Кристаллизатор для непрерывного литья металлов

09) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 55 А За) В 22 В 11/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМГФ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, (71) Липецкий политехнический институт и Липецкий литейный завод "Центролит"(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 466940, кл. В 22 В 11/04, 1974 .2. Авторское свидетельство СССР В 759214, кл. В 22 Ъ 11/04, 1979.3. Авторское свидетельство СССР В 954157, кл. В 22 3 11/04, 1982. (54)(57) 1. КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕ РЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ, содержащий формообразующую гильзу и охлаждаемый корпус, состоящий из внутреннего и внешнего колец, о т л и ч а ю - щ и й с я 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 проходного канала формообразующей гильзы, при этом ширина полости равна4 .-.у д),где Аи Л - коэффициенты теплопроводности материалов наполнителя игильзы,- расстояние от центрагильзы до изолируемойповерхности;а - минимальное расстояние от центра гильзыдо поверхности проходного канала. 2. Кристаллизатор по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что полости, соответствующие углам проходного канала формообразующей гильзы, расположены в секторах с цент- Яральным углом 0,2-0,6 рад.3. Кристаллизатор по и. 1, о т - л и ч а ю щ и.й с.я тем, чтополости, соответствующие выступам и узким стенкам проходного канала фор- . мообразующей гильзы, расположены в секторах с центральным углом, равным (1,0-1,5) Ь /р где Ь - ширина изолируемой поверхности.регулировать интенсив; э; гь ония по длине отливки,Однако указанные криста-,лизатов:не обеспечивают равномерна с о паждения при литье заготовок некру:лойформы (прямоугольнье, тр еугольнь 1=,сложнопрофильные и т,д,), Позто 1 удля получения указанных заготовок,обладающих высокой степенью струк -туркой однородности, опи не пригодны, Другим недостатком таких кристаллизаторов является то, что выполнение регулирующих теплоотводполостей производят в теле гильзы.Выполненные в гильзе полости являются концентраторами термических напряжений и ослабляют ее механическую прочность. Это приводит к развитию опасных деформаций и короб - лению гильзы под действием ферро - статического давления жидкого металла и термических напряжений и преждевременному разрушению гильзы.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является кристаллизатор для горизонтальных установок непрерывного литья металлов, содержащий формообразующую гильзу и охлакдаемый корпус, состоящий из внутреннего и внешнего колец 3,Недостатком такого кристаллизатора является то, что охлаждающие каналы (полости) выполняются в телеграфитовой гильзы, которые существенно снижают ее механическую прочность, не учитывают профиль заготовки и сложны в изготовлении . 50 55 Цель изобретения - повышение стойкости гипьзы, качества литого мет".ила и увеличение производительности. Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов и сплавов, особенно чугуна.Известны кристаллизаторы для непрерывного литья металлов, содержащие корпус и гильзу, на внутренней поверхности которой с целью увеличения равномерности охлаждения выполнены наклонные пазы переменной глубины 1.Известны кристаллизаторы с регулируемым охлаждением, содержащие корпус и гильзу, в которой со стороны выхода отливки выполнена кольцевая полость 12.Такие коисталлизатооы тс;Для достижения поставленной целив кристаллизаторе непрерывного литьяметаллов, содержащем формооЬ, азующуюгильзу и охлаждаемый корпус, состоящий из внутреннего и внешнего колец,на поверхности внутреннего кольцакорпуса выполнены полости, заполненные малотеплопроводным материалом,расположенные против углов, выступови узких стенок проходного каналаформообразующей гильзы, при этом ширина полости равнаг 1: -", - (у- а),3.где . 1.; и . - коэффициенты теплопроводности материалов наполнителя игильзы,рас стояние от центрагильзы до изолируемой поверхности;- минимальное расстояние от центра гильзыдо поверхности проходного канала.Полости, соответствующие углампроходного канала формообразующейгильзы, расположены в секторах сцентральным углом 0,2-0,6 рад,Полости, соответствующие выступам и узким стенкам проходного канала формообразующей гильзы, расположены в секторах с центральным углом рав - ным (1,0-1,5) Ь/у где о - ширина изолируемой поверхности,На фиг. 1 изображен предлагаемый кристаллизатор для литья заготовки с двумя узкими гранями и угловой зоной, поперечный разрез, на фиг.2 - то же для литья заготовки квадратного сечения:, на фиг, 3 - то же, для литья плитообразной заготовки.Кристаллизатор содержит формообразующую гильзу 1. Гильза вставлена в охлаждаемый корпус, состоящий из внутреннего 2 и внешнего 3 колец. На поверхности внутреннего кольца корпуса в секторах, заключающих выступающие элементы заготовки, установлены полости 4, заполненные малотеплопроводным материалом, например воздухом.На чертежах показаны; углы + центральные углы секторов, заключающих зоны углов заготовки, углы Р 2 углы секторов, заключающих узкие грани заготовки; , - расстояние от центра гильзы до поверхности угловой10 7р = (1,0-1,5) у рад,где 5 - ширина изолируемой граниУ;у - расстояние от центра гильзы 35до изолируемой поверхности.Установка полостей при изоляцииугловых зон заготовки в секторах сцентральными углами менее 0,2 ради при.изоляции узких граней и выступающих элементов (граней) в секторахс центральными углами менее у радне позволяет получить разномернуюструктуру по периметру заготовки. 45С другой стороны, увеличение угловсекторов более 0,6 рад при изоляцииугловых зон и блее 1,5у рад приизоляции граней приводит к значительному уменьшению теплосъема с поверхности заготовки, уменьшениютолщины затвердевшей корки и прорыву жидкого металла за кристаллизатором, во избежание чего необходимоуменьшать скорость вытяжки заготовки, 55что снижает производительность непрерывного литья,Кроме того, в предлагаемом кристаллизаторе ширину полости в ради 40 зоны, ) - расстояние от центра гильзы до поверхности узких граней заготовки, 0 - минимальное расстояние от центра гильзы до поверхности заготовки, относительно которой вы равнивается теплоотвод; о - ширина узких (изолируемых) граней,Полости устанавливаются в секторах, заключающих зоны углов, выступающие элементы и узкие грани заготовки, т,е. против тех мест, где гильза в радиальных направлениях имеет меньшую толщину и, следов- тельно, максимальный теплоотвод. Это позволяет снизить теплоотвод в ука - занных направлениях до уровня тепло- съема с остальных участков заготовки и в целом повысить равномерность теплоотвода по ее периметру и улуч - шить качество литого металла.20Центральные углы секторов, заключающих изолируем е поверхности заготовки, связаны с геометрическими особенностями ее профиля.25Центральные углы секторов, заключающих зоны углов заготовки, составляют , = 0,2-0,6 рад. При изоляцииузких граней и выступающих элементов(2) тепловой поток;температура;коэффициент теплопроводности среды. где7 Л В нашем случае теплопередача осуществляется через гильзу, стенку корпуса и полость с малотеплопроводным материалом, который является дополнительным термическим сопротивлением. Так как для установившегося процесса у д Ст является нормалью с охлаждаемой средой поверхности корпуса, смываемой хладоагентом и имеющей постоянную температуру, равенство тепловых потоков обуславливает раальном направлении определяют из соотношенияФ:- - - ( - а), (1)/где г 1 - ширина полости,ц - коэффициент теплопроводности материала, которымзаполнена полость,Х - коэффициент теплопроводности материала гильзы;- максимальное расстояниеот геометрического центра ильзы до из даруемойповерхности заготовки;д =; - минимальное расстояниеот геометрического центрагильзы до поверхности,Определенная таким образом ширина полости обеспечивает равномерный теплосъем по периметру заготовки, что обуславливает улучшение качества литого металла. Для обеспечения одинаковой температуры поверхности заготовки по периметру, а также равномерной температуры охлаждения поверхности корпуса полость с наполнителем должна иметь определенную ширину. Из условия обеспечения равенства температуры заготовки по периметру следует, что разность температур между любыми точками поверхности заготовкй и корпуса для каждого сечения одинакова, Так как теплопередача от заготовки к охлажгаемой поверхности осуществляется теплопроводностью, условие равенства температур обуславливает равенство тепловых потоков от поверхности заготовки к охлаждаемой поверхности корпуса. Известно, что тепловой поток описывается уравнением Фурьевенство термических сопротивленийво всех радиальных направлениях.Учитывая, что толщина стенки корпуса, граничащей с гильзой постояннаи ее термическое сопротивление в,радиальных направлениях также постоянно, дополнительное термическоесопротивление должно компенсироватьтолько изменение расстояния от поверхности заготовки до поверхностигильзы в радиальных направлениях.Приняв, что гильза в поперечном сечении является кругом с радиусомР, тогда с учетом обозначений формулы (1) разность толщины гильзыдля всех) О будет 10 15 Кристаллизатор работает следующим образом.40После заполнения полости формообразующей гильзы чугувспроисходит Тогда ширина полости компенсирующего термического сопротивления определяется из соотношения(1). Чем меньше коэффициент тепло-, 25проводности материала сопротивления,тем меньше его максимальная толщина,тем в меньшей степени искажена формаповерхности стенки корпуса и его размеры. В качестве малотеплопроводного зоматериала полости можно использовать,например, воздух. В этом случае наохлаждаемой поверхности корпусаустанавливают фактически воздушныезазоры (полости), причем воздухотделен от хладоагента тонким высокотеплопроводным слоем,формирование фронта затвердевшейкорки, Одновременно с металлом в охлаждаемый корпус подают охладительдля обеспечения интенсивного теплоотвода через стенки кристаллизатора.При этом теплоотвод через полости,заполненные малотеплопроводным материалом будет регулируемым. Благодаря различному теплоотводу происходит выравнивание фронта кристаллизации, что способствует образованиюравномерной структуры отливки,В табл . .1-2 приведены результатыиспытаний предлагаемого кристаллиза -тора при литье чугунных заготовок,сечения которых показаны на фиг.2-3. Для литья использовался ваграночный чугун следующего состава, 7: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 изготовлялисьиз графита МГ 1. На поверхности внутреннего кольца корпуса устанавливаливоздушные полости, Для расчета шириныполости были приняты следующие зна -чения коэффициентом теплопроводности: для графита МГ 1 в интервале1000- 200 С Х = 58 Втlм .К; длявоздуха в интервале 150 в 50 Л3 1 Вт/меК.Как следует из приведенных втабл, 1 - 2 данных, применение предлагаемого кристаллизатора обеспечивает при литье заготовок из серыхчугунов по сравнению с существующими уменьшение глубины отбела, повышение стойкости графитовой гильзыи производительности процесса литья.Экономический эффект составляет49 тыс. руб при объеме 4600 тлитья в год,10 1107955Таблица 2 Характеристика конструктивных элементов кристаллизатора и показатели процесса при литье заготовки типа плиты (планка направляющая 162 Х 60 мм) а= 30 мм, Ь = 46 мм; У= 81 мм Показатели центральные углы секторов, рад Глубина дефектногослоя (отбела) мм на серединеширокой грани Менее 0,5 Менее 0,5 Менее 0,5 Менее 0,5 на середине узкой грани Менее 1 Менее 1. 1,2 в угловойзоне 1-2 3-8 2,3 4,5 Расход графитаМГ 1 на 1 т 2,4 2,6 3,4 5,9 литья кг Продолжительностьработы. гильзы доизноса, ч(долговечность) Базовый кристал,чизатор спазами на поверхностиграфитовойгильзы в зонах углов (глубина 3 мм ширина 5 мм) Предлагаемый кристаллизатор с воздушнымиполостями, установленными на внутренней стенке корпуса, смываемой хладоагентом, в секторах, заключающих зоны угловзаготовки ширина воздушной полости 11 = 3 мм 6 1,2 -б 1,5- =0 57 рад У=0,68 рад = 0,85 рад1107955 Составитель В.БалашовРедактор М.Келемеш Техред А. Бабинец ектор Е.Сирохман Заказ 5 исное та СССР ггиинаб д. Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн 15/1 О Тир ВНИИПИ Государпо делам изо13035, Москва, Ж ж 775твенного коми ретений и отк