Способ отливки крупных слитков и устройство для его осуществления

.80.,1 01 А РЕТЕНТВУ НИЕ И О 1 У СВИДЕТ РСН К 1, 746. 27 Ка и дртков. И. 8. 8) оиздетельатво СССРВ 9/18, 1970.дЕтельство СССРС 5/56, 1979. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ(21) 3267543/22-02(56) 1. Марченко Иводство крупных слталлургия", 1980.(54) (57) 1, СПОСОБ ОТЛИВКИ КРУПНЫХСЛИТКОВ, включающий заполнение металлом полости надставки, подачуреагентов в полость кристаллизаторапод давлением большим, чем давлениестолба жидкого метапла на меннскев кристаллизаторе, о т л и ч а .ющ и й с я тем, что, с целью улучшения качества слитка, жидкому металлув кристаллизаторе и в полости иа 1 ставки сообщают вращдгельное движе"1011330 2. Способпоп. 1, отлича -ю щ и й с я тем, что вращательноедвижение металлу сообщают путем ввода реагентов тангенциальна к внутренней поверхности надставки,3. Устройство для отливки крупныхслитков, содержащее кристаллизаторс надставкой, расположенной в полости кристаллизатора и герметично соединенной с ним, и каналом для подвода реагента .в полость кристаллизатора и надставки, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества слитка, надставка снабжена распределительными каналами,расположенными на поверхности нижнего торца надставки и направленнымитангенциально к еевнутренней поверхности.4. Устройство по и. 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что суммарнаяплощадь поперечных сечений распределительных каналов равна 4-10 площадямпоперечного сечения канала для подаИзобретение относится к металлургии, конкретнее к отливке крупных слитков,Известен способ отливки слиткав изложницу с установленной на ней 5-,прибыльной надставкой 1 .Однако качество слитков, отлитых этим способом, невысокоевсвя-зи с повышенной ликвацией химических элементов при затвердеваниислитка, неравномерным Отводом тепла от его кристаллизующейся поверх"ности, дефектами осевой зоны и пр.),а потери металла в обрезь весьмазначительны.Известен способ отливки слиткаметодом электрошлакового переплава(ЭШП), в процессе которого шлаковуюи металлическую ванну интенсивноперемешивают газом, подаваемым поддавлением через отверстия в стенке Щкристаллизатора, расположенные в горизонтальной плоскости и под углом30-60 к стенке 2).Этот способ позволяет улучшитькачество слитка, увеличить выход 25,годного, однако с увеличением диаметра слитка эффективность этогоспособа значительно уменьшается,так как струи вводимых в расплавреагентов воздействуют только на ЗОпериферийную зону слитка и не оказывают существенного влияния на качество его осевой эоны.Наиболее близким к предлагаемомуизобретению, по технической сущностии достигаемому результату является чи реагентов в полость кристаллизатора, причем высота распределительных каналов составляет 0,01-0,05 диаметра внутренней полости кристаллизатора.5. Устройство по и. 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что надставка расположена в полости кристаллизатора с зазором, величина которого составляет 1-2 диаметра канала для подачи реагентов в кристаллизатор, а толщина стенки надставки на уровне ее нижнего торца равна 0,3-0,6 радиуса внутренней полости кристаллизатора.6. Устройство по п. 3, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, полость надставки и полость между надставкой и кристаллизатором выполнены уширенными книзу.7. Устройство по п. 3, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что надставка содержит шлаковую летку, входное отверстие которой расположено выше верхнего торца кристаллизатора. 2устройство для электрошлакового переплава, содержащее кристаллиатор, обогреваемую надставку, введенную с зазором в полость кристаллизатора и герметично соединенную с ним, и фурмы для подачи газа. В описании устройства раскрыт и способ отливки слитков, по которому жидкий металл подают в кристаллизатор из полости надставки, а давление столба расплава в кристаллизаторе уравновешивают давлением газа, непрерывно подаваемого в зазор между надставкой и стенками кристаллизатора, при этом избыток газа поступает в полость надставки, рафинируя металл 3Этот способ позволяет воздействовать реагентами на осевую зону слитка, однако эффективность этого воздействия (из-за неупорядоченного ввода реагентов в полость надставки и кратковременности их контакта с металлом) невелика. Кроме того, при отливке крупных слитков этим способом реагенты практически не оказывают воздействия на кристаллизующуюся поверхность слитка, не способствуют стабилизации температуры и состава металла по его периметру, что ухудшает качество слитка (приводит, например, к развитию разнотолщинности корки слитка, образованию значительных локальных напряжений в ней и, как следствие, к образованию трещин).Недостатком устройства для реализации известного способа являет,ся его сложность, обусловленная наличием металлургической емкости сустановленной на ней головкой, Крометого, наличие емкости и головкине только способствует увеличению давления расплава на кристаллиэующуюся корку слитка, но и существенно ограничивает функциональныевозможности устройства, а небольшаятолщина стенки надставки у ее нижнего торца и неупорядоченная подачареагентов в полость надставки существенно снижает эффективность использования реагентов, вводимых поддавлением в полость кристаллизаторадля улучшения качества слитка, получения более однородной структуры вего поперечном сечении и др.Цель изобретения - улучшение качества слитка за счет увеличениязоны активного перемешивания металла реагентами,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу отливкикрупных слитков включающем заполнение металлом полости надставки, подачу реагентов в полость кристаллизатора под давлением большим, чемдавление столба жидкого металла намениске в кристаллизаторе, жидкомуметаллу в кристаллизаторе и в полости надставки сообщают вращательное движение в горизонтальной плоскости, для чего реагенты в полостьнадставки вводят тангенциально кее внутренней поверхности.Устройство для отливки крупныхслитков, включающее кристаллизаторс надставкой, расположенной в полости кристаллизатора и герметичносоединенной с ним, и каналом для подвода реагента в полость кристаллизатора и надставки, надставка снабжена распределительными каналами,расположенными на поверхности нижнего торца надставки и направленными тангенциально к ее внутреннейповерхности. Суммарная площадь поперечных сечений распределительных каналов на нижнем торце надставки равна 4-10 площадям поперечного сечения канала для подачи реагентов в полость кристаллиэатора, при этом высота распределительных каналов составляет 0,1-0,05 диаметра внутренней полостИ кристаллизатора,Надставка расположена в полости кристаллизатора с ькнивальным зазором, не превышающим двух диаметров канала для подачи реагентов в полость кристаллизатора, а толщина стенки надставки на уровне ее нижнего торца равна 0,3-0,6 радиуса внутренней полости кристаллизатора.Полость надставки и полость между надставкой и кристаллиэатором выполнены уширенными книзу. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Надставка содержит шлаковую летку, входное отверстие которой расположено выше верхнего торца кристаллнзатора.На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг, 1.На кристаллиэатор изложницу) 1 фиг, 1установлена надставка 2, удлиненная часть которой входит в полость кристаллизатора с минимальным зазором, образуя с его внутренней поверхностью открытую снизу полость 3, Через надставку проходит канал 4 для подачи реагентов в полость кристаллизатора. Полость 3 и прибыльная полость 5 надставки выполнены уширенными книзу, что позволяет легко отделить надставку от затвердевшего слитка. Толщина стенки надставки на уровне ее нижнего торца должна быть максимальной и составлять 0,3-0,6 радиуса отливаемого слитка, что позволяет иметь максимальную протяженность распределительных каналов б на горизонтально расположенной поверхности нижнего торца надставки, расширить зону активного воздействия реагентов (например, газа) на поверхностный слой металла в кристаллиэаторе и на металл в прибыльной полости 5 надставки, а также увеличить продолжительность контакта этих реагентов с расплавленным металлом. Этому способствует и мини" мальная величина зазора между внут" ренней поверхностью кристаллизатора к надставкой, не превышающая двух диаметров канала 4. Каналы б полукруглого или трапецевидного поперечного сечения направлены тангенциально к внутренней поверхности надставки 2 (что при данной толщине стенки надставки позволяет иметь каналы б максимальной длины) и на одинаковом расстоянии друг от друга (,фнг. 2. Суммарная площадь поперечных сечений распределительных каналов б равна 4-10 площадям поперечного сечения канала 4, а их высота - 0,01-0,05 диаметра отливаемого слитка, что обеспечивает подачу реагентов из полости 3 кристаллизатора в полость 5 надставки только по этим каналам, позволяет более полно использовать рафиниру" ющую способность этих реагентов, их кинетическую энергию для перемешивания металла, сообщения ему направленного движения в горизонтальной плоскости при меньшей высоте и поперечном сечении каналов б, чем указано выше, значительная часть реагентов будет поступать З полость надставки неупорядоченио, что снижает интенсивность перемеши-, вания металла в этой полости, а при более высоких значениях этих30 параметров - интенсивность перемешиеения верхнего слоя металла в кристаллизаторе существенно уменьшается).Надставка содержит шлаковую летку 7 для удаления из ее полости 5 5 отработанного шлака (при использоьании в качестве реагента перегре- того шлака или шлакообразующих ма" териалов, вдуваемых в струе газа).Входное отверстие шлаковой летки расположено выше верхнего среза кристаллнзатора, что облегчает удаление шлака из полости кристаллизатора. Надставка оборудована нагревательным устройством 8 для ее разогрева и регулирования процесса кристаллизации металла в головной части слитка. Бндкий металл в устройство можно подавать, например, открытой струей нз разливочного ков ша (при отливке слитка в изложницу), через удлиненный разливочный стакан под уровень металла в полости надставки (при непрерывном или полунепрерывном литье ), осуществляя элект рошлаковый переплав расходуемого электрода 9 в полости 5 надставки или комбинируя эти способы подачи ме талла, при этом нижний конец разливочного стакана ( электрода ) должен быть расположен выше каналов б, так как это позволяет более эффективно воздействовать реагентами на жидкий металл до подачи его из полости надставки в кристаллизатор (например, с целью выравнивания его температуры 35 исостава в пределах поперечного сечения полости надставки и слитка).Включают н работу нагреватель 8. Нагревают надставку до требуемой температуры и заполняют кристаллизатор 40 (изложницу) 1 жидким металлом (и шлаком, если отливку производят под слоЕм жидкого шлака, например, методом ЭШП - фиг. 1).Когда УРовень расплава достигает 45 поверхности нижнего торца надставки, по каналу 4 в полость 3 кристаллизатора начинают подавать, не прекращая подачи жидкого металла, реагенты (,например, аргон ) под давлением, при этом уровень металла в кристаллиэаторе стабилизируется в пределах высоты каналов б, а избыток реагентов поступает из полости кристаллизатора в полость 5 надставки по этим кана" лам, взаимодействуя с поверхностным 55 слоем металла в кристаллизаторе и со общая ему направленное движение (от стенок кристаллизатора к его продольной оси и одновременно вокруг этой оси ). Реагенты по каналам б д 0 вводят в полость 5 надставки тангенциально к поверхности этой полости, при этом максимально используют кинетическую энергию реагентов для соЪ общения металлу осевой эоны слитка вращательного движения в горизонтальной плоскости, увеличивают продолжительность контакта реагентов с расплавленным металлом и создают более благоприятные условия взаимодействия этих реагентов с расплавом. Когда уровень металла в полости 5 надставки достигает заданного, стабилизируют расход жидкого металла и реагентов в кристаллизатор и твердого металла из криеталлизатора и ведут процесс в непрерывном или полунепрерывном режиме, при этом отработанный шлак самотеком удаляют из полости надставки через шлаковую летку 7, т.е, способ позволяет осуществить в полости надставки процесс рафинирования металла в условиях объемного противотока взаимодействующих фаз, для повышения эффективности которого металл вводят в полость надставки рассредоточенными струями (например, через погружной вращающийся или стационарный разливочный стакан с боковыми отверстиями) или отдельными каплями ( например, методом ЭШП расходуемого электрода ) выше уровня, на котором расположены .каналы б,Таким образом, способ в процессе разливки и после завершения этого процесса позволяет активно воэцействовать реагентами на подприбыльный слой тела слитка в пределах практически всей площади поперечного сечения этого слитка, а также на объем металла в полости надставки. Кроме того, представляется возможным воздействовать и на кристаллизующуюся поверхность слитка (вращением его жидкой фазы). После окОнчания разливки вытягивание слитка из кристаллизатора прекращают сразу или когда уровень металла в прибыльной полости 5 надставки понизится до заданного, а подачу реагентов в полость кристаллизатора прекращают по истечении установленного технологической инструкцией времени после конца разливки, но не позже того, когда температура металла в полости надставки достигнет температуры ликвидуса, ниже которой вязкость металла значительно увеличивается и эффективность использования реагентов существенно снижается.Способ позволяет регулировать скорость изменения температуры металла (скорость кристаллизации) и в при-" быльной и подприбыльной частях слитка, изменяя степень нагрева надставки, расход и температуру используемых реагентов и таким образом улучшить качество слитка (повысить его химическую и физическую однородность).1 ОггЗЗО Составитель А. Поповедактор Л. Авраменко ТехредЛ.Пекарь Корректор А. П ППП ППатент", г. ужгород, у Фил оектная,к 2637/14 Тираж 811 ВНИИПИ Государственного коми по делам иэобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушс