны выхода слитка выполнена с выступами, обращенными к оси кристаллизатора, с образованием продольных газоотводящих каналов, при этом поперечный размер полости между выступами d определен из соотношения
0<d≅ D-C(ζ₁+ζ₂),
где D поперечный размер полости, образованной рабочими стенками в зоне без выступов,
ζ₁ величина газового зазора;
ζ₂ величина усадки слитка в кристаллизаторе.

2. Кристаллизатор по п. 1, отличающийся тем, что выступы выполнены гальваническим методом.

3. Кристаллизатор по п. 1, отличающийся тем, что выступы выполнены методом напыления.

РИСУНКИ

Рисунок 1