Способ отливки составного слитка с компенсацией изменения температуры металла



Способ отливки составного слитка с компенсацией изменения температуры металла
Способ отливки составного слитка с компенсацией изменения температуры металла
Способ отливки составного слитка с компенсацией изменения температуры металла
Способ отливки составного слитка с компенсацией изменения температуры металла
Способ отливки составного слитка с компенсацией изменения температуры металла
Способ отливки составного слитка с компенсацией изменения температуры металла
Способ отливки составного слитка с компенсацией изменения температуры металла

 


Владельцы патента RU 2510782:

НОВЕЛИС ИНК. (CA)

Изобретение относится к непрерывному литью составного металлического слитка. Для формирования составного слитка осуществляют подачу по меньшей мере двух потоков расплавленного металла в две или более камер кристаллизатора установки непрерывного литья с прямым охлаждением. Входные температуры одного или более потоков расплавленного металла измеряют рядом с входом литейной камеры, в которую подается поток. Входные температуры сравнивают с заданной уставкой температуры для данного потока с целью обнаружения возможного отклонения. Затем производят корректировку переменной литейного процесса, например скорости литья, влияющей на температуру расплавленного металла на входе или внутри литейных камер, на величину, рассчитанную на основе разницы сравниваемых температур. Предпочтительно выбирают корректировку, принуждающую измеренную температуру возвращаться к значению уставки. Обеспечивается предотвращение отрицательного влияния на литье отклонений входной температуры от уставки.14 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к литью составных слитков способом непрерывного литья в кристаллизатор с прямым охлаждением. Точнее изобретение относится к такому способу литья, в котором выполняется компенсация изменений входной температуры расплавленных металлов, отливаемых в слиток.

Уровень техники

Для выполнения многих задач требуется отливать металлические слитки из двух или более слоев металла. Например, для придания поверхности особых свойств, отличных от свойств по всему объему, прокатные изделия из таких слитков могут формироваться со слоем металлического покрытия на одной или обеих сторонах внутреннего слоя. Чрезвычайно подходящий способ отливки таких составных слитков изложен в международной патентной публикации 2004/112992 (Anderson и др). В данной публикации раскрывается способ и оборудование для непрерывного литья в кристаллизатор с прямым охлаждением (DC) двух и более слоев металла одновременно для получения составного слитка. Для достижения хорошего сцепления между слоями металлов желательно обеспечить, чтобы слои, отливаемые вместе в одной установке, последовательно кристаллизовались таким образом, чтобы расплавленный металл одного слоя контактировал с полуотвердевшим металлом предшествующего отлитого слоя, чтобы позволить произойти взаимной диффузии металлов на границе (-ах) их раздела. Такая организация литья также может предотвратить преждевременное образование оксидов на границе (-ах) раздела слоев, что также способствует улучшению взаимного сцепления между слоями.

Изобретением, упомянутым здесь, было установлено, что на работу способа и установки может влиять температура расплавленных металлов, из которых отливаются различные слои. Если поток одного или нескольких металлов будет слишком горячим, то в процессе формирования слитка может произойти разрыв или иное повреждение поверхности раздела между металлами в самом начале их соприкосновения. С другой стороны, если поток одного или нескольких металлов будет слишком холодным, то прохождению расплавленного металла в кристаллизатор может воспрепятствовать частичное или полное затвердевание металла в сливных трубках или распределительных желобах, по которым металлы подаются в кристаллизатор. Кроме того, в подобных случаях преждевременно отвердевший материал может попадать непосредственно в кристаллизатор, ухудшая качество литейного изделия. Хотя аппараты в большинстве случаев оптимизируются с тем, чтобы доставляемые в кристаллизатор металлы имели необходимую температуру (называемую «уставкой» для конкретного металла), на практике не всегда бывает просто поддерживать необходимую температуру из-за воздействия окружающей среды и непредвиденных изменений рабочих параметров. Поэтому желательно предложить способ устранения или сведения к минимуму влияния таких изменений температуры.

В указанной выше международной патентной публикации (Anderson и др.) раскрываются основы технологии совместного литья нескольких слоев для получения составных слитков, но не рассматриваются и не раскрываются проблемы, порождаемые изменением входной температуры, и не рассматриваются их решения.

В патенте США 5839500 (Roder и др.), выданном 24 ноября 1998 года, раскрывается способ и аппарат для литья металлического сляба непрерывным процессом с использованием двухленточной литейной машины, литейной машины с подвижным блоком и т.п. Патент предлагает пути улучшения качества металлического литья, включая измерение таких параметров, как температура металла, и управление определенными технологическими параметрами. Тем не менее, патент не касается отливки составных слитков и не подразумевает подачу двух или более потоков металла в литейную установку.

Следовательно, существует необходимость эффективного решения некоторых или всех вышеуказанных проблем.

Раскрытие изобретения

Один вариант осуществления изобретения представляет способ литья с прямым охлаждением составного металлического слитка, включающий последовательное литье, по меньшей мере, двух слоев металла с целью получения составного слитка путем подачи потоков расплавленного металла, по меньшей мере, в две литейные камеры кристаллизатора установки литья с прямым охлаждением, измерение входной температуры одного или более потоков расплавленного металла рядом с входом литейной камеры, в которую подается поток, сравнение измеренной температуры с заданной уставкой и коррекцию переменной литейного процесса, влияющей на температуру расплавленного металла на входе или внутри литейных камер, на величину, рассчитанную по обнаруженным отклонениям одной или более температур с целью минимизации пагубного влияния на литье одного или более отклонений температуры.

Предпочтительно коррекция переменной литейного процесса выполняется так, чтобы приблизить или возвратить измеряемую входную температуру одного или более потоков к значению заданной уставки температуры для одного или более потоков. Другими словами, при обнаружении отклонения от уставки температуры переменная литейного процесса корректируется так, чтобы отклонение температуры стремилось к минимуму или нулю, а измеряемая температура приближалась к значению уставки или возвращалась на него.

Коррекция переменной литейного процесса может быть прекращена на определенных стадиях литья, например, когда отклонение температуры не будет считаться наносящим вред процессу литья (то есть не будет оказывать пагубных воздействий на литье), или когда сама корректировка переменной литейного процесса будет вызывать нежелательные изменения, оказывающие пагубное воздействие на литье. Более того, коррекция может ограничиваться заранее установленными интервалами отклонения температуры так, чтобы при отклонении температуры, не попадающем в границы заранее установленных интервалов, никакой коррекции не выполнялось.

Другой вариант осуществления изобретения представляет установку для литья составного металлического слитка, включающую установку литья с прямым охлаждением с кристаллизатором, содержащим, по меньшей мере, две литейные камеры для отливки составного слитка; желоба для подачи потоков расплавленного металла, по меньшей мере, в две литейные камеры; по меньшей мере, один датчик температуры для измерения входной температуры одного или более потоков расплавленного металла рядом с входами литейных камер, в которые подаются потоки; устройство сравнения показаний температуры, по меньшей мере одного датчика температуры с заданными уставками температуры для одного или более потоков с целью обнаружения отклонений температуры потоков; и контроллер для коррекции переменной литейного процесса, влияющей на температуру расплавленного металла на входе или внутри литейных камер, на величину, рассчитанную по отклонению температуры, обнаруженному, по меньшей мере, для одного из потоков.

Термин «переменная литейного процесса» означает параметр процесса литья, который может изменяться оператором (или алгоритмом управления, реализованным в компьютере или программируемом логическом контроллере) в ходе литья. На температуру металла на входе или внутри кристаллизатора могут влиять несколько переменных литейного процесса. Например, к таким переменным литейного процесса относится скорость литья слитка, интенсивность охлаждения слоев металла внутри кристаллизатора, интенсивность охлаждения составного слитка, выходящего из катализатора, а также высота поверхностей лунок расплавов металлов внутри кристаллизатора. Предпочтительной переменой для корректировки является скорость литья, так как ее легче всего изменять. Более подробно далее по тексту описываются результаты изменения скорости литья.

Быстрота охлаждения потоков материала внутри кристаллизатора (то есть более интенсивное охлаждение или менее интенсивное охлаждение) может изменяться за счет корректировки охлаждения охлаждаемых разделительных перегородок, служащих для разделения камер кристаллизатора. Обычно перегородки изготавливают из теплопроводного материала, охлаждаемого водой, протекающей по трубкам, находящимся в физическом контакте с разделительными перегородками. Изменение расхода охлаждающей воды (и/или ее температуры) увеличивает или уменьшает количество тепла, отводимого от разделительной перегородки, таким образом увеличивая или уменьшая отвод тепла от расплавленного металла, соприкасающегося с разделительной перегородкой, и его температуру. Таким образом, температура расплавленного металла, соприкасающегося с разделительной перегородкой, регулируется внутри самого кристаллизатора. Металл, соприкасающийся с разделительной перегородкой, в конце концов, образует часть границы раздела между соседними слоями металла, следовательно, интенсивность охлаждения металла непосредственно влияет на физические характеристики металла на границе раздела (то есть, на температуру и толщину оболочки полутвердого металла, формирующейся из расплавленного металла на границе раздела). Следовательно, увеличение расхода воды через трубки, прикрепленные к разделительной перегородке, увеличивает интенсивность охлаждения расплавленного металла, соприкасающегося с разделительной перегородкой, и компенсирует перегрев расплавленного металла на входе в кристаллизатор относительно заданного значения температуры (уставки). И наоборот, уменьшение расхода охлаждающей воды компенсирует переохлаждение расплавленного металла ниже значения уставки.

Аналогичным образом, интенсивность, с которой охлаждающая вода подается на наружную поверхность слитка, выходящего из кристаллизатора, может повышать или понижать температуру металла внутри кристаллизатора, так как тепло от металла внутри кристаллизатора передается вдоль слитка в точку, где тепло забирается подаваемой снаружи охлаждающей водой. Поэтому увеличение расхода охлаждающей воды (и/или понижение ее температуры) усиливает эффект охлаждения расплавленного металла внутри кристаллизатора (компенсируя при этом перегрев выше значения уставки), а уменьшение расхода охлаждающей воды относительно снижает эффект охлаждения (компенсируя переохлаждение ниже значения уставки).

Регулирование высоты поверхности лунок расплавленного металла внутри литейных камер оказывает эффект изменения температуры металла на поверхности раздела, на которой металлы соприкасаются друг с другом вследствие того, что большая глубина лунки металла внутри литейной камеры увеличивает длительность контакта расплавленного металла с охлаждаемыми стенками и перегородками кристаллизатора, а меньшая глубина лунки металла сокращает время охлаждения. Высота поверхности лунок металла может регулироваться изменением скорости подачи расплавленного металла в литейные камеры, например, путем изменения положения регулирующей арматуры или «заслонки» (обычно огнеупорных стержней) в аппарате подачи металла. Таким образом, увеличение глубины лунки металла компенсирует перегрев выше значения уставки, а уменьшение глубины лунки металла компенсирует переохлаждение ниже значения уставки.

Одной из задач корректировки переменных литейного процесса является предотвращение разрыва, разрушения или другого нарушения границы раздела, на которой происходит первое соприкосновение металлов отливаемых слоев. При последовательной кристаллизации новообразованная поверхность полутвердого металла используется в качестве опоры, на которую отливается и охлаждается расплавленный металл соседнего слоя. Слой полутвердого металла формируется в наружную оболочку вокруг сердцевины все еще расплавленного металла, и эта оболочка должна быть достаточно толстой, чтобы не прорваться и не разрушиться при контакте с расплавленным металлом другого слоя отливки. Толщина оболочки зависит от времени, в течение которого слой металла охлаждался, в частности, разделительными перегородками. Кроме того, температура полутвердого слоя должна быть такой, чтобы при воздействии расплавленного металла другого слоя она не поднималась до температуры плавления, иначе граница раздела снова может подвергнуться разрыву или разрушению. Таким образом, образование жизнеспособной границы раздела при литье очень сильно зависит от времени охлаждения и наименьшей температуры металла первого отливаемого слоя в точке, где металлы слитка вступают в первый контакт и полностью отвердевают. Следовательно, одной из задач является корректировка переменной литейного процесса, влияющей на длительность и температуру этого охлаждения с целью компенсации отклонений входной температуры расплавленных металлов от заданного значения уставки. Другой задачей корректировки переменных литейного процесса является компенсация неудовлетворительной подачи металла или попадания твердых или полутвердых металлических артефактов в литейные камеры по причине ненадлежащего охлаждения подаваемого металла. Описание далее по тексту проясняет, почему для такой компенсации может использоваться такая переменная, как скорость литья.

Отличительной особенностью примеров осуществления является то, что изменения входной температуры, по меньшей мере, двух потоков металла компенсируется корректировкой только одной переменной литейного процесса, например скорости литья, влияющей на все слои металла. Изобретением установлено, что в пределах определенного интервала отклонений температуры потоков металла от значений уставок, поперек границы раздела металлов происходит некоторая теплопередача, полностью или частично компенсирующая влияние разницы температуры разных потоков металла. Например, если металл плакирующего слоя перегрет больше металла внутреннего слоя, но его температура все еще находится в заранее определенных пределах, уменьшение скорости литья, рассчитанное по температуре внутреннего слоя, стабилизирует границу раздела между металлами, так как излишек тепла плакирующего слоя частично перейдет во внутренний слой и не окажет ожидаемого ухудшающего действия. Поэтому не потребуется выполнять дополнительного охлаждения металла плакирующего слоя. Также можно корректировать переменную литейного процесса по сумме или среднему значению перегрева на входе обоих или всех потоков расплавленного металла.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления предлагается способ литья с прямым охлаждением составного металлического слитка, подразумевающий последовательную кристаллизацию, по меньшей мере, двух слоев металла с получением составного слитка путем подачи расплавленного металла, по меньшей мере, в две литейные камеры установки литья с прямым охлаждением, измерение температуры каждого из потоков расплавленного металла в точке вблизи одной из литейных камер, в которую подается поток, и корректировку заданной скорости литья или заданной быстроты изменения скорости литья, используя, по меньшей мере, одно значение входной температуры для компенсации обнаруженного отклонения температуры от значения уставки, задаваемого для каждого из потоков металла. Способ отличается тем, что убыстрение литья используется для повышения входной температуры, а замедление литья используется для понижения входной температуры.

Следует пояснить, что термины «наружный» и «внутренний» используются в настоящем описании для описания слоев металла довольно свободно. Например, в двухслойной структуре, строго говоря, может и не существовать как таковых наружного слоя или внутреннего слоя, но обычно наружным слоем считается тот, который предназначен для контакта с атмосферой, климатическими факторами, или тот, который виден глазом в конечном изделии. Также часто «наружный» слой имеет меньшую толщину, чем «внутренний» - он обычно значительно тоньше, и, таким образом, предусматривается в качестве слоя покрытия или оболочки для подстилающего, «внутреннего» слоя или сердцевины слитка. В случае слитков, предназначенных для горячего и/или холодного прокатывания с целью получения листовых изделий, часто желательно наносить покрытие на обе главные (прокатываемые) поверхности слитка, и в этом случае указанные слои естественно различают, как «внутренний» слой и «наружные» слои. В таких случаях внутренний слой часто называют «сердцевиной» или «сердцевиной слитка», а наружные слои называют «оболочкой» или «плакированием».

Настоящее описание также ссылается на некоторые сплавы по номерам Aluminum Association «АА». Спецификации этих сплавов могут быть найдены в документе "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys", опубликованном Aluminum Association, Inc., of 1525 Wilson Boulevard, Arlington VA 22209, USA, с изменением от февраля 2009 г. (описание которого специально включено в настоящее изобретение посредством ссылки).

Краткое описание чертежей

Примеры осуществления изобретения описываются подробнее в нижеследующем описании со ссылкой на сопутствующие чертежи, из которых:

Фиг.1 изображает вертикальный разрез прототипа литейной установки, который может использоваться с примерами осуществления изобретения в конфигурации для литья с "высокорасположенной лункой" расплава металла плакирующего слоя;

Фиг.2 изображает вертикальный разрез прототипа литейной установки, который может использоваться с примерами осуществления изобретения в конфигурации для литья с "низкорасположенной лункой" расплава металла плакирующего слоя;

Фиг.3 изображает увеличенное изображение вертикального разреза по Фиг.2, на котором дополнительно показано оборудование охлаждения разделительной перегородки и полутвердых областей литого слитка;

Фиг.4 изображает вид сверху литейного стола с двумя литейными установками и датчиками температуры в металлоразливочных желобах в соответствии с примером осуществления изобретения;

Фиг.5 изображает вид, аналогичный Фиг.1, но показывающий установку согласно примеру осуществления изобретения; и

Фиг.6 и Фиг.7 изображают графики изменения температуры и скорости литья в ходе литейного процесса, выполняемого в конфигурациях с "высокорасположенной лункой" расплава металла плакирующего слоя (Фиг.6) и с "низкорасположенной лункой" расплава металла плакирующего слоя (Фиг.7).

Осуществление изобретения

Фиг.1, 2 и 3 сопутствующих чертежей приведены для объяснения примеров общего плана, в рамках которых могут работать варианты осуществления настоящего изобретения. Показаны вертикальные поперечные разрезы установок литья составных слитков способом с прямым охлаждением, типа описанного в патенте США 2005/0011630 A1 (Anderson и др.), выданного 20 января 2005 г. (описание которого специально включено в настоящее изобретение посредством ссылки). Изобретение также расширяет применение способа, изложенного в патенте США 6260602 (Wagstaff) (описание которого также специально включено в настоящее изобретение посредством ссылки). Хотя в нижеследующем описании в качестве переменной литейного процесса, определяющей целостность границы раздела, используется скорость литья, следует иметь в виду, что вместо нее могут использоваться и другие переменные литейного процесса из тех, которые были упомянуты выше.

Фиг.1 иллюстрирует так называемый режим «с высокорасположенной лункой расплава металла плакирующего слоя» (с реверсивным охлаждением) работы установки 10 литья составных слитков с последовательной кристаллизацией, при котором поверхности лунок расплавов металлов, формирующих плакирование 11, выдерживаются в кристаллизаторе выше поверхности лунки расплава металла, формирующего сердцевину 12. Напротив, на Фиг.2 и 3 иллюстрируется так называемый режим «с низкорасположенной лункой расплава металла плакирующего слоя» (с нормальным охлаждением) работы, при котором поверхности лунок расплавов металлов, формирующих плакирование 11, выдерживаются в кристаллизаторе ниже поверхности лунки расплава металла, формирующего сердцевину 12. То, в каком режиме - «с высокорасположенной лункой» или «с низкорасположенной лункой», эксплуатируется установка, зависит в первую очередь от характеристик отливаемых металлов (например, относительной температуры ликвидуса и солидуса и т.д.). При рассмотрении Фиг.1, 2 и 3 следует принять во внимание, что составные слитки, к которым относятся примеры осуществления, не обязательно имеют три слоя, как показано, и могут состоять только из сердцевины 12 и одного плакирующего слоя 11 с одной стороны сердцевины.

Более подробно, на Фиг.1 показана версия установки (Anderson и др.), применяющейся для литья наружного слоя (плакирующего слоя или «плакирования») 11 по обеим главным поверхностям (прокатным поверхностям) прямоугольного внутреннего слоя или «сердцевины» слитка. Следует отметить что в данной версии установки плакирующие слои в процессе литья отвердевают первыми (по меньшей мере, частично), после чего отливается внутренний слой 12 в контакте с плакирующими слоями. Такая схема является типовой при отливке в сердцевину сплава с относительно низкими по сравнению со сплавом плакирования температурами ликвидуса и солидуса (например, когда сплав сердцевины является сплавом на основе алюминия с высоким содержанием Mg, а сплав плакирования является одним из сплавом на алюминиевой основе с малым содержанием Mg или вообще без Mg). Установка содержит узел прямоугольного кристаллизатора 13 со стенками 14, составляющими часть водяной рубашки 15, из которой потоки или струи охлаждающей воды из сопел 16 направляются на образующийся слиток 17. Слитки, получаемые таким образом, обычно имеют прямоугольное поперечное сечение и размер до 216 см на 89 см, хотя постоянно совершенствующиеся технологии позволяют отливать и более крупные слитки. Получаемые таким образом слитки обычно используются для проката плакированных листов, например, листового припоя на прокатных станах по обычным технологиям горячей и холодной прокатки.

Входная часть 18 кристаллизатора разделена двумя прямостоящими разделительными перегородками 19 (иногда называемыми «охлаждающими» или «холодильными» перегородками) на три камеры подачи металла - по одной камере для каждого слоя структуры слитка. Разделительные перегородки 19, которые для обеспечения хорошей теплопроводности часто выполняют из меди, поддерживают в холодном состоянии за счет холодильного водоохлаждаемого оборудования (описываемого подробнее ниже со ссылкой на Фиг.3), соприкасающегося с разделительными перегородками. Как следствие, данные разделительные перегородки охлаждают и, в конечном счете, вызывают кристаллизацию расплавленного металла, который входит с ними в соприкосновение, аналогично водоохлаждаемым стенкам 14 кристаллизатора. Каждая из трех камер, образуемых внутри кристаллизатора разделительными перегородками 19, снабжается расплавленным металлом до требуемого уровня через отдельные разливочные наконечники подачи расплавленного металла. Наконечник, снабжающий сердцевину, обозначен позиционным номером 20А, а наконечники, снабжающие плакирующие слои, обозначены позиционными номерами 20В. Наконечник 20А оборудован заслонкой 24, регулирующей подачу расплавленного металла за счет перемещения по вертикали. Наконечники 20В такой заслонки не имеют, так как подача расплавленного металла регулируется на более ранней стадии подачи металла, что будет разъяснено далее по тексту. В наконечники 20А и 20В расплавленный металл подается из металлоразливочных желобов 26 и 25 соответственно, по которым металл для сердцевины и плакирования передается из металлоплавильной печи или других резервуаров расплавленного металла (не показаны). Этот процесс передачи металла описывается подробнее далее по тексту со ссылкой на Фиг.4. Как показано на Фиг.1, вертикально перемещаемый нижний блок 21 на несущем валу 23 вначале закрывает отверстие нижней стороны 22 кристаллизатора, а затем в процессе литья опускается с регулируемой скоростью (по направлению по стрелке А), поддерживая при этом зародыш составного слитка 17, по мере того как последний выходит из кристаллизатора. Установка, изображенная на Фиг.2, работает по существу одинаково с установкой, изображенной на Фиг.1, за исключением изменения на обратное взаимного расположения уровней поверхностей лунок металлов для литья слоев сердцевины и плакирования, что означает, что слой сердцевины 12 отливается первым, а плакирующие слои 11 отливаются уже на частично отвердевшие поверхности слоя сердцевины.

Фиг.1 и 2 не совсем явно иллюстрируют, но Фиг.3 очевидно показывает то, что литейная установка работает таким образом, что на границе раздела 100 между внутренним слоем 12 и плакирующим слоем 11 металлы впервые соприкасаются в ситуации, когда один из металлов полностью расплавлен (тот слой металла, поверхность лунки расплава которого находится ниже, в данном случае - металл плакирующего слоя), а другой металл находится в полутвердом (или «пористом») состоянии, или же разогрет до температуры полутвердого состояния за счет соприкосновения с расплавленным металлом другого слоя, поэтому через границу раздела происходит некоторая диффузия металлов, формирующая хорошее межповерхностное сцепление в получающемся в итоге полностью твердом слитке. По мере охлаждения каждый металл проходит состояния от полностью расплавленного через полутвердое до полностью твердого. Поэтому плакирующий слой имеет область 11А полностью расплавленного металла, зону 11В полутвердого металла и область 11С полностью твердого металла. Аналогичным образом внутренний слой имеет область 12А полностью расплавленного металла, область 12В полутвердого металла и область 12С полностью твердого металла. Можно видеть, что внутренний слой 12 под нижним концом 19А разделительной перегородки 19 имеет оболочку 12D полутвердого металла, окружающую область 12А расплавленного металла, а область 11А расплавленного металла плакирующего слоя на верхней поверхности 11D контактирует с полутвердой оболочкой. Оболочка изначально достаточно тонка и относительно хрупка, поэтому важно ее не разорвать или не разрушить в процессе литья, иначе образуется дефект. Следовательно, большое значение имеет тщательный контроль температуры металлов, так как полутвердая зона может существовать только в достаточно узком диапазоне температур. На Фиг.3 также показано оборудование для охлаждения разделительной перегородки 19. Оно состоит из металлической трубки 102, соприкасающейся с разделительной перегородкой в месте, недостижимом для расплавленного металла. В трубку через впускной патрубок 103 подается охлаждающая жидкость (обычно холодная вода), которая выходит через выпускной патрубок 104 в направлении, показанном стрелками. Так как разделительная перегородка выполнена из металла с высокой теплопроводностью (например, из меди), то тепло от расплавленного металла отводится через разделительную перегородку и уносится охлаждающей водой. Таким образом, металл внутреннего слоя 12, прилегающий к разделительной перегородке 19, охлаждается и переходит в полутвердое состояние, как показано.

На практике расплавленные металлы для внутреннего слоя и плакирующего слоя обычно подаются на значительное расстояние от одной или нескольких металлоплавильных печей (не показаны) по желобам или лоткам, обычно включающим горизонтальные желоба 25 и 26, показанные на Фиг.1 и 2. Из-за расстояний и сложностей управления температурой и скоростью подачи металла из печи (-ейтемпература расплавленного металла, доставляемого в камеры кристаллизаторы для литья, может отличаться от требуемой.

Как показано на виде сверху Фиг.4, также типична подача расплавленного металла более чем в один кристаллизатор 10, являющийся составной частью литейного стола 30 так, чтобы одновременно можно было отливать более одного составного слитка. Обычно скорости опускания нижних блоков 21 каждого кристаллизатора такого стола определяются скоростью общего мотора или двигателя, чтобы скорости литья всех кристаллизаторов литейного стола были обязательно одинаковыми. Расплавленный металл для плакирующих слоев подается от плавильной печи по направлению стрелок В по желобу 27 и переливается в поперечные желоба 25 через сливные трубы 28. Сливные трубы 28 обычно снабжаются заслонками (не показанными, но аналогичными заслонке 24, показанной на Фиг.1 и Фиг.2) для регулирования подачи металла для плакирующих слоев. Из поперечных желобов 25 металл подается в камеры плакирующих слоев литейного аппарата 10 по сливным трубам 20В, как уже было описано. Так как регулирующей арматурой снабжены сливные трубы 28, в сами сливные трубы 20В поперечных желобов 25 заслонки не устанавливаются, как было отмечено выше. В данном примере осуществления для обоих плакирующих слоев слитка используется один металл, но при желании могут использоваться и разные металлы путем устройства одного или нескольких дополнительных каналов подачи. Расплавленный металл для внутреннего слоя подается из плавильной печи по желобу 26 в направлении по стрелке С. В данном случае металл подается в камеры литья сердцевины литейного аппарата 10 по сливным трубам 20А, имеющимся в желобе. По желобу 26 подается гораздо больше металла, чем по желобу 27, так как в иллюстрируемом примере осуществления внутренние слои 12 имеют гораздо больший объем, чем плакирующие слои 11.

Согласно одному варианту осуществления, внутри желобов 26 и 27 установлены датчики температуры соответственно 40 и 41, расположенные в каждом случае в непосредственной близости от наиболее удаленной от печи сливной трубы 20А или 28. В качестве датчиков могут использоваться устройства любого подходящего типа, например термометры, термопары, термисторы, оптические пирометры и т.д. В настоящее время предпочтение отдается термопаре с защитным кожухом, выпускаемой компанией Omega Canada с адресом 976 Bergar St., Laval, Quebec, H7L5A1, Canada. Датчики погружают в расплавленный металл в желобах или, в случае оптических пирометров или других дистанционных измерителей, располагают вблизи металла на расстоянии от него. Сигналы температуры передаются к другой аппаратуре по сигнальным проводам 42 и 43, как описано со ссылкой на Фиг.5. Хотя датчики желательно располагать как можно ближе к входу кристаллизатора (сливным трубам), на практике они могут устанавливаться на некотором отдалении от входов при условии, что при прохождении расстояния от датчиков к входам температура значительно не понизится. При упоминании датчиков, располагаемых в непосредственной близости от входов кристаллизатора, необходимо иметь в виду такое допустимое отдаление.

На вертикальном поперечном разрезе Фиг.5 виден только один датчик температуры (датчик 40 в желобе 26), а другой датчик, присутствующий в желобе 27, закрыт желобом 26. Датчики температуры 40 и 41 сигнальными проводами 42 и 43 подключены к устройству измерения температуры 45, преобразующему измеренные температуры в цифровые сигналы, передаваемые в программируемый логический контроллер (ПКЛ) или компьютер 46 по кабелю 47. ПЛК или компьютер 46 по входной информации о температуре рассчитывает необходимую скорость литья или необходимую коррекцию заданной скорости литья, которая будет использована для минимизации отклонения от заданной уставки температуры расплавленных металлов по показаниям датчиков 40 и 41. Компьютер 46 затем подает сигнал, содержащий цифровую информацию о необходимой скорости литья или изменении скорости литья, в контроллер 48 для управления исполнительным механизмом 49 регулировки скорости (контроллер 48, таким образом, регулирует скорость опускания нижнего блока в ходе литья). Хотя исполнительный механизм 49 показан только схематично на Фиг.5, обычно в нем используются гидроприводные цилиндры, работающие от потока гидравлической жидкости, подаваемой насосом через клапан-регулятор. Исполнительный механизм 49 сначала поднимает нижний блок 21 вверх до исходного положения, в котором он закрывает нижнее отверстие кристаллизатора. Однако в процессе литья гидравлическое давление постепенно снижается, и нижний блок 21 под действием силы тяжести опускается вниз.

То есть контроллер 48 для управления скоростью опускания слитка регулирует скорость, с конторой понижается гидравлическое давление. В свою очередь это изменяет скорость потока протекания металлов через литейную установку 10, а значи, и скорость потока, с которой металл разливается по желобам 25, 26 и 27 (при условии, что не выполняется регулировка заслонкой 24 и другими регулирующими заслонками). Таким образом, увеличение скорости литья увеличивает скорость подачи расплавленного металла в литейную установку, а уменьшение скорости литья уменьшает скорость подачи металла в литейную установку. Как правило, увеличение скорости подачи металла в литейную установку приводит к росту температуры металла, входящего в установку, так как у него остается меньше времени на охлаждение в раздаточных желобах и трубах. И наоборот, уменьшение скорости подачи металла приводит к понижению температуры металла, входящего в литейную установку, так как металл доставляется дольше и соответственно, сильнее охлаждается. Кромке того, замедление скорости литья приводит к упрочнению границы раздела 100 по нескольким причинам, включая увеличение длительности соприкосновения расплавленного металла с охлаждаемыми стенками 14 и разделительными перегородками 19 кристаллизатора, и, в конце концов, с водяными струями из сопел 16, чем увеличивается толщина оболочки из полутвердого металла на границе раздела 100.

В тех случаях, когда на литейном столе установлено более одного кристаллизатора, как показано на Фиг.4, где таких кристаллизаторов - два, но обычно бывает три, скорость литья каждого кристаллизатора регулируется аналогично. Подразумевается, что если в концах желобов 26 и 27, где установлены датчики температуры 40 и 41, имеются отклонения температуры металла от уставок, то соответствующие отклонения температуры будут наблюдаться и в точках желобов вблизи сливных труб, ведущих в каждый из других кристаллизаторов. Однако указывается на то, что вместо управления скоростью литья (или совместно с ним) принуждением нижнего блока опускаться с определенной скоростью, что одинаково влияет на все кристаллизаторы, можно изменять высоту уровня металла в литейной камере каждой литейной установки индивидуально с тем, чтобы оптимизировать условия литья под конкретную температуру расплавленного металла, подаваемого в каждый отдельный кристаллизатор.

Литейные операции такого рода обычно имеют различные стадии литья со скоростями литья, отличающимися друг от друга даже без применения корректировок, описываемых в примере осуществления изобретения. Например, обычно существует пусковая стадия, на которой скорость литья достаточно низка и часто неизменна. Затем следует стадия ускорения, на которой скорость литья постепенно увеличивается до предпочтительного значения. После этого наступает стадия нормального литья, часто именуемая рабочей стадией или стадией установившегося режима, когда скорость литья выдерживается на предпочтительном значении до отливки большей части слитка. По окончании рабочей стадии просто прекращается подача расплавленного металла. На этих различных стадиях литья могут найти различное применение измерения температуры металла, осуществляемые согласно примеру осуществления изобретения. Например, на различных стадиях литья интервалы изменения или корректировки скорости литья от заранее установленного значения (так называемой, целевой скорости) могут быть разными, и на одной стадии для определения изменений скорости литья может использоваться измеренная температура металла плакирующего слоя, в то время как на другой стадии может использоваться измеренная температура металла внутреннего слоя, а на некоторых стадиях могут использоваться оба значения измеренной температуры. Более того, следует отметить, что режимы с «высокорасположенной лункой» и с «низкорасположенной лункой» расплава металла плакирующего слоя могут требовать различного подхода, как и работа с различными сочетаниями металлов.

Подход, наилучшим образом пригодный для различных ситуаций («высокорасположенная лунка», «низкорасположенная лунка», конкретные сочетания металлов, стадия литья и т.д.) может быть определен либо эмпирически, либо путем компьютерного моделирования. Наилучшим подходом является тот, который минимизирует или исключает дефекты литья, обуславливаемые температурно-зависимыми разрывами или разрушениями границы раздела между металлами. Тем не менее, для определения методов использования измеренных температур для регулирования скорости литья согласно примерам осуществления изобретения предпочтительно руководствоваться следующими принципами:

1. Целевая скорость литья может быть определена для всех стадий литья исходя из ранее использовавшихся скоростей или эмпирически.

2. Уставка температуры может быть определена из известных примеров работы или эмпирически для каждого из металлов внутреннего слоя и плакирующих слоев на входе в литейную установку, причем это должна быть предпочтительная температура литья, дающего оптимизированный слиток плакированного металла. Уставка температуры часто является известным или заранее установленным отклонением от температуры ликвидуса металла.

3. Отклонения температуры от уставки могут контролироваться (возвращаться к значению уставки) путем корректировки скорости литья, но только до определенного максимума или минимума (задающих интервал температурной компенсации), которые обуславливаются известными или эмпирически определенными допустимыми изменениями заданной скорости литья.

4. Температурный контроль наиболее важен на рабочей стадии литья, но может также выполняться либо в ходе пусковой стадии, либо в ходе стадии ускорения, либо в ходе обеих этих стадий, и предпочтительным является осуществление некоторого объема температурного контроля путем компенсации скорости литья на всех стадиях литейного процесса.

5. Отклонения измеренной температуры могут игнорироваться либо во всем интервале температурной компенсации, либо только в его части, если будет установлено, что отклонения, которые могут быть обнаружены, не наносят вреда отливаемому слитку на одной или нескольких стадиях литья.

6. Для определения компенсирующих изменений скорости литья может использоваться температура металла внутреннего слоя, температура металла плакирующего слоя или обе эти температуры, и принятие в расчет температуры металла внутреннего слоя, температуры металла плакирующего слоя или обеих этих температур может меняться на различных стадиях литья исходя из того, какая из температур будет считаться той, к которой наиболее чувствительна граница раздела металла (то есть та, которая скорее всего вызовет нарушение границы раздела).

7. Для любой установки может существовать максимальная быстрота изменения скорости литья, которая предпочтительно не должна превышаться на какой-либо из стадий литья.

8. Является предпочтительным, чтобы температура измерялась в точке, в которой металл поступает в кристаллизатор, или вблизи этой точки (хотя допускаются отдаления, не влияющие на температуру).

9. Если по общим каналам металл подается в более чем один кристаллизатор, предпочтительным является измерение температуры в точке, или рядом с точкой входа металла в кристаллизатор, наиболее удаленный от источника расплавленного металла (наиболее предпочтительно непосредственно перед этой точкой).

10. Обычно отклонение измеренной температуры линейно связано с компенсирующим изменением скорости литья, но одна из измеренных температур может использоваться для оказания большего (или меньшего) компенсирующего изменения скорости литья, чем другая.

11. Скорость литья может часто изменяться в интервале ±10 мм/мин, а более предпочтительным является интервал±6 мм/мин. Однако для определенных комбинаций сплавов или типов литейного оборудования могут быть предусмотрены и более широкие интервалы изменения скорости литья.

12. Отклонения температуры, которые можно компенсировать корректировкой скорости литья, могут составлять до ±60°C от значения уставки, а более часто составляют ±35°C. Во многих случаях, тем не менее, температура отклоняется от значения уставки гораздо меньше, например в интервале ±10°C или даже ±6°C и даже менее (±3°C).

Эти принципы и порядок их использования разъясняются в Примерах далее по тексту и на соответствующих Фиг.5 и 6.

Примеры

Примеры способов корректировки скорости литья, на которых был основан сопутствующий алгоритм компьютерного расчета, показаны на Фиг.6 и 7, где на Фиг.6 показана ситуация литья с высокорасположенной лункой расплава металла плакирующего слоя, а на Фиг.7 - ситуация литья с низкорасположенной лункой расплава металла плакирующего слоя. Фиг.6 иллюстрирует отливку внутреннего слоя из запатентованного сплава серии АА5000 на основе алюминия с весовым содержанием Mg около 6% с двумя плакирующими слоями из другого запатентованного сплава серии АА5000 на основе алюминия с весовым содержанием Mg около 1%. Фиг.7 иллюстрирует отливку внутреннего слоя из запатентованного сплава серии АА3000 на основе алюминия и двух плакирующих слоев из запатентованного сплава серии АА4000 на основе алюминия с получением слитка, прокатанного в дальнейшем для изготовления изделия листового припоя. Хотя на данных чертежах не показаны измеренные температуры и скорректированные скорости литья, они изменялись в указанных пределах. Другими словами, корректировка скорости литья по отклонению входной температуры от значений уставок приводила к возврату входных температур к значениям уставок.

На графике Фиг.6 по оси абсцисс отложена длина слитка, считая от выходного отверстия кристаллизатора (длина литья), по левой оси ординат (скорость перемещения нижнего блока) отложена скорость отливки (скорость литья), а по правой оси ординат отложена температура (Уставка Температуры). Хотя длина литья на оси абсцисс заканчивается значением 450 мм, полная длина отлитого слитка больше (например, от 3 до 5 метров), но за пределами 450 мм условия литья остаются неизменными, поэтому график был построен только до этого значения. Кривая 50, показанная сплошной линией, показывает «целевую» скорость литья, которая была желательной или базовой скоростью литья в отсутствии какой-либо компенсации скорости согласно примерам осуществления изобретения. Целевая скорость литья была известна из предыдущего опыта эксплуатации конкретной литейной установки для конкретного сочетания металлов. Как обычно бывает для таких литейных операций, литье выполнялось в несколько различных стадий, и целевая скорость литья была сделана разной для разных стадий. В самом начале литья (при длине слитка, равной 0 мм), выполнялась пусковая стадия, показанная скобкой X, в процессе которой нижний блок 21 перемещался вниз от выхода кристаллизатора. Целевая скорость для этого перемещения была постоянной и составляла 31 мм в минуту. Через некоторое время (например, менее 4 минут, при длине слитка около 110 мм) литейный процесс вступал во вторую стадию (стадию ускорения, показанную скобкой Y), в процессе которой целевая скорость литья постоянно увеличивалась вплоть до достижения максимальной скорости около 43 мм/мин (целевая скорость литья для следующей стадии) при длине слитка немногим более 350 мм. На третьей стадии литья (рабочей стадии, показанной скобкой Z) целевая скорость выдерживалась постоянной (43 мм/мин) в течение всего оставшегося времени литья.

Для любой целевой скорости литья была заранее определена максимальная безопасная величина корректировки, то есть увеличения или уменьшения целевой скорости литья, которые можно было выполнить без причинения вреда отливаемому слитку. Опыт показал, что за пределами интервала максимальной безопасной корректировки (или увеличения или уменьшения) скорости существовал риск возникновения пагубных или нежелательных эффектов, например, при чрезмерном увеличении целевой скорости, большие стороны прямоугольного слитка (так называемые прокатываемые стороны) могли стать излишне вогнутыми и, наоборот, при чрезмерном снижении целевой скорости, большие стороны могли стать излишне выпуклыми. Эти максимумы представляют пределы корректировки или компенсации целевой скорости, применяемых в примерах осуществления изобретения, то есть они представляют максимальную и минимальную компенсированную скорость для любой из стадий литья, будучи определяемыми эмпирически или из интервала, признаваемого приемлемым квалифицированным оператором.

На Фиг.6 максимальная компенсированная скорость показана пунктирной линией 51, а минимальная компенсированная скорость показана пунктирной линией 52. Расстояние между этими линиями считается эффективным интервалом безопасной компенсации скорости, и из дальнейшего рассмотрения мы увидим, что этот интервал увеличивается от нуля в начале литья до максимума, достигаемого на пересечении с вертикальной линией 53. Справа от линии 53 интервал компенсации скорости не меняется значительно, хотя целевая скорость литья и изменяется на стадии ускорения Y.

В литейной установке, на которой были получены результаты Фиг.6, имелось два блока сопел 16 водяного охлаждения (смотри Фиг.1), установленных под разными углами к поверхностям отливаемого слитка, и управляемых независимо друг от друга. Первый блок сопел, направленный к поверхности слитка под углом 22°, начинал работать с начала литейного процесса на малом расходе воды в целях снижения дефекта «butt-curl» (симметричное коробление нижней части слитка под воздействием термических напряжений). Расход воды увеличивали при увеличении скорости литья на стадии ускорения. В определенный момент времени клапаном включался в работу второй блок сопел, направленный к поверхности слитка под углом 45°. Вертикальной линией 53 показано положение на длине растущего слитка за 25 мм до открывания клапана включения второго блока сопел, вертикальной линией 54 показано положение на длине слитка через 25 мм после завершения открывания клапана, а вертикальной линией 55 показано положение на длине слитка через 75 мм после завершения открывания клапана. Эти положения считаются важными в последовательности литья на данной установке.

В начале последовательности литья для расчета компенсации скорости использовались только показания датчика 41 температуры расплавленного металла плакирующих слоев. Температура расплавленного металла плакирующих слоев имела предпочтительное значение, называемое уставкой температуры плакирования, обозначенное позиционным номером 56 на Фиг.6. Это значение является наиболее предпочтительной температурой плакирующего металла для обеспечения хорошей границы раздела между металлами и других требуемых характеристик. Эта уставка температуры была уже известна для конкретной литейной установки и сочетания металлов, но могла быть определена и эмпирически. На Фиг.6 максимальная эффективная температура плакирующего металла показана пунктирной линией 57 выше линии 56 уставки, а минимальная эффективная температура плакирующего металла показана пунктирной линией 58 ниже линии уставки 56. Расстояние между этими линиями представляет интервал корректировки эффективной температуры металла плакирования. Максимальная эффективная температура является максимальной температурой, которую можно принудить снизиться путем корректировки (в данном случае замедлением) скорости литья в пределах интервала компенсированной температуры, а минимальная эффективная температура является минимальной температурой, которую можно принудить повысится путем корректировки (в данном случае убыстрением) скорости литья в пределах интервала компенсированной температуры. За пределами этого интервала температуры для возвращения температуры плакирующего металла к значению уставки температуры плакирующего металла придется применять иные средства. Например, можно включать и отключать нагреватели (при наличии таковых) желобов, можно поднимать и опускать теплоизолирующие крышки (при наличии таковых) желобов, и т.д. Такие меры обычно не способны к тонкой регулировке температуры, которая достижима путем компенсации переменной литейного процесса согласно примерам осуществления изобретения, поэтому остаются в запасе для случаев значительных отклонений температуры, с которыми невозможно справиться этими методами.

В примере осуществления изобретения компьютер 46, на этом раннем этапе последовательности литья, используя только температуру металла плакирования, убыстряет литье при падении измеренной температуры ниже значения уставки 56 и замедляет литье, когда измеренная температура поднимается выше значения уставки 56. В общем случае быстрота изменения скорости связана со скоростью изменения температуры линейно, поэтому изменение скорости достигает своего максимума или минимума при достижении минимума или максимума отклонением температуры. Например, на установке, результаты работы которой показаны на Фиг.6, отклонение температуры металла плакирования от значения уставки приводили к компенсации скорости литья с быстротой 0,5 мм в минуту на градус стоградусной температурной шкалы Цельсия. В области от начала литейного процесса и до линии 53 (25 мм до открывания клапана) интервал максимальной компенсации увеличился с 0 до ±3 мм/мин. В области между линиями 53 и 54 интервал максимальной компенсации оставался постоянным на уровне ±3 мм/мин. Тем не менее, для большинства литейных установок изменение скорости не должно превышать определенного максимального значения, так чтобы кратковременное изменение температуры от значения уставки до минимума или максимума не приводило к кратковременному изменению скорости литья от целевого значения до максимума или минимума. Вместо этого скорость будет изменяться более медленно, пока не будет достигнуто максимальное или минимальное значение. Это запаздывание компенсации скорости относительно изменения температуры предусматривается для предотвращения резких изменений скорости. Максимальное изменение скорости для установки, результаты работы которой представлены на Фиг.5, составило 0,2 мм/секунду.

Как можно видеть из Фиг.6, принятие в расчет температуры металла плакирования продолжилось только до момента, когда длина слитка достигла линии 55, и после этого температура металла плакирования больше не использовалась для выработки компенсаций скорости. Вместо этого за линией 55 для выработки компенсации скорости использовалась только температура металла сердцевины, измеряемая датчиком 40. Как и в случае с металлом плакирования, металл сердцевины имел предпочтительное значение температуры (уставку) 60 и максимальное и минимальное значения температуры выше и ниже уставки (показанные пунктирными линиями 61 и 62 соответственно), между которыми температуру можно было возвращать на значение уставки путем изменения скорости литья. В этой области температура металла сердцевины вызывала компенсационные изменения скорости литья с быстротой 0,5 мм в минуту на °C с интервалом максимальной компенсации ±3 мм/мин.

Из рассмотрения Фиг.6 очевидно наличие между вертикальными линиями 54 и 55 области совместного действия уставок температуры от двух датчиков, в которой для выработки компенсации в скорости литья использовались как температура металла плакирования, так и температура металла сердцевины. В этой области компенсация плавно переходила от расчета по 100% температуры металла плакирования/0% температуры металла сердцевины до расчета по 0% температуры плакирования/100% температуры металла сердцевины (это было сделано для обеспечения плавного перехода от компенсации только по температуре металла плакирования до компенсации только по температуре металла сердцевины). Поэтому посередине этой области к 50% компенсации, рассчитанной по металлу плакирования, было добавлено 50% компенсации, рассчитанной по металлу сердцевины.

На Фиг.7 показана эффективная схема эксплуатации литейной установки с низкорасположенной лункой расплава металла плакирования. В отличие от случая Фиг.6, в данном примере литейного процесса оба блока водяных сопел были открыты с самого начала литья, что было оптимальным для типов отливаемых металлов. В этом случае также целевая скорость литья 70 изменялась от низкой, но постоянной скорости на пусковой стадии (скобка X), до повышающейся скорости на стадии ускорения (скобка Y), и затем до постоянной, но более высокой скорости на стадии нормальной работы в установившемся режиме литья (скобка Z). Как и в примере Фиг.6, длина слитка была в конечном итоге больше показанных 300 мм, но условия литья после прохождения этой точки не изменялись, поэтому график построен только до нее. Минимальная компенсация скорости литья показана пунктирной линией 71 и уменьшается от минус 6 мм/мин (от целевого значения) в начале литья (длина равна 0) до минус 3 мм/мин в конце пускового этапа X (вертикальная линия 72). Минимум затем остается постоянным на величине - 3 мм/мин для оставшихся стадий литья. В отличие от Фиг.6, здесь не было разрешенного увеличения компенсации скорости литья от целевой скорости литья 70 на пусковой стадии X и стадии ускорения Y. На рабочей стадии, начинающейся от вертикальной линии 73, максимальное увеличение компенсации составило +3 мм/мин, что показано пунктирной линией 74.

Металл плакирования имел уставку температуры, показанную сплошной линией 75. Металл сердцевины имел уставку температуры, показанную сплошной линией 76. В этом примере уставка для металла сердцевины была выше уставки для металла плакирования, что и показано на графике. Металл сердцевины имел максимальную температуру, до которой увеличение температуры металла сердцевины могло управляться компенсацией, вводимой в скорость литья, что показано пунктирной линией 77. Минимальная температура металла сердцевины показана пунктирной линией 78, но только для рабочей стадии Z процесса литья. Это означает, что переохлаждение температуры металла сердцевины ниже соответствующей уставки на пусковой стадии и на стадии ускорения не компенсировалось изменениями скорости литья, и это соответствует ограничению принудительной компенсации скорости литья на этих стадиях (что упоминалось выше). Причина этого заключается в том, что увеличение скорости на ранних стадиях литья считается пагубным для данного сочетания сплавов.

Металл плакирования для всех стадий имел максимальную температуру выше уставки, показанную пунктирной линией 79. Повышения температуры до максимума могли контролироваться соответствующим снижением скорости литья. Как показано, этот максимум снижается с высокого значения в начале литейного процесса до более низкого значения в конце пусковой стадии X, а затем остается постоянным на всем протяжении этапов ускорения и установившегося режима. Однако для всех стадий литья существовала «мертвая зона», показанная как заштрихованная накрест область 80, начинающаяся сразу выше уставки 75 металла плакирования и простирающаяся до температуры ниже максимальной температуры 79 металла плакирования. Эта мертвая зона 80 представляет область, в которой повышения температуры выше уставки металла плакирования не использовались для выработки компенсирующих изменений скорости литья. Соответственно, для выработки изменений скорости литья использовались температуры металла плакирования выше этой мертвой зоны 80, но ниже максимума 79. Это объясняется тем, что небольшие повышения температуры металла плакирования (попадающие в мертвую зону 80) не оказывали пагубного воздействия на отливаемый слиток и поэтому могли допускаться без компенсации скорости литья.

Отметим, что металл плакирования на всех стадиях литья не имел интервала минимальной температуры, показанного ниже уставки 75. Это объясняется тем, что увеличение скорости считалось слишком пагубным для данного сочетания сплавов с самого начала литья (опять же, это соответствует ограниченной компенсации увеличением скорости литья, по меньшей мере, на первых двух стадиях X и Y).

В данном примере для корректировки скорости литья на всех стадиях литейного процесса использовалась как температура металла плакирования, так и температура металла сердцевины (хотя некоторые изменения температуры не принимались во внимание, как было указано выше). На пусковой стадии X и стадии ускорения Y повышения температуры металла сердцевины компенсировались замедлением скорости литья с быстротой 0,5 мм в минуту на °C. Повышение температуры металла сердцевины (выше мертвой зоны 80) компенсировались с быстротой 0,25 мм в минуту на °C. Эти значения быстроты суммировались (или же вычитались, если знаки их были разными, то есть повышения скорости нейтрализовались уменьшением скорости, и наоборот). В течение рабочей стадии для выработки компенсаций скорости литья использовалась как температура металла сердцевины, так и температура металла плакирования, но повышения температуры металла плакирования принимались во внимание только, если они поднимались выше мертвой зоны 80 (падения температуры металла плакирования во внимание не принимались), в то время как и повышения, так и падения температуры металла сердцевины для компенсации скорости литья использовались одинаково. Подъемы и падения температуры металла сердцевины компенсировались изменением скорости литья с быстротой 0,5 мм в минуту на °C. Подъемы температуры металла плакирования выше мертвой зоны компенсировались изменением скорости литья с быстротой 0,25 мм в минуту на °C. Изменения складывались или вычитались в зависимости от того, положительными или отрицательными были изменения температуры относительно уставок.

Для установки, результаты работы которой показаны на Фиг.7 интервал максимальной быстроты изменения скорости литья составлял 0,2 мм/мин в секунду.

Специалистами в данной области техники будет по достоинству оценена возможность внесения всевозможных модификаций и изменений в изложенные выше детали для различных условий, оборудования и сочетаний металлов без выхода за границы, определяемые нижеследующей формулой изобретения.

1. Способ литья с прямым охлаждением составного слитка, включающий следующие операции:
последовательное литье, по меньшей мере, двух металлических слоев для формирования составного слитка путем подачи потоков расплавленного металла, по меньшей мере, в две литейные камеры в составе кристаллизатора установки литья с прямым охлаждением;
измерение входных температур по меньшей мере двух указанных потоков расплавленного металла вблизи входов в литейные камеры, в которые подают указанные по меньшей мере два потока, и сравнение измеренных температур с заданными уставками температуры для указанных по меньшей мере двух потоков с целью определения отклонения температуры от указанной уставки для каждого из по меньшей мере двух потоков; и
корректировка переменной литейного процесса, влияющей на температуру расплавленного металла на входе или внутри литейных камер на величину, рассчитанную по совокупности указанных обнаруженных отклонений температуры для получения одного значения, используемого для корректировки переменной литейного процесса с целью минимизации отрицательного влияния на литье отклонений указанных температур.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную корректировку переменной литейного процесса выполняют методом, вынуждающим измеренные входные температуры указанных по меньшей мере двух потоков возвращаться к указанной заданной уставке температуры для каждого из указанных по меньшей мере двух потоков.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что переменную литейного процесса выбирают из группы, включающей скорость литья слитка, скорость охлаждения указанных потоков внутри кристаллизатора, скорость охлаждения составного слитка, выходящего из кристаллизатора, и высоту поверхности лунки, по меньшей мере, одного из расплавленных металлов внутри кристаллизатора.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что переменной литейного процесса является скорость литья слитка.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что корректировку скорости литья выполняют только в заданных пределах, установленных для исключения дефектов литья.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное последовательное литье включает, по меньшей мере, две стадии, отличающиеся друг от друга скоростью литья, причем указанную корректировку переменной литейного процесса выполняют, по меньшей мере, на одной из указанных стадий.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что корректировку переменной литейного процесса выполняют, по меньшей мере, на двух из указанных стадий.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизатор является одним из, по меньшей мере, двух кристаллизаторов, скомпонованных на одном литейном столе, причем указанные измеряемые входные температуры по меньшей мере двух потоков расплавленных металлов, подаваемых к указанному столу, используют для расчета корректировки указанной переменной литейного процесса для всех указанных кристаллизаторов.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные отклонения температуры для по меньшей мере двух потоков используют для корректировки переменной литейного процесса только в случае, если отклонения температуры попадают в интервал ±60°С относительной указанных уставок температуры.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные отклонения температуры для по меньшей мере двух потоков используют для корректировки переменной литейного процесса только в случае, если отклонения температуры попадают в интервал ±10°С относительной указанных уставок температуры.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные отклонения температуры для по меньшей мере двух потоков используют для корректировки переменной литейного процесса только в случае, если отклонения температуры попадают в интервал ±6°С относительной указанных уставок температуры.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлы, подаваемые для литья указанных металлических слоев, являются сплавами на основе алюминия.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные потоки расплавленного металла подают по желобам, причем в указанных желобах измеряют температуру.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное одно значение получают путем суммирования указанных отклонений температуры.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное одно значение получают путем определения среднего значения отклонения температуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии. Комплекс включает оборудование участков подготовки металлолома, сталеплавильного производства и непрерывной разливки, совмещенной с прокаткой.

Изобретение относится к металлургии. Литейная форма содержит центральную часть, состоящую из внутренней трубы и внешней трубы, которые расположены с образованием кольцевого зазора для циркуляции охлаждающей среды, и внешнюю часть.

Изобретение относится к области металлургии. Металл из промежуточного ковша подают в кристаллизатор и поддерживают положение мениска металла в кристаллизаторе на одном уровне.
Изобретение относится к металлургии. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению металлических слитков, пригодных для горячей прокатки без предварительной гомогенизации. .

Изобретение относится к металлургическому производству. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при непрерывном литье слябовых, блюмовых и сортовых заготовок. .

Изобретение относится к непрерывному или полунепрерывному литью с прямым охлаждением слитка. .

Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к непрерывной разливке высокореакционных металлов. Установка содержит изложницу, установленную в плавильной камере, канал для прохода металлического слитка и герметизирующее устройство на основе расплавленного материала. Герметизирующее устройство содержит кольцеобразные элементы, которые устанавливают так, что каждый из них примыкает к внутренней поверхности стенки канала, проходит внутрь канала и примыкает к внешней поверхности затравки. В пространство между герметизирующим элементом, внешней поверхностью затравки и внутренней поверхностью канала подают инертный газ. Создание герметизации при начальном запуске процесса разливки обеспечивает предотвращение проникновения внешней атмосферы в плавильную камеру, защиту слитка от ее воздействия и повышение качества слитка. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 20 ил.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве изделий в «северном исполнении». Сталь, содержащую, мас.%: 0,05-0,5 углерода, 0,15-1,0 кремния, 0,35-1,5 марганца, 0,005-0,7 хрома, 0,005-0,5 никеля, 0,005-0,5 меди, не более 0,010 серы, не более 0,020 фосфора, подвергают внепечной обработке и разливают. При внепечной обработке в сталь вводят 0,003-0,050 мас.% алюминия, проводят вакуумирование, а затем вводят 0,001-0,01 мас.% РЗМ в виде комплексного модификатора, содержащего РЗМ и ЩЗМ. Содержание бария в модификаторе составляет 2-30 мас.%, а отношение суммарного количества РЗМ к суммарному количеству ЩЗМ составляет 1,0:1,0-4,5. Обеспечивается улучшение разливаемости РЗМ-содержащей стали. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства тонкой металлической проволоки из сплавов на основе алюминия. Установка содержит вакуумную печь 1 с тиглем 2 и трубопроводом 5, который выполнен из двух частей, кристаллизатор 8, выполненный в виде кольцевой рамы. На стойках рамы установлены кольцевые трубопроводы 9 с форсунками 10. Одна часть трубопровода выполнена коленообразной формы и содержит на выходе калибрующую втулку 7. После плавки металла и дегазации расплава производят выпуск расплава из печи по трубопроводу 5 через калибрующую втулку 7, при этом осуществляют вращение коленообразной части трубопровода механизмом 6 и расплавленный металл на выходе из калибрующей втулки приобретает спиралеобразную форму. Кристаллизующаяся проволока охлаждается в кристаллизаторе посредством форсунок и поступает в сборник 11, установленный внутри кристаллизатора, с образованием бухты. Обеспечивается получение проволоки высокого качества с повышенными физико-механическими свойствами. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии. Кристаллизатор имеет отверстие (8). В отверстии (8) внутренние стенки (7а-7b) кристаллизатора (1), выполненные обработкой резаньем, имеют сужение (9-12), проходящее соответственно от его верхней стороны к нижней стороне кристаллизатора в направлении к выполненной в виде прямой или изогнутой середине отверстия (8) кристаллизатора. Величина сужения (9-12) компенсирует усадку в любом месте. Обеспечивается возможность при крупногабаритных профилях оптимально согласовывать процесс усадки заготовки. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к непрерывной разливке металлов. Кристаллизатор содержит корпус, в котором установлена тепловая труба, конденсатор (5), связанный паропроводами (4) и конденсатопроводами с тепловой трубой с образованием замкнутого испарительно-конденсационного контура и кожух (7) с двумя люками. В замкнутое пространство между трубами (2) и (3) заливают теплоноситель и разогревают его электрическими нагревательными элементами (10). После достижения заданной температуры, фиксируемой термопарами (11-14), электронагревательные элементы отключают. Жидкий металл заливают в трубу (3). Образующийся при разогреве теплоносителя пар по паропроводам поступает в конденсатор, где охлаждается водой, подаваемой в пространство между конденсатором и кожухом. Обеспечивается повышение эффективности охлаждения металла, увеличение выхода годного металла. Повышается качество заготовок. 2 ил.

Изобретение относится к металлургии. Лигатуру алюминий-цирконий, технический алюминий и отходы загружают в центральную часть печного пространства с температурой 740-750°C. В расплав вводят лигатуру алюминий-бериллий при температуре 730-740°C, магний и цинк с температурой 710-730°C и после выдержки расплава 10-20 минут при температуре 710-730°C вводят медь, лигатуры алюминий-железо, алюминий-хром-магний. Осуществляют нагрев расплава до 720-740°C и перемешивание. За 15-25 минут до перелива расплав модифицируют лигатурой алюминий-титан в объеме 50% от расчетного количества. Перелитый в ковш расплав обрабатывают флюсом при температуре 710-730°C. Расплав из ковша переливают в миксер с предварительно загруженными и нагретыми до 750-770°C 20-40 минут лигатурами алюминий-титан в объеме 50% от расчетного количества и алюминий-титан-бор. Осуществляют вакуумную обработку 30-60 минут при температуре 710-730°C и остаточном давлении 1,3-2,0 кПа. Литье осуществляют с использованием фильтрующего элемента. Слиток охлаждают водой, подаваемой под давлением 100-150 кПа на широкие грани слитка, и под давлением 10-30 кПа - на узкие грани слитка. Обеспечивается получение слитков с однородной мелкой структурой, низким газосодержанием, равномерным распределением интерметаллидных фаз. 4 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при прокатке на совмещенной литейно-прокатной установке. Устройство, содержащее две печи (36, 37) и переходный туннель (38), расположено между двухручьевой разливочной машиной и линией (22) прокатки. Отрезки блюма с первой линии (21а) разливки подают в переходный туннель (38), расположенный рядом со второй печью (37) параллельно ее продольной оси, а оттуда в первую печь (36) на первый приемный рольганг (41). Ось рольганга (41) совпадает с осью первой линии (21а) разливки и осью переходного туннеля (38). Отрезки блюма со второй линии (21b) разливки подают во вторую печь (37) на второй приемный рольганг (42), ось которого совпадает с осью второй линии (21b) разливки. Отрезки блюма с приемного рольганга (41) поперечно передают на выпускной рольганг (43), затем переносят в направлении линии (22) прокатки. Отрезки блюма с приемного рольганга (42) поперечно передают на выходной рольганг (44), затем переносят в направлении линии (22) прокатки через выпускной рольганг (43). Обеспечивается возможность остановки прокатного стана без прерывания разливки металла. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке металла. Способ включает расчетное определение положения границ зоны мягкого обжатия от мениска расплава в кристаллизаторе в режиме реального времени, обжатие заготовки роликовыми секциями в расчетных границах с позиционированием роликовых секций с гидроцилиндрами. В качестве расчетного положения первой границы зоны мягкого обжатия выбирают поперечное сечение заготовки, в котором расчетное давление расплава в двухфазной зоне на центральной оси заготовки при нулевом обжатии равно давлению растворенных газов в интервале значений от 0 Н/м2 до 500 Н/м2 . Величину обжатия выбирают из условия, при котором гидродинамическое давление расплава в границах зоны мягкого обжатия, включая сечение, соответствующее второй границе зоны мягкого обжатия, и содержащей 18-20% жидкой фазы, выше указанного интервала значений. Обеспечивается повышение точности определения положения передней границы зоны мягкого обжатия и величины обжатия. 3 ил.

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке реакционно-способных металлов, например титана. Печь содержит внутреннюю камеру 12 с инертной атмосферой, кристаллизатор 54, расположенный в камере 12, проход 34 для перемещения металлического слитка из кристаллизатора валками 60, резак 62 для резки слитка, расположенный вплотную к проходу. Выше и ниже резака проход окружают кольцевые барьеры 47 и 49, расположенные вплотную к внешнему периметру слитка. В процессе резки слитка барьеры предотвращают попадание опилок во внутреннюю камеру печи 1 и в валки 71, транспортирующие слиток. 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке реакционноспособных металлов, например титана. Способ включает формирование непрерывного слитка в кристаллизаторе 54, размещенном во внутренней плавильной камере 12 печи 1 непрерывного литья с инертной атмосферой, перемещение слитка валками 60 и резку слитка резаком 62. В процессе резки слиток через кольцевые барьеры 47 и 49, находящиеся сверху и снизу от резака, барьеры примыкают к наружному периметру слитка и обеспечивают предотвращение попадания опилок через барьер во внутреннюю камеру печи 1 и в валки 71, транспортирующие слиток. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх