Установка непрерывного литья

О О 1.: (: А Й И Е И ЗОБРЕ 7 ЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 908493 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5)М. Кл, В 22 0 11/06 1 ооударстваиный квинтет СССР ао делам нзобретеннй н открытий(53) УДК 621.746. 27(088 8) Дата опубликования описания 28.02,82 1Н,И.Герман Ц.Н.Ловцов, А,В.Новик 1 ов и Э.К.ВелебашевГосударственный научно-исследовафльски 11.и проектныйинститут сплавов и обработки цветиьв+-металлов(54) УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывному литьюметаллов и сплавов, а именно к конструкции литейной установки роторного типа.Известна конструкция установкинепрерывного литья роторного типа,состоящая из литейного колеса с горизонтальной осью и с желобом по ободу Формирующего устройства в видекольцевого сегмента, охватывающегожелоб в зоне затвердевания заготовки и заливочного стакана 1,1 1,Недостатком известной установкиявляется то, что создаются условия,при которых часть слитка, затвердевшая на сегменте, плохо отделяетсяи забивает кристаллизатор, что сни"жает стабильность процесса.Для того, чтобы исключить эти явления в известной конструкции применяют подогрев (в том числе индукционный) зоны заливки металла вклю"чая желоб и часть сегмента, верх нюю часть или весь сегмент выполняют из графита "самосмазывающийсяматериал", сегменту придают колебательное движение вдоль направленияФжелоба а также сложное колебательное движение.Однако верхнюю часть сегментаочень сложно нагреть до температуры выше температуры ликвидуса, таккак сегмент находится в постоянном 10контакте с водоохлаждаемым колесом.Сложным и нецелесообразным является также осуществление локальногоиндукционного подогрева сегмента 5и колеса, выполненного в виде кольца.Кроме того, известная установка характеризуется высокой пористостью получаемого слитка, недостаточно однородной и мелкозернистойструктурой слитка, значительной объемной ликвидацией, особенно для сложнолегированных сплавов, взаимодействием заливаемого металла с окружающей газовой средой в процессе ли 90841 9 3тья, нестабильностью структуры исвойств по длине слитка в результате значительного колебания уровняжидкого металла в кристаллизаторе,а так;ке значительным количеством иглуб 111 Ой поверхностных дефектов слиткаЦель изобретения - возможностьобеспечения стабильности процессаи получения слитка высокого качества, с малой пористостью, мелкозеристого, с однородной структуройи свойствами по сечению и длине,незначитегьным с одерканием окислови высоким качеством поверхности. 1511 оставленная цель достигаетсятем, что в установке непрерывного литья, содержащей кристаллизатор в видс литейного Клеа с горизонтальнойосью и с желобом по ободу, формирующий кольцевой сегмент с приводоме.го продольного колебательного перемещс 1 пя н заливочный стакан послед нй выполнен с уплот яющим шлицем, 11 мсющим со стороны кольцевого 5сс 1-;ета прилегающий к его внутрен 1 ьей поверхности зуб, Цилиндрическаяпс 11 ерх 1 Ость которого выполнена радиусом, соотэетствующ 1 м радиусу Обода литейного колеса, а его длина составляет 01-2,5 глубины канавки желоба, и выстун расположенный на протнопо 1 пкпо; зубу конЦе 1 ллица, выполне:.,1 ый о .1 снрнлю литейного желоба,причем заливочный стакан установлен35с задублением шлица в литейный желоб а высоту, равную 0,1-0,5 глубинылитейной канавки, при этом опорнаяповерхность заливочного стакана выполнена радиусом равным радиусу обоЛ40да литейного колеса, а в днище стакана предусмотрены каналы, в которыхразмещены подогреватели. Кольцевой сегмент дополнительно снабжен приводом колебательного пере. ф 5 мецения его в поперечном по отношению к оси желоба направлении.Сегмент выполнен оборным из водоохлаждаемого корпуса и сменной пластины из жаропрочного теплопроводно О го материала, которая закреплена на корпусе через жидкометаллический контак гный слой, выполненный из лег - коплавкого металла или сплава.ДнищЕ стакана и боковые пбверх ности шлица снабжены теплоизолирующим, жаропрочным и износостойким покрытием или снабжены несколькими Опорпымп контактными 1 глощадками высотой 0,003-0,03 от величины заглубления шлица в литейный желоб, суммарная площадь которых составляет 3-103 от площади днища.На фиг. 1 схематично изображена установка, общий вид в разрезе, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг, 1; на фиг, 4 - вид В на фиг, 1, на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг, 4.Установка непрерывного литья включает литейное колесо 1 с желобом по ободу, формирующий кольцевой сегмент 2 и заливочный стакан 3.В днище заливочного стакана 3 выполнены уплотняющий шлиц 4, имеющий со стороны сегмента 2 зуб 5, а с противоположной стороны выступ 6, а также каналы, в которых размещены подогреватели 7 и заливочное отверстие 8.Заливочный стакан 3 установлен днищем на ободе литейного колеса 1 таким образом, что зуб 5 уплотняющего шлица 4, входящего в желоб колеса 1 прилегает к внутренней поверхности сегмента 2Заливочный стакан 3 снабжен виброприводом 9, приумным устройством 10, заливочным патрубком 11, датчиками 12 контроля уровня, теплоизоляцией 13.Длина зуба 5 выбирается исходя из требования исключения просачивания жидкого металла через стыковое соединение стакан - сегмент с учетом разной величины амплитуд их продольных колебаний и исключения их соударений в процессе работы.Д=А +А +П +32где Д - длина зуба А и А - амплиф2 туды продольных колебаний стакана и сегмента; П - величина перекрытия зуба и сегмента, исключающее просасывание металла, а 3 - зазор, исключаюций соударение, (обозначения на фиг. не показаны)Эксперименты показали, что оптимальные значения этих величинсоставляют, мм:А =0,01-2А =0,5-1011 =5-103 =2,5-3Таким образом Д=8-25 мм.Наиболее характерным размером,установки, определяюцим ее важней35 шие параметры, является глубина литейной канавки, которая колеблется для реальных установок в пределах 10-80 мм. Тогда длина зуба определяется, в диапазоне 0,1-2,5 глубины литейной канавки,При превышении длины зуба более5 глубины канавки хелоба возникает опасность соударения с образо.,явшейся на сегменте корочкой мев;алла что ведет к ухудшению поверхности получаемого слитка, При длине зуба менее 0,1 глубины канавки ;.-;поба появляется опасность утечки и .т.=ппа через стык паяцу зубом иентом из-эя недостаточного перекрьгля зубом сегмента,.Эаглубление Ъ шлица в литейную канавку определяется исходя из требования исключения возможности просячивяния металла. через стыковоесоединение хелоб-стакан.При увеличении заглубления улучЛ ЬЭКСПП;:Ят:-пИОННЬЕ КЯЧЕСтВЯ с 1 якяня надежность уплотнениясрок службы,Но увеличение эаглубления более0,.5 глубины канавки яелобя ведет кнарушению теплового реалия зятверцевяпчя и забивянию кристяллизятора,при э;-.глубленнн шпица в литейную канявк н нее 0,1 глубины литейной канаек и,.:.является Опясность просячи Вь.ння Мс"-Я Чераз СТЫКОВОЕ СОЕди кение жег .т.;ан,Формируиций кольцевой сегмент2 снабжен виброприводом 14, оЬеспечивающим колебательные движения сзаданной чястотон и амплитудой впродольном по отношению к оси слитка, направлении, и приводом 15,обеспечивающим колеЬание сегментас заданной частотой и амплитудой-1,1/2-2,0, где 3 - ширина канавкияслобЯ в поперечном направлении. К коопусу сегмента 2, в котором выполнены каналы 1 б водяного охлаждения, через жидкометяллический контакт 17 прижата сменная пластина 18. Сегмент прижат к ободу колеса прижимным устроиством 19. Для охлаждения желоба литейного колесаслужат спрейеры 20, Для уменьшения теплоотвода опорные поверхности днища стакана 3 и шпица 4 покрыты термои износостойким теплоизолирующим покрытием 21 (фиг, 2) или снабжены НЕСКОЛЬКИМИ ОПОРНЬП И КОНтаКтНЫМИ площадками 22 (фиг. 4 и фиг. 5),высотой К 0,003-0,03 , где - высота заглубления шлица в желоб, суммарной площадью 3-10% от площадиднища.Вь 1 сота контактных площадок К опредсляется из условий создания малого воздушного зазора, который исключает непосредстьенный контактосновной части днища стакана с ободом колеса, и в то же время, не позволяет просачиваться жидкому металлу,Величина такого зазора зависит отжидкотекучести металла, температурыего перегрева, величины металлостатического давления, материалов стакана и желоба, смазки.Экспериментально получено, чтозазор величиной 0,03-0,08 мм удовлетворяет изложенным требованиям, Вы -сота контактных площадок К, равнаявеличине зазора, составляет приэтом 0,003-0,03 от высоты заглубления шница, Высота контактных площадок более 0,03 от высоты заглубления шпица приводит к просачиваниюметалла через стык желоб-стакана.Высота контактных площадок менее0,003 от высоты эаглубления шпицаприводит к увеличению теплоотводаиз-за забивания зазора нагаром отсмазки, что снижает эффективностьконтактных площадок.11 лощадь контактных площадок выбирается исходя из требования максимального снижения площади непосредственного контакта днища стакана сободом колеса без снижения срокй службы стакана иэ-за истирания площадок.При этом определяющим фактором является устойчивость материала днищастакана к истиранию,Оптимальные результаты полученыдля графитовых стаканов с суммарной площадью контактных площадок5-10 Х, а для стальных стаканов3-5 Х, от общей площади днища. Таким образом, для стаканов из разразличных материалов принимаем оптимальный размер площадок 3-10% от площади днища.При увеличении размера площадок боее 10 Х от площади днища существенно снижается эффект от применения площадок из-за увеличения теплоотвода. При размере площадок менее ЗХ снижается срок службы стакана из-за истирания контактнь 1 х площадок.Установка работает следующим Образом.Жидкий металл непрерывно поступает через патрубок 1 в заливочный стакан 3, уровень металла в котором контролируется датчиками 12,Бибропривод 9 сообщает колебантья стакану 3 и соприкасающемуся с ним жидкому металлу. Частота и амплитуда этих колебаний задается из условия равномерного, распределения фаз и получения мелкозернистой структуры слитка.1 цлиц 4 в днище стакана 3 нагрет до темперятурь выше температуры ликвидуся благодаря подогревателям 7, поэтому на начальном участке затверде 15 яте происходит только В зо нах, пр 11 легающх к стенкам же 11 оба, и 1;роцесс напоминает процесс наморя.а;ванин, при котором затвердевший металлический сердечник движется я ияьп 1 е расплавленного металла, Осуществттет 1 ие такого процесса позволяет вспучить с:1 иток с мелкозернистойструктурой и без цг 11 тряльной усяЦот 1 НОЙ ПОРИСТОСТИ,11 осле затиердевяния 20-70 Х се -че г,я стпттка 23 он попздэется взо 1 водосхчжкьаемого формирующегосегмента 2 Где и 5 оцесс зятве 15 деВсзт 111 Я Зс,КЯНЧИВсагт 1 5 т;1 р; этом зятверцетзя 1 ьщэя ня сег.1 Е 11 тг . КСРКЯ МгТЯЛЛс 1 С 15 ЯСТЯЕТС 51 с затвердевшей на колесе 1 массой11 СТЯ 511 та И УВЛЕКЯЕ ГСЯ ЕЮ .ГЯК ЧтО забивания кристал 5151 затора не происхо 1 тт 1Вибропривод 1 с с;ообщает продоль" ные колебания сегменту 2 и соприкасающемуся с 1 п 111 ъьлдкОму метяллу1,.стота и амплитуда этих колебаний задаются отличны 15 л от величин этихпараметров для стакана, так как помимо Обеспечения равномерной и мелкозернистой структуры вибрационные колебания сегмента должны Обеспечить легкое Отделение корки металла от сегмента и высокое качество ее поверх:тости,Одновременно сегменту сообщаются от привода 15 поперечные колебания 11 алой частоты (5-30 колебаний в минуту) с амплитудой +(1/2-2,0) в, где в - ииртп 1 Я желоба, что позволяет осуществлять равномерную смазку рабочей поверхности сегмента 2 за счет переноса смазки с обода колеса, облегчает тепловои режим работы сегмента и увеличивает срок егослужбы, Ьь 1 бор частоты поперечныхколебаний (5-30 колебаний в минуту)зависит от рода метяпла, скоростилитья, вида смазки, амплитуды поперечных и продольных колебании,0 целью уменьшения пористостислитка и улучаения качества его поверхности в стакане поддерживаетсявысокий уровень Н жидкого металла(фиг. 2), равный 0,3-0,о от глубины стакана11 оскольку уплотняющий шлиц 4 сзубом 5 и выступом 6 прилегают к сопрягаемым деталям (желобу колеса1 и сегменту 2) с расчетными зазорами, то утечки жидкого металла через подвижные стыковые соединенияне происходит.Материал заливаемого стаканавыбирается в зависимости от вида металла или сплава,Для литья меди и медных сплавовиспользуют, например силицированныйграфит. Бвиду высокой теплопроводности этого материала возникаетопасность захоляживания шлиця стакана из-за контакта с колесом нижетемпературы л 11 квидуса, что может повести к обрязовяцию корки металлана шпице и зябивянию кристаллизатора, Для устранения этого явленияна днище и шлиц стакана 3 наносится слой тугсплавкого и износостойкого теплоизолируюшего покрытия 22(фиг. 4) например ялунда, методомплазменного напыления.Ь случае затруднений с техноло-гиеи покрытия, уменьшают теплоотвод,ограничв контактную поверхность днища стакана 3 и шлица 4 несколькимиопорными площадками 22 (фиг. ч), высота которых составляет К=0,0030,03 , где - высота заглубленияшпица в желоб, а сутюарная площадь3-10 ь от площади днища,11 ри этом между днищем и шлицем 4 стакана 3 и колесом 1 образуется зазор величиной 0,003-0,03 , обеспечивающий резкое уменьшение тепло- передачи в наиболее опасной зоне и, в то же время, исключающий просачивание жидкого металла.После окончания процесса затвердевания непрерывно литой слиток 23 с помощью известных приемов и,устройств90 б 49снимается с колеса и подвергаетсядальнейшей обработке: зачисте, прокатке , волочению и намотке.Предлагаемая конструкция установки наиболее полно удовлетворяет современным требованиям к установкам непрерывного литья,Благодаря применению большего металлостатического давления в процессе литья достигается меньшая пористостьи лучшее качество поверхности слитка,Благодаря вибрированию жидкогометалла в процессе литья и кристаллизации и применению принципа намораживания получается сл 1 ток соднородной мелкозернистой структурой без осевой пористости.11 рименение подвижного в поперечном направлении сегмента со сменной пластиной на жидкометаллическом контакте повышает время непрерывной работы кристаллизатора иоблегчает его ремонт.Внедрение предлагаемой установки в промьнппенность позволит получить значительный экономический эффект - не менее 100000 руб в год по сравнению с известными установками за счет повьппения качества слитка и времени непрерывной работы, более низких капитальных затрат на изготовление и текущих затрат наэксплуатацию.Формула изобретения1, Установка непрерывного литья,40 содержащая кристаллизатор в виде литейного колеса с горизонтальной осью и желобом по ободу, формирующий кольцевой сегмент с приводом его продольного колебательного пе 45 ремещения и заливочный стакан, о тличающаяся тем, чго, с целью обеспечения стабильности процесса и получения слитка высокого качества, заливочный стакан выполнен с уплотняющим шлицем, имеющим50 со стороны кольцевого сегмента при - легающий к его внутренней поверхности зуб, цилиндрическая поверхность которого выполнена радиусом, соотьатствующим радиусу обода литейного коле 55 3 10са, а его длина составляет 0,1-2,5глубины канавки жалоба, и выступ,расположенный на противоположномзубу конце шлица, выполненный попрофилю литейного желоба, причем заливочный стакан установлен с заглублением шлица в литейный желоб на высоту, равную 0,1-0,5 глубины литейной канавки, при этом опорная поверхность заливочного стакана выполненарадиусом, равным радиусу обода литейного колеса, а в днище стакана предусмотрень 1 каналы, в которых размещеныподогреватели.2, Установка по и. 1, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюравномерного нанесения и распределения смазки по рабочей поверхностисегмента и повышения его срока службы, кольцевой сегмент дополнительноснабжен приводом колебательного перемещения его в поперечном по отношению к оси желоба направлении.3. Установка по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения эксплуатационных расходов на периодическую замену сегмента вследствие разъедания его поверхности расплавленным металлом,сегмент выполнен сборным из водоохлаждаемого корпуса и сменной пластины из жаропрочного теплопроводного маматериала, которая закреплена накорпусе через жндкометаллическийконтактный слой, выполненный из легкоплавкого металла нли сплава.4, Установка по пп. 1-3, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения теплоотдачи от днищастакана,к ободу колеса, днище стакана и боковые поверхности шлицаснабжены теплоизолирующим жаропрочными износостойким накрытием,5. Установка по пп. 1-4, о т -ли ч ающа я с я тем, чтоднищестакана и .боковые поверхности шлицаснабжены несколькими опорными контактными площадками, выполненнымивысотой, равной 0,003-0,03 величинызаглубления шлица в литейный желоб,суммарная площадь которых составляет 3-107 от площади днища.Источники информации,принятые во внимание нри экспертизе1, Патент ВеликобританииМ 1265299, кл. В 3 Р, 1969.Составитель В.БалашовРедактор М.Янович Техред М. Рейвес Корректор М.Ц 1 арошиЗаказ 696/12 Тираж 853 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, 11 осква, Ж, Раушская наб., д, 4/5филиал П 1 П "Патент", г. Ужгород, ул, Прс,ектная, 4