Способ и устройство для обработки вибрацией непрерывно-литых заготовок

Изобретение относится к области металлургии. Кристаллизатор для непрерывного литья заготовок содержит корпус с установленной в нем на упругих уплотнительных элементах гильзой. На нижнем конце гильзы установлена сферическая втулка, обеспечивающая повороты гильзы в обойме. После введения расплава металла в гильзу, вибровозбудителями, установленными в верхней и нижней частях корпуса, гильзе сообщают трехкомпонентные поперечно-продольные колебания. Верхнему концу гильзы сообщают двухкомпонентные колебания, перпендикулярные продольной оси гильзы, по эллиптическим или многолепестковым траекториям. Нижнему концу гильзы сообщают колебания вдоль ее продольной оси. Обеспечивается улучшение теплового режима кристаллизации металла, снижение сопротивления движению непрерывно-литой заготовки через кристаллизатор. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывному литью заготовок.

Задачей настоящего изобретения является снижения сопротивлений прохождению отливки через кристаллизатор, улучшение качества непрерывно-литых заготовок и повышение стабильности технологического процесса разливки.

Ближайшим аналогом заявленного способа является способ сообщения колебаний гильзе кристаллизатора для обработки вибрацией непрерывно-литых заготовок, включающий введение расплава металла в гильзу, установленную в корпусе кристаллизатора, и сообщение ей высокочастотных колебаний относительно ее продольной оси путем сообщения верхнему концу гильзы кристаллизатора перпендикулярно ее оси двухкомпонентных колебаний за счет его поступательного перемещения по эллиптическим или многолепестковым траекториям, при этом нижний конец гильзы устанавливают в обойме со сферической втулкой с возможностью поворота (RU 2239516 С1, B22D 11/053, 11.04.2003).

Недостатком такого устройства является сообщение колебаний всему кристаллизатору имеющему достаточно большую массу, что ведет к необходимости применения весьма мощных и громоздких вибровозбудителей и возрастанию динамических нагрузок в системе МНЛЗ. Размещение таких вибровозбудителей в стесненных условиях МНЛЗ весьма проблематично и не желательно увеличение динамики машины. Кроме того, усложняется решение проблемы стыковки колеблющегося в поперечном направлении кристаллизатора с блоком неподвижных направляющих роликов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ перемещения кристаллизатора при непрерывной разливке металла (авторское свидетельство №2239516, В22D 11/051, 11/053, 2003), выбранный за прототип, заключающийся в том, что гильзе кристаллизатора придают высокочастотные прецессии относительно ее продольной оси путем сообщения верхнему концу гильзы кристаллизатора перпендикулярно ее оси двухкомпонентных колебаний за счет его поступательного перемещения по эллиптическим или многолепестковым траекториям, при этом нижний конец гильзы устанавливают в корпусе кристаллизатора с возможностью поворота без поступательных перемещений.

Недостатком такого способа обработки вибрацией непрерывно-литых заготовок является отсутствие продольных колебаний гильзы, способствующих снижению сопротивлений прохождению заготовки через кристаллизатор.

Техническим результатом настоящей группы изобретений является устранение указанных недостатков и достижение новых положительных результатов, а именно: управление тепломассообменными процессами в расплаве и улучшение теплового режима кристаллизации металла, снижение путем обработки вибрацией сопротивлений прохождению непрерывно-литой заготовки через кристаллизатор, улучшение кристаллической структуры заготовки, повышение качества ее поверхности и предотвращение смещений непрерывно-литой заготовки относительно направляющих роликов.

Это достигается тем, что в известном способе сообщения колебаний гильзе кристаллизатора для обработки вибрацией непрерывно-литых заготовок, включающем введение расплава металла в гильзу, установленную в корпусе кристаллизатора, и сообщение ей колебаний по изобретению, гильзе кристаллизатора придают высокочастотные прецессии относительно продольной оси путем сообщения верхнему концу гильзу кристаллизатора перпендикулярно ее оси двухкомпонентных колебаний за счет его поступательного перемещения по эллиптическим или многолепестковым траекториям, при этом нижний конец гильзы устанавливают в корпусе кристаллизатора с возможностью поворота без поступательных перемещений.

Также это достигается тем, что в известном кристаллизаторе для непрерывного литья заготовок, содержащем корпус с установленной в нем на упругих уплотнительных элементах с возможностью совершения колебаний гильзой и инерционные пневматические вибровозбудители, по изобретению верхний конец гильзы выпущен из корпуса и на нем жестко закреплены вибрационные пневматические вибровозбудители, выполненные с возможностью сообщения нижнему концу гильзы перпендикулярно ее оси двухкомпонентных колебаний, а нижний конец гильзы установлен в корпусе кристаллизатора с возможностью поворота без поступательных перемещений.

Кроме того, на нижнем конце гильзы закреплена имеющая внешнюю сферическую поверхность втулка, установленная с возможностью поворота в обойме, имеющей внутреннюю сферическую поверхность и закрепленную в корпусе кристаллизатора с помощью упругой уплотнительной мембраны, допускающей ее перемещения в направлении продольной оси гильзы.

Верхний конец гильзы закреплен в корпусе кристаллизатора посредством упругого уплотнительного мембранного элемента, герметично соединенного с гильзой и корпусом кристаллизатора и допускающего продольные и поперечные смещения гильзы.

Гидравлические мембранные вибровозбудители установлены в верхней и нижней частях корпуса кристаллизатора.

На фиг.1 представлена схема реализации способа сообщения колебаний гильзе кристаллизатора.

На фиг.2 показан продольный разрез кристаллизатора.

Сущность способа сообщения колебаний гильзе кристаллизатора для обработки вибрацией непрерывно-литых заготовок иллюстрирует фиг.1. Установленному в корпусе 1 кристаллизатора верхнему подпружиненному концу гильзы 2 гидравлические мембранные вибровозбудители сообщают во взаимно перпендикулярных направлениях поперечные высокочастотные колебания A1, A2 формирующие ее прецессионные движения вокруг продольной оси. Нижнему концу гильзы 2, установленному в корпусе 1 кристаллизатора с помощью подпружиненной обойме 3 со сферическим шарниром, гидравлическими мембранными вибровозбудителями, сообщаются высокочастотные колебания A3 вдоль продольной оси.

Таким образом, верхний конец гильзы совершает поступательные перемещения, в зависимости от настройки вибровозбудителей, по эллиптическим или более сложным многолепестковым траекториям А12. Вследствие сложения продольных A3 и поперечных A1, A2 колебаний гильза кристаллизатора совершает трехкомпонентные (объемные) поперечно-продольные колебания с переменными по ее высоте амплитудами поперечных колебаний.

Максимальные поперечные перемещения создаются на верхнем конце гильзы и нулевые на нижнем конце. Продольные перемещения гильзы везде одинаковы.

При таком режиме колебаний гильзы находящийся в ней расплав подвергается наиболее эффективным, с точки зрения совершенствования технологического процесса непрерывного литья и снижения сопротивлений прохождению заготовки через кристаллизатор, пространственным вибрационным воздействиям, причем самым интенсивным в начале процесса кристаллизации, что способствует массовому зарождению центров кристаллизации и равномерному распределению их инициируемыми вибрационными воздействиями циркуляционными потоками по всему объему расплава.

Уменьшение интенсивности вибрационных воздействий на расплав по мере его перемещения к выходному концу гильзы и образование кристаллизующейся корочки непрерывно-литой заготовки снижает также опасность ее повреждений и разрывов.

Отсутствие поперечных смешений выходного конца гильзы решает сложную проблему взаимодействия вибрирующего кристаллизатора с неподвижными направляющими роликами и затвердевшей непрерывно-литой заготовкой. Разные по высоте режимы колебаний гильзы кристаллизатора благоприятно влияют также на формирование сниженной силы трения, действующей на проходящую через нее непрерывно-литую заготовку. Более значительное снижение сил трения в верхней части гильзы эффективно формирует сжимающие напряжения в непрерывно-литой заготовке.

Предлагаемый способ обработки вибрацией непрерывно-литых заготовок может быть реализован на кристаллизаторах традиционной конструкции при незначительном их дооборудовании гидравлическими вибровозбудителями и модификации крепления гильзы в корпусе кристаллизатора. Сообщение колебаний только гильзе, а не всему кристаллизатору, позволяет передавать непрерывно-литой заготовке интенсивные вибрации при ограниченной мощности гидравлических вибровозбудителей. В то же время несущие конструкции кристаллизатора разгружаются от чрезмерных динамических нагрузок. Все изложенное делает реальным внедрение предлагаемого способа обработки вибрацией непрерывно-литых заготовок в производство в ограниченные сроки при минимальных капитальных затратах.

Как показывают экспериментальные исследования, проведенные на металлургическом заводе "Серп и Молот" на модельных средах и непосредственно при отливке стальных заготовок, высокочастотные колебания гильзы способствуют улучшению структуры отливки. Кроме того, такие колебания снижают сопротивления движению непрерывно-литой заготовки через кристаллизатор.

Предлагаемый способ обработки вибрацией непрерывно-литых заготовок открывает широкие возможности управления тепломассообменными процессами в расплаве и улучшения теплового режима кристаллизации металла, снижения сопротивлений прохождению их через кристаллизатор, улучшения структуры, повышения качества поверхности и предотвращения смещений непрерывно-литой заготовки при выходе из кристаллизатора относительно направляющих роликов.

На фиг.2 изображен кристаллизатор для непрерывного литья заготовок. Кристаллизатор состоит из корпуса 1, внутри которого установлена медная гильза 2.

В верхней части корпуса 1 кристаллизатора на каждой из его стенок закреплены гидравлические мембранные вибровозбудители 4, мембраны которых с натягом касаются стенок гильзы 2.

В верхней части гильза 2 для предотвращения утечек охлаждающей жидкости соединена с корпусом 1 кристаллизатора упругим уплотнением 5. С целью компенсации динамических нагрузок верхний конец гильзы 2 может быть также закреплен в корпусе 1 кристаллизатора упругим уплотнительным мембранным элементом 6.

На нижнем выходном конце гильзы 2 имеется втулка 6 с внешней сферической поверхностью, которая установлена с возможностью поворотов в обойме 7. Нижний выходной конец гильзы 2, так же как и верхний, для предотвращения утечек охлаждающей жидкости соединен с корпусом 1 кристаллизатора упругим уплотнением 8. С целью компенсации динамических нагрузок от продольных колебаний нижний конец гильзы 2 может быть также закреплен в корпусе 1 кристаллизатора упругим уплотнительным мембранным элементом.

В нижней части корпуса 1 кристаллизатора установлены оппозитно два гидравлических мембранных вибровозбудителя 9, мембраны которых с натягом касаются плеч, а рычагов 10, установленных шарнирно с возможностью качаний вокруг осей 11, жестко закрепленных в корпусе кристаллизатора 1. Плечи 6 рычагов 10 входят в кольцевые проточки в обоймы 3.

Предлагаемые способ сообщения колебаний гильзе кристаллизатора для обработки вибрацией непрерывно-литых заготовок и реализующий его кристаллизатор для непрерывного литья открывают широкие возможности для управления тепломасообменными процессами в расплаве и улучшения теплового режима кристаллизации металла.

1. Способ сообщения колебаний гильзе кристаллизатора для обработки вибрацией непрерывно-литых заготовок, включающий введение расплава металла в гильзу, установленную в корпусе кристаллизатора, и сообщение ей колебаний, отличающийся тем, что гильзе кристаллизатора сообщают трехкомпонентные поперечно-продольные колебания, формируемые двухкомпонентными высокочастотными колебаниями верхнего конца гильзы кристаллизатора перпендикулярно ее оси за счет его поступательного перемещения по эллиптическим или многолепестковым траекториям и линейными колебаниями нижнего конца гильзы кристаллизатора вдоль ее продольной оси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гильзе кристаллизатора придают поперечные и продольные колебания, различные по частоте, амплитуде и сдвигам по фазе.

3. Кристаллизатор для непрерывного литья заготовок, содержащий корпус с установленной в нем на упругих уплотнительных элементах гильзой, вибровозбудители, закрепленные в верхней части корпуса, сообщающие верхнему концу гильзы перпендикулярно продольной оси гильзы двухкомпонентные колебания за счет поступательного перемещения верхнего конца гильзы по эллиптическим или многолепестковым траекториям, при этом нижний конец гильзы снабжен сферической втулкой, установленной с возможностью поворота в обойме, отличающийся тем, что он снабжен вибровозбудителями, установленными в нижней части корпуса кристаллизатора, сообщающими нижнему концу гильзы колебания вдоль ее продольной оси, при этом нижний конец гильзы закреплен в корпусе кристаллизатора посредством упругих уплотнительных мембранных элементов, герметично соединенных с гильзой и корпусом кристаллизатора.

4. Кристаллизатор по п.3, отличающийся тем, что используют гидравлические вибровозбудители.

5. Кристаллизатор по п.3, отличающийся тем, что сферическая втулка кинематически соединена с рычагом гидравлического вибровозбудителя, сообщающего гильзе колебания вдоль продольной оси.

6. Кристаллизатор по п.4, отличающийся тем, что гидравлические вибровозбудители выполнены в виде упругих мембран, установленных в герметичном корпусе.

7. Кристаллизатор по п.6, отличающийся тем, что он снабжен рычажными механизмами, преобразующими поперечные колебания упругих мембран вибровозбудителей, установленных в нижней части корпуса кристаллизатора, в продольные колебания гильзы кристаллизатора.