RU2419507C1 - Method of steel and alloy mould casting - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to ferrous metallurgy. Proposed method comprises producing interlayer of chill fusible metal alloy between ingot and mould wall that features fusion temperature of 400-700°C and heat conductivity of 100-300 W/mK, for example, silumin or magnalium. In preparing the mould, said alloy is placed in recesses made in walls of mould dozzle top and sealed by refractory mass. Mould filled with metal said alloy gets fused to squirt plug from refractory mass and to flow through the gap between ingot and mould wall.

EFFECT: reduced temperature gradient of ingot, ruling out surface defects and ingot structure inhomogeneity.

3 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии разливки стали и сплавов в изложницу.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to a technology for casting steel and alloys in a mold.

Известен способ разливки стали и сплавов в металлическую изложницу сверху или сифоном (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. М.: Металлургия, 1979. - 347 с. (с.215)).A known method of casting steel and alloys in a metal mold on top or a siphon (Voskoboinikov V.G., Kudrin V.A., Yakushev A.M. General metallurgy. M .: Metallurgy, 1979. - 347 p. (P.215)).

Недостатком данного способа является то, что в процессе кристаллизации стали и сплава происходит объемная и линейная усадка слитка и образуется воздушная прослойка между телом слитка и стенкой изложницы, которая обладает низкой теплопроводностью. Количество отводящегося тепла от кристаллизующейся стали и сплава резко уменьшается, что приводит к возникновению структурной неоднородности слитка, выделению ликваций, разнозернистости, пористости, образованию неметаллических включений и т.д.The disadvantage of this method is that in the process of crystallization of steel and alloy, volumetric and linear shrinkage of the ingot occurs and an air gap forms between the body of the ingot and the mold wall, which has low thermal conductivity. The amount of heat removed from the crystallizing steel and alloy decreases sharply, which leads to the appearance of structural inhomogeneity of the ingot, the formation of segregations, heterogeneity, porosity, the formation of non-metallic inclusions, etc.

В качестве ближайшего аналога выбран способ разливки стали и сплава в изложницу с применением охлаждающих жидких сред (ОЖС). В качестве ОЖС авторы рекомендуют расплавы солей NaCl, BaCl₂, Na₂B₄O₇. Такая разливка связана с параллельной работой двух плавильных агрегатов: в нагревательной печи сопротивления расплавляется соль; в сталеплавильном агрегате приготавливается сталь. Плавление соли осуществляли в графитовых тиглях, помещенных в нагревательную печь сопротивления. После расплавления ОЖС при температуре 850°С заливали в изложницу, после чего в последнюю заливали сталь, предварительно расплавленную в индукционной печи (Мадянов A.M. Затвердевание и новые способы разливки стали. // Под ред. Рыжикова А.А. М.: Металлургиздат, 1962. - 109 с. (с.97-98)).As the closest analogue, the method of casting steel and alloy into a mold using cooling liquid media (OZHS) was chosen. The authors recommend melts of the salts NaCl, BaCl ₂ , Na ₂ B ₄ O ₇ as OZHL. Such casting is associated with the parallel operation of two melting units: salt is melted in a resistance heating furnace; Steel is prepared in the steelmaking unit. Salt was melted in graphite crucibles placed in a resistance heating furnace. After melting the OZhS at a temperature of 850 ° C, it was poured into the mold, after which the steel that was previously melted in the induction furnace was poured into the last (Madyanov AM Solidification and new methods for casting steel. Edited by A. A. Ryzhikov, Metallurgizdat, 1962 . - 109 p. (P. 97-98)).

Недостатки данного способа заключаются в том, что при осуществлении предлагаемого способа все слитки имели дефекты, в частности газовую пористость, а в случае применения хлористого бария - еще и загрязнение металла окисью бария (с.102). Кроме того, также необходима параллельная работа двух агрегатов, что значительно усложняет процесс получения годных слитков, снижает производительность, повышает расход электроэнергии и т.д.The disadvantages of this method are that during the implementation of the proposed method, all ingots had defects, in particular gas porosity, and in the case of barium chloride, metal contamination with barium oxide (p. 102). In addition, parallel operation of two units is also necessary, which greatly complicates the process of obtaining suitable ingots, reduces productivity, increases energy consumption, etc.

Технической задачей изобретения является повышение качества стали и сплава за счет устранения образования трещин путем уменьшения температурного градиента затвердевающего слитка.An object of the invention is to improve the quality of steel and alloy by eliminating the formation of cracks by reducing the temperature gradient of the hardened ingot.

Указанная задача решается тем, что в способе разливки стали и сплавов в изложницу, включающем создание прослойки из охлаждающей жидкой среды между телом слитка и стенкой изложницы, согласно изобретению, прослойку создают легкоплавким металлическим сплавом с температурой плавления 400-700°С и теплопроводностью 100-300 Вт/мК, который предварительно помещают в углублениях, выполненных в стенках прибыльной надставки изложницы, и запечатывают огнеупорной массой.This problem is solved by the fact that in the method of casting steel and alloys in a mold, including the creation of a layer of cooling liquid medium between the body of the ingot and the wall of the mold, according to the invention, the layer is created by a low-melting metal alloy with a melting point of 400-700 ° C and thermal conductivity of 100-300 W / mK, which is previously placed in the recesses made in the walls of the profitable extension of the mold, and is sealed with a refractory mass.

В качестве легкоплавкого металлического сплава используют силумин.As a low-melting metal alloy, silumin is used.

В качестве легкоплавкого металлического сплава используют магналий.Magnesium is used as a low-melting metal alloy.

В предлагаемом способе для уменьшения температурного градиента затвердевающего слитка применяют легкоплавкий металлический сплав с температурой плавления 400-700°С, имеющий высокую теплопроводность 100-300 Вт/мК. Легкоплавкий металлический сплав заливают в специальные углубления (карманы), выполненные в прибыльной части изложницы, и запечатывают огнеупорной массой, которая исключает контакт жидкого металла с легкоплавким металлическим сплавом.In the proposed method, to reduce the temperature gradient of the hardened ingot, a low-melting metal alloy with a melting point of 400-700 ° C having a high thermal conductivity of 100-300 W / mK is used. The fusible metal alloy is poured into special recesses (pockets) made in the profitable part of the mold and sealed with a refractory mass, which excludes contact of the liquid metal with the fusible metal alloy.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении времени кристаллизации и температурного градиента затвердевающего слитка, как фактора, устраняющего образование трещин, обеспечивающего получение химически более однородной стали и повышающего физическую и кристаллическую однородность стали и сплава.The technical result of the invention is to reduce the crystallization time and the temperature gradient of the solidified ingot, as a factor that eliminates the formation of cracks, provides chemically more uniform steel and increases the physical and crystalline uniformity of steel and alloy.

Это достигается тем, что после разливки метала и заполнения изложницы легкоплавкий металлический сплав с температурой плавления 400-700°С и теплопроводностью 100-300 Вт/мК плавится, по мере линейной усадки слитка в процессе кристаллизации выдавливает пробку из огнеупорной массы и стекает в образующийся зазор, образуя прослойку между телом кристаллизующего слитка и стенкой изложницы. Обладая более высокой теплопроводностью, легкоплавкий металлический сплав не вызывает столь резкого уменьшения теплоотвода в сравнении с образовавшимся воздушным зазором между стенкой изложницы и телом слитка.This is achieved by the fact that after casting the metal and filling the mold, a low-melting metal alloy with a melting point of 400-700 ° C and thermal conductivity of 100-300 W / mK melts, as the linear shrinkage of the ingot during crystallization extrudes the cork from the refractory mass and flows into the resulting gap , forming a layer between the body of the crystallizing ingot and the mold wall. Having a higher thermal conductivity, the low-melting metal alloy does not cause such a sharp decrease in heat dissipation in comparison with the formed air gap between the mold wall and the ingot body.

В процессе исследований установлено, что исключение воздушной прослойки, обладающей низкой теплопроводностью, позволит сократить время кристаллизации слитка и уменьшить температурный градиент затвердевающего слитка. Уменьшение времени кристаллизации и температурного градиента затвердевающего слитка ведет к уменьшению зональной и дендритной ликваций, уменьшению химической неоднородности и разнозернистости слитка, препятствует выделению пленочных неметаллических включений, значительно снижающих живучесть жаропрочных и жаростойких сплавов, а также устраняет образование трещин.In the process of research it was found that the exclusion of the air gap having low thermal conductivity will reduce the time of crystallization of the ingot and reduce the temperature gradient of the solidified ingot. Reducing the crystallization time and temperature gradient of the solidified ingot leads to a decrease in zonal and dendritic segregations, a decrease in the chemical heterogeneity and heterogeneity of the ingot, prevents the release of film non-metallic inclusions, significantly reducing the survivability of heat-resistant and heat-resistant alloys, and also eliminates the formation of cracks.

Сущность данного способа иллюстрирована чертежом, где дана схема кристаллизации слитка: а) - момент разливки стали или сплава, б) - вид после кристаллизации слитка.The essence of this method is illustrated in the drawing, which gives a diagram of the crystallization of the ingot: a) the time of casting of steel or alloy, b) is a view after crystallization of the ingot.

Кристаллизатор содержит металлический кожух прибыльной надставки 1, огнеупорную набивку 2, огнеупорную массу 3, запечатывающую легкоплавкий металлический сплав 4 в углублениях (карманах) стенки прибыльной надставки 1, сменный огнеупорный слой 5, изложницу 6.The mold contains a metal casing of a profitable extension 1, a refractory packing 2, a refractory mass 3, sealing a low-melting metal alloy 4 in the recesses (pockets) of the wall of a profitable extension 1, a replaceable refractory layer 5, mold 6.

На чертеже а) указана жидкая сталь (сплав) 7, б) - слиток 8, усадочная раковина 9.In the drawing a) liquid steel (alloy) 7, b) is indicated - ingot 8, shrink shell 9.

Пример конкретного осуществления способа.An example of a specific implementation of the method.

Сплав Х20Н80 разливался в слитки массой 1,22 т. В качестве легкоплавкого теплоотводящего сплава был использован силумин. Он заливался в специальные углубления (карманы) в прибыльной надставке изложницы в процессе подготовки изложницы к разливке и запечатывался огнеупорной массой. Объем углублений для размещения силумина должен быть равен или несколько больше объема образовавшегося зазора. Объем металла при разливке соответствует внутренним размерам изложницы, соответственно объем необходимого силумина рассчитывался как разница объемов металла до и после кристаллизации. В данном случае силумина понадобилось 1,4 кг. После разливки сплава Х20Н80 и заполнения изложницы силумин расплавлялся и по мере кристаллизации прибыльной части слитка и ее усадки выдавливал пробку из огнеупорной массы (глины), запечатывающую силумин, и стекал вниз в образующийся зазор, заполняя его по мере линейной усадки слитка. После извлечения слитка корка силумина оставалась на внутренней поверхности изложницы, она легко отделялась и силумин использовался повторно. В результате полученные слитки имели удовлетворительное качество поверхности, без ликвационных дефектов, однородные по химическому составу и по размеру зерна, с более развитой зоной столбчатых кристаллов (увеличение на 100 мм) сплав. Пленочные неметаллические включения не обнаружены.X20H80 alloy was cast into ingots weighing 1.22 tons. Silumin was used as a low-melting heat-releasing alloy. It was poured into special recesses (pockets) in the profitable extension of the mold in the process of preparing the mold for casting and was sealed with a refractory mass. The volume of recesses for placement of silumin should be equal to or slightly greater than the volume of the gap formed. The volume of metal during casting corresponds to the internal dimensions of the mold; accordingly, the volume of silumin needed was calculated as the difference in the volumes of metal before and after crystallization. In this case, silumin required 1.4 kg. After casting the X20H80 alloy and filling the mold, silumin was melted and, as the profitable part of the ingot crystallized and shrinked, it squeezed a cork from the refractory mass (clay), which sealed silumin, and flowed down into the resulting gap, filling it as the ingot shrinks linearly. After removing the ingot, the silumin peel remained on the inner surface of the mold, it was easily separated and the silumin was reused. As a result, the obtained ingots had a satisfactory surface quality, without segregation defects, uniform in chemical composition and grain size, with a more developed zone of columnar crystals (100 mm increase) alloy. Film non-metallic inclusions were not detected.

Аналогичные результаты были получены при разливке и кристаллизации стали марки 40Х. Сталь марки 40Х разливалась в слитки массой 1,22 т. В данном случае для создания прослойки использовали литейный магналий, которого понадобилось также 1,4 кг. После раздевания поверхность слитка была удовлетворительной, бездефектной. Последующий химический анализ показал отсутствие резкой химической неоднородности, характерной для слитков углеродистых сталей. Отмечено также значительное развитие зоны столбчатых кристаллов.Similar results were obtained when casting and crystallizing steel grade 40X. Steel grade 40X was poured into ingots weighing 1.22 tons. In this case, cast magnalium was used to create the interlayer, which also required 1.4 kg. After undressing, the surface of the ingot was satisfactory, defect-free. Subsequent chemical analysis showed the absence of a sharp chemical heterogeneity characteristic of carbon steel ingots. Significant development of the columnar crystal zone was also noted.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить слиток с удовлетворительным качеством поверхности, без трещин и других поверхностных дефектов, вызванных температурным градиентом, с более развитой зоной столбчатых кристаллов, без ликвационных дефектов и пленочных неметаллических включений, однородный по химическому составу и по размеру зерна.Thus, the proposed method allows to obtain an ingot with satisfactory surface quality, without cracks and other surface defects caused by the temperature gradient, with a more developed zone of columnar crystals, without segregation defects and film non-metallic inclusions, uniform in chemical composition and grain size.

Промышленная применимость - разливка в слитки высоколегированных сталей и сплавов на никелевой основе.Industrial applicability - casting of high alloy steels and nickel-based alloys into ingots.

Claims (3)

1. Способ разливки стали и сплава в изложницу, включающий создание прослойки из охлаждающей жидкой среды между телом слитка и стенкой изложницы, отличающийся тем, что прослойку создают легкоплавким металлическим сплавом с температурой плавления 400-700°С и теплопроводностью 100-300 Вт/мК, который предварительно помещают в углублениях, выполненных в стенках прибыльной надставки изложницы, и запечатывают огнеупорной массой.1. The method of casting steel and alloy in a mold, comprising creating a layer of cooling liquid between the body of the ingot and the mold wall, characterized in that the layer is created by a low-melting metal alloy with a melting point of 400-700 ° C and thermal conductivity of 100-300 W / mK, which is previously placed in the recesses made in the walls of the profitable extensions of the mold, and sealed with a refractory mass. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легкоплавкого металлического сплава используют силумин.2. The method according to claim 1, characterized in that silumin is used as a low-melting metal alloy. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легкоплавкого металлического сплава используют магналий. 3. The method according to claim 1, characterized in that magnesium is used as a low-melting metal alloy.

Images