Установка непрерывного литья

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИЮЛЪСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 980937 (Я)М К 3 (61) Дситолнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 06 ° 01. 81(2Ф) 3232304/22-02

В 22 D l l/06 с присоединением заявки М

Государственный комитет

СССР оо деяам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 15Л 232. Бюллетень й© 46

f33) УДК 621. 746..27 (088 ° 8) Дата опубликования описания 15.12. 82

Ю.И. Герман, Д П Ловцов, А В Новиков и Э.K. Белебашев

«1

Государственный научно-исследовательский и Щбеичкый. институт сплавов и обработки цветных металлов Гипроцветметобработка (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ

Изобретение относится к непрерывному литью металлов и сплавов, конкретнее к конструкции литейной установки роторного типа, и может найти широкое применение на предприятиях цветной и черной металлургии.

Известны конструкции установок непрерывного литья роторного типа, состоящие из литейного колеса с гориэонтальной осью и желобом по ободу и формирующего устройства в виде кольцевого сегмента, охватывающего в зоне эатвердевания слитка желоб, выполненный из немагнитного материала.

Наиболее близким к изобретению по техническому существу является установка с кольцевым сегментом, совершающим продольные колебательные движения, в теле которого выполнена заливочная полуворонка, куда металл падает свободной струей нэ неподвижной заливочной чаши (1).

Недостатком данной установки является ее низкая надежность, так как часть слитка, затвердевшая на сегменте, плохо отделяется н забивает кристаллизатор. Кроме того для известной установки также характерны высокая пористость получаемого слитка; недостаточно однородная и мелкозернистая структура слиткат значительная объемная ликвация, особенно для сложнолегированных сплавовт значительное количество и глубина поверхностных дефектов слитка.

Цель изобретения - повышение надежности установки и качества отливаемого слитка.

Поставленная цель достигается тем, что установка непрерывного литья, содержащая кристаллиэатор, выполненный в вице литейного колеса с жело. бом иэ немагнитного материала, кольцевой сегмент, охватывающий колесо, привод колебательного перемещения сегмента, заливочную коробку с лотком, снабжена электромагнитами, а кольцевой сегмент и лоток заливочной коробки установлены с промежутком, превышающим в 2-40 раз глубину желоба, при этом полюса электромагнитов расположены по обе стороны желоба в районе промежутка, а внутри заливочной

25 коробки и в кольцевом сегменте вмонтированы электрические контакты, соединенные с полюсами источника постоянного тока, кроме того, желоб литейного колеса снабжен пластиной из тоЗ0 копроводящего, жаропрочного, нэносо980937 устойчивого материала, на которой установлен кольцевой сегмент.

С целью снижения токовой нагрузки на источник питания желоб литейного колеса может быть выполнен из немагнитного неэлектропроводного мате- 5 риала, может быть также выполнен из немагнитного материала с высокой электропроводностью, при этом наружная поверхность и поверхность канавки желоба покрыты жаропрочяым 10 электроизолирующим материалом слоем толщиной, равной 0,001-0,100 глу.бины желоба, из немагнитного материала с низкой электропроводностью, при этом толщина стенок желоба составляет15

0,02-0,20 его глубины, а сам желоб закреплен на ободе литейного колеса через прокладку из электроизолирующего теплостойкого водонепроницаемого материала. 20

С целью исключения специальных многоамперных источников постоянного тока низкого напряжения электромагнит может быть выполнен в виде сердечника, на который навиты первичная об-25 мотка высокого напряжения, соединенная с источником переменного тока, и вторичная обмотка низкого напряжения, соединенная с электрическими контактами, вмонтированными внутри заливочной коробки и в кольцевом сегменте.

На фиг. 1 представлена установка с одной парой полюсов магнитов с постоянным магнитным полем и с желобом 35 из немагнитного неэлектропроводного материала, общий виду на фиг. 2 разрез A-А на фиг. 1; на фиг. 3 — установка с несколькими парами полюсов магнитов с постоянными, но возраста- 4Q ющими магнитными полями с желобом из немагнитного электропроводного материала, общий виду на фиг. 4 — разрез

Б-Б, на фиг. 3; на фиг. 5 — разрез

A-A на фиг. 1 при .использовании элек-45 тромагнита с переменным магнитным и олем.

Установка непрерывного литья включает литейное колесо 1 с желобом 2 из немагнитного материала, кольцевой сегмент 3 с приводом 4 его колебательного перемещения и заливочную коробку 5 с лотком 6, постоянные магниты (или электромагниты с постоянным магнитным полем) 7, 8, 9 и 10, электрические контакты 11 и 12, соединенные с полюсами источника постоянного тока (не показан) .

Желоб 2 литейного колеса 1 охлаждается с помощью спрейеров 13 и смазывается из форсунки 14. Желоб 2 мо- 60 жет быть выполнен как из немагнитного неэлектроцроводного материала, например шамота, так и из немагнитного материала с высокой электропроводностью, например из бронзы (фиг. 4) . 65

Прн этом наружная поверхность и поверхность канавки желоба 2 покрыты жаропрочным электроизолирующим материалом 15, например алундом, слоем толщиной, равной 0,001-0,100 глубины желоба h.

Желоб 2 может быть выполнен из немагнитного материала с относительно низкой электропроводностью, например из нержавеющей стали. В этом случае желоб может быть выполнен без покрытия (материала) 15, но со стенками толщиной Ь (фиг. 4), равной

0,02-0,20 глубины желоба, при этом желоб закреплен на ободе колеса 1 через прокладку 16, выполненную из электроизолирующего теплостойкого водонепроницаемого материала, например паронита.

Кольцевой сегмент 3 прижат к желобу 2 литейного колеса 1 через пластину 17, выполненную из токопроводящего жаропрочного иэносоустойчивого материала, например гафита, с помощью прижимного механизма. 18.

В кольцевом сегменте 3 выполнены каналы 19 для охлаждения его водой.

Кольцевой сегмент 3 и лоток 6 заливочной коробки 5 установлены друг от друга на расстоянии Р, превышающем в 2-40 раз глубину желоба.

По обе стороны желоба могут быть установлены полюса электромагнита 20 с первичной обмоткой 21 высокого напряжения, питаемой внешним источником переменного тока (не показан) и вторичной обмоткой 22 низкого напряжения, соединенной с контактами 11 и 12.

Работа установки происходит следующим образом.

Жидкий металл 23 из заливочной коробки 5 через лоток 6 непрерывно поступает в желоб 2 литейного колеса

1. Затвердевание металла начинается в открытой части желоба в зонах, прилегающих к его стенкам. После затвердевания 20-70% сечения слитка он попадает в зону водоохлаждаемого кольцевого сегмента 3, где процесс затвердевания заканчивается.

При этом затвердевающая на пластине 17 сегмента 3 корка металла срастается с затвердевшей в желобе 2 массой металла и увлекается ею, так что забивания кристаллизатора не происходит.

Привод 4 сообщает сегменту 3 и соприкасающемуся с ним жидкому металлу колебания, что обеспечивает легкое отделение корки металла от пластины

17 и высокое .качество поверхности слитка.

В процессе литья. через жидкий металл между контактами 11 и 12 пропускается постоянный ток. При его прохождении в магнитном поле постоянного магнита (или электромагнита) 7(фиг.1) возникают электромагнитные силы, 5

980937 действующие на частицы жидкого металла и направленные к оси колеса.

Эти силы удерживают жидкий металл в желобе, препятствуют переполнению желоба и регулируют подачу жидкого металла из заливочной коробки 5.

При этом процесс литья протекает при повышенном металлостатическом давлении, что способствует уменьшению пористости слитка и улучшению его поверхности. 10

Электромагнитные силы резко сни жают турбулентность в жидком металле, что также улучшает поверхность слитка и исключает неслитины. Прохождение электрического тока 15 через расплавленный металл способствует его обезгаживанию. Если ус тановка одной пары полюсов не обеспе чивает получение промежутка Е, до.статочного для затвердевания 20-70% 20 сечения слитка, например, при переходе на повышенные скорости литья, то устанавливаются дополнительные магниты 8, 9 и 10 (фиг. 3) с возрасTaBatHMH величинами индукции магнит- 25 ного поля. Это вызвано тем, что при возрастании промежутка Р создается более высокое металлостатическое давление, а следовательно, должны возрастать и удерживающие электромаг- gg нитные силы. Таким образом, величине металлостатического давления - у или величине превышения верхней точки желоба m над его точкой к в зоне . нижнего края полюса каждого магнита - у соответствует определенная величина индукции магнитного поля и соответственно величина удерживающей электромагнитной силы.

Точка к выбрана исходя из того, 40 что в этой точке поля каждого магни- . та электромагнитным силам противостоит наибольшее металлостатическое давлениее.

Если возникает затруднение с пита- 45 кием установки от специальных много- . амперных источников постоянного тока, то в .ней испЬльзуется электромагнит 20 (фиг. 5) с первичной обмоткой

21 высокого напряжения, соединенной с источником переменного тока (не показан), и с вторичной обмоткой 22 низкого напряжения, соединенной с электрическими контактами 11 и 12, вмонтированными внутри заливочной коробки 5 и кольцевого сегмента 3.

В этом варианте установки через жидкий металл в желобе пропускается переменный многоамперный ток, а сам желоб находится в переменном магнитном поле. Поскольку изменение направления- тока в жидком металле и полярность электромагнита изменяются синхронно, электромагнитные силы, дейст .вующие на частицы жидкого металла, не меняют своего направления, удер- 65 живают жидкий металл в желобе и препятствуют его переполнению.

После окончания процесса затверде- . вания непрерывнолитый слиток 24 с помощью известных приемов и устройств снимается с литейного колеса и передается на последующие операции: зачистку, прокатку и намотку.

Величина промежутка Я между лотком б заливочной коробки и кольцевым сегментом 3 выбирается исходя из оптимальной для данного металла и сечения слитка скорости литья.

Однако из конструктивных и технико-экономических соображений она должна находиться в пределах 2hcE4 40? .

Если выполнить Е < 2Ь, то для затвердевания 20-70% площади сечения слитка, что позволяет исключить забивание кристаллизатора, скорость литья должна быть очень низкой и использование установки данного типа становится неэффективным.

Если выполнить Р w 40h, то ввиду значительного повышения металлостатического давления в желобе для удержания металла в нем необходимо значительно увеличить индукцию магнитного поля и силу тока, пропускаемого через расплав, что усложняет, установ ку и увеличивает расход электроэнергии.

С целью исключения магнитного торможения колеса желоб выполняется из немагнитного материала. С целью исключения паразитного тока материал желоба должен быть также и неэлектропроводным. Однако неэлектропроводные материалы обладают также низкой теплопроводностью,.что значительно снижает скорость литья. Применение слоистых ком оз металл-изолятор технологически сложно. Кроме того, такие материалы непрочны. Поэтому для увеличения производительности и механической прочности установки желоб литейного колеса может быть выполнен из немагнитного материала с высокой электро- и теплопроводностью и прочностью, например из бронзы, при этом наружная поверхность и поверхность канавки желоба должны быть покрыты жаропрочными электроизолирующими материалами, например алундом, слоем толщиной 0,001-0,100 глубины желоба. !

Слой толщиной менее 0,001h недостаточно прочен, а слой свыше 0,100h обладает высоким тепловым сопротивлением, что существенно снижает производительность установки.

Такой слой может быть нанесен методом плазменного напыления.

Поскольку в процессе эксплуатации желоб подвергается значительным тепловым напряжениям, огнеупорный изолирующий слой может получить локальные

980937 повреждения, что ведет к снижению времени непрерывной работы установки.

Кроме того, нанесение огнеупорного материала- на желоб весьма дорогостоящий процесс.

Поэтому для достижения высокой производительности и длительного времени непрерывной работы желоб может быть выполнен без огнеупорного изолирующего покрытия, но в этом случае он, с целью уменьшения величины паразнтного тока, должен быть выполнен

° из немагнитного материала с относительно высоким электрическим сопротивлением, например из нержавеющей стали, и с минимальной толщиной стенок, составляющей 0,02-0,20h.

При толщине стенок менее 0,02h недопустимо снижается прочность и жесткость желоба, а при толщине бо- лее 0,20h сильно возрастают паразитные токи через стенки желоба.

Такой желоб должен закрепляться на колесе через прокладку, выполненную из электроизолирующего теплостойкого водонепроницаемого материала, например из паронита.

В этом варианте ввиду прохождения электрического тока не только по жидкому металлу, но и по стенкам же-! лоба токовая нагрузка на источники питания возрастает на 10-20%, но зато достигается высокая производительность, снижаются эксплуатационные расходы и увеличивается время непрерывной работы установки.

Предлагаемая конструкция установки в значительной степени удовлетворяет современным требованиям к установкам непрерывного литья. Она обла. дает высокой производительностью и позволяет получать слитки высокого качества благодаря иопоЛьзованию повышенного металлостатического давле ния, обработке жидкого металла вибрацией и электрическим током.

В ней решена проблема регулирования уровня жидкого металла в литейном желобе при больших скоростях литья (до 30 м/мин). Установка позволяет также производить литье металлов с температурой плавления выше

800-900ФС.

Внедрение данной,установйи в-промыаленности позволяет получить значительный экономический эффект — не менее 70000 р. в год но сравнению как с установкой прототипом, так и с известными установками непрерывного литья за счет повышения качества слитка; увеличения выхода годного; упрощения системы контроля и регулирования уровня жидкого металла; увеличения времени непрерывной работы.

- Формула изобретения

1. Установка непрерывного литья, содержащая кристаллизатор, выполненйый в виде литейного колеса с желобом из немагнитного материала, кольцевой сегмент, охватывающий колесо, привод колебательного перемещения сегмента, заливочную коробку с лотком, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьзаения надежности установки и качества отливаемого слитка, она снабжена электромагнитами, а кольцевой сегмент и лоток заливочной короб10 ки установлены с промежутком, превышающим в 2-40 раз глубину желоба, при этом полюса электромагнитов расположены по Обе стороны желоба в районе промежутка, а внутри заливочной

15 коробки и в кольцевом сегменте вмонтированы электрические контакты, соединенные с полюсами источника постоянного тока, кроме того, желоб литейного колеса снабжен пластиной

2О из токопроводящего, жаропрочного, износоустойчивого материала, на кото-. рой установлен кольцевой сегмент.

2; Установка по п. 1 о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью сни25 жения токовой нагрузки на источник питания желоб литейного колеса выполнен из немагнитного, неэлектропроводного материала.

3. Установка по .1, о .т л и ч аЗО ю щ а я с я тем,.что, с целью снижеI ния токовой нагрузки на источник пи- . тания, желоб литейного колеса выполнен из немагнитного материала с высокой электропроводностью, при этом наружная поверхность и повеРхность канавки желоба покрыты жаропрочным электроизолирующим материалом толщиной 0,001-0,100 глубины желоба.

4. Установка по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью снижения токовой нагрузки на источник питания, желоб выполнен из немагнитного материала с низкой электропроводностью, при этом толщина стенок желоба составляет 0,02-0,20 его глубины, а

45 сам желоб закреплен на ободе литейного колеса через прокладку из электроизолирующего, теплостойкого, водонепроницаемого материала.

5. Установка по пп. 1-4,, о т л и50 ч а ю щ а я с я тем, что, с целью исключения специальных многоамперных источников постоянного тока низкого напряжения, каждый электромагнит выполнен в виде сердечника на который

55 навиты первичная обмотка высокого напряжения, соединенная с источником переменного тока, и вторичная обмотка низкого напряжения, соединенная с электрическими контактами, вмонтирощ ванными внутри заливочной коробки и в кольцевом сегменте.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

65 Р 1265299, кл. В 3 F, опублик. 1972.

980937

A-А

Составитель В. Балашов

Редактор М. Дылын Техред Л,Пекарь : Корректор Н. Буряк

Заказ 9564/15, Тираж 852 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП ™Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4