способ получения непрерывнолитых деформированных заготовок и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения непрерывнолитых деформированных заготовок, включающий распыливание в кристаллизаторе жидкого металла, подачу в кристаллизатор инертного газа, обжатие напыленного слоя, калибровку поверхности заготовки и ее непрерывное вытягивание, причем одна пара вертикальных стенок кристаллизатора выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а вторая пара стенок кристаллизатора выполнена с возможностью вращательного движения и имеет в верхней части расширенный участок с углом наклона к вертикали, отличающийся тем, что распыливание в кристаллизатор жидкого металла начинают с выключенным приводом стенок при сведенных стенках второй пары с расширенным в верхней части участком, причем распыливание жидкого металла производится через два ряда струй вдоль стенок второй пары с расширенным в верхней части участком при расстоянии А между рядами струй, связанном с толщиной а заготовки соотношением А/а = 1,1 - 1,15.

2. Устройство для получения непрерывнолитых деформированных заготовок, содержащее разливочную емкость и кристаллизатор, одна пара вертикальных стенок которого выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а вторая пара стенок кристаллизатора выполнена с возможностью вращательного движения и имеет в верхней части расширенный участок с углом наклона к вертикали и вертикальный нижний участок, два эксцентриковых параллельных горизонтальных вала с синхронным приводом их перемещения, на эксцентрике среднего участка каждого вала установлена одна из стенок второй пары, отличающееся тем, что вторая пара стенок выполнена с возможностью их сведения, разливочная емкость выполнена обогреваемой с двумя рядами отверстий, расположенными на расстоянии А между осями, и диаметром отверстий d = 2 - 4 мм каждое, а в нижней части разливочной емкости расположена щелевая перемещающаяся решетка, выполненная из материала с низким значением коэффициента теплопроводности.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что длина С ряда отверстий в разливочной емкости связана с шириной в стенок второй пары соотношением С/в = 0,75 - 0,85, а вершины эксцентриков средних участков эксцентриковых валов расположены навстречу друг другу и лежат на одной оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению непрерывнолитых деформированных заготовок из распыляемого металла.

Известен способ непрерывного литья заготовок [1. Патент N 2084310 RU. Способ непрерывного литья заготовок и устройство для его осуществления /В.В. Стулов, В.И. Одиноков. Опубл. 20.07.97. Бюл. N 20], включающий распыливание в кристаллизаторе жидкого металла, подачу в кристаллизатор инертного газа и пылевидного углерода, обжатие напыленного слоя частиц металла и пылевидного углерода, калибровку поверхности заготовки и ее непрерывное вытягивание.

Недостатком известного способа являются трудности, связанные с запуском кристаллизатора в начале работы или после кратковременной остановки.

Заявляемый способ направлен на создание высокопроизводительного и ресурсосберегающего процесса получения заготовок из распыляемого металла.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа, заключается в:

1. Повышении производительности процесса получения заготовок.

2. Увеличении выхода годных заготовок.

Заявляемый способ характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: распыливание в кристаллизаторе жидкого металла; подача в кристаллизатор инертного газа; обжатие напыленного слоя; калибровка поверхности заготовки и ее непрерывное вытягивание; первая пара вертикальных стенок кристаллизатора выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а противоположная вторая пара стенок кристаллизатора выполнена с возможностью вращательного движения и имеет в верхней части расширенный участок с углом наклона к вертикали.

Отличительные признаки: распыливание жидкого металла начинают в кристаллизатор с выключенным приводом стенок при сведенных стенках второй пары с расширенным в верхней части участком; распыливание жидкого металла производится вдоль стенок с расширенным в верхней части участком при расстоянии между рядами струй "A"; расстояние между рядами распыливаемых струй "A" связано с толщиной заготовки "a" соотношением A/a=1,1-1,15.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Начало распыливания жидкого металла в кристаллизатор с выключенным приводом стенок при сведенных стенках второй пары с расширенным в верхней части участком уменьшает время его заполнения. Кроме этого, создаются более благоприятные условия для начала процесса деформации металла при включении кристаллизатора.

Распыливание жидкого металла вдоль стенок второй пары с расширенным в верхней части участком при расстоянии между струями "A" обеспечивает намораживание металла в верхней части кристаллизатора и исключается его проникновение за пределы кристаллизатора. В результате облегчается запуск кристаллизатора и исключается необходимость использования специальной затравки. Кроме этого, распыливание жидкого металла вдоль стенок второй пары обеспечивает образование корочки одинаковой толщины на всей ширине стенки, что уменьшает вероятность растрескивания деформируемой заготовки.

Распыливание жидкого металла, дополнительно, позволяет вести разливку при минимальных перегревах металла и незначительном влиянии конвективных течений расплава на процесс формирования корочки по сравнению с подводом расплава в кристаллизатор через погружной разливочный стакан с несколькими отверстиями.

Уменьшение соотношения A/a < 1,1 (где A - расстояние между рядами распыливаемых струй, a - толщина заготовки) приводит к возможности проникновения расплава за пределы кристаллизатора без касания расширенного в верхней части участка стенок (при A < a). Кроме этого, уменьшается поверхность контакта распыливаемых струй со стенками с расширенным в верхней части участком, а соответственно уменьшается количество отводимого в единицу времени тепла кристаллизации металла.

Увеличение соотношения A/a > 1,15 приводит к нецелесообразному распыливанию расплава в верхней части кристаллизатора и увеличению времени его заполнения для срастания фронтов кристаллизации на стенках с расширенным в верхней части участком. Кроме этого, увеличение количества закристаллизовавшегося металла в верхней части кристаллизатора затрудняет его запуск и увеличивает вероятность выхода из строя устройства по причине искривления приводных валов.

Для реализации заявляемого способа заявляется устройство, уровень техники которого известен [1, 2].

Известно устройство для получения непрерывнолитых деформированных заготовок [2. Патент N 21081-98 RU. Устройство для непрерывной разливки металла / В.В. Стулов, В.И. Одиноков. Опубл. 10.04.98. Бюл. N 10], содержащее сборный вертикальный кристаллизатор, состоящий из четырех расположенных попарно продольных рабочих стенок, при этом каждая из рабочих стенок первой пары выполнена с наклоненными под углом верхним и вертикальным нижним участками рабочей поверхности, два эксцентриковых параллельных горизонтальных вала с синхронным приводом их перемещения, на каждом валу установлена одна из стенок первой рабочей пары и каждый вал соединен со второй парой рабочих стенок, совершающих возвратно-поступательные движения, смещенные к первой паре рабочих стенок, а эксцентриковый вал выполнен с тремя участками, крайние из которых выполнены с поворотом эксцентрика на угол 90- относительно среднего участка.

Недостаток устройства [2] заключается в невозможности получения на нем деформированных заготовок из распыляемого металла. Неправильная установка эксцентрика среднего участка эксцентрикового вала в период запуска кристаллизатора уменьшает надежность работы устройства.

Наиболее близким к предложенному устройству является устройство для непрерывного литья заготовок [1], содержащее разливочную емкость и стакан с распылителем, установленным в рабочей полости кристаллизатора, пара вертикальных стенок которого выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а противоположная пара стенок кристаллизатора выполнена с возможностью вращательного движения и имеет в верхней части расширенный участок с углом наклона к вертикали, распылитель выполнен в виде конуса, на поверхности которого равномерно расположены отверстия для распыливания металла.

Недостатком известного устройства [1] является отсутствие сведений о расположении отверстий в распылителе и настройке кристаллизатора.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого устройства, заключается в:

1. Повышении надежности работы устройства.

2. Экономии электроэнергии и материалов.

Заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: разливочная емкость; кристаллизатор; первая пара вертикальных стенок кристаллизатора выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения; противоположная вторая пара стенок кристаллизатора выполнена с возможностью вращательного движения и имеет в верхней части расширенный участок с углом наклона к вертикали и вертикальный нижний участок; два эксцентриковых параллельных горизонтальных вала с синхронным приводом их перемещения; на эксцентрике среднего участка каждого вала установлена одна из стенок второй пары.

Отличительные признаки: вторая пара стенок выполнена с возможностью сведения; разливочная емкость выполнена обогреваемой с двумя рядами отверстий, расположенными на расстоянии A между двумя осями; диаметр отверстий d= 2-4 мм каждое; в нижней части разливочной емкости расположена щелевая перемещающаяся решетка; решетка выполнена из материала с низким значением коэффициента теплопроводности; длина ряда C отверстиями в разливочной емкости связана с шириной b стенок второй пары соотношением C/b=0,75-0,85; вершины эксцентриков средних участков эксцентриковых валов располагаются навстречу друг другу и лежат на одной оси.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Выполнение второй пары стенок с возможностью сведения позволяет начинать распыливание жидкого металла в кристаллизатор с выключенным приводом стенок при сведенных стенках второй пары с расширенным в верхней части участком.

Выполнение разливочной емкости обогреваемой с двумя рядами отверстий, расположенными на расстоянии A между их осями, обеспечивает поддержание металла при заданной температуре, что исключает забивание отверстий, а также получение распыленных струй на расстоянии A между двумя рядами.

Уменьшение диаметра отверстий в разливочной емкости d < 2 мм приводит к вероятности забивания их металлом, а также к необходимости увеличения их количества для обеспечения заданного расхода металла.

Увеличение диаметра отверстий в разливочной емкости d > 4 мм приводит к увеличению энергии струи истекающего металла, что особенно проявляется при разливке тяжелых металлов и сплавов. Увеличение энергии струи металла приводит к размыванию корочки, образующейся на сведенных стенках второй пары, что исключает возможность запуска кристаллизатора при отсутствии затравки.

Расположение в нижней части разливочной емкости щелевой перемещающейся решетки обеспечивает подачу в кристаллизатор струй металла через щели в решетке в нужный момент.

Выполнение решетки из материала с низким значением коэффициента теплопроводности уменьшает вероятность забивания щелей в решетке закристаллизовавшимся металлом.

Уменьшение соотношения C/b < 0,75 (где C - длина ряда с отверстием в разливочной емкости, b - ширина стенок второй пары) приводит к неравномерности распыливания жидкого металла вдоль стенок второй пары с расширенным в верхней части участком.

Увеличение соотношения C/b > 0,85 приводит к невозможности попадания распыленного металла на стенки первой пары и за пределы кристаллизатора.

Расположение вершин эксцентриков средних участков эксцентриковых валов навстречу друг другу на одной оси обеспечивает сведение стенок второй пары и возможность запуска кристаллизатора при отсутствии специального приспособления-затравки.

На фиг. 1 и 2 приведен внешний вид заявляемого устройства; на фиг. 3 - вид сверху разливочной емкости; на фиг. 4 - вид сверху щелевой перемещающейся решетки.

Заявляемое устройство на фиг. 1 и 2 состоит из разливочной емкости 1 с механизмами 2 перемещения решетки 3 со щелями 4, отверстий 5, кристаллизатора 6 с первой парой вертикальных стенок 7 и второй противоположной парой стенок 8 с расширенным в верхней части участком 9 с углом наклона к вертикали и вертикальным нижним участком 10, двух эксцентриковых параллельных горизонтальных валов 11 с эксцентриком 12 на среднем участке вала.

Перед заполнением кристаллизатора металлом эксцентрики 12 на валах 11 устанавливаются в положение, показанное на фиг. 1, что соответствует приведению стенок 8 второй пары в сведенное состояние с расстоянием a между вертикальными нижними участками 10. В разливочную емкость 1 жидкий металл заливают с определенным перегревом при перекрытых отверстиях 5 перемещающейся решеткой 3. Разведенное состояние стенок 8 второй пары показано на фиг. 1 пунктиром.

Способ осуществляется заявляемым устройством следующим образом.

В разливочной емкости 1 при помощи механизма 2 перемещают решетку 3 до совпадения щелей 4 с отверстиями 5. В результате жидкий металл из разливочной емкости 1 в виде струек поступает в кристаллизатор 6 с выключенным приводом стенок вдоль стенок второй пары 8 и затвердевает на расширенном в верхней части участке 9 с перекрытием корочкой расстояния a между вертикальными нижними участками 10. После достижения расплавом определенного уровня включается привод стенок кристаллизатора 6. При этом вертикальные стенки 7 первой пары совершают возвратно-поступательное перемещение с выталкиванием заготовки, а стенки 8 второй противоположной пары совершают вращательные движения с обжатием металла на расширенном в верхней части участке 9, калиброванием поверхности заготовки на вертикальном нижнем участке 10 и непрерывном выталкивании заготовки из кристаллизатора.