SU1107955A1 - Mould for continuous casting of metals - Google Patents

Abstract

1. КРИСТАШШЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ, содержащий формообразующую гильзу и охлаждаемый корпус, состо щий из внутреннего и внешнего колец, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества литого металла, стойкости гильзы и увеличени  производительности , на поверхности внутреннего кольца корпуса, выполнены полости, заполненные малотеплопроводным материалом , расположенные против углов , выступов и узких стенок проходного канала формообразующей гильзы , при этом ширина полости равна (:гах АП и л коэффициенты теплогде проводности материалов наполнител  и гильзы, У рассто ние от центра гильзы до изолируемой поверхности; минимальное рассто а ние от центра гильзы до поверхности проходного канала. 2.Кристаллизатор по п. 1, отW личающийс  тем, что с полости, соответствуюЕ(ие углам проходного канала формообразующей гильзы , расположены в секторах с центIральным углом 0,2-0,6 рад. 3.Кристаллизатор по п. 1, отличающийс  тем, ЧТО полости , соответствующие вьктупам и узким стенкам проходного канала форVI мообразующей гильзы, расположены в ;о секторах с центральным углом, равным 1. CRYSTASHZATOR FOR CONTINUOUS CASTING OF METALS containing a forming sleeve and a cooled body consisting of inner and outer rings, characterized in that, in order to improve the quality of the cast metal, the durability of the sleeve and increase productivity, there are cavities on the surface of the inner ring of the body, filled with low thermal conductive material, located opposite the corners, protrusions and narrow walls of the passage channel of the forming sleeve, the cavity width being equal to (: gakh AP and l coefficients of heat anywhere the distance between the center of the liner and the insulated surface, the minimum distance from the center of the liner to the surface of the bore channel. 2. The crystallizer according to claim 1, which differs from the cavity corresponding to the cavity ( shaping sleeves are located in sectors with a central angle of 0.2-0.6 rad. 3. The crystallizer according to claim 1, characterized in that the cavities corresponding to the outlines and narrow walls of the through channel of the shaping sleeve VI are located in sectors with central corner th equal

Description

1 , Изобретение относитс  к металлур гии, конкретнее к непрерывной разливке металлов и сплавов, особенно чугуна. Известны кристаллизаторы дл  непрерыёного лить  металлов, содержа щие корпус и гильзу, на внутренней поверхности которой с целью увелич ни  равномерности охлащ;ени  вьшолнены наклонные пазы переменной глу бины C1J, Известны кристаллизаторы с регул руемым охлаждением, содержащие корпус и- гильзу, в которой со стороны выхода отливки выполнена колытева  полость С 2. Такие кристаллизаторь }ic--r-:.r регулировать интенсиЕко:;ть ох: - ,: ; ни  по длине отливки, Однако указанные кристазтлизатов не обеспечивают равномерного дени  при литье заготозок некругло формы (пр моугольные, тгеугольные, сложнопрофильные и т.д.). Позтому дл  получени  указанных заготовок обладающих высокой степенью структурной однородности, .они не пригод ны. Другим недостатком таких кристаллизаторов  вл етс  то, что выполнение регулирую1цих теплоотвод полостей производ т в тепе гильзы. Выполненные в гильзе полости  вл ют с  концентраторами термических напр жений и ослабл ют ее механическую прочность. Это приводит к развитию опасных деформаций и короблению гильзы под действием ферростатического давлени  жидкого металла и термических напр жений и преждевременному разрушению гильзы Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению  вл етс  кристаллизатор дл  горизонтальных установок не прерывного лить  металлов, содержащий формообразующую гильзу и охлаж даемый корпус, состо щей из внутреннего и внешнего колец 3. Недостатком такого кристаллизато ра  вл етс  то, что охлаждаюпие каналы (полости) выполн ютс  в теле графитовой гильзы, которые существенно снижают ее механическую прочность , не учитывают профиль заготов ки и сложны в изготовлении. Цель изобретени  - повышение сто кости, гильзы, качества литого метал ла и увеличение производительности 52 Дл  достижени  поставленной цели в кристаллизаторе непрерывно1 о лить  металлов, содержащем формооС азующую гильзу и охлаждаемый корпус, состо щий из внутреннего и внешнего колец, на поверхности внутреннего кольца корпуса выполнены полости, заполненные малотеплопроводным материалом, расположенные против углов, выступов и узких стенок проходного канала формообразующей гильзы, при этом ширина полости равна гд е Я . коэффициенты теплопроводности материалов наполнител  и гильзы рассто ние от центра гильзы до изолируемой поверхности; минимальное рассто ние от центра гильзы до поверхности проходного канала. Полости, соответствующие углам проходного канала формообразукщей гильзы, расположены в секторах с центральным углом 0,2-0,6 рад. Полости, соответствующие выступам и узким стенкам проходного канала формообразующей гильзы, расположены в секторах с центральнь м углом равным (1,0-1,5) Ь/у где Ь - ширина изолируемой поверхности. На фиг. 1 изображен предлагаемый кристаллизатор дл  лить  заготовки с двум  узкими гран ми и угловой зоной, поперечньм разрез, на фиг.2 то же, дл  лить  заготовки квадратного сечени  на фиг. 3 - то же, дл  лить  плитообразной заготовки. Кристаллизатор содержит формообразующую гильзу 1. Гильза вставлена в охлаждаемый корпус, состо щий из внутреннего 2 и внешнего 3 колец. На поверхности внутреннего кольца корпуса в секторах, заключающих выступающие элементы заготовки, установлень полости 4, заполненные малотеплопроводным материалом, например воздухом. На чертежах показаны: углы центральные углы секторов, заключающих зоны углов заготовки; углы ф.2 -углы секторов, заключающих узкие грани заготовки - рассто ние от целтра гильзы до поверхности угловой зоны; )2 рассто ние от центра гильзы до поверхности узких граней заготовки; а - минимальное рассто  ние- от Дентра гильзы до поверхности заготовки, относительно которой выравниваетс  теплоотвод ; - ширин узких (изолируемых) граней. Полости устанавливаютс  в секторах , заключающих зоны углов, выступающие элементы и узкие грани заготовки , т.е. против тех мест, где гильза в радиальных направлени х имеет меньшую толщину и, следовательно , максимальный теплоотвод. Эт позвол ет снизить теплоотвод в ука занных направлени х до уровн  тепло съема с остальных участков заготовки и в целом повысить равномерность теплоотвода по ее периметру и улучшить качество литого металла. Центральные углы секторов, заклю чающих изолируемые поверхности заго товки, св заны с геометрическими особенност ми ее профил . Центральные углы секторов, заклю чающих зоны углов заготовки, состав л ют ip 0,2-0,6 рад. При изол ции узких граней и выступающих .элементо ( граней) центральные углы секторов составл ют f (1,0-1,5) г рад, где о - иирина изолируемой грани; 1 - рассто ние от центра гиль до изолируемой поверхности . Установка полостей при изол ции угловых зон заготовки в секторах с центральными углами менее 0,2 рад и при изол ции узких граней и высту пающих элементов (граней) в сектора с центральными углами менее /- рад не позвол ет получить разномерную структуру по периметру заготовки. С другой стороны, увеличение углов секторов более 0,6 рад при изол ции угловых зон и бтзлее 1,5 рад при изол ции граней приводит к значительному уменьшению теплосъема с по верхности заготовки, уменьшению толщины затвердевшей корки и прорыву жидкого металла за кристаллиза тором, во избежание чего необходимо уменьшать скорость выт жки заготовк что снижает производительностьнепрерывного лить . Кроме того, в предлагаемом кристаллизаторе ширину полости в ради .альном направлении определ ют из соотношени  ( ;f-ay -ширина полости; -коэффициент теплопроводности материала, которым заполнена полость, -коэффициент теплопроводности материала гильзы; -максимальное рассто ние от геометрического центпа -ил-ь ы до изи ируемой поверхности за1отовки; УГШ минимальное рассто ние от геометрического центра гильзы до поверхности. Определенна  таким образом ширина полости обеспечивает равномерный теплое ъем по периметру заготовки, что обуславливает улучшение качества литого металла. Дл  обеспечени  одинаковой температуры поверхности заготовки по периметру, а также равномерной температуры охлаждени  поверхности корпуса полость с наполнителем должна иметь определенную ширину. Из услови  обеспечени  равенства температуры заготовки по периметру следует , что разность температур между , любыми TO4Kahoi поверхности заготовки и корпуса дл  каждого сечени  одинакова . Так как теплопередача от заготовки к охлаждаемой поверхности осуществл етс  теплопроводностью, условие равенства температур обуславливает равенство тепловых потоков от поверхности заготовки к охлаждаемой поверхности корпуса. Известно, что тепловой поток описываетс  уравнением Фурье oj, -3tc yQotT где п -тепловой поток-, -температура-, -коэффициент теплопроводности среды. В нашем случае теплопередача осуществл етс  через гильзу, стенку корпуса и полость с малотеплопроводным материалом, которьш  вл етс  дополнительным термическим сопротивлением . Так как дл  установившегос  процесса, о у О cf  вл етс  нормалью с охлаждаемой средой поверхности корпуса , смываемой хладоагентом и имеющей посто нную температуру, равенство тепловых потоков обуславливает раS венство термических сопротивлений во всех радиальных напращенн к. Учитыва , что толщина стенки корпуса , граничащей с гильзой посто н и ее термическое сопротивление в радиальных направлени х также пост  нно, дополнительное термическое сопротивление должно ко тенсироват только изменение рассто ни  от поверхности заготовки до поверхности гильзы в радиальных направлени х. Прин в, что гильза в поперечном сечении  вл етс  кругом с радиусом R, тогда с учетом обозначений формулы (1) разность толщины гильзы дл  всех J С будет R4iV(i5-yV-; -Q Тогда ширина полости компенсирующего термического сопротивпени  определ етс  из соотношени  у-а Ь Я Яц которое тождественно соотношению ( 1). Чем меньше коэффициент тепло-. проводности материала сопротивлени  тем меньше его максимальна  толшр на тем в меньшей степени искажена форм поверхности стенки корпуса и его ра меры. В качестве малотеплопроводног материала полости можно использоват например, воздух. В этом случае на охлаждаемой поверхности корпуса устанавливают фактически воздушные зазоры (полости), причем воздух отделен от хладоагепта тонким высок теплопроводным слоем. Кристаллизатор работает следующи образом. После заполнени  полости формооб разующей гильзы чугунт роисходит 55 формирование фронта затвердевшей корки. Одновременно с металлом в охлаждаемый корпус подают охладитель дл  обеспечени  интенсивного теплоотвода через стенки кристаллизатора. При этом теплоотвод через полости, заполненные малотеплопроводным материалом будет регулируемым. Благодар  различному теплоотводу происходит выравнивание фронта кристаллизации , что способствует образованию равномерной структуры отливки. В табл. .1-2 приведены результаты испытаний предлагаемого кристаллизатора при литье чугунных заготовок, сечени  которых показаны на фиг. 2-3. Дл  лить  использовалс  ваграночный чугун следующего состава, %: углерод 3,3-3,6; кремний 2,1-2,8; марганец 0,6-1, 1 ;фосфор 0,09-0,11, сера 0,06-0,08; железо-остальное. Формообразующие гильзы изготовл лись из графита МГ 1. На поверхности внутреннего кольца корпуса устанавливали воздушные полости. Дл  расчета ширины полости бьши прин ты следующие значени  коэффициентом теплопроводности: дл  графита МГ 1 в интервале 1000- Л 58 Вт/м-К; дл  воздуха в интервале 150-50°С ЛУ 3, 1 Вт/м«К. Как следует из приведенных в табл. 1 - 2 данных, применение предагаемого кристаллизатора обеспечивает при литье заготовок из серых чугунов по сравнению с существующими уменьшение глубины отбела, повышение стойкости графитовой гильзы и производительности проце :са лить . Экономический эффект составл ет 49 тыс. руб при объеме 4600 т лить  в год.1, The invention relates to metallurgy, more specifically to the continuous casting of metals and alloys, especially cast iron. Known molds for continuous casting of metals, containing a body and a sleeve, on the inner surface of which, in order to increase cooling uniformity, inclined grooves of variable depth C1J are made. Regulatory cooling molds are known, containing an i-sleeve body in which The exit of the casting is made of a C 2 cavity cavity. Such crystallizers} ic - r -: r regulate the intensity:; oh: -,:; nor along the length of the casting, However, the mentioned christazlizates do not provide uniform day-to-day casting of non-circular forms (rectangular, angular, complex profile, etc.). Therefore, to obtain these preforms with a high degree of structural homogeneity, they are not suitable. Another disadvantage of such crystallizers is that the implementation of controlled heat sink cavities is produced in the heat of the liner. The cavities formed in the sleeve are with thermal stress concentrators and weaken its mechanical strength. This leads to the development of dangerous deformations and warping of the liner under the action of the ferrostatic pressure of the liquid metal and thermal stresses and premature destruction of the liner. The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a mold for horizontal continuous casting plants containing a forming sleeve and a cooled one. body consisting of inner and outer rings 3. The disadvantage of such a mold is that the cooling channels (cavities) you They are filled in the body of a graphite sleeve, which significantly reduces its mechanical strength, does not take into account the profile of the workpiece and is difficult to manufacture. The purpose of the invention is to increase the cost, the liner, the quality of the cast metal and the increase in productivity. 52 To achieve this goal, in the crystallizer continuously cast metals containing a mold sleeve and a cooled body consisting of the inner and outer rings are made on the surface of the inner ring of the body cavities filled with low thermal conductive material, located against the corners, protrusions and narrow walls of the passage channel of the forming sleeve, while the cavity width is equal to e. thermal conductivity coefficients of filler materials and sleeves; distance from the center of the liner to the insulated surface; minimum distance from the center of the liner to the surface of the passage. The cavities corresponding to the angles of the passage through the shape-forming sleeve are located in sectors with a central angle of 0.2-0.6 rad. Cavities corresponding to the projections and narrow walls of the passage channel of the forming sleeve are located in sectors with a central angle equal to (1.0-1.5) b / y where b is the width of the insulated surface. FIG. Figure 1 shows the proposed mold for casting a billet with two narrow edges and an angular zone, a transverse section, in Fig. 2 the same for casting square billet in Fig. 2. 3 - the same for casting slab-shaped workpiece. The mold contains a shaping sleeve 1. The sleeve is inserted into a cooled body consisting of an inner 2 and an outer 3 rings. On the surface of the inner ring of the housing in the sectors enclosing protruding elements of the workpiece, install cavities 4 filled with low thermally conductive material, such as air. The drawings show: the corners are the central angles of the sectors enclosing the zones of the corners of the workpiece; angles φ2 are the angles of the sectors enclosing the narrow faces of the workpiece — the distance from the cel- length of the sleeve to the surface of the corner zone; ) 2 distance from the center of the liner to the surface of the narrow faces of the workpiece; a is the minimum distance from the sleeve of the sleeve to the surface of the workpiece, against which the heat sink is aligned; - widths of narrow (insulated) faces. Cavities are installed in sectors enclosing corner zones, protruding elements and narrow faces of the workpiece, i.e. against those places where the sleeve in the radial directions has a smaller thickness and, therefore, the maximum heat sink. This makes it possible to reduce the heat sink in these directions to the level of heat removal from the rest of the workpiece and, in general, improve the uniformity of heat sink along its perimeter and improve the quality of the cast metal. The central angles of the sectors that enclose the insulated surface of the workpiece are associated with the geometric features of its profile. The central angles of the sectors enclosing the corner zones of the workpiece are ip 0.2–0.6 rad. When insulating narrow faces and protruding elements (faces), the central angles of the sectors are f (1.0-1.5) g rad, where O is the insulated face edge; 1 is the distance from the center of the gil to the insulated surface. Installing cavities when isolating the corner zones of the workpiece in sectors with central angles less than 0.2 rad and isolating narrow edges and protruding elements (faces) in sectors with central angles less than / - rad does not allow obtaining a dimensional structure around the perimeter of the workpiece. On the other hand, an increase in the sector angles of more than 0.6 rad while isolating the corner zones and btzlee 1.5 rad while isolating the faces leads to a significant decrease in heat removal from the surface of the workpiece, a decrease in the thickness of the solidified crust and a breakthrough of the liquid metal behind the crystallizer, avoiding what is necessary to reduce the rate of extraction of the workpiece, which reduces the performance of continuous casting. In addition, in the proposed mold, the width of the cavity in the radial direction is determined from the ratio (; f-ay-width of the cavity; -the thermal conductivity of the material with which the cavity is filled; -the thermal conductivity of the liner material; -maximum distance from the geometric center-to the minimum distance from the geometric center of the sleeve to the surface. The cavity width determined in this way ensures a uniform warm opening along the perimeter of the workpiece, which leads to Improving the quality of the cast metal. To ensure the same temperature of the surface of the workpiece along the perimeter, as well as the uniform temperature of the cooling of the surface of the housing, the cavity with the filler must have a certain width. It follows from the condition that the temperature of the workpiece is equal around the perimeter that the temperature difference between any The housing for each section is the same. Since the heat transfer from the workpiece to the cooled surface is carried out by heat conduction, the condition is Twa temperatures determine the equality of heat fluxes from the surface of the workpiece to the cooled surface of the housing. It is known that the heat flux is described by the Fourier equation oj, -3tc yQotT where n is the heat flux, temperature, and thermal conductivity of the medium. In our case, the heat transfer is carried out through the sleeve, the wall of the housing and the cavity with a low heat conducting material, which is an additional thermal resistance. Since for a steady-state process, about y O cf is a normal with a cooled medium on the surface of the case rinsed off with a refrigerant and having a constant temperature, the equality of heat fluxes causes the difference in thermal resistance in all radial extensions to. Considering that the wall thickness of the case bordering the sleeve is constant and its thermal resistance in the radial directions is also constant; the additional thermal resistance should only be compensated for by the change in the distance from the surface of the workpiece to surface of the sleeve in radial directions. Assuming that the sleeve in cross section is a circle with radius R, then, taking into account the notation of formula (1), the difference in thickness of the sleeve for all J C is R4iV (i5-yV-; -Q Then the width of the cavity of the compensating thermal resistance is determined from the ratio (i) The smaller the coefficient of thermal conductivity of the material of resistance, the smaller its maximum thickness and the less distorted the shapes of the surface of the wall of the case and its size. For example, air gaps (cavities) are installed on the cooled surface of the body, and the air is separated from the cool-ing plate by a thin, high-heat-conducting layer. The mold works as follows. After filling the cavity with the forming sleeve and the iron core, 55 the front of the hardened crust forms. a coolant is supplied to the cooled housing with the metal to provide an intensive heat removal through the walls of the mold. In this case, the heat sink through the cavity filled with low thermal conductive material will be adjustable. Due to a different heat sink, the crystallization front is aligned, which contributes to the formation of a uniform casting structure. In tab. .1-2 shows the test results of the proposed mold when casting iron blanks, the cross sections of which are shown in FIG. 2-3. The cupola cast iron of the following composition was used for casting,%: carbon 3.3-3.6; silicon 2.1-2.8; manganese 0.6-1, 1; phosphorus 0.09-0.11, sulfur 0.06-0.08; iron rest. The forming sleeves were made of MG graphite 1. Air cavities were installed on the surface of the inner ring of the housing. To calculate the cavity width, the following values of thermal conductivity coefficient were taken: for graphite MG 1 in the range of 1000-L 58 W / m-K; for air in the range of 150-50 ° C LU 3, 1 W / m «K. As follows from the table. 1 - 2 data, the application of the predicated crystallizer provides, when casting gray iron castings, as compared to existing ones, a reduction in the chill depth, an increase in the durability of the graphite liner and the productivity of the process. The economic effect is 49 thousand rubles with a volume of 4,600 tons per year.

Характеристика конструктивных элементов кристаллизатора н показатели процесса при литье пр моугольной заготовки мм.,Characteristics of the structural elements of the mold n process indicators for casting a rectangular billet mm.,

сгГ2 97 мм  sgg2 97 mm

Таблица 1 ITable 1 I

Глубина дефектного сло  (отбела), ммDepth of defective layer (bleached), mm

на-середине граниin the middle of the verge

в угловой зонеin the corner zone

Средн   продолжительность работы гильзы до износа, чThe average duration of the sleeve to wear, h

Расход графита ИГ 1 на 1 т Consumption of graphite IG 1 to 1 t

,3 лить , кг, 3 pour, kg

Менее 0,5Less than 0.5

Менее 0,5 Менее 0,5Less than 0.5 Less than 0.5

0,5-1,00.5-1.0

0,5-1,00.5-1.0

6,56.5

6,56.5

2,62.6

2,62.6

Характеристика конструктивных элементов кристаллизатора и показатели процесса при литье заготовки типа плиты (планка направл юща  162)160 мм) Q 30 мм; Ь 46 мм, 5 81 ммCharacteristics of the structural elements of the mold and process indicators during the casting of a billet-type billet (guide bar 162–160 mm) Q 30 mm; L 46 mm, 5 81 mm

Глубина дефектног сло  (отбела), ммDepth of defective layer (bleached), mm

на середине широкой граниin the middle of a wide edge

на середине узкой граниin the middle of a narrow face

в угловой зонеin the corner zone

Продолжительность работы гильзы до износа, ч (долговечность)The duration of the sleeve to wear, h (durability)

Расход графита МГ 1 на 1 т MG 1 graphite consumption per 1 t

5,9 лить , кг5.9 pour, kg

Таблица2Table 2

0,5 0.5

Менее 0,5Менее 0,5Less than 0.5 Less than 0.5

Менее 1Less than 1

Менее 1.Less than 1.

1-21-2

4,54.5

2,42.4

2,62.6

Фиг. /FIG. /

BoffaBoffa

Фиа. 2Fia. 2

Claims (3)

1. КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ, содержащий формообразующую гильзу и охлаждаемый корпус, состоящий из внутреннего и внешнего колец, отличающийся тем, что, с целью повышения качества литого металла, стойкости гильзы и увеличения производительности, на поверхности внутреннего кольца корпуса выполнены полости, заполненные малотеплопроводным материалом, расположенные против углов, выступов и узких стенок про ходного канала формообразующей гильзы, при этом ширина полости равна где и Λ - коэффициенты теплопроводности материалов наполнителя и гильзы,*1. CRYSTALIZER FOR CONTINUOUS CASTING OF METALS, containing a forming sleeve and a cooled case, consisting of inner and outer rings, characterized in that, in order to improve the quality of cast metal, the resistance of the sleeve and increase productivity, cavities are filled on the surface of the inner ring of the case, filled with low heat conductive material, located against corners, protrusions and narrow walls of the passage channel of the forming sleeve, the cavity width being equal to where and Λ are the thermal conductivity coefficients of the material ialov filler and the sleeve * - расстояние от центра гильзы до изолируемой поверхности;- the distance from the center of the sleeve to the insulated surface; а - минимальное расстояние от центра гильзы до поверхности проходного канала. _and - the minimum distance from the center of the sleeve to the surface of the passage channel. _ - в- in 2. Кристаллизатор по п. 1, о т дичающий с я тем, что полости, соответствующие углам проходного канала формообразующей гильзы, расположены в секторах с центральным углом 0,2-0,6 рад.2. The mold according to claim 1, characterized in that the cavities corresponding to the corners of the passage channel of the forming sleeve are located in sectors with a central angle of 0.2-0.6 rad. 3. Кристаллизатор по п. 1, отличающийся тем, что* полости, соответствующие выступам и узким стенкам проходного канала формообразующей гильзы, расположены в секторах с центральным углом, равным (1,0-1,5) Ь /Л , где Ь - ширина изолируемой поверхности.3. The mold according to claim 1, characterized in that * the cavities corresponding to the protrusions and narrow walls of the passage channel of the forming sleeve are located in sectors with a central angle equal to (1.0-1.5) L / L, where L is the width insulated surface. SU_n„ 1107955SU _n „1107955