Установка непрерывного или полу-непрерывного литья слитков b электро-магнитном кристаллизаторе

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскнх

Соцналнстнческнх

Реснублнк

I«I806238

4i

-«:, \ Ъ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 090378 (21) 2583354/22-02 с присоедимением заявки ¹â€” (23) ПриоритетОпубликоваио2302.81. Бюллетень ИЯ 7 (51)м, кл.з

В 22 D 11/14

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 746. 27 (088. 8) Дата опубликования описания 2 30281 (72) Авторы изобретеиия

A. С. Тертишников, Б; П. Платунов, Э. К

A. В. Новиков, Л. П. Ловцов и Н. A Гор

Жеяеб.аше в

I 1

Щг и . тный 4 таллов

Государственный научно-исследовательски институт сплавов и обработки цветных

"Гипроцветметобработка" (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ИЛИ ПОЛУНЕПРЕРЬ|ВНОГО

ЛИТЬЯ СЛИТКОВ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ

КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ

Изобретение относится к металлургии, в частности, к непрерывной и полунепрерывной разливке металлов и сплавов с формированием слитка

5 электромагнитным полем индуктора и может быть использовано при литье слитков из тугоплавких, легкоокисляющихся металлов и сплавов, а также сплавов, содержащих легирующие компоненты с высокой упругостью пара, к качеству и химическому составу которых предъявляются-повышенные требования.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату,является установка, включающая индуктор, формирующий в электромагнитном поле слиток, электромагнитный экран, охладитель и защитно-экранирующее устройство из огнеупорного химически инертного к расплаву и немагнитного материала, выполненное в виде внешней обечайки, опирающейся на электромагнитный экран, внутри которой на ее опорноцентрирующем фланце установлена крышка со съемными фланц-экранами и смотровыми окнами, которые выполнены также и во фланце крышки. Крышка выполнена из огнеупорного, хими- ЗО чески инертного к. расплаву и немагнитного материала. Обечайка и крышка установлены с возможностью перемещения вдоль технологической оси установки (1).

Недостатками данного способа явля ется высокая чувствительность ь проо цессе формирования жидкой зоны слитка к кратковременным колебаниям расхода металла, металлодинамическому и конвективному воздействию расплава на боковую поверхность жидкой эоны слитка, не позволяет получать слитки с достаточно гладкой боковой поверхностью, а также с заданным профилем и постоянным по длине слитка сечением. Кроме того, данная установ ка не позволяет использовать покровно-рафинирующий флюс в качестве буферной среды (прослойки) между боковой поверхностью жидкой зоны слитка и стенкой обечайки, воспринимающей физико-химические и тепловые воздействия, особенно при литье слитков из тугоплавких и химически актив ных металлов и сплавов. Концентрированный подвод расплава в центральную часть жидкой зоны значительно увеличивает глубину лунки слитка, вызывая в нем большие термические

806238!

15

30

40

50

d0

65 напряжения, а также имеет место потеря расплавом-относительно легкоплавких легирующих компонентов с высокой упругостью пара через незащищенную часть боковой поверхности жидкой зоны и через поверхность раздела Фаз.

Цель изобретения — повышение качества и точности геометрических размеров слитка при литье с использоьанием постоянного превышения силы металлостатического давления жидкой зоны слитка над силой электромагнитного поля индуктора.

Поставленная цель достигается тем, что обечайка в ее нижней части снабженч внутренним калибрующим выступОм, высота которого составляет 1/2

2/3 высоты индуктора и внутренняя рарабочая поверхность которого спрофи лирована соответственно проФилю и размерам готового слитка, а внутренние размеры обечайки на всем участке выше калибрующего выступа составляют

0,85-1,15 от внутренних размеров обечайки на калибрующем участке, при этом обечайка своим нижним основанием установлена ниже оси индуктора на расстоянии, равном 1/4-2/3 его высоты, а крышка выполнена в виде распределительной чаши с перфорированной перегородкой, причем в стенках обечайки и крышки выполнены сквозные отверстия для подачи Флю-. са или газа.

С -целью снижения тепловых потерь обечайка и крышка выполнены из материала с низкой теплопроводностью.

На чертеже схематически изображена установка с вариантом выполнения обечайки для плавки металлов, про; дольный разрез.

Установка включает индуктор 1, формирующий слиток в электромагнитном поле, электромагнитный экран 2, на котором установлены обечайка 3 с внутренним калибрующим выступом в ее нижней части, крышка, выполненная в виде распределительно-демпфирующей чаши 4 с перфорированной перегородкой 5, установленную концентрично внутри обечайки 3 на ее опорно-центрирующем сланце| Фланц-экран 6, камеру 7,охлажденйя, создающую пояс охлаждения, коллектор подачи расплава с регулятором 8 расхода металла и регулчтор 9 величины напряжения на индукторе.

Во фланце распределительно-демпйи рующей чаши 4 и фладд экране 6 выполнены смотровые окна 10. В опорноцентрирующем Фланце и стенке обечайки 3, в стенке и перегородке распределительно-демпйирующей чаши 4 выполнены сквозные отверстия 11.

В случае необходимости установка содержит кожух с да|чиком 12 контроля высоты уровня расплава, который размещают в специально выполненном для этого во Фланце чаши 4 отверстии.

Большая эффективность предлагае мой установки при получении слиткоь с заданным профилем и постоянным по их длине сечением достигается при условии постоянного обжатия кристаллиэирующейся боковой поверхности слитка калибрующим выступом обечайки. Необходимое обжатие еще пластично-податливой эоны боковой поверхности слитка горячим калибрующим выступом обечайки обеспечивается выполнением соответствующих внутрен- них размеров обечайки и наличием посточнного превышения величины силы металлостатического давления над силой давления электромагнитного поля индуктора на величину 5-203 от номинальной.

Учитывая, что величина объемной усатики для всех сплавов при их кристаллизации неодинакова, следовательно, неодинаковое и воздействие калибрующего выступа обечайки на кристаллиэующуюся боковую поверхность слитка если при изготовлении устройства не учтены особенности объемной усадки металла слитка при его кристаллизации.

Для обеспечения необходимого обжатия кристаллизующейся твердо-жидкой зоны боковой поверхности слитка по всей ее высоте внутренние размеры обечайки 3 на калибрующем участке соответствуют размерам готового слитка, а на некалибрующем — составляют

0,85-1,15 от внутренних размеров обечайки ла калибрующем участке..

Обечайка 3 своим калибрующим выступом, высота которого равна 1/22/3 высоты индуктора 1, установлена в пределах высоты индуктора таким образом, что ее нижнее основание удалено вниз от оси индуктора 1 на величину, равную 1/4-2/3 его высоты.

Возможность перемещения обечайки вдоль технологической оси установки позволяет изменять положение калибру ющего выступа обечайки 3 относительно начала твердой эоны на боковой поверхности слитка что позволяет положительно влиять на качество поверхности и точность поперечных размеров слитка.

Обечайка устанавливается таким образом, чтобы верхняя часть ее калибрующего выступа находилась несколько ниже начала Фронта кристаллизации на боковой поверхности слитка, что позволяет устранить нежелательный контакт расплава с материалом калибрующего выступа обечайки 3 с, одновременным улучшением Формирования твердо-жидкой эоны слитка с оптимальными размерами его боковой поверхности.

806238 в том, что металл, проходя через слой защитно-рафинирующего флюса в чаше, облагораживается и рассредоточенно поступает в зону Формообразования его электромагнитным полем индуктора. Перфорированная перегородка 5 и заглубленная в расплав часть-стенки чаши 4 не позволяют попадать крупным окисным, шлаковым и им подобным включениям на боковую поверхность жидкой эоны формирующегося слитка и значительно снижают (гасят) отрицательное влияние металлодинамического и конвективного воздействия расплава на процесс формообразования слитка при кратковременном изменении величины подачи расплава в зону действия индуктора 1.

Вертикальное перемещение распределительно-демпфирующей чаши 4 позволяет изменять глубину погружения ее перфорированной перегородки 5 в слой флюсовой ванны, а нижнюю часть стенки чаши — в глубь расплава.

Комплексная защита жидкой зоны слитка газом и слоем расплавленного фдюса позволяет получать слитки с качественной боковой поверхностью, плотной кристаллической структурой и равномерным химическим составом по сечению слитка практически иэ всех металлов и сплавов, а тонкий слой флюса, вытягиваемый закристаллизфвавиийся боковой поверхностью слитка, застывая на слитке, образует корочку ° защищающую от окисления его боковую поверхность.

В случае литья слитков с флюсом, распределительно-демпфкрующая чаша

4 устанавливается в обечайку 3 таким образом, чтобы ее перфорированная перегородка 5 была бы полностью заглублена во флюсовую ванну, а при литье беэ защиты жидкой зоны слитка флюсом перегородка может заглубляться под зеркало расплава. Величина заглубления в расплав стенок чаши определяется необходимостью в большей мере задерживать неметаллические твердые включения от попадания их на боковую поверхность жидкой зоны слитка и снижения металлодинамнческого и конвективного воздействия расплава ка стабильность формообразования и кристаллизации его в слиток °

Установка работает следующим образом.

Перед началом подачи металла в зону электромагнитного поля индуктора

1 вводят поддон (затравку) 13 и на его боковую поверхность подают охладитель, например воду. Установив необходимую для начала процесса литья величину напряжения на нндукторе 1 и расход охладителя, на электромагнитный экран 2 устанавливают предварительно настроенf!vYI на

Наблюдение за процессом литья осуществляется через смотровые окна во фланце чаши и (или) по показанию датчика контроля высоты жидкой зоны слитка.

Количественный контроль за величиной превыаения силы металлостатического давления над силой электромагнитного давления поля индуктора (при соблюдении условия незначительного отклонения величины подводимой к индуктору мощности) осуществляется по изменению высоты жидкой зоны слитка, фиксируемое датчиком высоты уровня расплава, который устанавли-. вается в кожухе на свободный от окислов и спокойной от колебаний 15 части жидкой зоны слитка.

С целью повышения срока эксплуатации предлагаемой установки, сниже.ния ее температурного и физико-химического воздействия на расплав, 20 обечайка и крыака выполнены из огнеупорного, химически инертного (по возможности) к расплаву, немагнитного и с низкой теплопроводностью материала. 25

Защитно-экранирующая роль установки заключается в органиэации защиты поверхности жидкой эоны слитка от окисления газом или слоем покровно-рафинирующего Алюса.

Для защиты боковой поверхности жидкой зоны слитка газом или тонким слоем покровно-рабинирующего флюса между некалибрующей частью стенки обечайки и боковой поверхности жидкой эоны имеется. необходимый для этой цели зазор.

При производстве слитков иэ металлов и сплавов, Физико-химические особенности которых допускают процесс литья осуществлять без защиты 40 жидкой. зоны слитка покровно-раАинирующим флюсом, устройство позволяет осуществлять защиту поверхности расплава и кристаллиэующейся части жидкой зоны защитно-восстановитель- 45 ным газом при помощи систем сквозных отверстий во сланце, стенках обечайки и распределительно-демпйирующей чаши.

При литье слитков иэ металлов и сплавов, физико-химические особенности природы которых требуют отличных условий теплопередачи боковой поверхностью жидкой эоны слитка1ее защиты от газовой атмосферы окружающей среды,а также снижения потерь расплавом относительно легкоплавких легирующих компонентов с высокой упругостью пара, применяют жидкостно-буферной слой из эащитнорафинирующих флюсов, питание ко- бо торого обеспечивается через сквозные отверстия в стенке распределительно-демпфнрующей чаши.

Защитная и распределительно-демпфирующая роль чащи 4 заклочается. б5

806238

Предлагаемая установка позволяет осуществлять процесс литья качественных слитков с заданным профилем и постоянным по их длине сечением и плотной кристаллической структурой из тугопланких, легкоокисляющихся металлов и сплавон, а также иэ сплавов, содержащих относительно легкоплавкие легирующие компоненты с высокой упругостью пара за счет решения следующих условий при бесконтактном формообразовании слитка н электромагнитном поле индуктора. Позволяет процесс литья нести с полной защитой от окисления поверхности жидкой зоны слитка газом или слоем Флюса.

50 величину погружения н расплав и подогретую обечайку с крышкой таким ь образом, чтобы нижняя часть калибрующего выступа обечайки 3 находилась бы несколько выше (5-10 мм) От края поддона 13. Затем н центральное отверстие во фланц-экране вводится коллектор подачи металла с регулятором расхода металла 8. Через систему сквозных отверстий в устройстве создается газовая защитная атмосФера. После этого, на поддон подается расплав с установившимся расходом, обеспечивающим номинальную высоту жидкой зоны н поле индуктора 1.

После подъема расплава на заданную высоту жидкой эоны слитка начинается 15 опускание поддона, Обечайка 3 перемещается вниз с таким расчетом, чтобы нижнее основание ее было опущено ниже оси индуктора на расстояние, равное 1/4-2/3 его высоты, а верхняя 20 часть калибрующего выступа при этом займет положение несколько ниже границы закристаллизовавшейся боковой поверхности слитка, которая (граница) находится н области максимального 25 давления поля индуктора 1. Момент начала опускания поддона определяют по высоте жидкой зоны слитка, изменение высоты которой контролируется визуально через смотровые окна 10 или по показанию датчика 12 уровня.

После того как закристаллизонавшаяся часть слитка выйдет из зоны пояса охлаждения, производится коррекция величины силы металлостатического давления при помощи регулятора 8 расхода расплава до тех пор, пока не будет обеспечено необходимого превышения силы металлостатического давления над силой давления электромагнитного поля индуктора 1. Величина пре- 40 вышения металлостатического давления определяется величиной превышения высоты жидкой зоны относительно ее номинальной высоты, Подача Флюса в распределительно- 45 демпфирующую чашу 4 осуществляется периодически в течение всего процесса литья по мере его расхода через сквозные отверстия в стенке чаши.

A жидкостно-буферный слой Флюса . на поверхности жидкой эоны слитка позволяет снизить температуру подаваемого в кристаллизатор расплава, организовать более плавный теплоотвод в поперечно-продольном направлении жидкой зоны слитка, защищать закристаллизовавшуюся боковую поверхность слитка (в области повышенной температуры) от окисления, рафинировать расплав в слое флюса в распределительно-демпФирующей чаше, значительно снизить потерю расплавом легкоплавких легирующих компонентов с высокой упругостью пара эа счет орга низации повышенного парциального давления этих компонентов на границе раздела Флюса и жидкой зоны слитка.

Наличие распределительно-демпФирующей чаши с перФорированной перегородкой позволяет значительно снизить отрицательное металлодинамическое и конвективное воздействие расплава на стабильность процесса литья, глубину и геометрию лунки.

Калибрующий выступ обечайки позволяет получать слитки с минимальными отклонениями размеров в их поперечном сечении.

Укрупленные лабоРатоРные исслеДонания по разработке, технологии и оснастке литья медных слитков в электромагнитном кристаллизаторе, проведенные в Мценском филиале НИИ Гипроцветметобработка, показали, что применение предлагаемого уст-. ройства при литье слитков иэ сплавов

RpOC 4, 5-0, 05; Л63 и JIK80-0, 5 позволит получать слитки с качественной неокисленной боковой поверхностью, с плотной и химически однородной структурой.

Формула изобретения (.Установка непрерывного или полунепрерывного литья слитков в электромагнитном кристаллизаторе, включающая индуктор, формирующий слиток, кольцевой охладнтель и электромагнитный экран с установленной на нем обечайкой, в которой размещена крышка с фланц экранами иэ огнеупорного, химически инертного к расплаву и немагнитного материала, при этом обечайка и крьмка установлены с воэможностью перемещения вдоль технологической оси установки, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества и точности геометрических размеров слитка при литье, обечайка в ее нижней части снабжена внутренним калибрующим выступом, высота которого составляет

1/2-2/3 высоты индуктора и внутренняя рабочая поверхность которого спрофилирована соответственно проФи806238

Составитель В.Любешкин

Техред T. Маточка Корректор Г.Решетннк

Редактор Т.Киселева

-«-- 1

Заказ 11Ч/16 Тираж 880 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 тилиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 чю и размерам готового слитка, а внутренние размеры обечайки на всем участке выше калибрующего выступа составляют О, 85-1, 15 от внутренних размеров обечайки на калибрующем участке, при этом обечайка своим нижним основанием установлена ниже оси индуктора на расстоянии, равном

1/4 - 2/3 его высоты, а крышка выполнена в виде распределительной чаши с перфорированной перегородкой, причем в стенках обечайки и крышки выполнены сквозные отверстия.

2. Установка по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что обечайка и крышка выполнены иэ материала с низкой теплопроводностью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ло заявке М 2503913/02, кл. В 22 D 11/14, 1977.