CS209837B2 - Method of continuous casting of metals or alloys particularly the aluminium alloys - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu kontinuálního, lití kovů nebo slitin, zejména slitin hliníku, do kokil.

Podle běžné praxe se kontinuální lití hliníkových ingotů s přímým chlazením provádí ve svislé mělké otevřené kokile, která na počátku odlévání je na spodním konci uzavřena deskou nebo- pístem servoválce pohyblivými směrem ' dolů. Kokila je obklopena pláštěm, jímž neustále cirkuluje chladicí voda, která chladí stěnu kokily. Roztavený hliník litý do chlazené kokily tuhne u obvodu kokily, kdežto v její střední částí zůstává v roztaveném stavu. Uzavírací deska nebo- píst servoválce se přitom pohybuje směrem dolů konstantní rychlostí, až dosáhne žádané délky ingotu.

Ingot vystupující ze spodního konce kokily . má - ztuhlou obvodo vou kůru, avšak uprostřed zůstává jádro- roztaveného hliníku, které sahá až do jisté vzdálenosti pod spodní konec kokily a jehož průměr se postupně zmenšuje.

Povrch ingotu vystupujícího z kokily se pod kokilou přímo chladí chladicí vodou.

Tímto- přímým chlazením se udržuje -obvodová část ingotu ve ztuhlém stavu -a urychluje se tuhnutí střední roztavené části - ingotu.

Při -obvyklém lití do- kokily se ze spodní2 ho konce chladicího pláště kokily stříká nepřetržitý proud vody na povrch vystupujícího ingotu bezprostředně pod kokilou tak, že voda dopadá značnou silou a pod velkým úhlem na povrch ingotu a pak po něm stéká. To znamená, že nejintenzívnější chlazení probíhá bezprostředně pod spodním výstupním koncem - kokily a tedy - nad rovinou, kde jádro ingotu zcela tuhne.

V této oblasti je součinitel přestupu tepla z ingotu do- chladicí kapaliny zpravidla asi 20,933 kW . пт ²' . °C, tedy daleko vyšší než je průměrná hodnota součinitele přestupu tepla z ingotu do kokily, která býváasi 2,093 kW . m _² . °C, a vyšší než je součinitel přestupu tepla z ingotu do- chladivá kdekoliv hlouběji pod kokilou. Tloušťka ztuhlé obvodové kůry ingotu bezprostředně pod kokilou bývá menší než jedna čtvrtina maximálního vodorovného rozměru ingotu.

Vážným problémem vznikajícím zejména, avšak ne výhradně při lití válcových ingotů, je jejich náchylnost ke vzniku velkých podélných středových - trhlin v důsledku tuhnutí a chlazení ingotu. Aby se zabránilo vzniku trhlin za horka, nemá být podle dosavadních zkušeností hloubka roztaveného jádra ingotu - pod spodním koncem kokily větší než nejmenší příčný rozměr ingotu a běžně bývá menší, dvě třetiny příčného rozměru ingotu.

Při daných podmínkách chlazení, rozměrech ingotu a . při daném složení hliníkové slitiny je hloubka roztaveného· jádra ingotu určována rychlostí odlévání. Protože běžná zařízení pro lití ' ingotů .do· kokil s přímým chlazením nejsou vytvořena tak, aby se mohla účinně řídit intenzita chlazení, reguluje se hloubka roztaveného jádra ingotu snižováním rychlosti lití. K zabránění vzniku trhlin za horka snižuje se zpravidla rychlost lití na 2,5 až 17,5 cm/min v · závislosti na · složení slitiny a na velikosti a tvaru ingotu.

Při dřívějších opatřeních proti vzniku trhlin za horka se předpokládalo, že vzniku trhlin za horka i za studená lze zabránit stejným způsobem. Avšak opatření ke znemožnění vzniku trhlin · za studená se neosvědčila proti vzniku trhlin za horka. Bylo· například navrženo snížit intenzitu chlazení v části nebo· v celé chladicí · oblasti s trhliny za horka jsou způsobeny zbytkovým napětím v tahu v odlévaném ingotu. Počítalo· se s tím, že taková napětí se zmenší na· minimum, bude-li se udržovat’ teplota povrchu ingotu na vyšší hodnotě než dosavadní normální teplota, aby se zmenšil teplotní rozdíl mezi roztaveným jádrem a povrchem ingotu v oblasti tuhnutí jádra. K tomu účelu bylo- navrhovám- stříkat na plochu ingotu rozmlženou chladicí vodu nebo pulsační proud vody místo· dosavadního· kontinuálního vodního· proudu. Alternativně bylo· navrženo odvádět chladicí vodu s povrchu ingotu stíráním vrstvy vody. Ukázalo· se však, že tato opatření nevedou ke zvýšení rychlosti odlévání ingotů bez vzniku trhlin ve středu ingotu. V některých případech naopak snižování intenzity chlazení nebo stírání chladicí vody ještě podpořila vznik trhlin v horké části ingotu. Rovněž bylo· navrženo rozdělí oblast přímého chlazení podkokilou na dvě oblasti s různým stupněm chlazení, avšak tento teoretický návrh nebyl v praxi uskutečněn.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob · kontinuálního lití kovů nebo slitin, zejména · slitin hliníku podle vynálezu, s dvoustupňovým přímým chlazením povrchu ingotu po· výstupu · z otevřené kokily, při němž ingot prochází nejprve Oblastí mírného chlazení a pak oblastí silného chlazení; podstata · vynálezu spočívá v tom, že chladivo se silným chladicím účinkem se přivádí na povrch ingotu v rovině vzdálené nejvýše o· čtvrtinu nejmenšího příčného rozměru ingotu od dna roztaveného jádra kovu uvnitř ingotu. Účelně se v oblasti silného· chlazení přivádí chladivo k ingotu v rovině ležící nejvýše o· šestinu nejmenšího příčného rozměru ingotu nad dnem roztaveného jádra kovu.

Podle vynálezu je tedy ingot nejintenzívněji chlazen v oblasti tuhnutí roztaveného jádra, na rozdíl · od dosud běžné praxe, kde nejintenzívnější chlazení nastává· v oblasti těsně pod výstupním koncem· kokily.

Ingot v kokile se chladí do té míry, aby ingot na výstupu z kokily měl tenkou obvodovou ztuhlou kůru o· tloušťce dostačující k odolnosti kůry proti třecím silám, vznikajícím mezi kokllou a vysouvaným Ingotem. Průměrný součinitel přestupu tepla · z ingotu do chladivá v oblasti mírného · chlazení má podle vynálezu s výhodou hodnotu 4,1868 až 8,3.736 zn . m^-2 . °C. Součinitel přestupu tepla z ingotu do chladivá v oblasti silného chlazení se naproti tomu udržuje na hodnotě 20,933 kW . m~2 . °C. S výhodou se poměr součinitelů přestupu tepla v oblasti · silného a mírného chlazení udržuje nejméně na hodnotě 1,5.

Způsobu podle vynálezu lze použít v širokém měřítku ke kontinuálnímu lití · celé řady kovů, avšak zvlášť dobře · se hodí ke kontinuálnímu odlévání hliníkových ingotů, u nichž odstraňuje velmi vážné problémy způsobené vznikáním trhlin ve střední části ingotu, které až dosud bránily zvýšení rychlosti lití. Způsobem podle vynálezu lze vyrábět ingoty bez trhlin i v případech, kdy je hloubka · roztaveného jádra ingotu větší než nejmenší příčný rozměr odlévaného ingotu. Vynález tedy odstraňuje nevýhody spojené s omezenou hloubkou roztaveného· jádra vyráběného ingotu, která až dosud byla považována za nezbytnou k zabránění · vzniku trhlin ve střední části ingotu, a umožňuje použít daleko větších rychlostí · lití, než jsou dosud obvyklé.

Na rozdíl od dosavadního způsobu kontinuálního lití kovů dovoluje způsob podle vynálezu větší operační pružnost z· hlediska odlévacích rychlostí. Má-li se zvýšit nebo snížit rychlost lití, pak postačí přemístit oblast silného chlazení buď od konce kokily, nebo blíže k ní v závislosti na změně hloubky roztaveného jádra ingotu.

Předpokládá se, že vznik · trhlin za· horka ve středu ingotů při jejich přímém chlazení je způsoben nadměrnými tahovými napětími vznikajícími v ingotu v oblasti, ve· které · nastává úplné · ztuhnutí roztaveného jádra. Tahové napětí kovu je nejmenší v rozmezí· několika stupňů kolem meze solidu taveniny, a proto jádro ingotu ihned po ztuhnutí je obzvláště citlivé na tahová napětí. Zdá se, že tahová napětí způsobující trhliny mohou vznikat v oblasti tuhnutí na· dně roztaveného jádra nadměrným rozdílem rychlosti chlazení a tím i rychlosti · smršťování kovu jádra a kovu na obvodu této oblasti.· Kov jádra ingotu v oblasti ztuhnutí se velmi rychle ochlazuje a smršťuje. Probíhá-li· chlazení a smršťování obvodové části · ingotu v téže oblasti příliš pomalu oproti· rychlosti chlazení a smršťování jádra ingotu, vzniknou ve středu ingotu trhliny.

Při obvyklém lití kovů s přímým chlazením ingotu, kde · nejrychlejší chlazení probíhá bezprostředně pod výstupním koncem kokily, klesá teplota obvodové části ingotu velmi rychle při jeho· vystupování z kokily, načež ingot je chlazen s postupně se zmenšující rychlostí. V rovině ztuhnutí roztaveného jádra může být rychlost chlazení obvodové části ingotu velmi malá oproti rychlosti ochlazení jádra ingotu, zejména zvyšuje-li se rychlost lití, poněvadž zvyšováním rychlosti lití se posouvá rovina tuhnutí jádra ingotu postupně dále od roviny nejintenzívnějšího chlazení. Teorie ukazuje a praxe potvrzuje, že při běžném lití kovů s přímým chlazením ingotu se zvyšováním rychlosti lití zvětšuje náchylnost ke vzniku trhlin uprostřed ingotu. Snížením intenzity chlazení a stíráním chladivá na povrchu ingotu se rozdíl rychlostí chlazení jádra a obvodové části ingotu v rovině tuhnutí jádra nejen nezmenšuje, nýbrž se může i zvětšit.

Naproti tomu podle vynálezu se rychlost chlazení obvodové části ingotu více blíží rychlosti chlazení jádra v oblasti úplného ztuhnutí jádra ingotu, než tomu je u dosavadních způsobů při jakýchkoli daných podmínkách lití a jakékoli dané rychlosti lití. V důsledku poměrně nízké intenzity chlazení v první chladicí oblasti s přímým chlazením je oproti dosavadním způsobům teplota obvodové části ingotu poměrně vysoká, když se ingot blíží rovině úplného ztuhnutí jádra. Vysoká teplota obvodové části ingotu dovoluje v kritické rovině vysokou rychlost chlazení obvodu ingotu, poněvadž rychlost chlazení závisí na rozdílu teplot mezi obvodem ingotu a přiváděným chladivém. Této vysoké rychlosti chlazení se dosáhne intenzívním chlazením v druhé chladicí oblasti.

Vynález je blíže objasněn v souvislosti s výkresy, kde obr. 1 je schematický osový řez zařízením pro kontinuální odlévání ingotů, obr. 2 částečný osový řez oblastí mírného chlazení ingotu, obr. 3 částečný osový řez obměněným provedením oblasti mírného chlazení ingotu, obr. 4 je časový diagram teplot v různých místech hliníkového ingotu odlitého způsobem podle vynálezu a obr. 5 analogický diagram teplot jako na obr. 4 ve stejných místech hliníkového ingotu odlévaného obvyklým způsobem.

Na obr. 1 je znázorněno jedno uspořádání zařízení pro kontinuální odlévání hliníkových ingotů způsobem podle vynálezu. Zařízení je tvořeno prstencovou kokilou 10, do které je vléván roztavený hliník pro tvorbu ingotu 12. Kokila 10 má svislou vnitřní stěnu 14 vymezující oblast lití a určující tvar vystupujícího ingotu 12. V popisovaném příkladě je vnitřní stěna 14 válcová a odlévaný ingot 12 má kruhový průřez. Vnitřní stěnu 14 kokily obklopuje chladicí plášť 15, do něhož je přiváděna chladicí voda potrubím 15b opatřeným regulačním ventilem 15c. Uvnitř chladicího pláště 15 je uspořádána prstencová vodicí stěna 17 usměrňující tok přiváděné chladicí vody v chladicím plášti 15 na vnitřní stěnu 14 kokily, aby nastávalo účinné chlazení.

Na počátku lití je spodní konec kokily 10 uzavřen licí deskou 18 nesenou pístem 20 hydraulického servoválce, který se s postupujícím odléváním ingotu spouští směrem dolů.

Zařízení je uspořádáno tak, že se bezprostředně pod odlévací oblastí sprchuje chladicí vodou přímo povrch odlévaného ingotu. К tomu účelu je ve dnu chladicího pláště 15 upravena prstencová štěrbina 22 pro usměrňování vystupující chladicí vody rovnoměrně po celém obvodu vystupujícího ingotu.

Roztavený hliník je kontinuálně vléván do kokily trubkou 24 s koncem ponořeným do lázně vlévaného kovu tak, aby se hladina tekutého kovu udržovala v odlévací oblasti kokily stále konstantní při postupném výstupu tuhnoucího ingotu z kokily na spouštěném pístu 20 hydraulického servoválce.

Při kontinuálním odlévání ingotu tuhne roztavený kov na obvodu vnitřní stěny 14 kokily 10 v důsledku přestupu tepla do chlazené vnitřní stěny 14 kokily, takže ingot vystupující ze spodního konce kokily 10 má již ztuhlou samonosnou obvodovou kůru 25, třebaže jeho vnitřní část je stále ještě tekutá a tvoří roztavené jádro 26 s postupně se zmenšujícím průřezem. Působením chladicí sprchy vystřikované prstencovou štěrbinou 22 tuhne ingot vystupující z kokily 10 postupně směrem ke středu, až v rovině proložené spodním koncem roztaveného jádra 26 zcela ztuhne.

Tohoto uspořádání se běžně používá při kontinuálním odlévání hliníkových ingotů s přímým chlazením. Podle vynálezu je tento způscb odlévání zdokonalen tím, že se pod kokilou vytvoří speciální podmínky propřímé chlazení vystupujícího ingotu, a to dvě chladicí oblasti, jimiž postupně prochází sestupující ingot 12,

První oblast 28 mírného chlazení ingotu způsobem podle vynálezu probíhá od výstupního konce kokily 10 do určité předepsané vzdálenosti (obr. 1]. V první oblasti 28 mírného chlazení je chladicí voda usměrňována na povrch ingotu 12 pod takovým úhlem a v takovém množství, aby průměrný součinitel přestupu tepla z ingotu 12 do· chladivá umožňoval udržovat ztuhlou obvodovou kůru 25 ingotu 12 a současně roztavené jádro 26 ingotu během průchodu celou první oblastí 28 mírného chlazení.

V druhé oblasti 30 silného chlazení, umístěné pod první oblastí 28, je chladicí voda vstřikována na povrch ingotu tak, aby součinitel přestupu tepla z povrchu ingotu do stékajícího chladivá byl podstatně vyšší než v první oblasti 28 mírného chlazení.

V zařízení podle obr. 1 se přivádí kapalné chladivo v první oblasti 28 mírného chlazení jako proud chladicí vody stříkající na povrch ingotu 12 štěrbinou nebo prstenco209837 výrni. štěrbinami 22 ve dnu chladicího pláště 15.

U obvyklé kokily pro svislé odlévání ingotu s přímým chlazením se chladicí voda stříká šikmou prstencovou štěrbinou 22 na povrch ingotu 12 pod . úhlem 30 až 45° vzhledem ke svislici, takže i s přihlédnutím k odpařování přichází velké množství vody v kapalném skupenství v přímý styk s povrchem ingotu bezprostředně pod kokilou.

U uspořádání podle vynálezu, znázorněného na obr. 1, stříká šikmá prstencová Štěrbina 22 chladicí vodu na povrch ingotu 12 pod úhlem 5 až 15°, s výhodou · 10° vzhledem ke svislici, a současně je množství stříkané vody podstatně menší než u dosavadních běžných způsobů, Tak například množství vody vystupující z prstencové štěrbiny 22 může být přibližně poloviční, než je .množství chladicí vody stříkané na povrch ingotu při odlévání ingotu dané velikosti dosavadními způsoby. ·

Ve srovnání s běžnou · praxí chlazení ingotu snižuje . zmenšený úhel dopadu chladicí sprchy na povrch ingotu · a zmenšené množství chladicí vody přestup tepla s povrchu ingotu do chladivá bezprostředně pod . kokllou · 10, hlavně proto, že při malém · úhlu dopadu chladicí sprchy na povrch ingotu 12 vzniká na jeho povrchu vrstva páry zabraňující styku kapek chladicí sprchy s povrchem ingotu 12.- Naproti tomu při odlévání ingotů do· vodorovné kokily, kde ingot vystupuje z kokily po vodorovné dráze, malý úhel dopadu chladicí sprchy na povrch ingotu zvyšuje účinnost chlazení. Proto při aplikaci vynálezu na odlévání ingotů ve vodorovném směru se řídí chlazení · v oblasti mírného chlazení jinými prostředky, jak bude dále popsáno' v souvislosti s obr. 2 a 3.

K vytvoření druhé oblasti 39 silného chlazení je podle obr. 1 na spodním· konci první oblasti 28 s mírným chlazením umístěna prstencová chladicí skříň 32, do níž se přivádí chladicí voda potrubím 34 s regulačním ventilem 35.

Ve vnitřní stěně chladicí skříně 32 je po. celém obvodu ingotu 12 upravena prstencová štěrbina · 37 nebo řada otvorů pro usměrnění proudu chladicí vody z chladicí skříně 32 na povrch ingotu 12. Šikmá prstencová štěrbina 37 vede chladicí vodu na povrch ingotu 12 pod značně větším úhlem, . než je úhel stříkání chladicí vody na povrch ingotu 12 prstencovou štěrbinou 22 v první oblasti 28 mírného chlazení. Tak například štěrbina 37 může usměrňovat chladicí vodu na povrch ingotu pod úhlem 30 až 45°. Přitom také množství chladicí vody vystřihované štěrbinou 37 je značně větší než množství chladicí vody vystřikované prstencovou štěrbinou 22 a je například stejné jako množství stříkané na povrch ingotu u spodního konce kokily při obvyklém odlévání ingotů s přímým chlazením. V důsledku toho, že chladicí voda je stříkána na povrch ingotu z chladicí skříně 32 ve větším množství a pod větším . úhlem než prstencovou štěrbinou 22 v první oblasti 28 mírného chlazení, nastává zde podstatně větší přestup tepla s povrchu ingotu do· přiváděného chladivá.

Podmínky chlazení v oblastech, jimiž postupně prochází dolů klesající ingot, jsou podstatné pro způsob odlévání ingotů podle vynálezu. Počáteční chlazení roztaveného kovu probíhá v kokile 10 a zcela stačí ke vzniku tenké ztuhlé kůry takové tloušťky, že odolává třecím silám mezi kokllou 10 a odváděným ingotem 12. U způsobu podle vynálezu mohou být podmínky chlazení v kokile voleny tak, aby průměrný součinitel přestupu tepla z roztaveného· hliníku do kokily měl hodnotu 2,093 kW . m*². °C.

Průměrný součinitel přestupu tepla z · ingotu do· tekutého chladivá v první oblasti 28 mírného· chlazení je udržován vhodným řízením množství a/nebo způsobem přívodu chladivá na hodnotě odpovídající · až šestinásobku průměrného součinitele přestupu tepla do kokily 10 a je s výhodou rovný alespoň dvojnásobku průměrného· součinitele tepla z roztaveného kovu do· kokily. U odlévaných hliníkových ingotů má s výhodou hodnotu 4,1868 až · 8,3736 kW . m² . °C. Jak již bylo vysvětleno, volí se intenzita chlazení v první oblasti 28 mírného· chlazení tak velká, aby vytvořená obvodová kůra 25 zůstala v tuhém stavu a přitqm měla poměrně vysokou teplotu.

V druhé oblasti 30 silného chlazení ingotu je udržován součinitel přestupu tepla s povrchu ingotu do· kapalného chladivá na hodnotě alespoň rovné l,5násobku a s výhodou rovné pětinásobku průměrného součinitele přestupu tepla v první oblasti 28 mírného chlazení. Součinitel přestupu tepla s povrchu ingotu do· kapalného· chladivá v druhé o-blasti 30 silného chlazení může být s výhodou alespoň 20,934 kW . m~2. cc, tedy stejný nebo· větší než součinitel přestupu tepla z ingotu do chladivá bezprostředně pod kokilou při obvyklých· způsobech · odlévání hliníkových ingotů s přímým chlazením.

U způsobu podle vynálezu je druhá oblast 30 silného· chlazení umístěna v rovině spodního konce 27 · roztaveného jádra 26 ingotu 12, ve které jádro 26 při klesání ingotu 10 dolů již zcela ztuhlo. Chladicí voda vystřihovaná ze štěrbiny 37 naráží na povrch sestupujícího ingotu 10 v rovině ležící s výhodou nad koncem 27 roztaveného· · jádra 26 ingotu 12 ve vzdálenosti rovné asi ' jedné šestině minimálního příčného · rozměru, v daném případě průměru ingotu 12.

Chladivo v druhé oblasti 30 silného chlazení dopadá na ingot 12 v rovině· ležící · od konce 27 roztaveného jádra 26 ingotu 12 ve vzdálenosti nejvýše · rovné jedné čtvrtině příčného rozměru ingotu 12; s výhodou má tato rovina ležet nad koncem 27 roztaveného jádra 26 ingotu. Když ingot 12 pře209837 э

chází z první oblasti 28 mírného chlazení do druhé oblasti 30 silného chlazení, působí na něj v rovině nebo v blízkosti roviny, ve které roztavené jádro 26 ingotu 12 zcela žtuhne, prudce zvýšená intensita chlazení.

Pro ingot 12 daných rozměrů a daného složení závisí hloubka roztaveného kovu v roztaveném jádru 26 pod kokilou 10 na podmínkách chlazení a na rychlosti pohybu ingotu 12. V důsledku malé intensity chlazení v první oblasti 28 mírného chlazení má roztavené jádro 26 ingotu 12 odlévaného podle vynálezu při jakékoliv rychlosti lití větší hloubku než u běžných způsobů odlévání ingotů s přímým chlazením. I rychlost odlévání může být větší než dosud, přičemž se ještě zvětší hloubka roztaveného jádra 26 ingotu.

V zařízení podle obr. 1 je chladicí skříň 32 umístěna, jak již zmíněno, v oblasti roviny procházející koncem 27 roztaveného jádra 26 ingotu, kde kov již zcela ztuhne. Z předchozího rozboru vyplývá, že poloha chladicí skříně 32 je určena mimo jiných faktorů též rychlostí odlévání. S rostoucí rychlostí odlévání se umístí chladicí skříň 32 ve větší hloubce pod kokilou 10, aby se udržel žádaný vztah mezi druhou oblastí 30 silného chlazení a spodním koncem 27 roztaveného jádra 26 ingotu 12.

Způsob podle vynálezu umožňuje odlévání ingotů bez trhlin vyšší odlévací rychlosti, než to bylo až dosud možné. Této výhody se dosáhne zvýšením intensity chlazení povrchu ingotu v rovině ztuhnutí celého jádra. Silné chlazení povrchu ingotu je důsledkem velmi intensivního přívodu chladivá v druhé oblasti 39 silného chlazení a poměrně vysoké teploty povrchu ingotu 12, způsobené málo intensivním přívodem chladivá na povrch ingotu 12 v první oblasti 28 mírného chlazení. Zvýšená rychlost chlazení povrchu ingotu v rovině úplného ztuhnutí roztaveného jádra 26 ingotu 12 snižuje rozdíl rychlostí smršťování mezi jádrem a obvodem ingotu 12 v této rovině a tím i vnitřní pnutí mezi roztaveným jádrem 26 a obvodem ingotu 12, které je příčinou vzniku středových trhlin v běžných hliníkových ingotech odlévaných s přímým chlazením. Rychlost odlévání ingotů způsobem podle vynálezu není omezena dosud běžným požadavkem pro zamezení vzniku středových trhlin, aby totiž hloubka roztaveného jádra ingotu pod výstupním koncem kokily nebyla větší než nejmenší příčný rozměr ingotu.

Popsaný způsob je jen jednou výhodnou možností к dosažení poměrně málo intensivního chlazení v první chladicí oblasti při odlévání ingotů. Stejného výsledku lze dosáhnout stříkáním vody na povrch ingotu ve formě rozmlžené sprchy, obsahující kapičky vody strhované vzduchem na povrch ingotu bezprostředně pod kokilou za účelem vytvoření oblasti s mírným chlazením. Alternativně lze také stříkat na povrch ingotu 12 u spodního konce kokily 10 proud chladicí vody pulsačně, tj. přerušovaně.

Na obr. 2 je znázorněno obměněné provedení kokily upravené pro vytvoření oblasti s mírným chlazením pro provádění způsobu podle vynálezu. Zařízení obsahuje kokilu 40 s chladicím pláštěm 42. Svislá prstencová stěna 44 v chladicím plášti 42 vede chladicí vodu úzkou prstencovou štěrbinou 45 po povrchu stěny kokily 40. Spodní konec prstencové štěrbiny 45 ústí do první prstencové komory 46, ve které je umístěn prstencový kroužek 48, pod nímž je uspořádána druhá prstencová chladicí komora 50. Větší část chladicí vody, vstupující do první prstencové komory 46, proudí ven výstupními kanály 52, menší část do druhé prstencové chladicí komory 50 soustavou otvorů 54 provedených v prstencovém kroužku 48. Otvory 54 mají daleko menší průměr než výstupní kanály 52. Chladicí voda z druhé prstencové chladicí komory 50 je vystřikována ve tvaru jemných kapiček na povrch ingotu 12, klesajícího dolů z kokily prstencovou souvislou šikmou štěrbinou 56 nebo řadou otvorů. Přípojka 58 stlačeného vzduchu je upevněna přímo pod druhou prstencovou chladicí komorou 50 a je s ní spojena soustavou otvorů 80 stejných průměrů a souosých s otvory 54. Stlačený vzduch je přiváděn do přípojky 58 potrubím 61 a proudí vzhůru otvory 60. Stlačený vzduch prostupuje vodou v druhé prstencové chladicí komoře 50 a ve směsi s ní vystupuje šikmou štěrbinou 56 ve tvaru mlhy nebo rozmlžené směsi jemných kapiček vody, unášených vzduchem, na povrch ingotu 12. Část vodních kapiček se odpaří teplem ingotu 12 a vytvoří kolem něho vrstvu páry, takže ingot 12 je chlazen -pomaleji, než když na jeho povrch naráží stálý prcud chladicí vody v kapalném skupenství. Intensitu chlazení lze snadno regulovat řízením přívodu stlačeného vzduchu do přípojky 58.

V konkrétním příkladě použití zařízení z obr. 2 ke kontinuálnímu lití způsobem podle vynálezu měla kokila 40 délku 12,6 cm pro odlévání hliníkového ingotu o průměru

15,2 cm a radiální šířka prstencové štěrbiny 45 byla 3 mm. Po obvodu kokily 40 bylo rozmístěno stejnoměrně šest výstupních kanálů 52 chladicí vody a šest potrubí 61 stlačeného vzduchu. Otvory 54 a 60 o průměru 1,5 mm byly rozmístěny po obvodu kokily 40 ve vzájemné vzdálenosti 6 mm. Šikmá štěrbina 56 měla šířku 0,75 až 1,5 milimetru.

Výhoda uspořádání podle obr. 2 spočívá v tom, že podmínky chlazení lze snadno měnit v širokém rozmezí intensity chlazení i během odlévání ingotu 12 seřizováním přívodu vzduchu do přípojky 58 stlačeného vzduchu, jímž se mění poměr vzduchu к vodě.

Další alternativní uspořádání oblasti mírného chlazení ingotu způsobem podle vynálezu je znázorněno na obr. 3. Toto uspo209837 řádání je navrženo pro pulsační stříkání chladicí vody ze spodního konce kokily 64 na . povrch vystupujícího· ingotu 12. Kolem stěny kokily 64 je uspořádán chladicí plášť 66. Chladicí voda je usměrňována vodicí stěnou 68 do prstencového prostoru 70, který · obklopuje vnější plochu stěny kokily 64 a je dole ukončen zúženým výstupním otvorem 74. Voda · vystupující z výstupního otvoru 74 sleduje směrem ven zakřivený povrch 75 stěny chladicí komory 83, takže proudí směrem od. povrchu ingotu 12.

Pod výstupním otvorem 74 je ve spodním konci stěny kokily 64 uspořádáno osazení 78, přecházející v krátkou svislou plochu 80 ukončenou šikmou plochou 81 směřující ke konci stěny kokily 64. Pro odchylování proudu vody od zakřiveného povrchu 75 stěny chladicí komory 83 směrem k šikmé ploše 81 na konci stěny kokily 64 a tedy na · povrch ingotu 12 jsou v prstencové chladicí komoře 83 uspořádány vodorovné otvory 84 probíhající v rovině těsně pod osazením 78. Vodorovné otvory 84 jsou malé, např. o průměru 1,5 mm.

Voda nebo vzduch jsou přiváděny do· chladicí komory 83 potrubím 86 s regulačním ventilem 87 ovládaným elektricky a řízeným časovacím ústrojím 88 pro přerušovaný přívod chladivá. Je-li regulační ventiJ 87 otevřen, protéká chladivo· vodorovnými otvory 84 a přitlačí hlavní tok chladicí vody vystupující z otvoru 74 k šikmé ploše 81 konce kokily 64. Po uzavření regulačního· ventilu 87 tento .odchylující proud z vodorovných otvorů 84 ustane, takže chladicí voda znovu proudí po zakřiveném povrchu 75. Vybrání ve stěně kokily 64, tvořené osazením 78, je spojeno· s okolní atmosféroumalými kanálky 90, aby hlavní proud chladicí · · vody neulpěl působením Coandova jevit na šikmé ploše 81 kokily 64 při přerušení přítlačného působení sekundárního toku chladivá. Časovači ústrojí 88 řídí dobu trvání a četnost vstřikování chladicí vody na povrch ingotu 12.

Podle dalšího příkladu provedení vynálezu · se může kokila umístit přímo nad jímku · naplněnou chladicí vodou v takové vzájemné poloze, že ingot se noří do· vody ihned při výstupu z kokily. Teplem ingotu se · voda vypařuje, takže kolem sestupujícího ingotu se vytvoří clona nebo o-balová vrstva vodní páry. Uvnitř jímky hlouběji pod · výstupním koncem kokily je upravena prstencová skříň s chladicí vodou podobně jako chladicí skříň 32 na obr. 1, ze které vystřikují proudy vody na povrch ingotu. Tyto proudy vody prorážejí vrstvu páry kolem ingotu a na povrch ingotu tedy přímo dopadá voda v kapalném skupenství. U takového· uspořádání · je oblast mírného chlazení tvořena dráhou ingotu mezi výstupním koncem kokily a chladicí skříní. V téo oblasti je vrstva páry kolem ingotu příčinou poměrně nízké intensity chlazení. Oblast silného chlazení je tvořena zmíněnou prstencovou chladicí skříní, vytvářející velmi intensivní · chlazení · tím, že povrch ingotu přichází do styku s chladicí vodou v kapalném skupenství. Uspořádání potřebného zařízení je v podstatě stejné jako zařízení podle obr. 1, až na to, že výstupní prstencová štěrbina 22 je · zde vynechána, a · že sestupující ingot a píst 18 servoválce jsou zde obklopeny vodou místo vzduchem.

V provedeních popsaných v souvislosti s obr. 1 až 3 leží oblast mírného· chlazení v jediné rovině. Při odlévání ingotů · velmi vysokou rychlostí může být výhodné přivádět na povrch tuhnoucího ingotu v oblasti s mírným chlazením chladivo· v několika různých výškových polohách za účelem udržení obvodové kůry ingotu ve ztuhlém stavu.

Technický efekt, dosažený způsobem podle vynálezu a spočívající ve snížení rozdílu mezi rychlostí chlazení jádra a obvodové části ingotu v místě ztuhnutí jádra, dokládají diagramy na obr. 4 a 5, znázorňující změny teploty v různých místech ingotu, ležících v radiálním směru mezi jádrem a povrchem ingotu, během vystupování ingotu z kokily, a to ingotů odlévaných způsobem podle vynálezu a u ingotů odlévaných běžnými způsoby s přímým chlazením. Oba porovnávané válcové ingoty · měly průměr 15 cm a byly odlévány rychlostí 23 cm/ /min z hliníkové slitiny s hmotnostním obsahem · 0,20 až 0,6 % křemíku, 0,35 % železa, 0,10 o/o mědi, 0,10 % manganu, 0,45 až 0,9 % hořčíku, 0,1 % chrómu, 0,1 '% zinku, 0,1 % titanu, zbytek hliník. Teploty ingotů byly měřeny termočlánky vsazenými do ingotu ve společné vodorovné rovině v různých vzdálenostech od jádra ingotu.

Na obr. 4 a 5 znázorňují křivky A, B, C, D, E průběh' teplot měřených termočlánky, umístěnými ve společné vodorovné rovině ve vzdálenostech přibližně 19 mm, 25 mm, 38 mm, 50 mm a 75 mm od vnějšího· povrchu ingotu. Na obr. 4 a 5 jsou srovnávány rychlosti chlazení· v těchto místech v intervalu, v němž teplota jádra ingotu (křivka E) klesla z teploty 650 °C na teplotu 600 °C, tj. v rozmezí teplot · těsně pod teplotou, při které roztavené jádro· ingotu tuhne.

Ingot s průběhem teplot ochlazování na obr. 4 byl odléván způsobem podle vynálezu při uspořádání chlazení podle obr. 1, u něhož chladicí skříň 32 s chladicí vodou byla umístěna 75 mm pod výstupním koncem kokily 10; množství vody přiváděné na povrch ingotu 12 prstencovou · štěrbinou 22 chladicího pláště 15 bylo· ' 30 · 1/min,· kdežto množství vody vstřikované na povrch ingotu z chladicí skříně 32 bylo 160 1/min. Jak je patrno na obr. 4, když jádro· tohoto ingotu začalo chladnout podle křivky E v rozmezí teplot 650 až 600 °C, byla teplota na povrchu ingotu, měřená nejvzdálenějším termočlánkem (křivka AJ asi 300°C. Při poklesu povrchové teploty měřené tímto· termočlánkem o 25 . °C se ochladilo jádro o 50 °C z teploty 650 na 600 °C. Poměr rychlosti ochlazování povrchu ingotu k rychlosti ochlazování jádra ingotu během uvedeného období ochlazování jádra byl tedy přibližně 0,5.

Ingot s průběhem teplot ochlazováním na obr. 5 ’ byl odléván dosud běžným způsobem s nejintensivnějším chlazením v místě těsně pod spodním koncem kokily a v rovině značně nad místem ztuhnutí roztaveného jádra. V tom případě, když jádro ingotu začalo chladnout v rozmezí teplot 650 až 600° Celsia (křivka EJ, měl povrch ingotu teplotu nižší než 250°C (křivka A na obr. 5). Při ochlazení jádra ingotu z teploty 650° na teplotu 600 °C se ochladil povrch ingotu jen o 10 °C, takže v tom případě poměr rychlosti ochlazování povrchu ingotu k rychlosti ochlazování jádra ingotu byl 0,2.

Způsobem podle vynálezu lze tedy značně zmenšit nesouhlas rychlosti chlazení jádra a povrchové části ingotu v rovině,, ve které roztavené jádro· ingotu právě zcela ztuhlo a zchladlo z teploty 650 na 600 °C. Ingot odlévaný dosud běžným způsobem s průběhem teplot podle obr. 5 měl velké středové trhliny, kdežto ingot odlévaný způsobem podle vynálezu s průběhem teplot podle obr. 4 byl zcela neporušený bez jakýchkoli · trhlin.

Příklad 1

Ingot byl odléván rychlostí 23 cm/min a byl chlazen množstvím vody 90 1/min protékajícím chladicím pláštěm 15 kokily a množstvím vody 68 1/min protékajícím chladicí skříní 32, umístěnou 7,5 cm pod spodním výstupním koncem kokily. V oblasti mírného· chlazení se stříkaly pulsační proudy chladicí vody, vždy během jedné sekundy a s přestávkami dvou sekund, na povrch ingotu bezprostředně pod kokilou. Odlitý ingot neměl žádné středové trhliny, ačkoli na jeho povrchu byly zjištěny osamělé povrchové trhlinky.

Jiný ingot byl odléván stejným způsobem, až na to, že v oblasti mírného chlazení se stříkala provzdušněná voda, v množství přibližně 23 1/min vody ve směsi se vzduchem, na povrch ingotu bezprostředně pod spodním koncem kokily, a chladicí skříň 32 byla umístěna 8,8 cm pod spodním koncem kokily. Odlitý ingot byl zcela prost jakýchkoli trhlin. __

Příklad 2

Ingot byl odléván rychlostí 23 cm/min v kokile 10 uspořádané podle obr. 1. V oblasti mírného· chlazení byla stříkána chladicí voda v množství asi. 30 1/min z chladicího pláště 15 kokily šikmou prstencovou štěrbinou 22, usměrňující vodu na povrch ingotu pod úhlem 10° vzhledem ke svislici. Chladicí skříň 32 pro vytváření oblasti se silným chlazením byla umístěna 10 cm pod kokilou 10. Odlitý ingot 12 byl zcela prost trhlin.

Jiný ingot bez jakýchkoli trhlin byl odlit stejnou rychlostí ve stejném zařízení, u něhož chladicí skříň byla umístěna 7,5 cm pod kokilou 10. Prstencovou štěrbinou 22 z chladicího pláště 15 bylo přiváděno na povrch ingotu 12 množství chladicí vody 36 1/min a z chladicí skříně 32 množství chladicí vody 160 1/min.

Příklad 3 ............

Při uspořádání odlévacího· zařízení podle obr. 2, u něhož neznázorněná chladicí skříň byla umístěna ve vzdálenosti 17,5 cm pod kokilou 40, byl odléván ingot 12 rychlostí 30 cm/min. Voda v oblasti mírného· chlazení byla stříkána na povrch ingotu 12 v množství 45 1/min a voda z chladicí skříně v množství 160 1/min. Odlitý ingot 12 neměl vůbec žádné · trhliny.

Na rozdíl od výsledků podle uvedených příkladů měly ingoty ze stejné hliníkové slitiny, stejných rozměrů a tvaru, odlité obvyklým způsobem s přímým chlazením v jedné chladicí oblasti umístěné pod kokilou, vesměs velké středové trhliny při rychlostech odlévání 22,5 a 30 cm/min, ačkoli tímto· obvyklým způsobem byly odlévány ingoty bez trhlin při nižší rychlosti odlévání 15 cm/min. Podobně ingoty odlévané rych^los^{tí 22,5} cm/mm a s pCsamňm vstnkováním chladicí vody a se stíráním vody stékající po· povrchu ingotu ve vzdálenosti 5 cm pod kokilou, avšak bez použití druhé oblasti se silným chlazením měly rovněž velké středové trhliny.

Claims (5)

1. Způsob kontinuálního lití kovů nebo slitin, zejména slitin hliníku, s dvoustupňovým přímým chlazením povrchu ingotu po výstupu z otevřené kokily, při němž ingot prochází nejprve oblastí mírného chlazení a pak oblastí silného chlazení, vyznačený tím, že chladivo se silným chladicím účinkem se přivádí na povrch ingotu v rovině vzdálené nejvýše o čtvrtinu nejmenšího příčného rozměru ingotu od dna roztaveného jádra kovu uvnitř ingotu.

2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že v oblasti mírného chlazení se udržuje průměrný součinitel přestupu tepla z /ko-vu do chladivá na hodnotě 4,1-868 až 8,3736 kW.m-^2QC.

3. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že v oblasti silného chlazení se chladivo přivádí к ingotu v rovině ležící nejvýše o šestinu nejmenšího .příčného rozměru Ingotu nad dnem roztaveného jádra kovu.

4. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že na začátku oblasti silného chlazení se udržuje součinitel přestupu tepla z kovu do chladivá alespoň na hodnotě 20,933 kW . . m²°C.

5. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že poměr součinitelů přestupu tepla v oblasti silného a mínwho chlazení se udržuje nejméně na hodnotě 1,5.