Устройство для горизонтального непрерывного литья сплошных и полых заготовок из цветных металлов и сплавов

Изобретение относится к металлургий, конкретно к непрерывномугоризонтальному литью сплошных и полых заготовок из цветных металлов и сплавов на. многоручьевых или одноручьевых МНЛЗ.Известна машина для горизонтального непрерывного литья металлов и сплавов авт,св, ЬЬ 140178, кл, 31 с 21, 1981), в которой применен графитовый кристаллизатор с подогреваемой приемной частью, соединенной с раздаточным тиглем и охлаждав: мой. выходной кристаллизацион ной полостью. С целью получения трубчатых заготовок различного профиля в охлаждаемую часть кристаллизатора устанавливают графитовый дорн.Недостатками проъиипа являются: необходимость значительного удлинения кристаллизатора, а так)ке дорна, что нарушает его устойчивость; .ненадежность уплотнений из-за сложности конструкций;нестабильность и недолговечность ра боты индуктора в условиях высоких температур и частых прорывов. металла через уплотнение;необходимость частого долива металла иэ миксера по желобу в тигель. ведущее к потерям. металла и ухудшению экологии,.нестабильность температурного раки-.ма из-за малого обьема тигля (50-100 кг);большая длительность сборки узла кристаллизатора;невозможность многоручьевой разливки и разливки заготовок больших диаметров;нарушение стабильности процесса литья.Для литья полых заготовок известен дорн для горизонтального и наклонного непрерывного литья заготовок. содержащий формообразующую часть и посадочный бурт с литниковыми каналами, в котором отношение площадей сечений каналов в нижней и аерхней половинах дорна составляет 1,2-2,0.Заявленное техническое решение принципиально правильно, но на практике дорн с заявленным соотношением площадей каналов лишь незначительно снижает наклон фронта затвердевания. Из-за снижения температуры металла в нижней половине дорна резко падает его жидкотекучесть и основная масса металла по-прежнему проходит в дорн через верхнее отверстие.Дополнительно обогреть нижнюю часть дорна при разливке через тигель не представляется возможным. Учитывая вышеизложенные недостатки,повсеместно переходят на разливку через футерованный миксер-металлоприемник,. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для горизонтального непрерывного литьясплошных и полых заготовок иэ цветныхметаллов и сплавов, содержащее электрообогреваемый миксер-металлоприемник, в10 посадочное гнездо футеровки которого установлена неохлаждаемая часть графитового ристаллизатора, а охлаждаемая - вводоохлаждаемую гильзу. При литье полыхзаготовок в кристаллизатор соответствен 15 но устанавливается графитовый дорн с ка.: налами для подачи металла.Использование печи-миксера в качестве металлоприемника сокращает количество прорывов металла через неплотности20 сборки, стабилизирует температурный режим разливки, улучшает экологию,.Известное устройство имеет следующие недостатки: существующая конструкция кристаллизатора по техническим25 возможностям не позволяет сделать егонеохлаждаемую часть больше 80-100 мм,что в сочетании с большой толщиной футеровки до.150-200 мм затрудняет обогреввходного отверстия, Это ведет к необходи 30 мости повышенного нагрева металла, а перегрев металла приводит к прорывам,особенно при литье заготовок больших сечений, дополнительным затратам электроэнергии, снижает производительность35 литья. Кроме того, возникает необходимость ограничения скорости литья не толькоее верхнего предела, но и нижнего, так какзатвердевание металла при снижении температуры или скорости литья приводит к40 перемещению зоны затвердевания к входным отверстиям, зависанию, преимущественно в нижней части, и обрыву заготовки.Этому способствует наклон фронта затвердевания из-за запаздывания затвердевания45 в верхней части кристаллизатора.Ь настоящее время минимальный диаметр труб, отливаемых в стране на установках горизонтального непрерывного литья,составляет около 50 мм, толщина стенивне менее 8 мм, При этом стабильность литья невысокая, а технология многоручьевой разливки труб вообще не разработана,Кроме того, трубы в стране отливаюттолько из бронз марок типа БрОцС, Все попытки разработать технологию литья труб, особенно тонкостенных, из бронзы Бр 010 С 2 НЗ закончились неудачей. Не разливают трубы и из ряда других марок, таких как Бр 010 Ф 1, БрОС, БрАЖ, По вышеуказанным причинам отсутствует надежная техно 2002558логия разливки труб с применением дуплекс процесса, то есть заливки,жидкой лигатуры разливаемого сплава в печь-миксер.Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение стабильности горизонтального непрерывного литья сплошных и полых заготовок, в том числе многоручьевого, с обеспечением расширения марочного и размерного сортамента отливаемых заготовок,Для решения поставленной задачи в устройстве для горизонтального непрерывно 5 10 го литья сплошных и полых заготовок иэ гильзус входящей в нее охлаждаемой частью графитового кристаллизатора, неохлаждаемая часть которого установлена в посадочное гнездо футеровки металлопри 20 емника, и установленный в кристэллизатор при литье полых заготовок графитовый дорн с формообразующим участком и посадочным буртом с каналами для подачи металла, в посадочном гнезде со стороны входа выполнена выемка, в которой расположен . 25 тонкостенньй участок неохлаждаемой части кристаллизатора длиной 0;2 - 0,8 длины неохлаждаемой части Целесообразно стенку тонкостенногоучастка выполнить толщиной 0,2-1,0 толщины стенки охлаждаемой части графитового кристаллизатора на входе в гильзу.На тонкостенном участке снаружи может быть выполнена кольцевая проточка, расположенная перед посадочным участком неохлэждаемой части кристаллизатора.Кольцевую проточку целесообразно выполнить эксцентрично со смещением ее оси вверх относительно оси кристэллизатора и заполнить ее огнеупорной массой. 35 40 Кроме того, со стороны входа в гильзу на ее внутренней поверхности или на наружной поверхности охлаждаемой части графитового кристаллизатора может быть выполнено углубление, нарушающее контакт между упомянутыми поверхностями на участке, охватывающем снизу 1/2 - 2/3 длины окружности. наружной поверхности кристаллизатора на входе в гильзу и изменяющем свою длину по образующей в направлении сверху вниз от нуля до величины, равной 0,2 - 0,59 диаметра рабочей поверхности кристаллиэатора.Кроме того, отношение площадей сечений каналов для подачи металла в нижней и 50 55 верхней половинах дорна может составить от 2,01 до 8,0.Рабочую поверхность неохлаждаемой части кристаллиэатора, по крайней мере ее посадочного участка, целесообразно выполцветных металлов и сплавов, содержащем,по крайней мере, одну водоохлаждаемую 15 нить конической с расширением к выходу и углом наклона образующей к оси кристаллизатора в продольном сечении равным О 5 - 0 30.Кроме того, рабочая полость входного тонкостенного участка кристаллизатора может быть выполнена конической с расширением к выходу с углом наклона образующей к оси кристаллиэатора равным 031- 45.Посадочное гнездо может быть выполнено в виде огнеупорного, например, графитового стакана с коническими наружной и внутренней посадочными поверхностями, при этом между водоохлаждаемой гильзой и стаканом должна быть установлена тепло- изолирующая прокладка.Внутреннее посадочное отверстие в стакане целесообразно выполнить эксцентрично со смещением его оси вверх относительно оси стакана на 0,02 - 0,25 высоты выемки, измеренной на входе в кристаллизатор.Целесообразно на поверхности кристаллизатора и дорна, по крайней мере контактирующей с жидким металлом, наносить защитное покрытие.Выполнение выемки в посадочном гнезде футеровки металлоприемника и расположение в ней входного тонкостенного участка кристаллиэатора обеспечивает хороший его обогрев жидким металлом без эатвердевания и позволяет снизить осевой теплоотвод по стенке кристаллизатора.Из-за резкого снижения теплоотвода через тонкую обогреваемую стенку входного участка кристаллизатора затрудняется передвижение фронта затвердевания к входу в кристаллизатор, что предотвращает зависание отливаемой заготовки, повышает стабильность литья, делая данную конструкцию кристаллизатора работоспособной в широком диапазоне изменений скорости литья и температуры разливаемого металла.Зкспериментально установлены длина входного тонкостенного участка, равная 0,2-0,8 длины неохлаждэемой части кристаллиэатора, и толщина его стенки, составляющая 0.,2-1,0 толщины стенки охлаждаемой части графитового кристаллизатора на входе в гильзу. Нижний предел длины тонкостенного участка целесообразно применять при литье заготовок большого Сечения, верхний - при литье. заготовок малого сечения.Выполнение на внешней стороне тонкостенного участка кольцевой проточки уменьшает площадь поперечного сечения стенки кристаллизэтора перед посадочным участком, что дополнительно снижает теп 2002558лопередачу по стенке, улучшает обогрев Выполнение конической рабочей понеохлаждаемого участка кристаллизатора, верхности входного тонкостенного участка,. замедляет передвижение фронта затверде- расширяющейся к выходу с углом наклонавания к входу в кристаллизатор. образующей к оси кристаллизатора равнымЭксцентричное выполнение проточки 5 031 - 45 О, замедляет при аварийных остасо смещением ее оси вверх уменьшает тол- новках продольное продвижение фронтазащину стенки кристаллизатора.снизу, чтотвердевания к входу в кристаллизатор,обеспечивает лучший его прогрев снизу; особенно при литье больших диаметрсауменьшает теплоотвод по более тонкой 100-300 ммзасчетразвитияегорадиальностенке внизу при сохранении общей меха то перемещения, что предотвращает эавинической прочности за счет более толстой сание заготовки,стенки вверху;, .:; .. Выполнение посадочного гнезда в видеОгнеупорная:масса, заполняющая Моль- . графитового стакана обеспечивает точностьцевую проточку, компенсирует потерто посадки, хороший его разогрев и дополнипрочности и защищает кристаллизатор от 16 тельный обогрев через-стакан посадочногоразгара.: .:;": неохлаждаемого участка кристаллизатора,Выполнение на одной из кбнтактирую- чтотакже затрудняет передвижение франтащих поверхностей гйльзы или кристаллиза- эатвердевания к входу в кристаллиэатор.тора, углубления приводит к нарушению . Эксцентричное выполнение внутренне: контакта снизу, что позволяет сместить на го посадочного отверстия в стакане со смечало эатвердевания.внизу в глубь кристал- щением его оси вверх относительно осилизатора и выровнить, фронт стакана расширяет выемку снизу, что обесзатвердевайия,, .: .: печивает усиленный обогрев нижней частиПри литье труб одного типоразмерз це-: . тонкостенного участка кристаллиэатора,лесообразно углубление ойтимальной фон 28: усиливает омйвание .нижней частй жидкимы делать в гильзе,.а при-литье разных, металлом и улучшает его конвекционныйтипоразмеров - на графитовом кристалли-: обмен.заторе, Для литья труб с толщиной стенки . Нанесение защитного покрытия на раменее.1 О мм требуется минимальная длина: бочие. поверхности кристаллизатора и доучастка, а для толстостенных - максималь рна, контактирующие с жидким. металлом,ная- , защищает зти поверхности от разгара. по. Отношение ллощадей каналов для под-еышает их износостойкость, Нанесение по. ачи металла в нижней и верхней половинахкрытия целесообразно для торможениядорна, составляющее 2,01-8,0, позволяет реакции раскисления расплава углеродомотливать трубы различных. типоразмеров. 35: при литье чистой меди, никелевых бронз,Нижний предел отношения целесообразно . .латуней и других сплавов, содержащих восиспользовать для литья более тонкостенных станавливаемые углеродом окислы,труб и малых диаметров, верхний - для бо- . На фиг,1 изображено предлагаемое услее толстостенных труб и больших диамет- . тройетво, продольное сечение; на фиг.2 -ров. 4 О сечение по А-А на фиг 1; на фиг,З-продольЦелесообразно выполнение кониче- ное сечение устройства, вариант исполнеской рабочей поверхности неохлаждаемой йия; на фиг.4 - разрез по Б-Б на фиг;3; начасти кристаллизатора, расширяющейся к: фиг 5- продольное сечение кристаллизатовыходу с углом наклона образующей к оси . ра, вариант исполнения; на фиг.6 - разрезкристаллизатора равным ОВ- О 30, так как 45 В-В на фиг;3; нафиг.7.- йродольное сечениепри снижении скорости литья или темпера- .кристаллизатора, вариант исполнения; натуры металла или временной остановке Фиг;8- то же, вариант исполнения; на фиг.9литтья фронт затвердевания сдвигается к -тоже; вариантисполнения.входу, где нет достаточного охлаждения, по-.: . Устройств содержит водоохлаждаемуюэтому затвердевающая заготовка на длине 50 гильзу 1; .графитовый кристаллизатор, сопосадочного участка находится в состоянии стоящий из охлаждаемой части 2, установгорячеломкасти и может оборваться, осо- ленный в гильзу 1,и неохлаждаемой части,бенно при литье вторичных сплавов с повы- состоящей из посадочного участка 3 и входа ен н ы м содержанием примесей, ноготонкостенного участка 4, и металлоприКонусность рабочей полости обеспечивает 86 емника.б с посадочным гнездом 6,уменьшение сил трения и сцепление ликва- заполненным огнеупорной массой, в кототов на поверхности затвердевающей заго- ром размещена неохлаждаемая часть критовки с рабочей поверхностью сталлизатора. В гнездебвыполнена выемкакристаллиэатора, что исключает зависание 7, в которой расположен участок 4, длинаи обрыв заготовки. которого составляет 0,2-0,8 длинынео 2002558 10хлаждаемой части, а толщина его стенки дравна 0,2-1,0 толщины стенки В охлаждэемой части 2.На наружной поверхности участка 4 выполнена кольцевая проточка 8 (фиг.З), заполненная огнеупорной массой 9 (фиг,7).Ось 0101 проточки 8 смещена вверх относительно оси 0202 кристаллизатора на величину а (фиг,З). Между гильзой 1 и охлаждаемойчастью 2 кристаллизатора имеется углубление 10, нарушающее контакт между гильзойи кристаллизатором на участке, охватывающем 1/2-2/3 длины окружности Г (фиг,2)наружной поверхности кристаллизатора навходе в гильзу и изменяющем свою длину пообразующей в направлении сверху вниз отоси 0 до величины А, равной 0,2-0,59 диаметра О рабочей поверхности охлаждаемой.части кристаллизэтора.Рабочая поверхность неохлаждаемойчасти кристаллизатора на длине 11 (фиг,8)посадочного участка 3 или на всей длине Е(фиг.7) выполнена конической суглом наклона а.образующей к оси 0202 кристаллизатора равным 05 - О 30.Угол наклонаробразующей.рабочей поверхности входного участка 4 может составить 031- 45,Посадочное гнездо 6 может быть выполнено в виде графитового стакана 11 (фиг,З)с коническими внутренней 12 и наружной 13. посадочными поверхностями, Между стаканом 11 и гильзой 1 имеется теплоизолирующая прокладка 14. Ось внутреннегопосадочного отверстия в стакане 11, совпадающая с осью 0202 кристаллиаатора, смещена вверх относительно оси стакана ОзОзна величину и (фиг.З), равную 0,02-0,25 высоты Н выемки 7,При литье полых заготовок в кристаллизатор установлен графитовый дорн, состоящий из формообразующего участка 15(фиг.З) и посадочного бурта 16 с каналами17.Отношение площадей сечений каналов17 в нижней (Яг + Яэ) (фиг.6) и верхней (Я 1)половинах дорна составляет 2,01-8,0.На поверхности кристаллиэаторэ и дорна может быть нанесено покрытие 18(фиг,9).Процесс работы устройства включаеттри этапа: начальный период заливки, начало вытягивания заготовки и разливку,В начальный период заливки жидкийметалл поступает из металлоприемникэ 5 ввыемку 7 и за счет высокой теплопроводности графита и тонкостен ности входного участка 4 разогревает его снаружиодновременно с поступлением металла вкристаллизатор. В неохлаждаемой части, уже разогретой снаружи, металл отдает только часть тепла перегрева на обогрев стенок, а оставшееся тепло перегрева обеспечивает его жидкотекучесть, полноценное заполнение жидким металлом охлэждаемой части 2 и соединение его с затравкой,После заливки металла производится выдержка 5 - 15 мин с нагревом металла до 10 температуры начала литья для окончательного прогрева тонкостенного участка 4, бурта 16, стенок каналов 17 и стакана 11,дополнительно обогревающего посадочную часть 3 кристаллизатора. при этом прокладка 14 замедляет теплоотвод от стакана 11, В конце выдержки положение фронта затвердевания стабилизируется примерно посередине тонкостенного участка 4, В начале или ф несмотря на пониженную прочность заготовки.В период разливки наличие выемки 7 в посадочном гнезде 6 металлоприемника 5 и проточки 8 обеспечивает хороший обогрев 25 жидким металлом тонкостенного участка 4 снаружи, снижает теплоотвод через стенку, в результате чего затрудняется передвиже ние к входу в кристаллизатор, что предотвращает зависание оболочки формируемой заготовки и обеспечивает повышенную стабильность литья в широком диапазоне изменения режимов вытягивания,35 температуры и скорости литья, Защитное покрытие 18 на поверхностях кристаллизатора и дорна, по крайней мере, контактирующих с жидким металлом, предохраняет их от разгара и увеличивает продолжительность разливки.Эксцентричное выполнение проточки 8,смещение вверх оси посадочного отверстия стакана 11; выполнение углубления 10, снижающего теплопередачу от кристаллиэатора к гильзе 1 и преиМущественное выполнение питающих каналов 17 в нижней половине бурта 16 с соотношением Я 2 + 45+Яэ/Я 1 = 2,01 - 8,0 обеспечивает необходимый разогрев нижней части кристаллизатора, ликвидирует последствия 50 температурного расслоения и выравнивает фронт затвердевания во время разливки, повышая ее стабильность.П р и м е р 1. Марка разливаемого сплава Бр 010 Ф 1. Одноручьевой кристаллизатор для литья сплошной заготовки; О = 140 мм,= 100 мм, 1=80 мм,= 0,2,= 20 мм; а= =30 0 ,р= 45. Диаметр входного отверстия 100 мм. Н = 200 мм, Ь = 0,02 Н = 4 мм; В = вытягивания заготовка, затвердевшая в20 неохлаждаемой конической части, легко стягивается с конусного участка с углом а2002558 20 мм, д = 0,2 В = 4 мм; углубление длинойА = 0,59 О = 82,6 мм выполнено на 2/3 длиныокружности с диаметром 01 = 180 мм,Углубление длиной А = 0,2 О = 9,2 мм выполнено на 1/2 длины окружности с диаметром 01 = 86 мм.П р и м е р 3. Марка разливаемого сплава Бр 05 Ц 5 С 5. Четырехручьевой кристаллизатор для литья сплошной заготовки О = =30 мм,= 80 мм, 1 = 40 мм = О 5, 1= =40 мм 8=0 31.Устройство позволяет обеспечить в процессе его работы минимальный перегрев металла, максимальную стабильность разливки в широком диапазоне изменения технологических параметров - температуры металла, скорости литья и режимов вытягивания. Особенно это необходимо для дуплекс- процесса и многоручьевой разливки труб,П р и м е р 2, Марка разливаемого спла вэ Бр 01 ОС 2 НЗ. Трехручьевой кристаллизатор для литья полой заготовки сечением 46 хЗО мм; толщина футеровки металлоприемника 200 мм, глубина выемки по центру 180 мм, Н = 180 мм, и = 0,25 Н = 45 мм, О = 10 =46 мм, 01=86 мм, В 20 мм, д=10 В = =20 мм: 3-0=100 мм,-0,8 Е.=80 мм; а=005 на длине 4.0. На участке 1 диаметром 86 мм выполнена снаружи кольцевая проточка длиной ЗО мм, диаметром 66 мм, со смеще нием ееоси 0101 вверх наа=5 мм. При этом толщина стенки графита в проточке вверх составляет 15 мм, внизу 5 мм.(56) В,Т.Сладкоштеев и др, Цветные металлы, 1971, М 10, с, 59. 20 Ф о р м у л э и 3 о б р е т е н и я тем, что проточка заполнена огнеупорнойУСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬ- массои.НОГО НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СПЛОШ, Устройство по п.1, отличающеесяНЫХ И ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ 25 тем, что со стороны входа в гильзу междуЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, со- нею и охлаждаемой частью графитовогодержащее по крайней мере одну водоох- кристаллизатора на участке, охватываюлаждаемую гильзу с входящей в нее щем снизу 1/2 - 2/3 длины окружности наохлаждаемой частью графитового кристал- ружной поверхности. кристаллизатора нализатора, неохлаждаемая часть которого 30 входе в гильзу, выполнено углубление с изустановлена в посадочное гнездо футеров- менением его длины по образующей в наки металлоприемника, и выполненный с правлении сверху вниз от нуля довозможностью установки в кристаллизатор . величины, равной 0,2 - 0,59 диаметра рабопри литье полых заготовок графитовый чей поверхности охлаждаемой части кридорн, имеющий формообразующий участок,35 сталлизатора,и посадочный бурт с каналами для подачи 7. Устройство по п,1; отличающеесяметалла, отличающееся тем, что в посадоч тем, что отношение площадей сечений каном гнезде со стороны входа выполеа налов для подачи металла в нижней и вервыемка, в которой расположен входнои . хней половинах дорна составляет 2,01 тонкостенный участок неохлаждаемой час 8 0ти кристаллизатора, длина которого со. 8. устройство по п,1, отличающеесяставляет 0,2 - 0,8 длины неохлаждаемои тем, что рабочая поверхность неохлаждаечасти.мой части кристаллизатора, по крайней ме 2, Устройство по п.1, отличающееся ре ее посадочного участка, выполненатем, что толщина стенки тонкостенного конической с. расширением к выходу и угт нкостенного 45участка составляет 0,2 - 1,0 толщины стен лом наклона образующей к оси кристаллики охлаждаемой части графитового кр" затора в продольном сечении равным 05- сталлизатора на входе в гильзу 030,3, Устройство по п.1, отличающ 50 9. устройство по п.1, отличающеесятем, что на тонкостенном уастке снару тем, что рабочая поверхность входноговыполнена кольцевая проточка, располо тонкостенного участка кристаллизатораженная перед посадочным участком нео выполнена конической с расширением кхлаждаемой части графитового выходу и углом наклона образующей к осикристаллизатора. 55 кристаллизатора в продольном сечении 0 -4, Устройство по п,З, отличающееся 45,тем, что кольцевая проточка выполнена 10. Устройство по п.1, отличающеесязксцентрично со смещением ее оси вверх тем, что посадочное гнездо выполнено вотносительно оси кристаллизатора, виде огнеупорного, например графитового,Устройство по п.З, отличающееся стакана с коническими наружной и внутренней посадочными поверхностями. входе в кристаллизатор,11. Устройство по п.10, отличающееся 12, Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутреннее посадочное отверстиетем, что на поверхности кристаллизатора и в стакане выполнено эксцентрично со сме-, дорна, по крайней мере обращенной к ращением его оси вверх относительно оси 5 бочей полости металлоприемника, нанесестакана на 0,02 - 0,25 высоты выемки на но защитное покрытие,(Ъг. 7 Составитель В. ЧернцовТехред М. Моргентал Корректор Н. Ревская Редактор Е, Полионо Заказ 3204 Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента 13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5