CZ20003009A3 - Forma tvaru mnhohranu pro vrchní plynulé lití metalurgických výrobků - Google Patents

Description

Forma tvaru mnohohranu pro vrchní plynulé lití metalurgických výrobků

Oblast techniky

Vynález se týká dosazovacího nálitku formy pro vrchní plynulé lití metalurgických výrobků, jako jsou bloky, Sochory a bramy.

Dosavadní stav techniky

V případě plynulého lití metalurgického výrobku se roztavený kov nalévá do horní části neboli dosazovacího nálitku formy mající obecně svislou polohu a z této formy se spodem vytahuje po obvodě ztuhlý produkt.

Způsob, který se nazývá vrchní plynulé lití (hot top continuous casting), představuje ve skutečnosti zlepšení obecného plynulého lití a používá se ho tak, že meniskus (volný povrch litého kovu) se posouvá proti proudu do úrovně, kde tuhnutí kovu uvnitř dosazovacího nálitku formy začíná. K provádění způsobu vrchního plynulého lití je předřazen obvyklému měděnému tubulárnímu elementu formy, ochlazovanému uvnitř proudící chladicí vodou, dokonale přilehlý nechlazený dosazovací nálitek z tepelně izolačního žáruvzdorného materiálu, sloužící jako zásoba roztaveného kovu dodávaného licí tryskou z nálevky umístěné v krátké vzdáleností nad ní. Díky tomuto novému typu konstrukce hlavy formy se vytváří během odlévání meniskus tekutého kovu uvnitř žáruvzdorného pláště dosazovacího nálitku, zatímco tuhnutí kovu začíná pouze v úrovni tubulárního elementu chlazeného kovu, který, stejně jako pří konvenčním plynulém lití, kalibruje velikost a tvar litého výrobku. Proto je v dosazovacím nálitku omezeno míchání tekutého kovu vlivem licího proudu. V prostoru tuhnutí, definovaném měděným tubulárním elementem umístěným pod dosazovacím nálitkem, ·· ·· • · « • · • · » · · <

·· ··

- 2· • · » · · <

·· ·· může tak být proud roztaveného kovu udržován v relativně klidném hydrodynamickém stavu, což zejména umožní vyrovnání solidifikačního profilu oceli ve styku s chlazenou měděnou stěnou kolem celého vnitřního obrysu formy. K tomu, aby se dal takový způsob uspokojivě používat, je nutno zabránit jakémukoli předčasnému tuhnutí licího kovu v dosazovacím nálitku, aby bylo možno zajistit, že tuhnutí začne níže dole, přesně v místě styku s chlazenou měděnou stěnou.

K tomuto účelu bylo j iz dříve navrhováno ponechat štěrbinu velmi malého rozměru (méně než 1 mm a obvykle přibližně 0,2 mm) mezi žáruvzdorným dosazovacím nálitkem a měděným tubulárním elementem a vstřikovat touto štěrbinou fluidum, obvykle inertní plyn jako argon, do formy kolem jejího vnitřního obrysu. K zaručeni průtoku plynu v každém místě štěrbiny, je do štěrbiny zaváděn tlakový plyn rozdělovači komorou, která štěrbinu obklopuje.

Tímto vstřikováním plynu se odstraní heterogenní paraziticky ztuhlý film, který se mohl vytvořit proti vnitřní stěně žáruvzdorné dosazovací hlavy a vytvoří se podmínky vedoucí k ostrému a rovnoměrnému nástupu tuhnutí ve chlazeném měděném elementu umístěném právě pod ní.

V případě nekruhových forem, jinak řečeno v případě forem opatřených tubulárním elementem hranatého tvaru (pro odlévání bloků, sochorů a bram například čtvercového průřezu) nebo obecněji tvaru mnohostěnu (k odlévání předvalků majících tvar žádaného konečného výrobku) se pozorovaly na litých výrobcích po úplném ztuhnutí podél hran vady tuhnutí, jako jsou například podélné trhliny a šupiny, tedy vady, které lze identifikovat jako nedostatky ztuhlého kovu v těch místech formy a tedy v okamžiku, kdy se vytváří pevná kůra.

Úkolem vynálezu tedy je poskytnout řešení umožňující sní• · > · · « > · · žit nebo dokonce úplně eliminovat tyto vady tuhnutí v rozích získaných konečných výrobků.

Podstata vynálezu

Forma pro vrchní plynulé lití roztavených kovů sestávající z chlazeného kovového tubulárního elementu, tvaru mnohostěnu, definujícího tvar a velikost litého výrobku, ve kterém tuhne roztavený kov ve styku s chlazenou vnitřní kovovou stěnou, přičemž je chlazená vnitřní kovová stěna zařazena pod neohlášený dosazovací nálitek s pláštěm z tepelně izolačního žáruvzdorného materiálu, definující zásobník roztaveného kovu určeného ke ztuhnutí a má štěrbinu k injektování odlupovacího media kolem vnitřního obrysu formy uspořádanou mezi chlazeným kovovým tubulárním elementem a nechlazeným dosazovacím nálítkem, spočívá podle vynálezu v tom, že forma je opatřena překážkami k redukování průtoku loupači ho media v rozích.

Překážky tvoří prvky ztěžující průchod plynu v injekční štěrbině, přičemž překážky jsou v každém rohu štěrbiny.

Vynález vychází z následujících úvah. K získání uspokojivého loupači ho efektu plynu injektovaného na spodu dosazovacího nálitku, je nutno zachovat průtočnou rychlost plynu podél celé štěrbiny tak. aby nezůstávaly mrtvé oblasti, kde by proto mohly zůstávat nežádoucí solidifikační fragmenty. Avšak i když je štěrbina napájena z obvodového tlakového plynového potrubí, a tím zaručující, že tlakové ztráty jsou stejné, a existuje proto lineární proudění stejnou průtokovou rychlostí po celé délce štěrbiny, nedosáhne se stejného proudění injektovaného plynu kolem celého obrysu lítého produktu. Je to proto, že větší rychlost proudění plynu v rozích formy je způsobena skutečností, že i když má štěrbina stejný pravoúhlý tvar jako forma, je proud uvnitř formy veden dvěma směry v její rohové oblasti. Výsledkem této vyšší průtočné rychlosti v rozích ·· · · • _ · · · • ·· · ·· • · · · · • · · · ·· · · v oblasti štěrbiny a proto zejména v horní části chlazeného měděného elementu umístěného hned pod ní, je přetak, který může způsobit lokální oddělování ztuhlé kůry od měděné stěny na hranách litého produktu. Jsou to tato oddělování která, vlivem zhroucení účinnosti chlazení výrobku, jsou zodpovědná za jevy narušující tuhnutí typu “nedostatku ztuhlého kovu (lack of solidified metal), což jsou jevy, jež se pak projeví na získaném litém výrobku, vadami tuhnutí v rozích podél hran.

Vynález objasňuje, nijak vsak neomezuje následující příklad praktického provedení vrchního plynulého lití ocelového sochoru čtvercového průřezu pomocí připojených obrázků ,

Seznam _obrázkú_n^._.výkresech

Na obr. 1 je polovina schematického osového řezu horní částí formy podél roviny 1-1 z obr. 3.

Na obr. 2 je polovina schematického osového řezu horní částí formy podél roviny 2-2 z obr. 3.

Na obr. 3 je půdorys spodní části formy v rovině 3-3 z obr. i nebo obr. 2.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 a 2 je horní část licí formy 1 plynulého lití, která má chlazený měděný tubulární element 6 směřující nahoru a dokonale těsný k zabránění jakékoli infiltrace roztaveného kovu nechlazeným dosazovacím nálitkem 5 ze žáruvzdorného materiálu.

Chlazený měděný tubulární element 6 a nechlazený dosazovací nálitek 5, definují ve své vnitřní části vnitřní licí prostor 3, do kterého se nalévá roztavený kov 7, jako například ocel, a kde tuhne. Jak je patrno z obr. 3, má vnitřní licí prostor 3 tvar čtverce se zaoblenými rohy, přičemž poloměr za• · ·oblení je přehnaně zvětšený, aby bylo možno zřetelněji objasnit charakteristické prvky vynálezu, které jsou dále vysvětleny.

Chlazený měděný tubulární element 6 je hlavním prvkem formy. Je intenzivně chlazený vnitřním prouděním vody (která je v prostoru 2 mezi chlazeným měděném tubulárním elementem 6 a kovovým pláštěm 8, který je od něho v určité vzdálenosti), a případně slouží jako krystal izátor, proti chlazené vnitřní měděné stěně 11 , na níž roztavený kov 7 tuhne za vytváření napřed první kůry 7 . jakmile se ocel poprvé dostane do styku se studenou chlazenou vnitřní měděnou stěnou 11 . Když se pak litý výrobek posouvá dolů ve formě směrem vyznačeným šipkou F, tato kůra vlivem silného odvádění tepla intenzivním chlazením chlazeným měděném tubulárním elementem 6 postupně tloustne. Tuhnutí roztaveného kovu 7 tak pokračuje z obvodu směrem ke středové ose, dokud nedojde k úplnému ztuhnutí, které obvykle nastane po přibližně 10 metrech pod formou; k tomu je zřízena vodní sprcha za formou k okamžitému nástřiku povrchu lítého výrobku určeného k ochlazení.

Nechlazený dosazovací nálitek 5, který je specifickým dílem tak zvaného vrchního plynulého lití, je zásobníkem 4 roztaveného kovu. Tento kov přichází jako licí pramen 12 z nálevky 14, umístěné v krátké vzdálenosti nad ním tryskou 13 umístěnou na výpustním otvoru nálevky. Zásobník 4 tvoří tlumivou hmotu, která má rozhodující úlohu z hlediska hydrodynamiky, jelikož dovoluje tlumení často intenzivního míchání tekutého kovu v důsledku velkého momentu ocelového licího pramene 12 volně uvnitř vyvíjeného. Tekutá ocel, která tedy pak vstupuje do chlazeného měděného tubulárního elementu 6 (krystal izátoru), aby v něm tuhla, je v daleko klidnějším stavu a především vzdálená od menisku 15, jehož míchání je často příčinou solidifikačních heterogenit ve vnější kůře v běžné licí formě pro plynulé lití. Pod zásobníkem 4 se proudění roztaveného kovu blíží proudění typu ''pístu”, což znamená proudění bez výrazné·· • · • · • ♦ · • ·

ho gradientu ve vektoru rychlosti napřič průřezem, což je mimořádně příznivé pro správný průběh sol idifikačního procesu.

Jako obecné pravidlo, což však není na obrázcích vyznačeno, má nechlazený dosazovací nálitek 5 s pláštěm ze žáruvzdorného materiálu hlavní vrchní díl 2 vláknitého žáruvzdorného materiálu voleného pro jeho tepelné izolační vlastnosti tak, aby udržel zásobník 4 roztaveného kovu v tekutém stavu, například z materiálu obchodního jména A120K (společnost KAPYROK) a dolní prstencová vložka se volí z hustého žáruvzdorného materiálu, jako je SiA10N^K, k zajištění nej lepší mechanické integrity v bezprostředním sousedství chlazeného měděného tubulárního elementu 6 ve chvíli nástupu tuhnutí.

Jak patrno, je nechlazený dosazovací nálitek udržován ve správné poloze vůči chlazenému měděnému tubulárnímu elementu 6 pomocí vyrovnávacích kolíků (neznázorněno) a montážní příruby 9 s připevňovací tyčí 9_ > přičemž příruba je na kovové desce 5a, kryjící žáruvzdorný díl. Skříň 10, zhotovená z plechu, je s výhodou upravena pro průchod připevňovacími tyčemi a k vyztužení sestavy.

Přes tepelně izolační vlastnosti žáruvzdorného materiálu použitého na nechlazený dosazovací nálitek 5 se mohou tvořit ve větší nebo menší míře parazitické ztuhlé filmy 16 litého kovu na vnitřní stěně dosazovacího nálitku. Právě filmy na obrysu, mohou být škodlivé pro správné ztuhnutí v chlazeném měděném tubulárním elementu 6 (krysta1 izátoru) , kde tuhnutí sačímá. K rozrušení před začátkem tuhnutí každého nepříznivého ztuhlého filmu, vytvořeného předčasně v dosazovací hlavě, se injektuje obvodově loupači prostředí na dně nechlazeného dosazovacího nálitku. Výhodné je použít plynu a zvláště plynu, který je chemicky inertní vůči litému kovu, jako je argon.

Za tímto účelem se vytváří úzká štěrbina 18, například

• » · o šířce 0,2 mm mezi neohlášeným dosasovacím nálitkem 5 a chlazeným měděným tubulárním elementem 6. Tato štěrbina se volně otevírá směrem k vnitřní stěně formy a objeví se na druhém konci v uzavřené rozdělovači komoře 19 tvaru prstence uspořádaného v nechlazeném dosazovacím nálitku 5. Tato rozdělovači komora 1_9, která probíhá podél štěrbiny 18, slouží ke správnému, rozdělení lineárního průtoku plynu, který se štěrbiny proudí. Je připojena přívodem 20 k vnějšímu zdroji 21 tlakového plynu. Štěrbina 18 má prstencový tvar podobný pravoúhelníkovému tvaru formy a tedy tvaru, který zaujme roztavený kov 7, jakmile kůra ztuhne uvnitř chlazeného měděného tubulárního elementu 6. Obzvláště má proto obrys se čtyřmi rohy, jak znázorněno na obr.3, kde byla zaoblená část rohů záměrně přehnána ze shora uvedených důvodů.

Jelikož na téměř každý roh (první roh 3a, druhý roh 3b, třetí roh 3c a čtvrtý roh 3d) formy je loupači plyn zaváděn do vnitřního licího prostoru 3 ze dvou navzájem kolmých stran štěrbiny 18, znamená dvourozměrný a konvergentní přívod do rohových oblastí vnitřního licího prostoru 3, že se do těchto oblastí přivádí více plynu, což přináší riziko místního oddělování odlitého kovu od chlazené vnitřní měděné stěny 11 u jejího horního okraje, tedy v místě, kde se nejvíce kůra tvoří a v důsledku toho znamená, že je nedostatek ztuhlého kovu ve srovnání se zbytkem obrysu v oblasti rohů slitku během tuhnutí uvnitř chlazeného měděného tubulárního elementu 6 v důsledku nedostatku účinného chlazení výrobku v těchto místech.

Aby se zabránilo nadměrnému injektování plynu do rohových oblastí, jsou podle vynálezu zavedeny prvky omezující průtok plynu v rozích štěrbiny 18, jak patrno z obr. 2 a 3.

Překážky 17, umístěné v rozích štěrbiny 18, mohou sestávat se svazků vláknitého ohebného žáruvzdorného materiálu, který po nasazení nechlazeného dosazovacího nálitku 5 na chlazený • · ► ·· * * <

• ··

• · · · • · ♦ · měděný tubulární element 6, blokuje místně průtok zplošťováním z vnější strany směrem k vnitřní straně formy. Každá z překážek 17 je pak s výhodou připojena k vnější straně vnitřního obrysu rozdělovači komory 19, směrem dovnitř rohem vnitřního licího prostoru 3 a bočně dvěma přímými stranami směřujícími k vnitřnímu licímu prostoru 3 svírající úhel cí s kolmicí k rovině povrchu vnitřního licího prostoru 3 na odpovídajícím konci zaoblených rohů (prvního rohu 3 a, druhého rohu 3b, třetího rohu 3c a čtvrtého rohu 3d) licího protoru, který vymezuje překážky 17 směrem dovnitř.

Má-li zaoblený roh licího prostoru formy poloměr přibližně 6,5 mm, musí být šířka překážky 17 v jejím nejužším místě, přivráceném k rohu licího prostoru, s výhodou 4 až 6,5 mm. Jeli tato šířka menší než 4 mm, není místní nadměrný průtok plynu, injektovaného do rohu, dostatečně eliminován. Je-li šířka větší než 6,5 mm, existuje oblast blízko rohu, kde není průtok injektovaného proudu lineární.

Úhel g, sevřený mezi rovnou stranou překážky 17 a kolmicí k vnitřnímu povrchu licího prostoru, je s výhodou 0 až 45 . Mimo tyto hodnoty sklonu stran překážek 17 se stane lineární proudění injektovaného plynu, tedy průtok na jednotku délky vnitřního obrysu v úrovni formy se štěrbinou 18, nulovým v oblasti blízko rohů.

o

Zjistilo se, že hodnota úhlu cf přibližně 20 umožňuje získat konstantní lineární proudění kolem vnitřního obrysu formy v případě lití výrobků obdélníkového nebo čtvercového průřezu. V některých případech, v závislosti na tom, zda je tvar výrobků více či méně složitý, mohou dvě přímé boční strany překážky 1_7 svírat různé úhly cf a a s kolmicí k rovině vnitřních povrchů vnitřního licího prostoru 3 na koncích rohů.

Použitím prvků překážejících štěrbině 18, které mají geo• 4 44 > 4 4 « » 4 44 » 4 4 « • 4 1

Q · - 4 4

S 4 <

4 metrické a rozměrové shora uvedené charakteristiky, je mošno získat dokonale konstantní lineární proudění inertního plynu do vnitřního licího prostoru u štěrbiny £8. Tímto způsobem je možno eliminovat sol idifikační vady pozorované na hranách slitku jakmile ztuhne.

Vynález není omezen na právě popsané provedení. Například lze použít jako prvku překážejícího štěrbině 1.8 v jeho rohových oblastech, materiálů odlišných od žáruvzdorných vláken. Tyto prvky mohou být úplně nepropustné pro plyn, nebo mírně porézní.

Je také mošno umístit překážky štěrbině 18 v rohových oblastech a eliminovat proudění plynu v těchto oblastech provedením nechlazeného dosazovacího nálitku 5, mírně tlustší v rohových oblastech přesahující šířku štěrbiny 13. mezi vnitřním licím prostorem 3 a rozdělovači komorou 19. Této přídavné tloušťky může být dosaženo obráběním, například odfrézováním dolního čela nechlazeného dosazovacího nálitku 5, sousedícího s chlazeným měděným tubulárním elementem 6. Jinak může být obrobením dosaženo přídavné tloušťky v rozích na chlazeném měděném tubulárním elementu 6, jehož horní čelo je přivrácené k nechlazenému dosazovacímu nálitku 5. S výhodou má oblast zesílené tloušťky tvar podobný tvaru překážky 17, jak je to znázorněno na obr. 3. Tato přídavná tloušťka může být s výhodou přibližně 0,2 mm.

Je také možná částečná obstrukce v rozdělovači komoře 19 v oblastech těsně u rohů například omezením nebo eliminací injektování do rohových oblastí štěrbiny 18. Rozdělovači komora může mít překážky například zavedením do rohových oblastí rozdělovači komory kolíků pronikajících kanálky ve směru proudění plynu v rozdělovači komoře nebo podobně kolíků s určitým stupněm porozity.

• 4 44 ► 4 4 1 ίο 44 • 4

4

4 > 4 4 « > 4 4 I ··

Vynález platí pro jakoukoli formu tvaru mnohohranu pro vrchní plynulé lití metalurgických výrobků. jako jsou bloky, sochory a bramy nebo desky tvaru blížícího se tvaru konečného výrobku (například nosníky, kolejnice, různé profily) za předpokladu, že hlava je konstruována podle vynálezu. Kromě toho lze vynález aplikovat v případě plynulého lití oceli a v případě plynulého lití neželezných kovů.

Průmysl_ová...„využité _1_nost

Způsob plynulého lití pro výrobu slitků prostých povrchových vad na hranách.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ

   NÁROKY

   1. Forma pro vrchní plynulé lití roztavených kovů sestávající z chlazeného kovového tubulárního elementu (6), tvaru mnohostěnu, definujícího tvar a velikost litého výrobku, ve kterém tuhne roztavený kov (7) ve styku s chlazenou vnitřní kovovou stěnou (11), přičemž je chlazená vnitřní kovová stěna zařazena pod nechlazeným dosazovacím nálitkem (5) s pláštěm z tepelně izolačního žáruvzdorného materiálu, definujícím zásobník roztaveného kovu určeného ke ztuhnutí a má štěrbinu (18) k injektování media kolem vnitřního obrysu formy uspořádanou mezi chlazeným kovovým tubulárním elementem (6) a nechlazeným dosazovacím nálitkem (5), vyznačující se tím, ze forma je opatřena překážkami (17) k redukování průtoku loupacího media v rozích.
2. 2. Forma podle nároku 1, vyznačující se t í ta, že prostředky k omezení průtoku plynu tvoří překážka (17) bránící místně průtoku ve štěrbině (18).
3. 3. Forma podle nároku 2, vyznačující se t í m, že každou překážku (17) tvoří svazek slisovaných žáruvzdorných vláken mezi nechlazeným dosazovacím nálitkem (5) a chlazeným tubulárním elementem (6) a každá překážka je umístěna v rohové oblasti (3a až 3d) štěrbiny (18).
4. 4. Forma podle nároku 2a3, vyznačující se t í m, že překážky (17), překážející v rohových oblastech štěrbiny (18), mají přímé boční strany mezi rozdělovači komorou (19) a rohy (3a, 3b, 3c a 3d) vnitřního povrchu vnitřního o

   licího prostoru (3) směřující k odlitku a každá svírá úhel 0 o

   až 45 s kolmicí k povrchu vnitřního licího prostoru (3).
5. 5. Forma podle nároku 2 až 4, mající zaoblené rohy poloměrem zaoblení přibližně 6,5 mm, vyznačující se tím, , ...JV 2000-Fooq ϊ ♦ ♦ * t » ·

   - 12 ·· že překážky (17) toru (3) o šířce mají čelo přivrácené k vnitřnímu licímu pros4 až 6,5 mm.
6. 6. Forma podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředky k omezení průtoku plynu tvoří elementy k částečnému překážení v rozích štěrbiny (18).