SU1154339A1 - Installation for casting vacuum-processed steel ingots - Google Patents

Abstract

УСТАНОВКА ДЛЯ ОТЛИВКИ СЛИТКОВ ИЗ ВАКУУМИРОВАННОЙ СТАЛИ, содержаща  разливочный ковш-вакууматор со скольз щим затвором, изложницу, устройство дл  охлаждени  слитка и устройство с головками и волноводами .,- i;t2;, дл  ультразвуковой обработки расплава,i отличающа с  тем, что, с целью расширени  технологических возможностей, повышени  эксплуатационной надежности и улучшени  качества металла путем увеличени  скорости кристаллизации расплава, устройство дл  ультразвуковой обработки расплава выполнено в виде диаметрально расположенных по периметру изложницы ультразвуковых головок с возможностью их вертикального и горизонтального перемещений, волноводы которых установлены с возможностью контактировани  с пазами, выполненными в с изложнице, а устройство дл  Охлаждени  слитка снабжено охлаждаемой обо (Л лочкой, экранирующей ультразвуковые головки и волноводы от теплового воздействи  изложницы.INSTALLATION FOR CASTING OF INJECTED STEEL INGOTS, containing a casting-vakuator with a sliding gate, a mold, a device for cooling the ingot and a device with heads and waveguides. - i; t2 ;, for ultrasonic processing of the melt, i differing from in order to expand technological capabilities, increase operational reliability and improve metal quality by increasing the rate of crystallization of the melt, the device for ultrasonic melt processing is made in the form of a diametrically located ultrasonic heads with perimeter of the mold with the possibility of their vertical and horizontal movements, the waveguides are installed with the possibility of contact with the grooves made in the mold, and the device for cooling the ingot is equipped with a cooled surface (L shielding ultrasonic heads and waveguides from the heat of the mold).

Description

елate

4;four;

со со соwith so with so

111111

Изобретение относитс  к металлур ии , а именно к оборудованию дл  производства качественных слитков, и может быть использовано в металлургическом производстве различных отраслей машиностроени , в частности в энергомашиностроении ;у1  получени  высококачественных слитков, примен в .мьк :в качестве поковок ответственных деталей энергооборудовани  типа роторов паровых и гидравлических турбин, корпусных элементов атомных реакторов корпусов главных циркул ционных насосов и др.The invention relates to metallurgy, in particular, equipment for the production of high-quality ingots, and can be used in the metallurgical production of various branches of mechanical engineering, in particular in power engineering, y1 production of high-quality ingots, used in microscopes: as forgings of critical parts of power equipment such as steam rotors and hydraulic turbines, case elements of atomic reactors, cases of main circulation pumps, etc.

Получение качественных слитков из вакуумированной стали  вл етс  наиболее прогрессивным процессом в металлургии . Однако в процессе оклаждени  (кристаллизации) слитка в издожнице ввиду склонности большинства марок сталей к дендритной кристаллизации структура металла по сечению слитка получаетс  неоднородной и вследствие замедленного образовани  центров кристаллизации естественное затвердевание слитка протекает медленно (что и способствует образованию дендритной структуры).The production of high-quality ingots from evacuated steel is the most progressive process in metallurgy. However, due to the tendency of most steel grades to dendritic crystallization, the structure of the metal over the section of the ingot is non-uniform and due to the slow formation of crystallization centers, the natural solidification of the ingot proceeds slowly (which contributes to the formation of a dendritic structure).

Проведенные исследовани  по интенсификации процесса кристаллизации слитков показывают, что дл  ускоренного образовани  центров кристаллизации ,, а следовательно, улучшени  струтуры наиболее перспективной  вл етс  ультразвукова  обработка, так как под действием ультразвука наблюдаетс  многократное измельчение структуры (многократное уменьшение размера зерен). Ультравукова  обработка позвол ет повысить однородность слитка (повышаетс  плотность слитка и механические свойства). В зависимости от интенсивности (мощности) ультразвуковых колебаний можно увеличивать прочность на раст жение, предел текучести и твердости, увеличить или -уменьшать пластические свойства стали и др.The conducted studies on the intensification of the ingots crystallization process show that for the accelerated formation of crystallization centers, and consequently, to improve the structure, the most promising is ultrasonic treatment, since under the action of ultrasound a multiple crushing of the structure is observed (multiple decrease in the grain size). Ultrasonic treatment improves ingot uniformity (ingot density and mechanical properties increase). Depending on the intensity (power) of ultrasonic vibrations, it is possible to increase the tensile strength, yield strength and hardness, increase or reduce the plastic properties of steel, etc.

Однако наибольгаую техническую трудность при ультразвуковой кристал лизации сталей представл ет метод введени  ультразвука в расплавы, хот  известны два наиболее пригодных дл  пpo iышлeннoгo использовани  вида обработки: введение волновода источника ультразвука (магнитострикционного преобразовател ) непосредственно в металлический расплав иHowever, the greatest technical difficulty in the ultrasonic crystallization of steels is the method of introducing ultrasound into the melts, although two of the most suitable for industrial application processing are known: introducing a waveguide of the ultrasound source (magnetostrictive transducer) directly into the metal melt and

392392

контактного или бесконтактного возбуждени  ультразвука в расплаве через керамические и металлические формы (тигли, кокили, изложницы).contact or contactless excitation of ultrasound in the melt through ceramic and metal forms (crucibles, chills, molds).

Известна установка дл  ультразвуковой кристаллизации слитков, например установка дл  ультразвуковой обработки металла при полунепрерывном литье, содержаща  кристаллизатор дл  формировани  слитка, ультразвуковые преобразователи с волноводами, систему охлаждени  и ковш дл  заливки металла lj .A known device for ultrasonic crystallization of ingots, for example, an installation for ultrasonic metal treatment in semicontinuous casting, comprising a mold for forming an ingot, ultrasonic transducers with waveguides, a cooling system, and a ladle for pouring metal lj.

Недостатком установки  вл етс , то, что волноводы ввод тс  непосредственно в металлический расплав и, следовательно, должны быть вьшолнены из дорогосто щего сплава, а ультразвуковые преобразователи необходимо защищать от воздействи  высоких тем (Ператур сложной системой охлаждени . Кроме того, в силу конструктивных особенностей установки дл  перемещени  кристаллизатора необходимо использовать дополнительное транспортирующее устройство.The disadvantage of the installation is that the waveguides are introduced directly into the metal melt and, therefore, must be made of an expensive alloy, and the ultrasonic transducers must be protected from the effects of high volumes (Perthur complex cooling system.) to move the mold it is necessary to use an additional conveying device.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению  вл етс  установка дл  отливки слитков из вакуумированной стали, содержаща  разливочный ковшвакууматор со скольз щим затвором, |изложницу, устройство дл  охлаждени  слитка и устройство с головками и волноводами дл  ультразвуковой обработки расплава.The closest in technical essence and effect achieved to the invention is a plant for casting ingots from evacuated steel, containing a pouring bucket with a sliding gate, a mold, a device for cooling the ingot, and a device with heads and waveguides for ultrasonic processing of the melt.

Известна  установка обеспечивает воздействие ультразвуковых колебаний на обрабатываемый металл без непосредственного контакта источника ультразвука с металлическим расплавом zl.Known installation provides the effect of ultrasonic vibrations on the treated metal without direct contact of the ultrasound source with the metal melt zl.

Недостатками известной установки  вл ютс  громоздкость обусловленна  зависимостью конструкции устройства от формы и размеров кристаллизатора, невозможность переналадки источников электромагнитных колебаний (кольцевы сердечников) на обработку слитков разных типоразмеров, что ограничивает технологические возможности непосредственное воздействие теплового излучени  кристаллизатора на источник ультразвуковых колебаний, что снижает эксплуатационную надежности.The disadvantages of the known installation are cumbersome due to the dependence of the design of the device on the shape and size of the mold, the inability to change the sources of electromagnetic oscillations (ring cores) to the processing of ingots of different sizes, which limits the technological possibilities of the direct influence of the thermal radiation of the crystallizer on the source of ultrasonic vibrations, which reduces operational reliability.

Цель изобретени  - расширение технологических возможностей, повьшение эксплуатационной надежности и улучшение качества металла путем увели и ни  скорости кристаллизации расплава. Поставленна  цель достигаетс  тем, ч-то в установке дл  отливки слитков из вакуумированной стали, содержащей разливочный ковш-вакууматор со скольз щим затвором, изложницу, устройство дл  охлаждени  слитка и устройство с головками и волноводами дл  ультразвуковой обработки расплава, устройство дл  ультразвуковой обработки расплава выполнено в виде диаметрально расположенных по периметру изложницы ультразвуковых головок с возможностью их вертикального и горизонтальчз ного перемещений, волноводы которых установлены с возможностью контактировани  с пазами, выполненными в изложнице , а устройство дл  охлаждени  слитка снабжено охлаждаемой оболочкой , экранирующей ультразвуковые головки и волноводы от теплового воздействи  изложницы. На фиг. 1 изображена установка, общий вид на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Предлагаема  установка состоит из ковша вакууматора 1 с заливной воронкой 2 и скольз щим затвором 3, изложницы 4, устройства 5 дл  охлаждени  слитка и устройства 6 дл  ульт развуковой обработки металлов. Устройство 5 дл  охлаждени  слитка содержит защитно-охлаждающую оболочку 7 с патрубками 8 и 9 подвода и отвода охлаждающей среды, диаметрально расположенными вертикапьными пазами 10 и коллектором 11 с патрубком 12 и воздушными форсунками 13 Устройство 6 дл  ультразвуковой - обработки металла содержит диаметрал но расположенные по отнощению к изложнице приводные тележки 14, на каждой из которых в направл ющих 15 установлена приводна  каретка 16, несуща  ультразвуковую головку 17 в виде магнитострикционного преобразовател  18, концентратора 19 и волновода 20. Привод каждой каретки 16 осуществл етс  от мотора-редуктора 21, укрепленного на кронштейне 22 каретки, через шестерню 23, контакти рующую с зубчатой рейкой 24, укрепленной на тележке. В рабочем положении волноводы 20 контактируют с вертикальными пазами 25 изложницы.The purpose of the invention is to expand technological capabilities, increase operational reliability and improve the quality of the metal by increasing the rate of melt crystallization. The goal is achieved by the fact that in an installation for casting ingots from evacuated steel, containing a casting bucket-vakuator with a sliding gate, a mold, a device for cooling the ingot and a device with heads and waveguides for ultrasonic processing of the melt, the device for ultrasonic processing of the melt is made in the form of diametrically located along the perimeter of the mold of ultrasonic heads with the possibility of their vertical and horizontal movement, the waveguides of which are installed with contacting grooves formed in the mold, and the device is provided for cooling the chilled ingot shell cutoff waveguides ultrasonic head and the thermal effect of the mold. FIG. 1 shows an installation, a general view of FIG. 2 shows section A-A in FIG. 1. The proposed installation consists of a vacuum unit bucket 1 with a filling funnel 2 and a sliding gate 3, a mold 4, an ingot cooling device 5, and an ultrasonic metal working device 6. The device 5 for cooling the ingot contains a protective cooling shell 7 with nozzles 8 and 9 for supplying and discharging the cooling medium, diametrically positioned vertical grooves 10 and a collector 11 with the nozzle 12 and air nozzles 13 Ultrasonic device 6 - metal processing contains diameters but disposed relative to to the mold, drive carriages 14, on each of which, in the guides 15, a drive carriage 16 is mounted, carrying an ultrasonic head 17 in the form of a magnetostrictive transducer 18, a hub 19 and a waveguide 20. Each carriage 16 is driven from a gear motor 21 mounted on a bracket 22 of a carriage via gear 23 in contact with a rack 24 mounted on a trolley. In the working position, the waveguides 20 are in contact with the vertical grooves 25 of the mold.

Уйтановка работает -следующим образом,Uitanovka works in the following way,

Жидкий металл заливают через воронку 2 в ковш-вакууматор 1, где осуществл етс  вакуумирование стали. В процессе вакуумировани  при открытии затвора 3 необходимьй объем металла сливаетс  в изложницу 4. Одновременно с этим дл  интенсификации процесса охлаждени  металла в изложнице в защитно-охлаждающую оболоч- . ку 7 через патрубок 8 подаётс  охлаждающа  среда, а через патрубок 12 коллектора 11 сжатый воздух поступает к воздушным форсункам 13, и. омыва  одновременно стенки изложницы и оболочки, охлаждает их. После заполнени  изложницы жидким металлом осуществл етс  обработка ультразвуком дл  ускорени  процесса кристаллизации слитка и выравнивани  структуры металла по всему сечению слитка. Дл  этого тележки 14, перемеща сь по направлению к изложнице, ввод т волноводы 20 ультразвуковых головок 17 через пазы 10 защитноохлаждающей оболочки 7 до их контакта с пазами 25 изложницы. При включении ультразвуковых головок 17, питаемых, например, ультразвуковыми генераторами типаУЗГ-10А происходит возбуждение ультразвука в кристаллизуемом расплаве, в результате чего интенсифицируетс  процесс образовани  центров кристаллизации . При этом, варьиру  взаимным расположением ультразвуковых головок путем их вертикального перемещени  и соответствующей установки волноводов в пазах изложницы, можно осуществить равномерную кристаллизацию по всему объему слитка, а следовательно , получить слиток с равномерной мелкозернистой структурой. Использование в установке предлагаемой конструкции устройства дл  ультразвуковой обработки металла позвол ет улучшить структуру обрабатываемого слитка путем интенсификации образовани  центров кристаллизации и ускорени  процесса кристаллизации в целом, в результате чего улучшаетс  качество металла и повыщаетс  производительность установки, при этом расшир тс  технологические возможности за счет быстрой перенаадки устройства дл  ультразвуковой обработки слитков разных типоразмеров.The liquid metal is poured through the funnel 2 into the bucket-vacuum 1, where the steel is evacuated. During the evacuation process, when the shutter 3 is opened, the necessary volume of metal is poured into the mold 4. At the same time, to intensify the process of cooling the metal in the mold, the protective and cooling shell is. Cu 7 through the nozzle 8 is supplied with a cooling medium, and through the nozzle 12 of the collector 11, the compressed air flows to the air nozzles 13, and. washing the walls of the mold and the shell at the same time cools them. After filling the mold with liquid metal, sonication is performed to accelerate the process of ingot crystallization and leveling the metal structure throughout the entire section of the ingot. For this carriage 14, moving towards the mold, the waveguides 20 of the ultrasonic heads 17 are inserted through the slots 10 of the protective cooling shell 7 before they come into contact with the slots 25 of the mold. When the ultrasonic heads 17, powered by, for example, ultrasonic generators of the type UZG-10A, are turned on, ultrasound is excited in the crystallized melt, as a result of which the formation of crystallization centers is intensified. In this case, by varying the relative position of the ultrasonic heads by their vertical movement and the corresponding installation of the waveguides in the slots of the mold, uniform crystallization can be carried out throughout the ingot volume, and consequently, an ingot with a uniform fine-grained structure can be obtained. The use of the proposed device for ultrasonic metal processing in an installation improves the structure of the ingot being processed by intensifying the formation of crystallization centers and speeding up the crystallization process as a whole, thereby improving the quality of the metal and increasing the productivity of the installation, thereby expanding the technological capabilities for ultrasonic processing of ingots of different sizes.

Кроме того, повьпиаетс  надежнос;ь установки за счет экранировани  ультразвуковых головок защитрго-ох.паждающей оболочкой и дополнительног-о охлаждени  волноводов сжатым воздухом (в следствие этого волноводы могут быть изготовлены из более дешевых сплавов).In addition, the installation is reliably established by shielding the ultrasonic heads with a protective-chuck coating and additional cooling of the waveguides with compressed air (as a result, waveguides can be made of cheaper alloys).

Изобретение предназначено дл  использовани  в электростапелитейном производстве дл  получени  различных слитков из высококачественной стали,The invention is intended for use in electric-electric production for the production of various ingots of high-grade steel.

Экономический эффект от использовани  предлагаемой установки обусловлен повьпиением качества структуры слитков и снижением на 50-70% времепи кристаллизации и определ етс  из условий экономии около 100 руб. на каждую тонну производимой высококачественной стали (этому способствует и снижение расходов на дополнительную термообработку слитков дл  выравнивани  структуры металла).The economic effect from the use of the proposed plant is due to the increasing quality of the ingot structure and the reduction by 50-70% of the crystallization time and is determined from the saving conditions of about 100 rubles. per each ton of high-grade steel produced (this is also facilitated by the reduction in the cost of additional heat treatment of ingots for leveling the metal structure).

При годовой программе выпуска слитков из высококачественной стали общей массой 2370 т (без учета перспективы ) экономический эффект составит 237000 руб.With the annual program of production of ingots of high-grade steel with a total weight of 2370 tons (without perspective), the economic effect will be 237,000 rubles.

Кроме того, при использовании предлагаемого технического решени  можно ускорить процесс кристаллизации слитков из различных марок сталей.In addition, when using the proposed technical solution, it is possible to accelerate the process of crystallization of ingots of various steel grades.

Н ffag(/c/77po/ti/ 3H ffag (/ c / 77po / ti / 3

/( Moxi/cfnpa if/ (Moxi / cfnpa if

12 //12 //

гg

Q ff aei/c/T ff/ff/Q ff aei / c / T ff / ff /

Фаг.ГPhage.G

Claims (1)

УСТАНОВКА ДЛЯ ОТЛИВКИ СЛИТКОВ ИЗ ВАКУУМИРОВАННОЙ СТАЛИ, содержащая разливочный ковш-вакууматор со скользящим затвором, изложницу, устройство для охлаждения слитка и устройство с головками и волноводами для ультразвуковой обработки расплава,·, отличающаяся тем, что, · с целью расширения технологических возможностей, повышения эксплуатационной надежности и улучшения качества металла путем увеличения скорости кристаллизации расплава, устройство для ультразвуковой обработки расплава выполнено в виде диаметрально расположенных по периметру изложницы ультразвуковых головок с возможностью их вертикального и горизонтального перемещений, волноводы которых установлены с возможностью контактирования с пазами, выполненными в ~ изложнице, а устройство для охлажде- ния слитка снабжено охлаждаемой обо- J лочкой, экранирующей ультразвуковые ’ головки и волноводы от теплового { воздействия изложницы.PLANT FOR CASTING INGOTED STEEL INGOTS, containing a casting vacuum ladle with a sliding shutter, a mold, a device for cooling the ingot and a device with heads and waveguides for ultrasonic processing of the melt, · characterized in that · in order to expand technological capabilities and increase operational reliability and improve the quality of the metal by increasing the rate of crystallization of the melt, the device for ultrasonic treatment of the melt is made in the form of diametrically located along meter of the mold of ultrasonic heads with the possibility of their vertical and horizontal movements, the waveguides of which are installed with the possibility of contacting with the grooves made in the mold, and the device for cooling the ingot is equipped with a cooled shell, screening the ultrasonic 'heads and waveguides from heat molds. СЛ 4* СО со с© >СЛ 4 * СО с с ©>