RU2142862C1 - Device for production of continuous deformed castings - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: the casting box is made heated and has holes, 2 to 4 mm in dia, located around the edges of the bottom part, it is furnished with a grate with similar holes for turning relative to the bottom part of the casting box. The surface of the second pair of vertical walls has grooves that receive inserts made of material with a low thermal conductivity. The ratio of thermal conductivities of materials of the first and second pairs of working walls of the mould equals 10-100. Cermet is used as material for the turning grate with holes and inserts. The inserts are installed in the upper part of the mould to the sizing zone. EFFECT: enhanced capacity, expanded range of products with different level of plasticity, improved quality of surface and internal structure of castings. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов. The invention relates to metallurgy, namely to the continuous casting of workpieces from difficult to deform metals and alloys.

Известно устройство для непрерывного литья заготовок (Патент РФ N 2079390. Устройство для непрерывного литья заготовок/В.В.Стулов, В.И.Одиноков. Опубл. 20.05.97 г. Бюл. N 14), содержащее сборный кристаллизатор, в котором первая пара рабочих стенок выполнена с расширенным под углом к вертикали α = 7-30^o верхним и вертикальным нижним участками рабочей поверхности с возможностью совершения в процессе работы вращательного движения, а вторая пара вертикальных рабочих стенок выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения, участок перехода с расширенного верхнего в вертикальный нижний участок выполнен криволинейным.A device for continuous casting of preforms is known (RF Patent N 2079390. Device for continuous casting of preforms / V.V. Stulov, V.I. Odinokov. Publish. 05.20.97 Bul. N 14), containing a precast mold, in which the first working steam wall is formed with the advanced angle to the vertical, α = 7-30 ^o the upper and lower portions of a vertical working surface, with a commit operation, rotational motion, and a second pair of vertical working walls configured to reciprocating movement, the transition portion extended in the upper vertical lower portion is curved.

Недостатком известного устройства для непрерывного литья заготовок является возможность его использования для получения изделий из пластичных металлов и сплавов. Кроме этого, при разливке металлов возникают трудности, связанные с получением заготовок с направленной кристаллизацией. A disadvantage of the known device for continuous casting of workpieces is the possibility of its use to obtain products from ductile metals and alloys. In addition, when casting metals, difficulties arise associated with the preparation of blanks with directed crystallization.

Заявляемое устройство направленно на создание высокопроизводительного процесса получения непрерывно-литых деформированных заготовок. The inventive device is aimed at creating a high-performance process for producing continuously cast deformed billets.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого устройства, заключается в:
- повышении производительности процесса получения непрерывно литых заготовок;
- увеличении выхода годного металла;
- расширении ассортимента разливаемых металлов с различным уровнем пластичности;
- улучшении качества поверхности и внутренней структуры заготовок.The technical result obtained by the implementation of the inventive device is:
- increasing the productivity of the process of producing continuously cast billets;
- increase the yield of metal;
- expanding the range of cast metals with various levels of ductility;
- improving the quality of the surface and the internal structure of the workpieces.

Заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками. The inventive device is characterized by the following essential features.

Ограничительные признаки: разливочная емкость; сборный кристаллизатор, состоящий из первой пары рабочих стенок, имеющих возможность совершения вращательного движения и выполненных с расширенным под углом к вертикали α = 7-30^o верхним участком, вертикальным нижним участком рабочей поверхности и криволинейным участком перехода от одного участка к другому, и второй пары вертикальных стенок, имеющих возможность возвратно-поступательного перемещения.Restrictive signs: filling capacity; prefabricated mold, consisting of a first pair of working walls that can rotate and are made with the upper section extended at an angle α = 7-30 ^o , the vertical lower section of the working surface and the curved section of the transition from one section to another, and the second pair vertical walls with the possibility of reciprocating movement.

Отличительные признаки: обогреваемая разливочная емкость с отверстиями диаметром 2-4 мм, расположенными по периметру донной части; решетка с отверстиями диаметром 2-4 мм с возможностью поворота относительно донной части разливочной емкости и выполненной из материала с низким значением коэффициента теплопроводности; на поверхности второй пары вертикальных стенок выполнены пазы, в которые установлены вставки из материала с низким коэффициентом теплопроводности; отношение коэффициентов теплопроводности материалов, из которых выполнены первая и вторая пары рабочих стенок кристаллизатора, λ₁/λ₂ = 10-100; в качестве материала с низким коэффициентом теплопроводности, из которого выполнены поворачивающаяся решетка с отверстиями и вставки, используют металлокерамику; вставки устанавливают в верхней части кристаллизатора до зоны калибрования.Distinctive features: heated casting tank with holes with a diameter of 2-4 mm, located around the perimeter of the bottom; a lattice with holes with a diameter of 2-4 mm with the possibility of rotation relative to the bottom of the casting tank and made of material with a low coefficient of thermal conductivity; grooves are made on the surface of the second pair of vertical walls, in which inserts of material with a low coefficient of thermal conductivity are installed; the ratio of the thermal conductivity of the materials of which the first and second pairs of mold working walls are made, λ ₁ / λ ₂ = 10-100; cermet is used as a material with a low coefficient of thermal conductivity, from which a rotating lattice with holes and inserts is made; the inserts are installed in the upper part of the mold to the calibration zone.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом заключается в следующем. A causal relationship between the set of essential features of the claimed device and the achieved technical result is as follows.

Выполнение разливочной емкости обогреваемой с отверстиями, расположенными по периметру донной части, обеспечивает равномерное распыливание расплава в пристеночные слои кристаллизатора. The implementation of the filling tank is heated with holes located along the perimeter of the bottom, provides uniform spraying of the melt into the wall layers of the mold.

Уменьшение диаметра отверстий в разливочной емкости d < 2 мм затрудняет истечение металлов с малой плотностью (например, алюминий) при уменьшении уровня расплава, а также металлов с высоким значением коэффициента теплопроводности (например, алюминий, медь, бронза) при уменьшении температуры расплава ниже допустимой. Reducing the diameter of the holes in the casting tank d <2 mm makes it difficult to flow out metals with a low density (for example, aluminum) with a decrease in the melt level, as well as metals with a high thermal conductivity (for example, aluminum, copper, bronze) when the melt temperature is lower than acceptable.

Увеличение диаметра отверстий в разливочной емкости d > 4 мм приводит к вероятности проплавления корочки, формируемой вдоль первой пары рабочих стенок, а также к недопустимой разнотолщинности корочки по периметру, приводящее при ее деформации к растрескиванию. An increase in the diameter of the holes in the casting tank d> 4 mm leads to the probability of penetration of the crust formed along the first pair of working walls, as well as to an unacceptable thickness difference of the crust along the perimeter, which leads to cracking when it is deformed.

Снабжение разливочной емкости решеткой с отверстиями с возможностью поворота относительно донной части разливочной емкости и выполненной из материала с низким значением коэффициента теплопроводности обеспечивает надежное истечение расплава в нужный момент и прекращение его подачи. The supply of the casting tank with a grid with holes with the possibility of rotation relative to the bottom of the casting tank and made of a material with a low value of the coefficient of thermal conductivity ensures reliable flow of the melt at the right time and the cessation of its supply.

Уменьшение диаметра отверстий в решетке d < 2 мм дополнительно затрудняет истечение металла с малой плотностью (например, алюминий) из разливочной емкости. Reducing the diameter of the holes in the grating d <2 mm further complicates the outflow of metal with low density (for example, aluminum) from the casting tank.

Увеличение диаметра отверстий в решетке d > 4 мм приводит к нарушению сплошности истекаемых струй металла, а также к уменьшению прочности решетки и необходимости увеличения ее толщины. An increase in the diameter of the holes in the grating d> 4 mm leads to a violation of the continuity of the expired jets of metal, as well as to a decrease in the strength of the grating and the need to increase its thickness.

Установка на поверхности вертикальной стенки в пазах вставки с низким значением коэффициента теплопроводности уменьшает количество тепла, передаваемое в стенку и отводимое с охлаждающей водой, а соответственно затормаживается рост корочки на поверхности. Значительное уменьшение толщины корочки, формируемой на поверхности вертикальной стенки, а особенно в угловых зонах контакта стенок первой и второй пары, создает благоприятные условия для деформации корочки и исключает растрескивание заготовки. Installation on the surface of a vertical wall in the grooves of the insert with a low value of the coefficient of thermal conductivity reduces the amount of heat transferred to the wall and removed with cooling water, and accordingly the growth of the crust on the surface is inhibited. A significant reduction in the thickness of the crust formed on the surface of the vertical wall, and especially in the corner contact zones of the walls of the first and second pairs, creates favorable conditions for the deformation of the crust and eliminates the cracking of the workpiece.

Уменьшение соотношения коэффициентов теплопроводности стенок соответственно первой λ₁ и второй λ₂ пары - λ₁/λ₂ < 10 приводит к растрескиванию заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов (например, свинец-сурьма, свинец-олово и др.) в результате формирования корочки определенной толщины на вертикальных стенках.A decrease in the ratio of the thermal conductivity coefficients of the walls of the first λ ₁ and second λ ₂ pairs, respectively, λ ₁ / λ ₂ <10 leads to cracking of the workpieces from difficultly deformed metals and alloys (for example, lead-antimony, lead-tin, etc.) as a result of the formation of a certain crust thickness on vertical walls.

Увеличение соотношения коэффициентов теплопроводности стенок Q соответственно первой λ₁ и второй λ₂ пары - λ₁/λ₂ > 100 приводит к необходимости изготовления стенок первой пары с расширенным под углом к вертикали верхним и вертикальным нижним участками рабочей поверхности из дорогостоящих жаропрочных медных сплавов с высоким значением λ₁ =200-240 Вм/(м•К), которые имеют недостаточную прочность при высоких температурах разливаемых металлов (сталь, алюминий), и ограничивает их применение. Кроме этого, возникает необходимость изготовления в стенках второй пары вставки с низким значением λ₂ = 2,4 Вм/(м•К), что затруднительно по причине отсутствия чистых металлов и сплавов с таким значением коэффициента теплопроводности.An increase in the ratio of the thermal conductivity coefficients of the walls Q, respectively, of the first λ ₁ and second λ ₂ pairs, λ ₁ / λ ₂ > 100, necessitates the manufacture of the walls of the first couple with the upper and vertical lower sections of the working surface expanded at an angle to the vertical from expensive heat-resistant copper alloys with high the value of λ ₁ = 200-240 Vm / (m • K), which have insufficient strength at high temperatures of cast metals (steel, aluminum), and limits their use. In addition, there is a need to manufacture in the walls of the second pair of inserts with a low value of λ ₂ = 2.4 Vm / (m • K), which is difficult due to the lack of pure metals and alloys with such a value of the coefficient of thermal conductivity.

Использование в качестве материала с низким коэффициентом теплопроводности, из которого выполнены решетка с отверстиями и вставки, устанавливаемых на поверхности вертикальных стенок, металлокерамики обеспечивает сравнительно низкое значение коэффициента теплопроводности по сравнению с металлами и сталью, а также достаточную прочность по сравнению с керамикой. The use of metal ceramics as a material with a low coefficient of thermal conductivity, of which a lattice with holes and inserts mounted on the surface of vertical walls are made, provides a relatively low value of the coefficient of thermal conductivity compared to metals and steel, as well as sufficient strength compared to ceramics.

Установка вставок в верхней части кристаллизатора до зоны калибрования обусловлено нахождением заливаемого в кристаллизатор металла в жидком и твердо-жидком состоянии, то есть в области формирования заготовки. По причине того, что в зоне калибрования происходит придание нужной поверхности готовой заготовки, имеющей более низкую температуру, чем в верхней части кристаллизатора, то прочность металлокерамической вставки может быть недостаточной при калибровании различных металлов и сталей. The installation of inserts in the upper part of the mold to the calibration zone is due to the metal being poured into the mold in the liquid and solid-liquid state, that is, in the area of the workpiece formation. Due to the fact that in the calibration zone, the desired surface of the finished workpiece, having a lower temperature than in the upper part of the mold, is given, the strength of the ceramic-metal insert may be insufficient when calibrating various metals and steels.

На фиг. 1 и 2 приведен внешний вид заявляемого устройства для получения непрерывно литых заготовок. In FIG. 1 and 2 shows the appearance of the inventive device for continuously cast billets.

Заявляемое устройство на фиг. 1 и 2 состоит из обогреваемой разливочной емкости 1 с отверстиями 2, решетки 3 с отверстиями 4, сборного кристаллизатора 5 с первой парой рабочих стенок 6 с расширенным под углом к вертикали α = 7-30^o верхним участком, вертикальным нижним участком рабочей поверхности и криволинейным участком перехода от одного участка к другому, второй пары вертикальных стенок 7 с пазами 8 и вставки 9. На фиг. 1 буквами А, В и С обозначены соответственно высота зоны намораживания расплава, обжатия корочки и калибрования поверхности заготовки. Вставка 9 устанавливается до зоны С. Предварительно перед разливкой металла в кристаллизатор 5 вставляется специальное приспособление-затравка, предотвращающая выливание из него расплава. В разливочную емкость 1 жидкий металл заливается с определенным перегревом, исключающее его затвердевание в отверстиях 2 и 3.The inventive device of FIG. 1 and 2 consists of a heated casting tank 1 with openings 2, a lattice 3 with openings 4, a precast mold 5 with a first pair of working walls 6 with an upper section extended at an angle to the vertical α = 7-30 ^o , a vertical lower section of the working surface and curved section of transition from one section to another, the second pair of vertical walls 7 with grooves 8 and insert 9. In FIG. 1, letters A, B, and C indicate the height of the zone of freezing of the melt, compression of the crust, and calibration of the surface of the workpiece, respectively. The insert 9 is installed up to zone C. Previously, before casting the metal, a special seed device is inserted into the crystallizer 5, which prevents the pouring of the melt from it. In the casting tank 1, liquid metal is poured with a certain overheating, excluding its solidification in holes 2 and 3.

Работа устройства на фиг. 1 и 2 заключается в следующем. Расплав из разливочной емкости 1 с отверстиями 2 через решетку 3 с отверстиями 4 в виде тонких струек равномерно поступает в кристаллизатор 5 и затвердевает на рабочих стенках 6 первой пары с расширенным под углом к вертикали верхним участком рабочей поверхности. По мере достижения в кристаллизаторе определенного уровня расплава устройство включается в работу. При этом максимальный уровень заливки расплава в кристаллизатор не должен достигать пазов 8 и верхней части вставки 9. The operation of the device in FIG. 1 and 2 is as follows. The melt from the pouring tank 1 with holes 2 through the grid 3 with holes 4 in the form of thin streams uniformly enters the mold 5 and hardens on the working walls 6 of the first pair with the upper portion of the working surface expanded at an angle to the vertical. As the crystallizer reaches a certain level of melt, the device is turned on. In this case, the maximum level of pouring of the melt into the mold should not reach the grooves 8 and the upper part of the insert 9.

В процессе работы устройства рабочие стенки первой пары 6 совершают вращательное движение с обжатием корочки заготовки в зоне В, а вертикальные стенки 7 второй пары с пазами 8 и вставками 9 совершают возвратно-поступательное перемещение с выталкиванием заготовки в зону калибрования С. In the process of operation of the device, the working walls of the first pair 6 rotate with compression of the workpiece crust in zone B, and the vertical walls 7 of the second pair with grooves 8 and inserts 9 make a reciprocating movement by pushing the workpiece into the calibration zone C.

Claims (2)

1. Устройство для получения непрерывно-литых заготовок, содержащее разливочную емкость и установленный под ней сборный кристаллизатор, состоящий из первой пары рабочих стенок, имеющих возможность совершения вращательного движения и выполненных с расширенным под углом к вертикали α = 7 - 30^o верхним участком, вертикальным нижним участком рабочей поверхности и криволинейным участком перехода от одного участка к другому, и второй пары вертикальных стенок, имеющих возможность возвратно-поступательного перемещения, отличающееся тем, что разливочная емкость выполнена обогреваемой с отверстиями диаметром 2 - 4 мм, расположенными по периметру донной части, и снабжена решеткой с аналогичными отверстиями, имеющей возможность поворота относительно донной части разливочной емкости и выполненной из материала с низким коэффициентом теплопроводности, при этом на поверхности второй пары вертикальных стенок выполнены пазы, в которые установлены вставки из материала с низким коэффициентом теплопроводности, а отношение коэффициентов теплопроводности материалов, из которых выполнены первая и вторая пары рабочих стенок кристаллизатора, λ₁/λ₂ = 10 - 100.1. A device for producing continuously cast billets containing a casting tank and a prefabricated mold installed under it, consisting of a first pair of working walls that can rotate and are made with an upper section extended at an angle to the vertical α = 7-30 ^o , vertical the lower portion of the working surface and the curved section of the transition from one section to another, and a second pair of vertical walls having the possibility of reciprocating movement, characterized in that the fish tank is made heated with holes with a diameter of 2 - 4 mm located along the perimeter of the bottom, and is equipped with a lattice with similar holes, which can be rotated relative to the bottom of the pouring tank and made of material with a low coefficient of thermal conductivity, while on the surface of the second pair of vertical walls grooves are made in which inserts of material with a low coefficient of thermal conductivity are installed, and the ratio of thermal conductivity coefficients of the materials of which the first and second pairs of mold working walls, λ ₁ / λ ₂ = 10 - 100. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве материала с коэффициентом теплопроводности, из которого выполнены решетка с отверстиями и вставки, используют металлокерамику, при этом вставки устанавливают в верхней части кристаллизатора до зоны калибрования. 2. The device according to claim 1, characterized in that as a material with a thermal conductivity coefficient, from which a lattice with holes and inserts are made, cermet is used, while the inserts are installed in the upper part of the mold to the calibration zone.

Images