Способ непрерывного литья полых заготовок и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области металлургии. Способ непрерывного литья полых заготовок включает подачу жидкого металла в кристаллизатор с оправкой, формирование в нем полой заготовки, ее обжатие и калибровку с одновременным вытягиванием полой заготовки. Металл подают в неразъемный кристаллизатор с оправкой (2), на которой закреплена внутренняя кольцевая стенка (3) неразъемного кристаллизатора, выполненная из жаропрочного материала, и формируют в нем затвердевшую кольцевую корочку заготовки (13). Заготовку, содержащую кольцевую корочку и жидкий металл, вытягивают из неразъемного кристаллизатора в коническую закрытую полость разъемного кристаллизатора, вплотную состыкованного с неразъемным кристаллизатором, с одновременным обжатием затвердевшей стенки кольцевой корочки по всему периметру калиброванными бойками (6, 7). Форма упомянутой закрытой полости на входе заготовки представляет собой эллипс, большая ось которого проходит через плоскости контакта калиброванных бойков разъемного кристаллизатора с заготовкой, а на выходе - круг, диаметр которого равен диаметру наружной поверхности полой заготовки. Обеспечивается повышение стабильности процесса непрерывного литья и улучшение качества полых заготовок. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывному литью металла с его деформацией.

Известен способ получения стальных труб, в котором металл подается через двустенную воронку в зазор между водоохлаждаемыми кристаллизатором и оправкой, откуда труба вытягивается вместе с оправкой, которая затем извлекается [Германн Э. Непрерывное литье. М: Металлургиздат, 1961. С. 290].

Недостатком указанного способа является то, что трубная заготовка из-за усадки не может быть вытянута из кристаллизатора без оправки, что не позволяет осуществить непрерывный процесс литья и приводит к ухудшению качества заготовки.

Известен способ получения непрерывнолитых полых заготовок и устройство для его реализации, обеспечивающие заливку жидкого металла в зазор между разъемными стенками кристаллизатора и стержнем оправки, где стенки кристаллизатора имеют возможность возвратно-поступательного и вращательного движения [Патент на изобретение РФ №2103105].

Недостатком указанного способа является наличие жидкой фазы между внутренней и внешней стенками заготовки, что приводит к необходимости снижения скорости отливки и возможности прорыва жидкого металла, а также ухудшению качества заготовки.

Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому изобретению является способ непрерывного литья заготовок, выбранный за прототип, заключающийся в том, что металл перед подачей в разъемный кристаллизатор пропускают через неразъемный, вплотную состыкованный с разъемным, где формируют затвердевшую корочку, а элементам разъемного кристаллизатора, контактирующим с широкими гранями заготовки, дополнительно придают качательные движения в направлении, перпендикулярном оси движения заготовки, и в том же разъемном кристаллизаторе осуществляют смыкание стенок корочки, обжатие, калибровку заготовки с закругленными боковыми гранями и одновременное вытягивание заготовки из неразъемной части кристаллизатора.

Данный способ, в отличие от прототипа, позволяет осуществить отливку полой заготовки с последующей деформацией ее стенки по всему периметру.

Известно устройство для непрерывного литья заготовок, принятое за прототип, заключающееся в том, что оно снабжено неразъемным кристаллизатором, размещенным перед разъемным и подпружиненным к его стенкам, причем механизм качания каждой широкой стенки представляет собой суппорт, установленный на двух параллельных горизонтальных эксцентриковых валах с синхронным приводом их перемещения (патент РФ №2077407).

Данное устройство, в отличие от предлагаемого, позволяет осуществить отливку с последующей деформацией стенок полой заготовки.

Технической задачей заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: обеспечение возможности отливки полых заготовок, повышение стабильности процесса непрерывного литья за счет возможности вытягивания полой заготовки из неразъемного кристаллизатора и обжатия ее стенки, а также улучшения качества.

Поставленная задача достигается тем, что в данном способе непрерывного литья полых заготовок в неразъемном кристаллизаторе формируют кольцевую оболочку с затвердевшей стенкой, а в разъемном кристаллизаторе калиброванными бойками осуществляют одновременное обжатие затвердевшей стенки оболочки по всему периметру и ее вытягивание из неразъемного кристаллизатора со скоростью

V=k²⋅H/b²,

где k - коэффициент кристаллизации,

H - высота расплава металла,

в - толщина затвердевшей стенки оболочки, выходящей из кристаллизатора.

Формирование в неразъемном кристаллизаторе кольцевой оболочки с полностью затвердевшей стенкой осуществляется только наружной водоохлаждаемой стенкой кристаллизатора, что исключает образование внутренней корочки стенки кольцевой оболочки и, как следствие, усадки. При исследовании процесса получения стальной полой заготовки на опытной установке непрерывного литья и деформации с кольцевым неразъемным кристаллизатором, у которого внутренняя стенка, как и наружная, была медной и водоохлаждаемой, образовалась внутренняя корочка стенки кольцевой оболочки и усадка, которая не позволила вытянуть оболочку из кристаллизатора. Таким образом, данный способ обеспечивает повышение стабильности процесса непрерывного литья. Вытягивание кольцевой оболочки из неразъемного кристаллизатора со скоростью V=k²⋅H/b² позволяет получить на выходе из неразъемного кристаллизатора полую заготовку с полностью затвердевшей стенкой.

Поставленная задача также достигается тем, что в устройстве для непрерывного литья заготовок внутренняя стенка кольцевого неразъемного кристаллизатора выполнена из жаропрочного материала и закреплена на оправке, а калибровка бойков разъемного кристаллизатора выполнена таким образом, что они при сведенном их положении образуют закрытую полость, форма которой на входе в нее представляет эллипс, большая ось которого проходит через плоскости контакта бойков, а на выходе - круг, диаметр которого равен диаметру наружной поверхности полой заготовки.

Выполнение внутренней стенки кольцевого неразъемного кристаллизатора из жаропрочного материала исключает образование внутренней корочки стенки полой заготовки и связанной с ней усадки, которая практически не позволяет вытягивать полую заготовку из неразъемного кристаллизатора и ее продвижение по оправке, что предотвращает разрушение стенок кольцевого неразъемного кристаллизатора, тем самым повышает стабильность процесса непрерывного литья. Выполнение калибровки бойков в виде закрытой полости, форма которой на входе в нее эллипс, на выходе - круг, позволяет подавать цилиндрическую полую заготовку в коническую закрытую полость и циклически обжимать ее затвердевшую стенку в условиях всестороннего сжатия по всему периметру, что способствует повышению стабильности процесса и улучшению качества полых заготовок.

Таким образом, предлагаемый способ непрерывного литья полой заготовки и устройство для его осуществления по сравнению с аналогами обеспечивают улучшение качества полых заготовок и повышение стабильности процесса. Авторам и заявителям не известно об использовании отличительных признаков для достижения указанной технической задачи, что позволяет сделать вывод о наличии изобретательского уровня.

На фигурах 1-3 изображено устройство для непрерывного литья заготовок и способ непрерывного литья заготовок.

Устройство состоит из водоохлаждаемой наружной кольцевой стенки неразъемного кристаллизатора 1, оправки 2, на которой закреплена внутренняя кольцевая стенка неразъемного кристаллизатора из жаропрочного материала 3, двух подвижных суппортов 4 и 5 разъемного кристаллизатора. Каждый суппорт установлен на двух эксцентриковых валах: 8 и 9, 10 и 11. К суппорту 4 крепится боек 6, к суппорту 5 крепится боек 7. Синхронное вращение эксцентриковых валов 8, 9, 10 и 11 осуществляется от любого известного привода. Вытягивание заготовки из неразъемного кристаллизатора во время рабочего хода осуществляется с помощью бойков 6 и 7, а на холостом ходу - с помощью тянущих роликов, устанавливаемых после кристаллизатора.

Сущность способа заключается в следующем (фигуры 1 и 2).

Жидкий металл 12 заливается в неразъемный кристаллизатор 1, который совершает синхронные с бойками разъемного кристаллизатора возвратно-поступательные движения. За счет отвода тепла водоохлаждаемой стенкой 1 неразъемного кристаллизатора происходит односторонняя кристаллизация расплава металла 12 и образуется замкнутая полая оболочка 13 с затвердевшей стенкой на выходе из неразъемного кристаллизатора.. Далее на холостом ходу во время отхода бойков от заготовки оболочка 13 с помощью тянущего механизма подается в закрытую конусную полость разъемного кристаллизатора. Во время рабочего хода калиброванные бойки обжимают и одновременно продвигают полую оболочку на величину эксцентриситета эксцентриковых валов. По мере прохождении полой оболочки через закрытую конусную полость происходит циклическая деформация затвердевшего металла стенки полой заготовки и ее калибровка.

Пример. В устройстве непрерывного литья полых заготовок отливается полая заготовка из стали 20 с наружным диаметром 100 мм, внутренним диаметром 60 мм, толщиной стенки 20 мм. Диаметр керамической кольцевой втулки, закрепленной на оправке, - 60 мм. Высота рабочей части неразъемного кристаллизатора 700 мм. Диаметр и толщина затвердевшей стенки полой оболочки, выходящей из неразъемного кристаллизатора - 120 мм и 30 мм. Величина обжатия стенки бойками разъемного кристаллизатора - 10 мм. Скорость вытягивания полой оболочки из неразъемного кристаллизатора - 0,6 м/мин. Величина эксцентриситета эксцентриковых валов 5 мм, их угловая скорость - 120 мин^-1. Угол наклона рабочей поверхности калиброванных бойков - 12,5°. Длина большой оси эллипса закрытой полости, образованного бойками на входе в нее - 110 мм, а диаметр круга на выходе - 100 мм.

1. Способ непрерывного литья полых заготовок, включающий подачу жидкого металла в кристаллизатор с оправкой, формирование в нем полой заготовки, ее обжатие и калибровку с одновременным вытягиванием полой заготовки из кристаллизатора, отличающийся тем, что жидкий металл подают в неразъемный кристаллизатор с оправкой, на которой закреплена внутренняя кольцевая стенка неразъемного кристаллизатора, выполненная из жаропрочного материала, в котором формируют затвердевшую кольцевую корочку заготовки, и вытягивают заготовку, содержащую кольцевую корочку и жидкий металл, из неразъемного кристаллизатора в коническую закрытую полость разъемного кристаллизатора, вплотную состыкованного с неразъемным кристаллизатором, форма которой на входе заготовки представляет собой эллипс, большая ось которого проходит через плоскости контакта калиброванных бойков разъемного кристаллизатора с заготовкой, а на выходе - круг, диаметр которого равен диаметру наружной поверхности полой заготовки, с осуществлением одновременного обжатия затвердевшей стенки кольцевой корочки по всему периметру калиброванными бойками, причем вытягивание заготовки из неразъемного кристаллизатора осуществляют со скоростью, определяемой из выражения:

V=k²⋅H/b²,

где k - коэффициент кристаллизации, мм/с^0,5;

H - высота расплава металла, мм;

b - толщина затвердевшей стенки корочки, выходящей из кристаллизатора, мм.

2. Устройство непрерывного литья полых заготовок, содержащее разъемный кристаллизатор, оправку, механизм качания стенок кристаллизатора, отличающееся тем, что оно содержит неразъемный кристаллизатор, размещенный перед разъемным и вплотную состыкованный с ним, при этом в неразъемном кристаллизаторе на оправке закреплена внутренняя кольцевая стенка неразъемного кристаллизатора, выполненная из жаропрочного материала, механизм качания каждой стенки упомянутых неразъемного и разъемного кристаллизаторов выполнен в виде суппортов, установленных на двух параллельных горизонтальных эксцентриковых валах с синхронным приводом их перемещения, на каждом из которых закреплен боек разъемного кристаллизатора, при этом бойки разъемного кристаллизатора выполнены с возможностью калибровки с обеспечением при сведенном положении бойков образования конической закрытой полости, форма которой на входе в нее заготовки представляет собой эллипс, большая ось которого проходит через плоскости контакта бойков, а на выходе - круг, диаметр которого равен диаметру наружной поверхности полой заготовки.