RU2152287C1 - Mould for continuous casting of ingots - Google Patents
Mould for continuous casting of ingots Download PDFInfo
- Publication number
- RU2152287C1 RU2152287C1 RU99107889A RU99107889A RU2152287C1 RU 2152287 C1 RU2152287 C1 RU 2152287C1 RU 99107889 A RU99107889 A RU 99107889A RU 99107889 A RU99107889 A RU 99107889A RU 2152287 C1 RU2152287 C1 RU 2152287C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sleeve
- chamber
- mold
- housing
- height
- Prior art date
Links
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к литейному производству, более конкретно - к непрерывной разливке цветных металлов и сплавов, и может быть использовано при литье слитков различных форм и размеров сечения из сплавов как с узким, так и с широким температурным интервалом кристаллизации, в том числе из сплавов, склонных к горячеломкости. The invention relates to foundry, and more particularly to the continuous casting of non-ferrous metals and alloys, and can be used in casting ingots of various shapes and sizes of cross sections from alloys with both narrow and wide temperature ranges of crystallization, including alloys, inclined to heat resistance.
Известны однокамерные кристаллизаторы скольжения (далее - КС), в том числе КС блочного исполнения с первичным прямоточным или противоточным охлаждением их внутренней стенки (гильзы), контактирующей непосредственно с расплавом и служащей формообразователем слитка [1, с.11, рис. 2а, в, г], [2, с.235, рис. 666; c.255, рис. 736 и 737] [3]. Known single-chamber slip crystallizers (hereinafter referred to as KS), including KS of block design with primary direct-flow or counter-current cooling of their inner wall (sleeve), which contacts directly with the melt and serves as a mold former of the ingot [1, p. 11, Fig. 2a, c, d], [2, p. 235, Fig. 666; c.255, fig. 736 and 737] [3].
Недостатком известных однокамерных КС является низкая надежность их работы, т.к. при достаточно значительном снижении напора охладителя в подводящей магистрали (что весьма вероятно в реальных производственных условиях) КС такой конструкции, как правило, выходят из строя из-за необратимой термической деформации стенок гильзы вследствие полного вытекания охладителя. A disadvantage of the known single-chamber CS is the low reliability of their work, because with a sufficiently significant decrease in the pressure of the cooler in the supply line (which is very likely in real production conditions), CSs of this design, as a rule, fail due to irreversible thermal deformation of the liner walls due to complete leakage of the cooler.
Известны также двухкамерные КС, содержащие гильзу и корпус с распределительной камерой, камерой первичного охлаждения, разделенных вертикальной стенкой, и донной частью, причем движение охладителя в распределительной камере противоточное, а в камере первичного охлаждения - прямоточное [1, с. 11, рис. 2б; с. 13, рис.4а; с.129, рис.63] [4]. При этом вышеназваннные КС либо собраны из отдельных весьма непростых узлов, либо, с целью компоновки перечисленных элементов, оснащены несколькими фланцами, прокладками и др., соединяемыми крепежными деталями, что усложняет их сборку, эксплуатацию и уменьшает надежность работы оборудования. В некоторых конструкциях двухкамерных КС питание охлаждающей жидкостью нижней части кристаллизатора осуществляется автономно, что, помимо указанных недостатков, требует повышенного расхода охладителя вследствие раздельной его подачи, усложняет систему питания, затрудняет ее обслуживание [5]. Also known are two-chamber compressor assemblies containing a sleeve and a housing with a distribution chamber, a primary cooling chamber separated by a vertical wall, and a bottom part, moreover, the cooler movement in the distribution chamber is countercurrent, and in the primary cooling chamber it is direct-flow [1, p. 11, fig. 2b; with. 13, fig. 4a; p.129, fig. 63] [4]. At the same time, the above-mentioned CSs are either assembled from separate rather complicated assemblies, or, for the purpose of assembling the listed elements, are equipped with several flanges, gaskets, etc., connected by fasteners, which complicates their assembly, operation, and reduces the reliability of the equipment. In some designs of two-chamber compressor units, the cooling liquid of the lower part of the mold is supplied autonomously, which, in addition to the indicated drawbacks, requires an increased flow rate of the cooler due to its separate supply, complicates the power supply system, and complicates its maintenance [5].
Главный технологический недостаток упомянутых выше устройств - значительная неравномерность скорости охлаждения по сечению и длине слитка, вызывающая трещинообразование под воздействием температурных напряжений, особенно слитков из сплавов, склонных к горячеломкости, и вынуждающая снижать скорость литья и, соответственно, производительность. The main technological drawback of the above-mentioned devices is the significant non-uniformity of the cooling rate over the cross section and length of the ingot, which causes cracking under the influence of temperature stresses, especially ingots from alloys prone to heat resistance, and forces to reduce the casting speed and, accordingly, productivity.
Для компенсации указанных недостатков и интенсификации процесса литья известные устройства снабжают системами экранно-сосредоточенного охлаждения, а именно: в нижней части одно- или двухкамерных КС (или под ними) с прямоточным первичным охлаждением гильзы и выходом (частично или полностью) охладителя на экран, дополнительно, с целью вторичного охлаждения слитка, устанавливают спрейерные устройства различного исполнения [1.c.12 и 13, рис. 3 и 4 и др.]. Однако спрейерные устройства весьма не просты по конструкции, громоздки, затрудняют наблюдение за выходящим из кристаллизатора слитком и контроль процесса в зоне вторичного охлаждения, требуют повышенного расхода охладителя. Сложная конструкция спрейера вызывает значительные затраты времени и средств на его изготовление, сборку и эксплуатацию. To compensate for these shortcomings and to intensify the casting process, the known devices are equipped with screen-focused cooling systems, namely: in the lower part of one- or two-chamber compressor units (or under them) with direct-flow primary cooling of the sleeve and the output (partially or completely) of the cooler to the screen , for the purpose of secondary cooling of the ingot, spraying devices of various designs are installed [1.c.12 and 13, Fig. 3 and 4, etc.]. However, spraying devices are not very simple in design, bulky, make it difficult to monitor the ingot leaving the mold and control the process in the secondary cooling zone, require an increased consumption of cooler. The complex design of the sprayer causes a significant investment of time and money for its manufacture, assembly and operation.
Наиболее близким предлагаемому изобретению является двухкамерный кристаллизатор скольжения, содержащий скомпонованный из отдельных узлов корпус с распределительной камерой, камерой первичного охлаждения, камерой вторичного охлаждения, верхним фланцем, донной частью и закрепленную в корпусе гильзу [2, с.245, рис. 692]. Кроме того, для вторичного охлаждения слитка устройство по прототипу дополнительно оснащено кольцевым спрейером с автономным подводом к нему охладителя, причем спрейер надевается непосредственно на кристаллизатор снизу и таким образом замыкает кристаллизатор, образуя конструктивно его донную часть. The closest to the invention is a two-chamber sliding mold, comprising a housing composed of separate units with a distribution chamber, a primary cooling chamber, a secondary cooling chamber, an upper flange, a bottom part and a sleeve fixed in the housing [2, p.245, Fig. 692]. In addition, for secondary cooling of the ingot, the prototype device is additionally equipped with an annular sprayer with an autonomous supply of cooler to it, and the sprayer is put directly on the mold from below and thus closes the mold, constructively forming its bottom.
При использовании известного технического решения, например, с целью получения слитков из сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации (к ним относятся, в частности, все оловянные бронзы, кадмиевая бронза БрКд1, сложнолегированные латуни типа ЛМцАЖКС 70-7-5,5-2-2-1, ЛМцАЖН и другие), а также из сплавов, подверженных горячеломкости, появляются следующие недостатки. When using a well-known technical solution, for example, with the aim of producing ingots from alloys with a wide temperature range of crystallization (these include, in particular, all tin bronzes, cadmium bronze BrKd1, complex alloyed brass type LMtsAJKS 70-7-5.5-2-2 -1, LMtsAZHN and others), as well as from alloys subject to heat resistance, the following disadvantages appear.
Во-первых, КС, содержащий корпус и гильзу и дополнительно оснащенный спрейерным устройством, представляет собой сложную нерациональную конструкцию, где каждый из упомянутых узлов (корпус, гильза, спрейер и др.) собран из отдельных деталей (рис. 692, с. 245 из [2] выполнен схематично и, разумеется, не отражает всей степени сложности реальной конструкции используемого в производстве кристаллизатора). Вследствие этого удорожается изготовление, затрудняются сборка, приведение в рабочее состояние и эксплуатация КС, снижается надежность его работы. Firstly, a CS containing a housing and a sleeve and additionally equipped with a spray device is a complex irrational design, where each of the mentioned assemblies (housing, sleeve, sprayer, etc.) is assembled from separate parts (Fig. 692, p. 245 of [2] is made schematically and, of course, does not reflect the entire degree of complexity of the real design used in the manufacture of the mold). As a result, manufacturing is becoming more expensive, assembly, putting into operation and operation of the compressor are more difficult, and its reliability is reduced.
Во-вторых, устройство вторичного спрейерного охлаждения вызывает повышенный расход охладителя, требует его автономной подачи, усложняет систему питания кристаллизатора из-за необходимости иметь дополнительные трубопроводы, шланги, патрубки, запорные вентили и т.д. Secondly, the secondary sprayer cooling device causes an increased consumption of the cooler, requires its autonomous supply, complicates the mold power supply system due to the need to have additional pipelines, hoses, nozzles, shut-off valves, etc.
В-третьих, такая система вторичного охлаждения не обеспечивает рассредоточение охладителя по высоте и периметру слитка для создания так называемого мягкого режима охлаждения, необходимого при литье горячеломких сплавов и желательного для повышения скорости разливки металла. Недостаток усугубляется тем, что нижняя часть гильзы не имеет контакта с охладителем, и, кроме того, между нижней кромкой гильзы и первыми ударам струи охладителя из спрейера на слитке остается неохлаждаемая зона, наличие которой также сдерживает увеличение скорости разливки из-за возможного прорыва жидкого металла. Thirdly, such a secondary cooling system does not disperse the cooler along the height and perimeter of the ingot to create the so-called soft cooling mode, which is necessary when casting hot brittle alloys and desirable to increase the speed of casting of metal. The disadvantage is aggravated by the fact that the lower part of the liner has no contact with the cooler, and, in addition, between the lower edge of the liner and the first blows of the cooler stream from the sprayer, an uncooled zone remains on the ingot, the presence of which also inhibits the increase in casting speed due to possible breakthrough of liquid metal .
В-четвертых, в случае несанкционированного отключения подачи охладителя кристаллизатор по прототипу не обеспечивает кратковременную работу в режиме испарительного охлаждения из-за малого объема камер корпуса и сложной организации потоков охладителя внутри корпуса, что приводит к выходу из строя гильзы вследствие необратимой термической деформации ее стенки и резко снижает надежность работы кристаллизатора в целом. Fourth, in the event of an unauthorized shutdown of the cooler supply, the prototype mold does not provide short-term operation in the evaporative cooling mode due to the small volume of the chambers and the complex organization of cooler flows inside the case, which leads to failure of the sleeve due to irreversible thermal deformation of its wall and dramatically reduces the reliability of the mold as a whole.
В основе изобретения поставлена задача устранения этих недостатков, а именно: облегчение сборки и обслуживания кристаллизатора, повышение надежности его работы, упрощение системы питания кристаллизатора охладителем, повышение скорости разливки сплавов, склонных к горячеломкости. The basis of the invention is the task of eliminating these disadvantages, namely: facilitating the assembly and maintenance of the mold, increasing the reliability of its operation, simplifying the mold power supply system by the cooler, increasing the casting speed of alloys prone to heat resistance.
Поставленная задача решается тем, что в известном кристаллизаторе скольжения для непрерывного литья слитков, включающем корпус с распределительной камерой, зоной первичного охлаждения, камерой вторичного охлаждения, верхним фланцем, донной частью, и закрепленную в корпусе гильзу с нижним фланцем, которым она опирается на корпус, согласно изобретению корпус выполнен неразъемным, зона первичного охлаждения состоит из верхней камеры и нижней камеры, которая отделена от верхней и распределительной камер горизонтальной кольцевой перегородкой с внутренним диаметром, равным наружному диаметру гильзы, причем гильза закреплена в корпусе посредством эластичных уплотнений, размещенных в верхнем фланце, донной части и горизонтальной кольцевой перегородке, с возможностью свободного перемещения в осевом и диаметральном направлениях в пределах ее теплового расширения. Кроме того, согласно изобретению, высота верхней камеры зоны первичного охлаждения составляет 0,7... 0,9 высоты гильзы, а в нижнем фланце гильзы расположены отверстия, выполненные под разными углами к вертикальной оси кристаллизатора. The problem is solved in that in the known slip mold for continuous casting of ingots, comprising a housing with a distribution chamber, a primary cooling zone, a secondary cooling chamber, an upper flange, a bottom, and a sleeve fixed to the housing with a lower flange, which it rests on the housing, according to the invention, the housing is integral, the primary cooling zone consists of an upper chamber and a lower chamber, which is separated from the upper and distribution chambers of a horizontal annular burnout a core with an inner diameter equal to the outer diameter of the sleeve, the sleeve being fixed in the housing by means of elastic seals located in the upper flange, the bottom and the horizontal annular partition, with the possibility of free movement in axial and diametrical directions within its thermal expansion. In addition, according to the invention, the height of the upper chamber of the primary cooling zone is 0.7 ... 0.9 of the height of the sleeve, and in the lower flange of the sleeve there are holes made at different angles to the vertical axis of the mold.
Изобретение поясняется чертежом, где изображен продольный разрез кристаллизатора скольжения. The invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of a slip mold.
Кристаллизатор включает неразъемный корпус 1 с распределительной камерой 2, верхней камерой 3 и нижней камерой 4 зоны первичного охлаждения, горизонтальной кольцевой перегородкой 5, которая отделяет нижнюю камеру 4 от верхней камеры 3 и распределительной камеры 2, верхним фланцем 6, донной частью 7, а также закрепленную в корпусе 1 гильзу 8 с нижним фланцем 9, в котором под разными углами расположены отверстия 10. Камеры 3 и 4 зоны первичного охлаждения последовательно соединены вертикальными каналами 11, расположенными на корпусе 1 кристаллизатора. Высота верхней камеры 3 зоны первичного охлаждения составляет 0,7...0,9 высоты гильзы 8. Гильза 8 закреплена в корпусе 1 посредством эластичных уплотнений 12, размещенных в верхнем фланце 6, горизонтальной кольцевой перегородке 5 и донной части 7. Нижняя камера 4 зоны первичного охлаждения, образованная стенкой гильзы 8, горизонтальной кольцевой перегородкой 5, наружной стенкой корпуса 1 и его донной частью 7, является одновременно объемом корпуса 1 с возможностью подачи на него охладителя на слиток через отверстия 10, расположенные в нижнем фланце 9 гильзы 8 и выполненные под разными углами к вертикальной оси кристаллизатора. К нижней части приемной камеры 13 корпуса 1 прикреплен патрубок 14 для подвода охладителя. The mold includes an integral housing 1 with a distribution chamber 2, an upper chamber 3 and a lower chamber 4 of the primary cooling zone, a horizontal annular partition 5 that separates the lower chamber 4 from the upper chamber 3 and the distribution chamber 2, the upper flange 6, the bottom 7, and a sleeve 8 fixed in the housing 1 with a lower flange 9, in which holes 10 are located at different angles. The chambers 3 and 4 of the primary cooling zone are connected in series by vertical channels 11 located on the mold 1 . The height of the upper chamber 3 of the primary cooling zone is 0.7 ... 0.9 of the height of the sleeve 8. The sleeve 8 is fixed in the housing 1 by means of elastic seals 12 located in the upper flange 6, the horizontal annular partition 5 and the bottom 7. The lower chamber 4 the primary cooling zone formed by the wall of the sleeve 8, the horizontal annular partition 5, the outer wall of the housing 1 and its bottom 7, is simultaneously the volume of the housing 1 with the possibility of feeding cooler to it on the ingot through holes 10 located in the lower flange 9 Ilse 8 and formed at different angles to the vertical axis of the mold. To the lower part of the receiving chamber 13 of the housing 1 is attached a pipe 14 for supplying a cooler.
Устройство работает следующим образом. До начала разливки металла вентиль на подводящем трубопроводе патрубка 14 устанавливают в положение, обеспечивающее потребный расход охладителя (воды) для вторичного охлаждения. Так, например, при получении слитков диаметром 200 мм из бронзы КМц 3-1 устанавливают расход воды, равный 3 м3/ч. Вода, направление движения которой показано на чертеже стрелками, поступающая в приемную камеру 13 корпуса 1 от патрубка 14, движется противоточным способом (т.е. в направлении, противоположном направлению вытягивания слитка из КС) внутри приемной камеры 13, далее - прямоточно через распределительную камеру 2, затем противоточным способом через верхнюю камеру 3 первичной зоны, охлаждая при этом гильзу 3. Далее воду направляют прямоточно по вертикальным каналам 11, расположенным на корпусе 1 по его периметру (например, в количестве 4-х штук, размещенных через 90o), в нижнюю камеру 4 первичной зоны, где вода, двигаясь прямоточным способом, продолжает охлаждать гильзу 8, выходит из нижней камеры 4 через отверстия 10, расположенные в нижнем фланце 9 гильзы 8 под разными углами к вертикальной оси кристаллизатора, и осуществляет охлаждение, рассредоточенное по длине слитка.The device operates as follows. Before the start of metal casting, the valve on the supply pipe of the pipe 14 is set to a position that provides the required flow rate of the cooler (water) for secondary cooling. So, for example, upon receipt of ingots with a diameter of 200 mm from KMts 3-1 bronze, a water flow rate of 3 m 3 / h is established. Water, the direction of movement of which is shown in the drawing by arrows, entering the receiving chamber 13 of the housing 1 from the nozzle 14, moves countercurrently (i.e., in the direction opposite to the direction of the ingot from the COP) inside the receiving chamber 13, then through the distribution chamber 2, then in a countercurrent way through the upper chamber 3 of the primary zone, while cooling the sleeve 3. Next, the water is directed straight through the vertical channels 11 located on the housing 1 along its perimeter (for example, in the amount of 4 pieces, placed nnyh 90 o), the lower chamber 4 primary zone where the water, moving cocurrent process continues to cool the sleeve 8, exits from the lower chamber 4 through a hole 10 located in the lower flange 9 of the sleeve 8 at different angles to the vertical axis of the mold, and provides cooling dispersed along the length of the ingot.
Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известными, кратко сформулированные в поставленной задаче изобретения, достигаются следующим образом. The advantages of the proposed device in comparison with the known, briefly formulated in the task of the invention, are achieved as follows.
1. Облегчение сборки и обслуживания кристаллизатора. 1. Facilitation of assembly and maintenance of the mold.
Простоту сборки кристаллизатора обеспечивают:
- во-первых, за счет неразъемности корпуса, изготовленного как единая цельносварная конструкция, объединяющая в себе все каналы, камеры и зоны охлаждения, выполненные в известных устройствах как отдельные узлы, из которых собирают корпус;
- во-вторых, за счет легкости установки гильзы в кристаллизатор и извлечения ее из него, поскольку гильза своим нижним фланцем свободно опирается на донную часть корпуса по контактной поверхности, а также за счет крепления гильзы в верхней части КС крышкой путем объемного сжатия эластичного уплотнительного кольца в пазе верхнего фланца корпуса. При освобождении винтов, прижимающих через крышку верхнее эластичное уплотнение, гильзу с незначительным усилием извлекают и заменяют новой.The ease of assembly of the mold is provided by:
- firstly, due to the continuity of the body, made as a single all-welded structure, combining all the channels, chambers and cooling zones, made in the known devices as separate units from which the body is assembled;
- secondly, due to the ease of installing the sleeve into the mold and removing it from it, since the sleeve with its lower flange freely rests on the bottom of the housing along the contact surface, as well as by attaching the sleeve in the upper part of the COP with a cover by volume compression of an elastic sealing ring in the groove of the upper housing flange. When loosening the screws pressing the upper elastic seal through the cover, the sleeve is removed with little effort and replaced with a new one.
Облегчение обслуживания (эксплуатации) предлагаемого устройства предопределяется вышеизложенным вследствие простоты монтажа - демонтажа гильзы и приведения КС в рабочее состояние без предварительной настройки путем его установки на рабочее место и подсоединении шланга с охлаждающей жидкостью к его единственному патрубку. Facilitation of the maintenance (operation) of the proposed device is predetermined by the foregoing due to the ease of installation - dismantling the sleeve and bringing the compressor to working condition without preliminary adjustment by installing it on the workstation and connecting the hose with coolant to its only nozzle.
Повышение надежности работы кристаллизатора с одновременным снижением расхода охладителя достигают:
- во-первых, оригинальными конструктивными решениями корпуса, который выполнен неразъемным, а подвод охладителя к системам первичного и вторичного охлаждения осуществлен последовательно от единого патрубка;
- во-вторых, надежным охлаждением поверхности гильзы по всей ее высоте как за счет отсутствия воздушных пробок, которые уносятся противоточным движением воды при заполнении верхней камеры, так и за счет прямоточности потока в нижней камере первичной зоны;
- в-третьих, тем, что нижняя камера первичной зоны является одновременно камерой вторичного охлаждения, которая для этого ограничена снизу донной частью и нижним фланцем гильзы с отверстиями; это позволяет избежать наличия такого сложного узла как отдельное спрейерное устройство с автономным подводом охладителя, а также следить за выходящим из КС слитком и контролировать процесс в зоне вторичного охлаждения;
- в-четвертых, тем, что при падении давления охлаждающей жидкости в подводящей системе или при прекращении ее подачи охлаждение гильзы в верхней камере первичной зоны обеспечивают за счет объемов жидкости как в самой верхней камере, так и в распределительной и, частично, в приемной камерах;
- в-пятых, дополнительным сжатием эластичных уплотнений за счет термического расширения гильзы при выходе ее на рабочий температурный режим, чем обеспечивается улучшение герметичности камер кристаллизаторы.Improving the reliability of the mold with a simultaneous decrease in the flow rate of the cooler reach:
- firstly, the original design solutions of the housing, which is made integral, and the cooler is supplied to the primary and secondary cooling systems sequentially from a single pipe;
- secondly, reliable cooling of the liner surface over its entire height due to the absence of air plugs that are carried away by the counter-current movement of water when filling the upper chamber, and due to the direct flow of the flow in the lower chamber of the primary zone;
- thirdly, the fact that the lower chamber of the primary zone is at the same time a secondary cooling chamber, which for this purpose is limited from below by the bottom part and the lower flange of the sleeve with holes; this avoids the presence of such a complex unit as a separate spray device with an autonomous supply of cooler, as well as monitor the ingot leaving the compressor station and control the process in the secondary cooling zone;
- fourthly, the fact that when the pressure of the coolant in the supply system drops or when its supply stops, the liner cooling in the upper chamber of the primary zone is provided due to the liquid volumes both in the uppermost chamber, and in the distribution and, partially, in the receiving chambers ;
fifthly, by additional compression of the elastic seals due to the thermal expansion of the sleeve when it enters the operating temperature range, thereby improving the tightness of the mold chamber.
Эксперимент, проведенный на внедренном в производство КС с диаметром гильзы 200 мм и высотой 275 мм при литье латуни Л63, показал, что при прекращении подачи охладителя оставшийся в камерах КС его объем, равный 4,4 л, обеспечил в аварийном испарительном режиме теплоотвод с поверхности гильзы до полного испарения охладителя в течение 6 мин. Этого времени (6 мин) вполне достаточно для своевременного принятия мер по предупреждению аварийной ситуации, т.е. прекращению разливки с целью предохранения гильзы от необратимой термической деформации. An experiment carried out on a CS introduced into production with a sleeve diameter of 200 mm and a height of 275 mm when casting brass L63 showed that when the cooler was stopped supplying, the volume remaining in the CC chambers of 4.4 l ensured heat removal from the surface in emergency evaporative mode liners to complete evaporation of the cooler for 6 minutes This time (6 minutes) is enough for timely adoption of measures to prevent an emergency, i.e. stop casting in order to protect the liner from irreversible thermal deformation.
Изложенное выше подтверждает повышение надежности работы предлагаемого КС по сравнению с известными устройствами. The above confirms the increased reliability of the proposed COP in comparison with known devices.
2. Упрощение системы питания кристаллизатора охладителем. 2. Simplification of the power supply system of the mold cooler.
Этот технический результат предлагаемого устройства был, по существу, обоснован при раскрытии предыдущих пунктов задачи изобретения. Целесообразно лишь указать, что компоновка каналов, камер и зон в одном неразъемном корпусе, включая (в качестве спрейерного устройства) нижнюю камеру зоны первичного охлаждения с отверстиями в нижнем фланце гильзы значительно упрощает систему питания кристаллизатора охладителем, позволяя осуществлять подвод воды через единственный патрубок, прикрепленный к корпусу кристаллизатора. This technical result of the proposed device was essentially justified by the disclosure of the preceding claims of the invention. It is only advisable to indicate that the arrangement of channels, chambers and zones in one all-in-one body, including (as a spray device) the lower chamber of the primary cooling zone with holes in the lower flange of the sleeve significantly simplifies the mold supply system by the cooler, allowing water to be supplied through a single pipe attached to the mold body.
3. Повышение скорости разливки сплавов, склонных к горячеломкости. 3. Increasing the casting speed of alloys prone to heat resistance.
Обеспечивают конструктивным решением по разделению зоны первичного охлаждения на две камеры: с противоточным движением охладителя в верхней и прямоточным - в нижней, которая одновременно является камерой вторичного охлаждения, снабженной отверстиями, расположенными в нижнем фланце гильзы и направленными под разными углами к продольной оси кристаллизатора. При такой компоновке поступающая в корпус холодная вода, двигаясь противотоком, охлаждает вначале ту часть гильзы (в верхней камере), внутри которой уке образовалась значительная корка затвердевшего металла, далее нагретая вода охлаждает верхнюю часть гильзы (в той же верхней камере), где находится весьма тонкая корка. Противоточное движение воды с благоприятным для теплового режима корки температурным градиентом способствует снижению вероятности трещинообразования при повышении скорости литья. Последовательное использование отработанного в первичной зоне охладителя для вторичного охлаждения слитка в сочетании с выбранными углами, шагом и диаметром отверстий (названные параметры системы вторичного охлаждения в данной заявке объектом изобретения не являются) в нижнем фланце гильзы позволяет получить:
- рассредоточенный многорядный выход охладителя на слиток в отличие от известных устройств, при использовании которых между нижним торцом гильзы и первыми ударами струй охладителя на слитке образуется так называемый "сухой" участок значительной протяженности, который сдерживает увеличение скорости литья из-за возможных прорывов жидкого металла;
- продольно-полосовое охлаждение по периметру слитка;
- удлиненную зону вторичного охлаждения.Provide a constructive solution for dividing the primary cooling zone into two chambers: with countercurrent movement of the cooler in the upper and once-through in the lower, which is also a secondary cooling chamber equipped with holes located in the lower flange of the sleeve and directed at different angles to the longitudinal axis of the mold. With this arrangement, the cold water entering the casing, moving countercurrently, first cools that part of the sleeve (in the upper chamber), inside which the uke formed a significant crust of hardened metal, then heated water cools the upper part of the sleeve (in the same upper chamber), where thin crust. The countercurrent movement of water with a temperature gradient favorable for the thermal regime of the crust reduces the likelihood of cracking with an increase in casting speed. The consistent use of the spent ingot in the primary zone of the cooler for secondary cooling of the ingot in combination with the selected angles, pitch and diameter of the holes (the mentioned parameters of the secondary cooling system are not an object of the invention in this application) in the lower shell flange allows to obtain:
- a dispersed multi-row exit of the cooler to the ingot, in contrast to the known devices, when using which a so-called “dry” section of considerable length is formed between the lower end of the liner and the first blows of the cooler jets, which inhibits the increase in casting speed due to possible breakthroughs of liquid metal;
- longitudinal-strip cooling along the perimeter of the ingot;
- elongated secondary cooling zone.
Перечисленные преимущества вторичного охлаждения, в частности "мягкое" продольно-полосовое рассредоточенное по длине и периметру слитка охлаждение, реализуемые путем использования предлагаемого устройства, обеспечивают повышение скорости разливки сплавов, склонных к горячеломкости, а также оказывают положительное влияние на качество слитка и стабильность процесса литья без прорывов жидкого металла. Кроме того, при создании оптимальных условий схода струй охладителя на поверхность слитка по предлагаемому устройству, как показали эксперименты, улучшается качество поверхности и сокращается газированность слитка, повышается уровень безопасности условий труда. The listed advantages of secondary cooling, in particular, “soft” longitudinal-strip cooling distributed over the length and perimeter of the ingot, implemented by using the proposed device, provide an increase in the casting speed of alloys prone to heat resistance, and also have a positive effect on the quality of the ingot and the stability of the casting process without breakthroughs of liquid metal. In addition, when creating optimal conditions for the descent of the cooler jets to the surface of the ingot according to the proposed device, experiments have shown that the surface quality is improved and the carbonation of the ingot is reduced, and the level of safety of working conditions is increased.
Применение внедренной в производство заявляемой конструкции кристаллизатора оказалось особенно эффективным как для сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации (перечисленных выше), так и для многочисленной группы сплавов, склонных к образованию литейных трещин (например, простые алюминиевые бронзы БрА5, БрА7, а также средне- и сложнолегированные бронзы БрАЖ9-4; БрАЖМц10-3-1,5; БрАЖНМц9-9-4-1 и др.). The use of the inventive design of the crystallizer introduced in the production proved to be especially effective both for alloys with a wide temperature range of crystallization (listed above) and for a large group of alloys prone to casting cracks (for example, simple aluminum bronzes BrA5, BrA7, as well as medium and complex alloyed bronzes BrAZh9-4; BrAZhMts10-3-1.5; BrAZhNmts9-9-4-1, etc.).
С целью увеличения теплоотвода с поверхности гильзы в аварийном испарительном режиме, предохранения ее от необратимой термической деформации и, тем самым, повышения надежности работы кристаллизатора, высота верхней камеры зоны первичного охлаждения составляет 0,7...0,3 высоты гильзы (п.2 формулы изобретения). In order to increase heat removal from the surface of the sleeve in emergency evaporative mode, to protect it from irreversible thermal deformation and, thereby, increase the reliability of the mold, the height of the upper chamber of the primary cooling zone is 0.7 ... 0.3 of the height of the sleeve (item 2 claims).
Величину кольцевого объема между стенкой гильзы и наружной вертикальной стенной корпуса (т.е. суммарного объема верхней камеры первичной зоны и распределительной камеры) принимают в зависимости от теплофизических свойств отливаемого металла и требуемой интенсивности теплоотвода от стенки гильзы. The value of the annular volume between the wall of the sleeve and the outer vertical wall of the casing (i.e., the total volume of the upper chamber of the primary zone and the distribution chamber) is taken depending on the thermophysical properties of the cast metal and the required intensity of heat removal from the wall of the sleeve.
Конкретно, выход за пределы указанного диапазона (0,7...0,9) приводит:
- при превышении верхнего предела, равного 0,9, - к неоправданному с позиции эффективности устройства снижению теплоотвода в нижней прямоточной камере первичной зоны вследствие уменьшения ее объема и к нарушению одного из условий решения задачи ("повышение скорости разливки"), т.к. при превышении верхнего предела, равного 0,9, объема нижней камеры становится недостаточным для создания непрерывного теплообмена как в течение всего процесса кристаллизации сплава (при первичном охлаждении), так и при вторичном охлаждении уже затвердевшего металла слитка;
- выполнение высоты верхней камеры менее 0,7 высоты гильзы ухудшает условия работы кристаллизатора, а именно: снижается эффективность охлаждения гильзы, ухудшается теплоотвод с ее поверхности, уменьшается скорость литья слитков. Кроме того, выход за нижний предел, равный 0,7, весьма негативно влияет на надежность КС, поскольку при этом снижается длительность аварийного испарительного режима вследствие уменьшения суммарного объема верхней камеры первичной зоны и распределительной камеры. Для иллюстрации изложенного ниже приведен расчет времени режима испарительного охлаждения для кристаллизатора диаметром 200 мм, высотой 275 мм и при отношении высоты верхней камеры к высоте гильзы, равном 0,8...0,84.Specifically, going beyond the specified range (0.7 ... 0.9) leads to:
- if the upper limit of 0.9 is exceeded, to the heat removal in the lower direct-flow chamber of the primary zone that is unjustified from the point of view of the device’s efficiency due to a decrease in its volume and to a violation of one of the conditions for solving the problem (“increasing the casting speed”), because when the upper limit equal to 0.9 is exceeded, the volume of the lower chamber becomes insufficient to create continuous heat transfer both during the entire process of crystallization of the alloy (during primary cooling) and during secondary cooling of the already solidified ingot metal;
- the implementation of the height of the upper chamber is less than 0.7 of the height of the liner worsens the working conditions of the mold, namely: decreases the cooling efficiency of the liner, deteriorates heat dissipation from its surface, decreases the casting speed of the ingots. In addition, going beyond the lower limit of 0.7 has a very negative effect on the reliability of the compressor, since it reduces the duration of the emergency evaporation mode due to a decrease in the total volume of the upper chamber of the primary zone and the distribution chamber. To illustrate the foregoing, the calculation of the time of the evaporative cooling mode for a mold with a diameter of 200 mm, a height of 275 mm and a ratio of the height of the upper chamber to the height of the sleeve equal to 0.8 ... 0.84 is given below.
Исходные данные:
- суммарный объем воды верхней зоны первичной камеры и распределительной камеры Vв = 3,5 дм3;
- удельная теплоемкость воды Cв > 4,2 кДж/кгoC
- удельная теплота испарения воды 
- удельная теплоемкость твердой меди Cтв = 0,380 кДж/кгoC;
- удельная теплоемкость жидкой меди Cж = 0,608 кДж/кгoC
- удельная теплота кристаллизации меди L = 214 кДж/кг
- температура плавления меди tпл = 1083oC;
- температура литья меди tл = 1200oC;
- температура на поверхности слитка tсл = 750oC.Initial data:
- the total volume of water in the upper zone of the primary chamber and distribution chamber V in = 3,5 dm 3 ;
- specific heat of water C in > 4.2 kJ / kg o C
- specific heat of evaporation of water
- specific heat of solid copper C tv = 0.380 kJ / kg o C;
- specific heat of liquid copper C w = 0.608 kJ / kg o C
- specific heat of crystallization of copper L = 214 kJ / kg
- copper melting temperature t PL = 1083 o C;
- casting temperature of copper t l = 1200 o C;
- temperature on the surface of the ingot t SL = 750 o C.
Из [1, c. 107, рис. 47a] для кристаллизатора высотой 275 мм при скорости литья слитка латуни Л63, равной 4 м/ч, следует, что максимальная толщина корки в кристаллизаторе составляет 35 мм. Простой расчет показывает, что для рассматриваемой конструкции устройства количество металла, затвердевающего в единицу времени в кристаллизаторе, составит 3,039 кг/мин=m. From [1, p. 107, fig. 47a] for a mold with a height of 275 mm and a casting speed of a brass ingot L63 of 4 m / h, it follows that the maximum thickness of the crust in the mold is 35 mm. A simple calculation shows that for the design of the device under consideration, the amount of metal hardening per unit time in the mold will be 3.039 kg / min = m.
Мощность, рассеиваемая кристаллизатором в первичной камере, согласно формуле из [1,с. 107]:
q=Cтвm(tпл-tсл)+Lm+Cжm(tл-tпл)=0,38•3,039(1083-750)+214•3,039+0,608•3,039(1200-1083)= 1247,4 кДж/мин
Теплосодержание воды в кристаллизаторе:
Расчетное время работы кристаллизатора в испарительном режиме:
Полученный результат удовлетворительно коррелирует с результатом экспериментальной проверки предлагаемого устройства, приведенным выше. Выбор конкретного значения из интервала 0,7...0,9 зависит от общей высоты КС: для "низких" КС (высотой 200...300 мм) желательно придерживаться нижнего предела (0,7), для "высоких" (350...450 мм) - соответственно верхнего (0,9).The power dissipated by the mold in the primary chamber, according to the formula from [1, p. 107]:
q = C tv m (t pl -t sl ) + Lm + C w m (t l -t pl ) = 0.38 • 3.039 (1083-750) + 214 • 3.039 + 0.608 • 3.039 (1200-1083) = 1247.4 kJ / min
The heat content of water in the mold:
Estimated operating time of the crystallizer in the evaporative mode:
The result obtained satisfactorily correlates with the result of the experimental verification of the proposed device, above. The choice of a specific value from the interval 0.7 ... 0.9 depends on the total height of the CS: for "low" CS (height 200 ... 300 mm) it is desirable to adhere to the lower limit (0.7), for "high" (350 ... 450 mm) - respectively the upper (0.9).
Таким образом, конструкция кристаллизатора с указанным соотношением высоты верхней камеры первичной зоны и высоты гильзы в пределах 0,7...0,9 позволяет в разных режимах работы получить суммарный теплосъем с поверхности гильзы, близкий к максимальному. Thus, the design of the mold with the indicated ratio of the height of the upper chamber of the primary zone and the height of the sleeve within 0.7 ... 0.9 allows us to obtain the total heat removal from the surface of the sleeve close to the maximum in different operating modes.
Источники информации
1. Кац А. М. , Шадек Е. Г. Теплофизические основы непрерывного литья слитков цветных металлов и сплавов. М.; Металлургия, 1983, 208 c.Sources of information
1. Kats A. M., Shadek E. G. Thermophysical fundamentals of continuous casting of ingots of non-ferrous metals and alloys. M .; Metallurgy, 1983, 208 c.
2. Германн Эрхард. Непрерывное литье. М.: Металлургиздат, 1961, 815 с. 2. Hermann Erhard. Continuous casting. M.: Metallurgizdat, 1961, 815 p.
3. А.с. СССР N 1016048. Опубл.07.05.83. Бюл. N 17. 3. A.S. USSR N 1016048. Publ. 07.05.83. Bull. N 17.
4. А.с. СССР N 725790. Опубл. 15.04.80. Бюл. N 13. 4. A.S. USSR N 725790. Publ. 04/15/80. Bull. N 13.
5. Усовершенствованная система охлаждения при непрерывном литье. Экспрессинформация ЦНИИЦВЕТМЕТ экономики и информации. Серия VII. Обработка цветных металлов. N 25, 1982. 5. Advanced cooling system for continuous casting. Express information TSNIITSVETMET economy and information. Series VII. Non-ferrous metal processing. N 25, 1982.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99107889A RU2152287C1 (en) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | Mould for continuous casting of ingots |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99107889A RU2152287C1 (en) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | Mould for continuous casting of ingots |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2152287C1 true RU2152287C1 (en) | 2000-07-10 |
Family
ID=20218641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99107889A RU2152287C1 (en) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | Mould for continuous casting of ingots |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2152287C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2506140C1 (en) * | 2012-09-06 | 2014-02-10 | Открытое акционерное общество Акционерная холдинговая компания "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика Целикова" (ОАО АХК "ВНИИМЕТМАШ") | Continuous casting machine die |
| CN116140565A (en) * | 2022-12-27 | 2023-05-23 | 东北轻合金有限责任公司 | Double water-cooling crystallizer of deformation aluminum alloy |
-
1999
- 1999-04-13 RU RU99107889A patent/RU2152287C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Э.ГЕРМАНН. Непрерывное литье. - М.: Государственное научно-техническое издание по черной и цветной металлургии, 1961, с.245, 692 ил. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2506140C1 (en) * | 2012-09-06 | 2014-02-10 | Открытое акционерное общество Акционерная холдинговая компания "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика Целикова" (ОАО АХК "ВНИИМЕТМАШ") | Continuous casting machine die |
| CN116140565A (en) * | 2022-12-27 | 2023-05-23 | 东北轻合金有限责任公司 | Double water-cooling crystallizer of deformation aluminum alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3381741A (en) | Method and apparatus for continuous casting of ingots | |
| EP0804305B1 (en) | Direct cooled metal casting process and apparatus | |
| JPS63144846A (en) | Continuous casting method and device | |
| CN1066652C (en) | Apparatus and method for horizontal direct chill casting of light metals | |
| US20100084109A1 (en) | Process and apparatus for direct chill casting | |
| NO831797L (en) | PROCEDURE FOR CONTINUOUS CASTING OF METAL | |
| EP1493909A1 (en) | Cylinder head | |
| KR101377090B1 (en) | Twin roll caster and equipment and method for operating the same | |
| US8365807B2 (en) | Reduction of butt curl by pulsed water flow in DC casting | |
| RU2152287C1 (en) | Mould for continuous casting of ingots | |
| US3587718A (en) | Continuous casting apparatus | |
| US2613411A (en) | Cooling system for continuous casting molds | |
| CA1309837C (en) | Method of manufacturing hollow billet and apparatus therefor | |
| EP1157765A1 (en) | Water cooling system for continuous casting equipment | |
| US7143810B1 (en) | Equipment for continuous horizontal casting of metal | |
| US3885617A (en) | DC casting mold assembly | |
| JPS6143136B2 (en) | ||
| KR101177582B1 (en) | Horizontal continuous casting of metals | |
| US4150714A (en) | Lead casting seal | |
| WO1997006907A1 (en) | Die casting devices | |
| RU2725377C1 (en) | Crystallizer for vertical ingots casting | |
| GB2225970A (en) | Low pressure casting of metal | |
| EP0372945B1 (en) | Direct chill casting mould | |
| US4069862A (en) | Continuous casting mold with horizontal inlet | |
| JPH07314096A (en) | Spray cooling type mold in continuous caster |