Устройство для непрерывного литья полых слитков

 

Использование: в металлургии, в частности в конструкциях кристаллизаторов для непрерывного литья полых заготовок, в том числе из меди, алюминия и их сплавов. Сущность: устройство для непрерывного литья полых слитков содержит цилиндрический кристаллизатор с полостью ступенчатой формы и выполненными вокруг нее изолированными, подводящими расплав каналами, наружный охладитель, полый дорн, закрепленный в полости кристаллизатора с зазором, газопроницаемый стержень, размещенный в дорне с зазором и снабженный опорно-крепежными элементами и системой каналов для подвода охлаждающего агента в полость дорна, размещенных в стенках каналов, подводящих расплав. 3 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции кристаллизаторов для непрерывного литья полых заготовок, в том числе из меди, алюминия и их сплавов.

Известен кристаллизатор [1,2] для непрерывного литья полых слитков, содержащий дорн с внутренней полостью, через которую подается охладитель (жидкость, газ) на внутреннюю поверхность вытягиваемой полой заготовки.

Известен также кристаллизатор [3] в котором дорн выполнен с пористой стенкой, толщина которой уменьшается в направлении вытягивания слитка книзу, при этом через стенку подаются охлаждающие газ и жидкость, оттесняющие расплав от стенки дорна и заполняющие зазор между заготовкой и дорном.

Известен также кристаллизатор [4] в котором дорн имеет внутреннюю полость для подвода охлаждающего газа, при этом головная часть дорна с узлом подвода газа в установке горизонтального непрерывного литья закреплена в задней стенке металлоприемника. Такая конструкция упрощает подвод газа в полость дорна, но резко осложняет центровку дорна относительно наружного холодильника.

Известно устройство [5] включающее наружный охладитель и дорн, соединенный с наружным охладителем с помощью торцевого фланца, который установлен в выемке кристаллизатора и имеет отверстия для перетекания расплава в полость между кристаллизатором и дорном. При этом для охлаждения дорна в него подают инертный газ или жидкость через канал, состоящий из трех состыкованных участков, расположенных последовательно в основании металлоприемника, головных зонах рабочей стенки кристаллизатора и дорна. Такая схема подвода газа (жидкости) в дорн имеет существенный недостаток, заключающийся в необходимости создания специальных уплотнительных устройств в местах стыковки каналов (металлоприемник кристаллизатор и кристаллизатор - дорн).

Поскольку отмеченные уплотнительные устройства должны работать в условиях высоких температур (в зонах входа расплава в полость между кристаллизатором и дорном), то надежность их будет мала.

Известное устройство [5] является наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и принято в качестве прототипа.

Предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию узла подачи газа (жидкости) в полость дорна и повысить надежность работы кристаллизатора при литье полых заготовок.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем металлоприемник, основание которого состыковано с наружным охладителем и полым дорном, имеющее отверстие для подвода расплава в полость между дорном и наружным охладителем, а также каналы для подачи газа в полость дорна, в пространстве металлоприемника на его основании выполнен выступ, соединенный перемычками со стенками металлоприемника, причем в перемычках выполнены каналы, соединенные с источником рабочего тела, при этом в выступе выполнен ступенчатый осесимметричный канал с установленными в нем головкой дорна и стержнем с опорно-крепежными элементами, а между стержнем и поверхностями осесимметричного канала и дорна образована замкнутая полость, соединенная с каналами в перемычках.

Дорн по одному из вариантов выполняется с пористыми рабочими стенками, а по другому со сплошными стенками, имеющими отверстия для подачи газа (жидкости) на внутреннюю поверхность полого слитка.

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 фиг. 1 показан общий вид предлагаемого устройства; на фиг.2 сечение А-А основания кристаллизатора по перемычке на фиг.1; на фиг.3 сечение В-В основания кристаллизатора по каналам на фиг.1.

Устройство содержит полый цилиндрический кристаллизатор 1, основание 2 которого состыковано с наружным охладителем 3 и полым дорном 4. Во внутренней полости кристаллизатора 1 на его основании 2 выполнен выступ 5, соединенный перемычками 6 со стенками кристаллизатора. В перемычках 6 выполнены каналы 7, соединенные с источником рабочего тела, а между ними отверстия 8, соединяющие пространство кристаллизатора с полостью 9 между дорном 4 и наружным охладителем 3. В выступе 5 выполнен ступенчатый осесимметричный канал 10 с установленными в нем головкой дорна 11 и стержнем 12 с опорно-крепежными элементами. Между стержнем и поверхностями осесимметричного канала 10 и дорна 4 образована замкнутая полость 13, соединенная с каналами 7 перемычек 6. В нижнюю часть кристаллизатора подводится нейтральный газ по каналу 15 высокого давления. В полости 9 установлен полый цилиндр 14 (затравка).

Предложенное техническое решение позволяет упростить конструкцию узла подачи газа или жидкости в полость дорна и повысить надежность его работы. Это достигается благодаря выполнению в пространстве металлоприемника и на его основании выступа, соединенного перемычками со стенками металлоприемника и имеющего ступенчатый осесимметричный канал с установленными в нем головкой дорна и стержнем с опорно-крепежными элементами, причем между стержнем и поверхностью осесимметричного канала образована замкнутая полость, соединенная с каналами, размещенными в перемычках.

Тем самым устраняется необходимость выполнения дополнительных, сложных и ненадежных уплотнительных устройств по стыкам каналов, расположенных в различных деталях узла (металлоприемник охладитель дорн).

Отмеченное упрощение конструкции и повышение надежности узла подачи газа или жидкости достигается при соблюдении требования центровки дорна относительно охладителя, так как и охладитель, и дорн в предложенном техническом решении фиксируются своими головными частями в днище металлоприемника и снабжены соответствующими выступами.

Устройство работает следующим образом.

В полость 9, образованную наружным охладителем 3 и дорном 4, вводится полый стержень 14 (затравка). В наружный охладитель подается охлаждающая жидкость и одновременно нейтральный газ (жидкость) через подводящие каналы 7 и 15 в полости 13 дорна 4 и наружного охладителя 3.

В дорне 4 с проницаемыми стенками газ или жидкость вытекают через поры в стенке дорна в полость 9 между дорном и наружным охладителем 3.

В устройство подается расплав, который через отверстия 8 в основании металлоприемника 1 протекает в полость 9 между наружным охладителем 3 и дорном 4. При этом происходит затвердевание расплава как со стороны наружного охладителя 3, так и со стороны дорна 4. Газ или жидкость, истекающие из полости дорна 4 на его наружную поверхность, создают тонкий пограничный слой между дорном 4 и расплавом и тем самым исключают трение между внутренней поверхностью полой заготовки и дорном 4. Тем самым обеспечивается улучшение качества внутренней поверхности полой заготовки и увеличение скорости вытягивания. Одновременно предотвращается зависание заготовки на дорне 4, приводящее к обрыву заготовки и нарушению стабильного процесса вытягивания.

При испытаниях на литье заготовок латуни с наружным диаметром 28 мм и внутренним диаметром 23 мм получены качественные литые трубы, не требующие механической обработки для последующего холодного деформирования.

Стабильный процесс литья качественных полых слитков в предлагаемом устройстве позволяет исключить из технологического процесса производства труб операции разливки слитков сплошного сечения и последующего их горячего прессования, что обеспечивает значительное (на 30-40%) повышение выхода годного, а также сокращение трудоемкости производства. Дополнительный эффект может быть получен за счет снижения разностенности полых заготовок с 20 до 3-5% что позволит перейти к выпуску труб по теоретической массе с экономией до 3% металла. Суммарный ожидаемый ежегодный прирост прибыли от выпуска труб из меди и медных сплавов по новой технологии, базирующийся на непрерывном литье полых заготовок в предлагаемое устройство, составляет в ценах 1992 г. 10-15 тыс. руб. /т. Применение дорна с пористыми стенками и подачей газа (жидкости) на его рабочую поверхность позволяет исключить дорогостоящий, дефицитный и малостойкий графит в качестве материала дорна. Тем самым обеспечивается повышение долговечности дорна, снижение затрат на его изготовление, сокращение потерь времени на смену дорна, что в совокупности дает дополнительную экономию.

Источники информации.

1. Патент ФРГ N 2850659, кл. B 22 D 15/00, 1979.

2. Заявка Японии N 55-42655, 1977.

3. Патент ФРГ N 2321064, кл. B 22 D 11/04, 1974.

4. Заявка Японии N 60-56448, 1985.

5. Заявка Великобритании N 1323752, кл. B 22 D 11/02, 1972.

Формула изобретения

Устройство для непрерывного литья полых слитков, содержащее полый цилиндрический кристаллизатор, наружный охладитель, полый дорн, закрепленный в полости кристаллизатора с зазором, и систему каналов для подвода охлаждающего агента в полость дерна, отличающееся тем, что оно снабжено стержнем с опорно-крепежными элементами, размещенными с зазором в дорне, а полость кристаллизатора выполнена ступенчатой и вокруг нее выполнены изолированные, подводящие расплав каналы, в стенках которых размещены каналы для подвода охлаждающего агента в полость дорна, выполненного из газопроницаемого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3