RU2419508C2

RU2419508C2 - Mixer

Info

Publication number: RU2419508C2
Application number: RU2008141879/02A
Authority: RU
Inventors: Стен КОЛЛБЕРГ (SE); Стен КОЛЛБЕРГ; Ян-Эрик ЭРИКССОН (SE); Ян-Эрик ЭРИКССОН
Original assignee: ЭйБиБи ЭйБи
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2011-05-27
Also published as: RU2008141879A; WO2007123485A1; CN101410204B; US20120199308A1; EP2010346A4; JP2009535216A; US20090255642A1; KR20090016445A; CN101410204A; EP2010346A1

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to continuous or semicontinuous casting. Proposed mixer comprises crystalliser 1, sprue tube 3 through which fused metal is fed into said crystalliser under metal meniscus 7, and, at least, one mixing device 4 with steel magnetic core with coil wound thereon. Magnetic core is located in the area of meniscus 7 at the distance varying from 50 mm above meniscus surface to 195 mm below said surface. Magnetic core length varies from 50% to 80% of crystalliser wider side length. Magnetic core is 240-280 mm high. Mixing devices 4 are arranged in asymmetry about crystalliser axial line wider sides.

EFFECT: melt flow stable speed and symmetric motion in meniscus region, resulting in lower turbulence, hence uniform growth of rim and nonmetallic inclusions in finished ingot.

5 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к устройству для непрерывного или полунепрерывного литья металлов, содержащему перемешивающее устройство, соответствующее преамбуле п.1 формулы изобретения.The present invention relates to a device for continuous or semi-continuous casting of metals containing a mixing device in accordance with the preamble of claim 1 of the claims.

Уровень техникиState of the art

При непрерывном или полунепрерывном литье расплавленный металл подается в кристаллизатор (литейную форму), в котором он охлаждается и формуется в виде удлиненного слитка. В зависимости от размеров поперечного сечения такой слиток называют чушкой, блюмом или слябом. В процессе литья первичный поток горячего расплавленного металла подают в охлаждаемый кристаллизатор, в котором металл охлаждается и, по меньшей мере, частично затвердевает в виде удлиненного слитка. Затем охлажденный и частично отвержденный слиток непрерывно выходит из кристаллизатора. В том месте, где слиток выходит из кристаллизатора, у него имеется отвержденная оболочка, которая окружает некристаллизовавшуюся сердцевину и которая, по меньшей мере, механически может поддерживать самое себя. Охлаждаемый кристаллизатор открыт с двух противоположных сторон в направлении литья, при этом, желательно, чтобы он был соединен с поддерживающими устройствами, а также устройствами для подачи хладагента и средствами поддержки. Желательно, чтобы кристаллизатор был выполнен из медного сплава с хорошей теплопроводностью.During continuous or semi-continuous casting, molten metal is fed into the mold (mold), in which it is cooled and molded in the form of an elongated ingot. Depending on the size of the cross-section, such an ingot is called ingot, bloom or slab. During the casting process, the primary stream of hot molten metal is fed into a cooled mold, in which the metal is cooled and at least partially hardens in the form of an elongated ingot. Then, the cooled and partially cured ingot continuously exits the mold. At the point where the ingot exits the mold, it has a cured shell that surrounds the uncrystallized core and which, at least mechanically, can support itself. The cooled mold is open from two opposite sides in the casting direction, while it is desirable that it is connected to supporting devices, as well as devices for supplying refrigerant and support means. It is desirable that the mold was made of a copper alloy with good thermal conductivity.

Из литниковой чаши, которую также называют разливочным устройством, расплавленный металл подается в кристаллизатор через литниковую трубку, которая выступает внутрь кристаллизатора. Желательно, чтобы литниковая трубка выступала внутрь кристаллизатора настолько, чтобы она вдавалась в расплавленный металл, который уже присутствует в кристаллизаторе. Когда расплав из трубки втекает в расплав, который уже находится в кристаллизаторе, он вызывает так называемое первичное течение и так называемое вторичное течение. Первичное течение следует вниз, в направлении литья, в то время как вторичное течение идет от области стенок кристаллизатора вверх, в направлении поверхности расплава, которая называется мениском, и вниз (для различных ванн жидкого металла - сначала течение происходит в сторону мениска, а затем вниз). Мениск покрыт слоем, состоящим из литейного порошка, предназначенного для защиты от окружающей атмосферы и уменьшения тепловых потерь.From the sprue bowl, which is also called the casting device, molten metal is fed into the mold through the sprue tube, which protrudes into the mold. It is desirable that the sprue tube protrudes into the mold so that it extends into the molten metal that is already present in the mold. When the melt from the tube flows into the melt, which is already in the mold, it causes the so-called primary flow and the so-called secondary flow. The primary flow follows downward, in the casting direction, while the secondary flow goes upward from the mold wall area, towards the melt surface, which is called the meniscus, and downward (for various baths of liquid metal, the flow first goes towards the meniscus, and then down ) The meniscus is coated with a layer consisting of foundry powder designed to protect from the surrounding atmosphere and reduce heat loss.

В других частях расплава, который присутствует в кристаллизаторе, в процессе литья имеют место периодические флуктуации скорости. Так возникают верхний и нижний контуры течений, в которых расплавленный металл движется сам по себе известным образом. В силу резонансных явлений, которые связаны с периодическими колебаниями таких контуров, глубоко вниз, в направлении литья будет происходить перенос больших пузырей, например пузырей аргона, включений оксидов из литниковой трубки, а также разного рода шлаков с поверхности расплава, то есть глубоко вниз, в слиток, который изначально образуется в кристаллизаторе. Это приводит к появлению включений и неоднородностей в готовом, кристаллизовавшемся слитке.In other parts of the melt that is present in the mold, periodic fluctuations in speed occur during casting. Thus, the upper and lower contours of flows arise in which the molten metal moves by itself in a known manner. Due to the resonance phenomena that are associated with periodic oscillations of such circuits, large bubbles, for example, argon bubbles, oxide inclusions from the gating tube, as well as various kinds of slag from the melt surface, i.e., deep down, will be transported deep down in the casting direction. an ingot that is initially formed in the mold. This leads to the appearance of inclusions and inhomogeneities in the finished, crystallized ingot.

Если потоку горячего металла позволить входить в кристаллизатор неконтролируемым образом, то указанный поток будет глубоко проникать в слиток, что, видимо, будет негативно сказываться на качестве и производительности. Неконтролируемое течение горячего металла в слитке может приводить к инкапсуляции неметаллических частиц и/или газовых включений в отвержденном слитке или вызывать дефекты литья во внутренней структуре слитка. Глубокое проникновение потока горячего металла может также приводить к частичному повторному расплавлению кристаллизовавшейся структуры поверхности, так что расплав пробивает поверхностный слой внизу кристаллизатора, что приводит к серьезным нарушениям технологического процесса и длительным простоям для выполнения ремонта.If the flow of hot metal is allowed to enter the mold in an uncontrolled manner, then this stream will penetrate deeply into the ingot, which, apparently, will adversely affect the quality and performance. Uncontrolled flow of hot metal in an ingot can lead to encapsulation of non-metallic particles and / or gas inclusions in the cured ingot or cause casting defects in the inner structure of the ingot. The deep penetration of the hot metal stream can also lead to partial re-melting of the crystallized surface structure, so that the melt breaks through the surface layer at the bottom of the mold, which leads to serious process disruptions and long downtimes for repairs.

Вариации скорости, вызванные колебаниями течения в кристаллизаторе, приводят к вариациям давления в области мениска, а также к колебаниям высоты мениска. Когда скорость течения, а следовательно, турбулентность в зоне мениска становятся чересчур большими, это приводит к затягиванию вниз шлаков из литейного порошка и их дальнейшему опусканию в кристаллизовавшийся слиток, что увеличивает опасность образования трещин из-за неравномерного роста корки.Variations in velocity caused by fluctuations in the flow in the mold lead to variations in pressure in the meniscus region, as well as fluctuations in the height of the meniscus. When the flow velocity, and consequently the turbulence in the meniscus zone becomes too large, this leads to the slag from the casting powder being pulled down and their further lowering into the crystallized ingot, which increases the risk of cracking due to uneven crust growth.

С другой стороны, когда скорость в зоне мениска становится чересчур низкой, есть опасность возникновения разницы температур, что может привести к локальной кристаллизации мениска с последующим риском образования трещин и задерживания частиц шлака под коркой, которая кристаллизуется на мениске. Поэтому важно, особенно при низких скоростях литья, поддерживать такое движение металла в области мениска, которое является оптимальным в отношении скоростей, чтобы подавать тепло для плавления литейного порошка, и в то же самое время постараться получить низкий уровень турбулентности. В области вокруг литниковой трубки имеется существенная опасность локального неблагоприятного течения или прекращения движения расплава, что приводит к образованию трещин в слитке. Кроме того, пульсирующее течение создает асимметрию скоростей в сторону дна кристаллизатора. В определенных ситуациях скорость на одной узкой стороне кристаллизатора может стать значительно больше скорости на противоположной узкой стороне, что приводит к мощному переносу вниз включений и газовых пузырей с последующим ухудшением качества предмета литья.On the other hand, when the velocity in the meniscus zone becomes too low, there is a risk of a temperature difference, which can lead to local crystallization of the meniscus with a subsequent risk of cracking and trapping of slag particles under the crust, which crystallizes on the meniscus. Therefore, it is important, especially at low casting speeds, to maintain such a movement of the metal in the meniscus region that is optimal in terms of speeds in order to supply heat for melting the casting powder, and at the same time try to obtain a low level of turbulence. In the area around the sprue tube there is a significant danger of local adverse flow or stopping the movement of the melt, which leads to the formation of cracks in the ingot. In addition, the pulsating flow creates an asymmetry of velocities towards the bottom of the mold. In certain situations, the speed on one narrow side of the mold can become significantly higher than the speed on the opposite narrow side, which leads to a powerful downward movement of inclusions and gas bubbles with subsequent deterioration in the quality of the casting.

Из патентной публикации JP-57017355 Японии известны конструкции электромагнитных перемешивающих устройств, в которых указанное перемешивающее устройство в вертикальном направлении располагается так, чтобы расстояние от его верхнего края до мениска на длинной стороне кристаллизатора равнялось 200 мм или было больше 200 мм с целью предотвращения затягивания литейного порошка с мениска расплава вниз, в слиток. Размер перемешивающего устройства по широкой стороне кристаллизатора составляет 0,4-0,7 размера широкой стороны кристаллизатора, т.е. (0,4-0,7)^*b. Однако данное решение направлено только на создание перемешивания на определенной глубине расплава и не решает полностью вышеупомянутые проблемы, связанные с вариациями скорости.From Japanese Patent Publication JP-57017355, electromagnetic stirrer designs are known in which said stirrer is vertically positioned so that the distance from its upper edge to the meniscus on the long side of the mold is 200 mm or greater than 200 mm in order to prevent casting powder from being pulled in with the meniscus melt down into an ingot. The size of the mixing device on the wide side of the mold is 0.4-0.7 the size of the wide side of the mold, i.e. (0.4-0.7) ^* b. However, this solution is aimed only at creating mixing at a certain depth of the melt and does not completely solve the above problems associated with speed variations.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание устройства для непрерывного или полунепрерывного литья металлов, в особенности литья слябов, которое способствует снижению влияния вышеупомянутых недостатков или устраняет их. В частности, задачей устройства является обеспечение равномерного течения в зоне мениска при различных скоростях поступления расплава.Thus, the present invention is to provide a device for continuous or semi-continuous casting of metals, in particular casting slabs, which helps to reduce the impact of the above disadvantages or eliminates them. In particular, the objective of the device is to ensure uniform flow in the meniscus at various melt flow rates.

Решение поставленной задачи достигается посредством перемешивающего устройства, представленного во вводной части описания, и отличающегося тем, что магнитопровод указанного устройства расположен таким образом, что его верхняя часть находится от мениска на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска до 195 мм ниже указанной поверхности.The solution to this problem is achieved by means of a mixing device, presented in the introductory part of the description, and characterized in that the magnetic circuit of the specified device is located so that its upper part is located from the meniscus at a distance in the range from 50 mm above the meniscus surface to 195 mm below the specified surface.

За счет указанного устройства течение металла в области мениска отводится от узких сторон кристаллизатора внутрь, в направлении литниковой трубки, и в области мениска достигается однородность по всей ширине расплава, а также однородность формы течения, чем обеспечивается очень низкий уровень турбулентности, когда течение равномерно по всей ширине кристаллизатора. Когда перемешивающее устройство располагается так, как описано выше, то равномерно по всей ширине кристаллизатора получается достаточно сильное, встречно направленное течение в области мениска, и в то же самое время ограничивается турбулентность. Указанное расположение перемешивающего устройства также способствует получению хорошего вращения расплава вокруг литниковой трубки, а сама установка перемешивающего устройства гораздо проще по сравнению с существующими техническими решениями. За счет расположения перемешивающего устройства вышеописанным образом осуществляется оптимальное использование вторичного течения, и одновременно при помощи перемешивающего устройства это течение видоизменяется так, чтобы получить хорошее симметричное течение расплава в кристаллизаторе, включая хорошее горизонтальное течение расплава вокруг литниковой трубки, что способствует равномерному росту корки и одновременному сокращению объема включений в готовом слитке. Под «оптимальным использованием» понимается, что скорость движения расплава в области мениска (вторичного течения) поддерживается на постоянном уровне и не меняется во времени, и одновременно с этим скорость подачи металла (первичного течения), которая направлена от литниковой трубки вниз, должна поддерживаться на минимально возможном уровне, чтобы уменьшить риск попадания включений, сопровождающих расплав, глубоко вниз, в кристаллизовавшийся слиток. Размер магнитопроводов перемешивающего устройства в вертикальном направлении обычно составляет 240-280 мм.Due to this device, the metal flow in the meniscus is diverted from the narrow sides of the mold inward, in the direction of the gating tube, and uniformity over the entire melt width and uniformity of the flow shape are achieved in the meniscus, which ensures a very low level of turbulence when the flow is uniform throughout the width of the mold. When the mixing device is arranged as described above, then a sufficiently strong, counter-directed flow in the meniscus region is obtained uniformly over the entire width of the mold, and at the same time turbulence is limited. The specified location of the mixing device also contributes to obtaining a good rotation of the melt around the sprue tube, and the installation of the mixing device itself is much simpler in comparison with existing technical solutions. Due to the arrangement of the mixing device in the manner described above, the optimal use of the secondary flow is made, and at the same time using the mixing device, this flow is modified so as to obtain a good symmetrical melt flow in the mold, including a good horizontal melt flow around the gate, which contributes to uniform growth of the crust and simultaneous reduction volume of inclusions in the finished ingot. By “optimal use” it is understood that the melt velocity in the meniscus (secondary flow) region is maintained at a constant level and does not change in time, and at the same time, the metal (primary flow) feed rate, which is directed downstream from the sprue tube, must be maintained at the lowest possible level to reduce the risk of the inclusion of inclusions accompanying the melt, deep down, in the crystallized ingot. The size of the magnetic circuits of the mixing device in the vertical direction is usually 240-280 mm.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения магнитопровод расположен так, чтобы его верхняя часть находилась от мениска на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска до 150 мм ниже указанной поверхности.In accordance with another embodiment of the invention, the magnetic core is located so that its upper part is from the meniscus at a distance in the range from 50 mm above the surface of the meniscus to 150 mm below the surface.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения магнитопровод расположен так, чтобы его верхняя часть находилась от мениска на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска до 100 мм ниже указанной поверхности.In accordance with another embodiment of the invention, the magnetic core is located so that its upper part is from the meniscus at a distance in the range from 50 mm above the surface of the meniscus to 100 mm below the surface.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения два перемешивающих устройства расположены симметрично относительно осевой линии широких сторон кристаллизатора и по обеим сторонам указанных широких сторон. Поскольку достаточно, чтобы магнитопроводы перемешивающего устройства захватывали только часть ширины слитка, такое решение устройства является экономически эффективным, так как при этом реализуется хорошее течение расплава вокруг литниковой трубки, а также равномерный профиль скоростей по всей толщине в направлении ширины слитка.According to a preferred embodiment of the invention, the two mixing devices are arranged symmetrically with respect to the center line of the wide sides of the mold and on both sides of said wide sides. Since it is sufficient that the magnetic circuits of the mixing device capture only part of the width of the ingot, such a solution of the device is cost-effective, since this provides a good melt flow around the sprue tube, as well as a uniform velocity profile across the entire thickness in the direction of the width of the ingot.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения два перемешивающих устройства расположены асимметрично по соответствующим сторонам длинных сторон кристаллизатора. Данный вариант осуществления имеет такие преимущества, как уменьшенный вес, уменьшенное потребление энергии и уменьшенное влияние магнитных полей на окружающее оборудование. Кроме того, шаг полюсов в данном случае большой, что дает максимально эффективную конструкцию перемешивающего устройства.In accordance with another embodiment of the invention, two mixing devices are located asymmetrically on the respective sides of the long sides of the mold. This embodiment has advantages such as reduced weight, reduced energy consumption and reduced influence of magnetic fields on the surrounding equipment. In addition, the pole pitch in this case is large, which gives the most efficient design of the mixing device.

Дополнительные преимущества и полезные свойства изобретения будут понятны из последующего описания и зависимых пунктов формулы.Additional advantages and useful properties of the invention will be apparent from the following description and dependent claims.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Варианты настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где:Embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, where:

фиг.1 представляет собой эскиз, поясняющий устройство, соответствующее настоящему изобретению;figure 1 is a sketch illustrating a device corresponding to the present invention;

фиг.2 представляет собой вид сверху одного из вариантов осуществления устройства, соответствующего настоящему изобретению;figure 2 is a top view of one of the embodiments of the device corresponding to the present invention;

фиг.3 представляет собой объемное изображение устройства для непрерывного литья, соответствующего настоящему изобретению.figure 3 is a three-dimensional image of a device for continuous casting, corresponding to the present invention.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фиг.1 приведен эскиз, поясняющий соответствующее изобретению устройство, которое содержит кристаллизатор 1, заключающий в себе расплав 2, который подается в кристаллизатор 1 посредством опущенной в расплав литниковой трубки 3. Расплав 2 охлаждается, и образуется кристаллизовавшийся слиток. Слиток непрерывно выходит из кристаллизатора 1. Согласно изобретению предусматривается, по меньшей мере, одно перемешивающее устройство 4, которое содержит стальной магнитопровод и катушку, намотанную вокруг магнитопровода, при этом магнитопроводы установлены так, что не захватывают всю длину широких сторон кристаллизатора, а захватывают, по меньшей мере, 50% длины широких сторон и, самое большее, 80% длины широких сторон кристаллизатора, симметрично относительно осевой линии 5 кристаллизатора, с обеих сторон кристаллизатора по его широкой стороне. Магнитопроводы установлены так, что их верхние части располагаются от мениска на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска 7 до 195 мм ниже указанной поверхности, чтобы создать вращательное перемешивание расплава под мениском 7 посредством периодического низкочастотного движущегося поля. За счет расположения перемешивающих устройств 4 описанным выше образом реализуется хорошее вращательное перемешивание расплава в кристаллизаторе, включая и хорошее перемешивание расплава вокруг литниковой трубки 3. Кроме того, тот факт, что перемешивающие устройства 4 не захватывают всю ширину кристаллизатора, означает, что отсутствует неблагоприятное влияние на нормальную картину течения, когда производится подача расплава в кристаллизатор через литниковую трубку 3.Fig. 1 is a sketch illustrating a device according to the invention, which comprises a crystallizer 1, comprising a melt 2, which is supplied to the crystallizer 1 by means of a runner tube 3. The melt 2 is cooled and a crystallized ingot is formed. The ingot continuously exits the mold 1. According to the invention, at least one mixing device 4 is provided, which comprises a steel magnetic circuit and a coil wound around the magnetic circuit, the magnetic circuits being installed so that they do not capture the entire length of the wide sides of the mold, but capture at least 50% of the length of the wide sides and, at most, 80% of the length of the wide sides of the mold, symmetrically with respect to the center line 5 of the mold, on both sides of the mold on its wide side. The magnetic cores are installed so that their upper parts are located from the meniscus at a distance in the range of 50 mm above the surface of the meniscus 7 to 195 mm below this surface to create rotational mixing of the melt under the meniscus 7 by means of a periodic low-frequency moving field. Due to the arrangement of the mixing devices 4 in the manner described above, good rotational mixing of the melt in the mold is realized, including good mixing of the melt around the sprue tube 3. In addition, the fact that the mixing devices 4 do not capture the entire width of the mold means that there is no adverse effect on normal flow pattern when melt is supplied to the mold through the sprue tube 3.

На фиг.2 показан другой вариант осуществления изобретения, в котором перемешивающие устройства 8 расположены асимметрично на соответствующих сторонах кристаллизатора 9, по его широким сторонам 10, и установлены так, что верхние части магнитопроводов располагаются от мениска на расстоянии в интервале от 50 мм выше поверхности мениска до 195 мм ниже указанной поверхности.Figure 2 shows another embodiment of the invention, in which the mixing devices 8 are located asymmetrically on the respective sides of the mold 9, on its wide sides 10, and are installed so that the upper parts of the magnetic circuits are located from the meniscus at a distance in the range of 50 mm above the surface of the meniscus up to 195 mm below the specified surface.

Настоящее изобретение не ограничивается приведенными вариантами осуществления, напротив, в форму и детали осуществления изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема изобретения.The present invention is not limited to the above embodiments; on the contrary, changes may be made to the form and details of the invention without departing from the scope of the idea and scope of the invention.

Claims

1. A device for continuous or semi-continuous casting of metal containing a mold (1) having two wide sides and two narrow sides, with a ratio of the length of the wide sides to the length of the narrow sides 2: 1, through which the molten metal (2) passes in the casting process, and a sprue tube (3) through which the molten metal is fed into the melt (2) already present in the mold (1), at least one mixing device at a distance from the meniscus (7) from the meniscus (7) of said melt (4) which provides for steel nth magnetic circuit with a coil wound around it, the magnetic circuit extending along the wide side of the mold (1), and the magnetic circuit length is from 50% to a maximum of 80% of the length of the wide side of the crystallizer (1), while the magnetic circuit is configured to be applied to the melt ( 2) a magnetic field for mixing the melt, characterized in that the magnetic circuit is located so that its upper part is located from the meniscus (7) at a distance in the range from 50 mm above the surface of the meniscus (7) to 195 mm below the specified ited.

2. The device according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit is located so that its upper part is located from the meniscus (7) at a distance in the range from 50 mm above the surface of the meniscus (7) to 150 mm below the surface.

3. The device according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit is located so that its upper part is located from the meniscus (7) at a distance in the range from 50 mm above the surface of the meniscus (7) to 100 mm below the surface.

4. The device according to one of claims 1 to 3, characterized in that there are two mixing devices (4), which are located symmetrically with respect to the axial line (5) of the wide sides of the mold (1) and on both sides of these wide sides.

5. The device according to one of claims 1 to 3, characterized in that there are two mixing devices (8), which are located asymmetrically on the corresponding sides of the wide sides of the mold (1).