NO150871B

NO150871B - PROCEDURE FOR CONTINUOUS OR DISCONTINUOUS CASTING OF METALS

Info

Publication number: NO150871B
Application number: NO780080A
Authority: NO
Inventors: Zinovy Naumovich Getselev
Original assignee: Getselev Zinovy N
Priority date: 1978-01-09
Filing date: 1978-01-09
Publication date: 1984-09-24
Also published as: NO150871C; NO780080L

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for kontinuerlig The invention relates to a method for continuous

eller diskontinuerlig støping av metall, omfattende mating av et flytende metall til en bunnplate som er anordnet i en åpning i en ringformet induktor, hvor metallet formes til en støpeblokk av induktorens elektromagnetiske felt, hvor bunn- or discontinuous casting of metal, comprising feeding a liquid metal to a bottom plate which is arranged in an opening in an annular inductor, where the metal is formed into a casting block by the electromagnetic field of the inductor, where bottom-

platen senkes med metallet samtidig med tilførsel av kjøle- the plate is lowered with the metal at the same time as cooling

medium mot sideflaten til støpeblokken som formes ved hjelp av flere kjølesoner plassert i forskjellige nivåer langs støpeblokken. medium against the side surface of the ingot which is formed with the help of several cooling zones located at different levels along the ingot.

Fra britisk patent nr. 1.157.977 er det kjent en fremgangs- From British patent no. 1,157,977, a breakthrough is known

måte for kontinuerlig eller diskontinuerlig støping av metall ifølge hvilket smeltet metall mates på en bunnplate som er method for continuous or discontinuous casting of metal according to which molten metal is fed onto a bottom plate which is

plassert i åpningen til en ringformet induktor, hvis elektromagnetiske felt former metallet til en støpeblokk. Etterhvert som- sideflaten til støpeblokken stivner, senkes støpeblokken placed in the opening of an annular inductor, whose electromagnetic fields shape the metal into an ingot. As the side surface of the ingot hardens, the ingot is lowered

med bunnplaten, og samtidig sprøytes et kjølemedium (vann) på sideflaten til støpeblokken. I samsvar med det britiske patent nr. 1.328.166 kjøles støpeblokken av flere kjølende with the bottom plate, and at the same time a cooling medium (water) is sprayed onto the side surface of the ingot. In accordance with British Patent No. 1,328,166, the ingot is cooled by several cooling

soner som er anordnet rundt og i forskjellige nivåer i forhold til støpeblokken som formes. Toppkjølesonen sikrer den første stivning av støpeblokken (tilstedeværelsen av en skorpe) og ligger i nivå med bunnen til induktoren. Iløpet av støpingen zones that are arranged around and at different levels in relation to the ingot being formed. The top cooling zone ensures the initial solidification of the ingot (the presence of a crust) and is level with the bottom of the inductor. During casting

vil grensen mellom smeltet og stivnet fase på flaten til støpe-blokken være nær midthøyden til induktoren hvor det magnetiske the boundary between the molten and solidified phase on the surface of the ingot will be close to the middle height of the inductor where the magnetic

felt er størst. Den flytende sone for støpeblokken som formes av et elektromagnetisk felt har generelt en høyde på 30-50 mm. field is largest. The floating zone of the ingot formed by an electromagnetic field generally has a height of 30-50 mm.

Formen til den flytende sone som svarer til normale støpe-blokkformingsbetingelser er tilnærmet i sitt langsgående tverrsnitt til den for støpeblokken, det vil si den flytende sone The shape of the liquid zone corresponding to normal ingot forming conditions is approximated in its longitudinal cross-section to that of the ingot, i.e. the liquid zone

har en konveks menisk. Dette oppnås ved å avskjerme det magnetiske felt og også ved at toppdelen til den flytende sone finnes over topplanet til induktoren. På grunn av dette er has a convex meniscus. This is achieved by shielding the magnetic field and also by the top part of the floating zone being above the top plane of the inductor. Because of this is

høyden for induktoren med hensyn til den for den flytende sone the height of the inductor with respect to that of the floating zone

vanligvis 20-70mm. Når induktorer med denne høyde benyttes, usually 20-70mm. When inductors with this height are used,

kan de kjente metoder utføre en støping av støpeblokker med trekkhastigheter på 35-50mm/minutt. Med hensyn til høylegerte aluminiumslegeringer, vil støpingen av disse til støpeblokker med lave trekkhastigheter (15-25mm/minutt) bli helt umulig av nedenstående grunner. can the known methods carry out casting of ingots with pulling speeds of 35-50mm/minute. With regard to high-alloy aluminum alloys, the casting of these into ingots with low drawing speeds (15-25mm/minute) will be completely impossible for the reasons below.

Som det generelt er tilfelle ved støping, vil grensen mellom flytende og faste faser på sideflaten til støpeblokken være nær midthøyden til induktoren hvor det magnetiske felt er størst. Avstanden mellom grensen og toppkjøleraden er en funk- As is generally the case in casting, the boundary between liquid and solid phases on the side surface of the ingot will be close to the mid-height of the inductor where the magnetic field is greatest. The distance between the boundary and the top cooling row is a func-

sjon i hovedsaken av støpeblokkens trekkhastighet, varierende omvendt til den sistnevnte. Når således støpeblokkens trekkhastighet faller til 15-25mm/minutt, vil avstanden mellom grenseflaten mellom fast fase og væskefase på sideflaten til støpeblokken og toppkjølesonen variere mellom 80 og 160 mm. tion in the main of the ingot drawing speed, varying inversely to the latter. Thus, when the casting block's pulling speed drops to 15-25mm/minute, the distance between the interface between solid phase and liquid phase on the side surface of the casting block and the top cooling zone will vary between 80 and 160 mm.

Da toppkjølesonen er plassert direkte under induktoren og den flytende sone ikke er mer enn 50mm høy, vil stivningsfronten for en induktor med vanlig høyde komme ut på omkretsen til den flytende sone med den effekt at det flytende metall går inn i formingssonen og siver ned og gir opphav til kantformede tildannelser på sideflaten til støpeblokken og således fullsten- As the top cooling zone is located directly below the inductor and the liquid zone is no more than 50mm high, the solidification front for a normal height inductor will come out onto the perimeter of the liquid zone with the effect that the liquid metal enters the forming zone and seeps down giving origin of edge-shaped formations on the side surface of the casting block and thus solid

dig forstyrrer støpeblokkformingsprosessen. Følgelig vil en vanlig støpeblokkformmg ved lave støpehastigheter kreve et lavere arrangement av toppkjøleraden i forhold til bunngrensen til den flytende sone på flaten til støpeblokken. Dette kan bli oppnådd ved å øke høyden til induktoren til 140-300mm for trekkhastigheter på 15-25mm/minutt. Imidlertid er en slik størrelse for induktorhøyden uhensiktsmessig av mange grunner. dig interferes with the ingot forming process. Consequently, a conventional ingot mold at low casting speeds will require a lower arrangement of the top cooling row in relation to the bottom boundary of the liquid zone on the face of the ingot. This can be achieved by increasing the height of the inductor to 140-300mm for draw speeds of 15-25mm/minute. However, such a magnitude for the inductor height is inappropriate for many reasons.

Hvis det antas en vanlig støpeblokkforming og minst forbruk If a normal ingot forming and minimum consumption is assumed

av energi, vil den optimale høyde for induktoren for en flyt- of energy, the optimum height of the inductor for a flow-

ende sone på 30-50mm være 30-70mm. end zone of 30-50mm be 30-70mm.

I tillegg vil en større induktorhøyde øke den totale dimen- In addition, a larger inductor height will increase the total dimen-

sjoner for støpeblokkstøpeinnretningen, og dette vil gjøre tions for the ingot casting facility, and this will do

det vanskelig å innbygge den i kontinuerlige støpeanlegg. En støpeblokkstøpeinnretning med en induktor med øket høyde kan ikke benyttes ved såvel lav som relativt høy støpeblokktrekk-hastighet (50 mm/minutt og over), da grensen mellom fast og flytende fase derved beveger seg inn i bunndelen til induktoren, noe som er utillatelig med hensyn til støpeblokkformingen og forbruket av energi. it is difficult to incorporate it into continuous casting plants. An ingot casting device with an inductor with an increased height cannot be used at both low and relatively high ingot pulling speeds (50 mm/minute and above), as the boundary between solid and liquid phase thereby moves into the bottom part of the inductor, which is unacceptable with consideration of the casting block formation and the consumption of energy.

Det er derfor en hovedhensikt med foreliggende oppfinnelse It is therefore a main purpose of the present invention

å tilveiebringe en fremgangsmåte for kontinuerlig eller diskontinuerlig støping av metall til støpeblokker med en diameter på 500 - 1100 mm av legeringer med lav stivningshastighet. to provide a method for continuous or discontinuous casting of metal into ingots with a diameter of 500 - 1100 mm of alloys with a low solidification rate.

En videre hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en mulig-het for å støpe støpeblokker med en enkelt innretning ved såvel lav som høy støpeblokktrekkhastighet og således minimalisere antall støpeinnretninger og gulvplass som benyttes. A further purpose of the invention is to provide a possibility to cast ingots with a single device at both low and high ingot pulling speed and thus minimize the number of ingots and floor space used.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å forbedre overflate-kvaliteten for støpeblokker, da et stort område støpeblokk-trekkhastigheter eliminerer pulseringen av væskefasen til støpeblokkene og således forhindrer strømningen av flytende fase over utsiden av stivnet sideflate på støpeblokken. Furthermore, it is a purpose of the invention to improve the surface quality of ingots, as a large range of ingot pulling speeds eliminates the pulsation of the liquid phase of the ingots and thus prevents the flow of liquid phase over the outside of the solidified side surface of the ingot.

De ovenfor nevnte og andre hensikter oppnås ved tilveiebringels-en av en fremgangsmåte for kontinuerlig eller diskontinuerlig støping av metall, omfattende mating av et flytende metall til en bunnplate som er anordnet i en åpning i en ringformet induktor, hvor metallet formes til en støpeblokk av induktorens elektromagnetiske felt, hvor bunnplaten senkes med metallet samtidig med tilførsel av kjølemedium mot sideflaten til støpe-blokken som formes ved hjelp av flere kjølesoner plassert i forskjellige nivåer langs støpeblokken hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at kjølesonene avstenges etter hverandre, begynnende ved den øverste når bunnen til støpeblokken kommer på nivå med en neste kjølesone ved bevegelse av støpeblokken i forhold til kjølesonene og at innen støpingen er fullført tilføres kjølemedium fra kjølesonen som holder grenseflaten mellom flytende og fast fase på sideflaten av støpeblokken i det vesentlige ved midthøyden av induktoren. The above-mentioned and other purposes are achieved by providing a method for continuous or discontinuous casting of metal, comprising feeding a liquid metal to a base plate which is arranged in an opening in an annular inductor, where the metal is formed into a casting block by the inductor's electromagnetic fields, where the base plate is lowered with the metal at the same time as coolant is supplied to the side of the casting block, which is formed by means of several cooling zones placed at different levels along the casting block, which method is characterized by the cooling zones being shut off one after the other, starting at the top and reaching the bottom the casting block comes at the level of a next cooling zone by moving the casting block in relation to the cooling zones and that before the casting is completed coolant is supplied from the cooling zone which keeps the interface between liquid and solid phase on the side surface of the casting block essentially at the middle height of the inductor.

En etter hverandre følgende nedovergående avstengning av kjøle-sonene holder grenseflaten mellom væske og fast stoff på sideflaten til støpeblokken ved et nivå på høyde med midthøyden til induktoren, da ved lave støpeblokktrekkhastigheter grenseflaten mellom væske og fast stoff beveger seg oppover med en større hastighet enn hastigheten for støpeblokktrekkingen. Virkningen av avstengningen av den nærmest liggende kjølesone (eller flere soner etter hverandre) utjevner bevegelseshastigheten for grenseflaten på sideflaten til støpeblokken og støpeblokkens trekkhastighet. A successive downward shutdown of the cooling zones keeps the liquid-solid interface on the side face of the ingot at a level equal to the mid-height of the inductor, as at low ingot draw speeds the liquid-solid interface moves upwards at a greater speed than the for the casting block drawing. The effect of the shutdown of the nearest cooling zone (or several zones in succession) equalizes the speed of movement of the interface on the side surface of the ingot and the ingot draw speed.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved hjelp In the following, the invention will be described in more detail with help

av et utførelseseksempel som er fremstilt på tegningen,som viser et skjematisk tverrsnitt i vertikalplanet av et apparat for gjennomføring av fremgangsmåten. of an embodiment shown in the drawing, which shows a schematic cross-section in the vertical plane of an apparatus for carrying out the method.

Fremgangsmåten for kontinuerlig eller diskontinuerlig støping The process of continuous or discontinuous casting

av metallstøpeblokker gjennomføres på følgende måte: of metal ingots is carried out in the following way:

Ved begynnelsen av støpingen tilføres et kjølemedium fra At the beginning of casting, a cooling medium is supplied from

en ringformet kjøler 1 mot en sideflate på en støpeblokk 2 an annular cooler 1 against a side surface of a casting block 2

i ringformede strømmer som er anordnet i forskjellige nivåer langs støpeblokken 2. En øvre kjølesone 3 er plassert, in annular streams which are arranged at different levels along the casting block 2. An upper cooling zone 3 is located,

under en induktor 4, i en avstand h fra midthøyden til induktoren 4. Et normalt forløp for støpeprpsessen tilveie-bringes ved å holde grenseflaten mellom væskefase og fast fase på grenseflaten til støpeblokken 2 som er plassert på en bunnplate 5, midt for høyden til induktoren 4. below an inductor 4, at a distance h from the middle height of the inductor 4. A normal course of the casting process is provided by keeping the interface between liquid phase and solid phase on the interface of the casting block 2 which is placed on a bottom plate 5, in the middle of the height of the inductor 4.

Lavere kjølesoner 6, 7 og 8 er anbragt i avstander henholdsvis Lower cooling zones 6, 7 and 8 are placed at distances respectively

h^, og h^fra den midtre høyde til induktoren 4, h^, and h^ from the middle height of the inductor 4,

Det elektromagnetiske felt til induktoren 4 bevirker at metallet på bunnplaten 5 tar formen av en søyle med en spesiell høyde. På grunn av virkningen til kjølemediet begynner søylen av smeltet metall å stivne fra bunnen og oppover og fra.side-flatene mot støpeblokkens to langsgående akser. Formingen av støpeblokken 2 utføres ved senking av støpeblokken sammen med bunnplaten 5. Ved begynnelsen av støpingen tilføres kjøle-medium fra alle kjølesoner 3, 6, 7 og 8. The electromagnetic field of the inductor 4 causes the metal on the bottom plate 5 to take the form of a column with a particular height. Due to the action of the coolant, the column of molten metal begins to solidify from the bottom upwards and from the side surfaces towards the two longitudinal axes of the ingot. The molding of the casting block 2 is carried out by lowering the casting block together with the bottom plate 5. At the beginning of the casting, cooling medium is supplied from all cooling zones 3, 6, 7 and 8.

I det gitte eksempel er den øverste kjølesone 3 anordnet i In the given example, the uppermost cooling zone 3 is arranged in

en avstand på 5-15 mm fra bunnkanten til induktoren 4. Under-søkelser og eksperimenter har indikert at den øverste kjøle-sone vesentlig påvirker bevegelseshastigheten for grenseflaten mellom flytende og fast sone på sideflaten til støpeblokk 2. Forholdet mellom hastigheten med hvilken støpeblokken 2 trekkes ut av sonen for påvirkning fra induktoren 4 og hastigheten for bevegelse av grenseflaten mellom flytende og fast fase i støpeblokken 2 bør innstilles slik at den gir det smeltede metall ved toppflaten av støpeblokken 2 tilstrekkelig tid til å stivne før metallet forlater induktoren 4 og således å for-hindre det i å strømme ned over hele støpeblokken 2. Denne fremgangsmåte er forbundet med en i samsvar med oppfinnelsen etter hverandre følgende avstengning av kjølesonene. Når støpeblokken 2 føres langs kjølesonene 3, 6, 7, 8 og bunnen av støpeblokken 2 kommer på nivå med den neste sone, dvs. a distance of 5-15 mm from the bottom edge of the inductor 4. Investigations and experiments have indicated that the uppermost cooling zone significantly affects the speed of movement of the interface between the liquid and solid zone on the side surface of the ingot 2. The relationship between the speed at which the ingot 2 is drawn out of the zone of influence from the inductor 4 and the speed of movement of the interface between liquid and solid phase in the casting block 2 should be set so that it gives the molten metal at the top surface of the casting block 2 sufficient time to solidify before the metal leaves the inductor 4 and thus for -prevent it from flowing down over the entire casting block 2. This method is associated with a successive shutdown of the cooling zones in accordance with the invention. When the casting block 2 is guided along the cooling zones 3, 6, 7, 8 and the bottom of the casting block 2 comes level with the next zone, i.e.

sone 6 som er plassert i en avstand h-^fra midthøyden av induktoren 4, vil den øverste kjølesone 3 avstenges. De gjenblivende kjølesoner tilfører, til støpingen ender, kjøle-medium til sideflaten på støpeblokken 2 så lenge de holder grenseflaten mellom flytende og fast masse på sideflaten til støpeblokken 2 i det vesentlige ved midthøyden til induktoren 4. Når bunnen til støpeblokken 2 kommer på nivå med den neste kjølesone 7 som er anordnet i en avstand h ? fra midt-høyden til induktoren 4, vil kjøleraden 6 avstenges, men grenseflaten mellom flytende og fast fase vil ikke komme ut på toppflaten til den stivnende støpeblokk 2. zone 6 which is placed at a distance h-^ from the middle height of the inductor 4, the uppermost cooling zone 3 will be shut off. The remaining cooling zones supply, until the casting ends, cooling medium to the side surface of the casting block 2 as long as they keep the interface between liquid and solid mass on the side surface of the casting block 2 essentially at the mid-height of the inductor 4. When the bottom of the casting block 2 reaches the level of the next cooling zone 7 which is arranged at a distance h ? from the mid-height of the inductor 4, the cooling row 6 will be shut off, but the interface between liquid and solid phase will not emerge on the top surface of the solidifying casting block 2.

For de mindre støpeblokktrekkhastigheter kan støpingen stabi-liseres av den tredje kjølesone 7, som er plassert i en avstand h~fra midthøyden til induktoren 4 eller av den fjerde kjøle-sone 8, som er anordnet i en avstand h^fra midthøyden til induktoren 4, idet alle de overliggende kjølesoner avstenges etter det første trinn av støpingen. For the smaller ingot pulling speeds, the casting can be stabilized by the third cooling zone 7, which is placed at a distance h~ from the center height of the inductor 4 or by the fourth cooling zone 8, which is arranged at a distance h^ from the center height of the inductor 4 , as all the overlying cooling zones are shut off after the first step of casting.

For gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det tilstrekkelig å anordne fire til seks kjølesoner som er i stand til å dekke alle de ønskede områder for trekkhastigheter av støpeblokker. For carrying out the method according to the invention, it is sufficient to arrange four to six cooling zones which are able to cover all the desired ranges for pulling speeds of casting blocks.

Den foreslåtte fremgangsmåte ble benyttet til å støpe en støpe-blokk med 485 mm diameter av høylegert aluminium med trekkhastigheter fra 23 - 28 mm/minutt. Avstanden mellom den øverste kjølesone og den andre kjølesone 6 var 50 mm og verdien h^ tilnærmet 70-85 mm. The proposed method was used to cast a casting block with a diameter of 485 mm of high-alloy aluminum with drawing speeds from 23 - 28 mm/minute. The distance between the top cooling zone and the second cooling zone 6 was 50 mm and the value h^ approximately 70-85 mm.

Claims

Method for continuous or discontinuous casting of metal, comprising feeding a liquid metal to a bottom plate (5) which is arranged in an opening in an annular inductor (4), where the metal is formed into a casting block (2) by the inductor's (4) electromagnetic field, where the bottom plate (5) is lowered with the metal at the same time as coolant is supplied to the side surface of the casting block (2) which is formed with the help of several cooling zones (3, 6, 7, 8) placed in

different levels along the casting block, characterized in that the cooling zones (3, 6, 7, 8) are shut off one after the other, starting with the top one when the bottom of the casting block (2) comes to the level of a next cooling zone by moving the casting block (2) in relation to the cooling zones (3, 6, 7, 8) and that before the casting is complete, cooling medium is supplied from the cooling zone which keeps the interface between liquid and solid phase on the side surface of the casting block (2) essentially at the mid-height of the inductor (4).