PL238833B1

PL238833B1 - Method and device for producing multilayer ingots from metal alloys, in particular aluminium alloys

Info

Publication number: PL238833B1
Application number: PL428145A
Authority: PL
Inventors: Jacek Bochenek; Edward CZEKAJ; Edward Czekaj; Piotr Kowalski; Piotr DŁUGOSZ; Piotr Długosz
Original assignee: Jacek Bochenek; Inst Odlewnictwa
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2021-10-11
Also published as: PL428145A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania dwu- i trzywarstwowych wlewków metalowych, zwłaszcza z aluminium i jego stopów, w oparciu o nowy sposób półciągłego odlewania.The subject of the invention is a device for the production of two- and three-layer metal ingots, in particular from aluminum and its alloys, based on a new method of semi-continuous casting.

Idea półciągłego odlewania sięga końca XIX wieku, w odniesieniu do wytwarzania tym sposobem półproduktów ze staliwa. Od lat 30. XX wieku, a szczególnie od jego drugiej połowy wykonywane są w tej technologii na skalę przemysłową głównie wlewki jednowarstwowe ze stopów aluminium. Ten sposób wytwarzania wlewków stanowi alternatywę dla ich odlewania do wlewnic; przy tym jakość wlewków krzepnących kierunkowo (ang. Direct Casting) jest znacznie lepsza, co powodowane jest dodatkowo zwiększoną szybkością krystalizacji - nawet 10-krotnie w odniesieniu do stopu krzepnącego we wlewnicy bez płaszcza wodnego. Ponadto szybkie chłodzenie sprzyja jednorodności składu chemicznego oraz rozdrobnionej mikrostruktury krystalizującego wlewka. Odlewanie półciągłe - o określonej długości wlewka, w układzie pionowym - polega na nieprzerywanym wlewaniu z góry ciekłego stopu do otwartego z dwóch stron metalowego krystalizatora, chłodzonego wewnątrz wodą (pierścieniową wlewnicę bez dna),z jednoczesnym wyciąganiem od dołu zestalonego wlewka. Na początku procesu półciągłego odlewania, ruchoma aluminiowa podstawa zamyka od dołu otwartą konstrukcję krystalizatora. Ciekły metal (stop) równomiernie wlewany jest do krystalizatora; gdy metal osiągnie określoną wysokość, podstawa wraz ze spoczywającym na niej pasmem wlewka zaczyna się obniżać w kierunku zbiornika wodnego. Zestalony wlewek po wyjściu z krystalizatora dodatkowo jest schładzany (tzw. wtórne chłodzenie) wodą wypływającą grawitacyjnie z krystalizatora, co powoduje spadek temperatury do wartości z zakresu 30C+500°C. Na końcowym etapie półciągłego odlewania wlewki wprowadzane są do zbiornika wodnego, a następnie wyciągane na zewnętrz maszyny (urządzenia) do ciągłego odlewania. Masa wlewków może wynosić nawet kilkadziesiąt ton, a wymiary gabarytowe w przekroju poprzecznym nawet ponad 1 m, przy długości do 10 m. Tak otrzymane wyroby metalowe w dalszej kolejności znajdują zastosowanie do wytwarzania elementów konstrukcyjnych na drodze przeróbki plastycznej (poprzez walcowanie, wyciskanie, kucie itp.) czy sposobem obróbki ubytkowej (poprzez toczenie, wykrawanie, frezowanie, elektrodrążenie itd.).The idea of semi-continuous casting dates back to the end of the 19th century with regard to the production of semi-finished products from cast steel in this way. Since the 1930s, and especially since its second half, mainly single-layer ingots made of aluminum alloys have been produced on an industrial scale in this technology. This method of producing ingots is an alternative to casting them into ingot molds; the quality of the Direct Casting ingots is much better, which is caused by the additionally increased crystallization rate - even 10 times in relation to the solidification alloy in the ingot mold without a water jacket. In addition, rapid cooling promotes the homogeneity of the chemical composition and the fine microstructure of the crystallizing ingot. Semi-continuous casting - with a defined length of the ingot, in a vertical arrangement - consists in the continuous pouring of the liquid alloy from the top into a metal crystallizer open on both sides, cooled inside with water (annular ingot mold without a bottom), with simultaneous removal of the solidified ingot from the bottom. At the start of the semi-continuous casting process, a movable aluminum base closes the open mold structure at the bottom. Liquid metal (alloy) is evenly poured into the crystallizer; when the metal reaches a certain height, the base with the band of ingot resting on it begins to lower towards the water reservoir. After leaving the crystallizer, the solidified ingot is additionally cooled (so-called secondary cooling) with water flowing by gravity from the crystallizer, which causes the temperature to drop to a value in the range of 30C + 500 ° C. In the final stage of the semi-continuous casting, the ingots are introduced into the water reservoir and then drawn outside the continuous casting machine (s). The mass of the ingots can be even several dozen tons, and the overall dimensions in the cross-section even more than 1 m, with a length of up to 10 m. .) or by the method of subtractive processing (by turning, punching, milling, EDM, etc.).

Od końca lat 60. ubiegłego stulecia rozwijane są różne sposoby wykonywania wielowarstwowych wlewków. Opisane są one w szeregu zagranicznych patentów i zgłoszeń patentowych.Since the end of the 1960s, various methods of making multi-layer ingots have been developed. They are described in a number of foreign patents and patent applications.

Najczęściej wykonywane są wlewki wielowarstwowe o przekroju prostokątnym, walcowane następnie na wyroby blaszane. W chwili obecnej obserwowany jest coraz większy popyt na tego typu składające się z dwóch lub trzech warstw - wyroby walcowane. Ich główne zastosowania to m.in.: blachy lutownicze, blachy karoseryjne czy blachy na poszycia statków powietrznych, oraz wiele innych.Most often, multilayer billets with a rectangular cross-section are made, then rolled into sheet metal products. At present, there is an increasing demand for this type of two or three layers - rolled products. Their main applications are, among others: soldering sheets, body sheets or sheets for plating of aircraft, and many others.

W tych przypadkach właściwości powierzchni wyrobów walcowanych różnią się właściwości rdzenia mającego zazwyczaj większą grubość.In these cases, the surface properties of the rolled products differ from those of the core having the generally greater thickness.

Dotychczasowe, tradycyjne metody wykonywania warstwowych (powlekanych) blach polegały na wstępnym walcowaniu „na gorąco” dwóch oddzielnych wlewków, przechodząc następnie do końcowego rozwalcowywania na blachę. Wadą tego rozwiązania jest niedostateczna spójność składowych elementów wielowarstwowego wyrobu, powodowana metalurgicznymi zanieczyszczeniami łączonych powierzchni. Stąd zrodziła się koncepcja bezpośredniego wytwarzania wielowarstwowego wlewka z zastosowaniem specjalnego sposobu półciągłego odlewania, z końcowym jego rozwalcowywaniem na blachę. W znanych rozwiązaniach stosowane jest albo jednoczesne krzepniecie obu warstw, albo krzepnięcie warstwy rdzenia na zakrzepłej powierzchni warstwy zewnętrznej. Najczęściej wykonywane są wyroby dwu- lub - rzadziej - trzywarstwowe. W tych przypadkach warstwę najgrubszą nazywa się rdzeniem.The traditional methods of making laminated (coated) sheets to date consisted of initial "hot" rolling of two separate ingots, then proceeding to the final rolling into a sheet. The disadvantage of this solution is the insufficient cohesion of the components of the multilayer product, caused by metallurgical contamination of the surfaces to be joined. Hence the concept of direct production of a multilayer ingot using a special method of semi-continuous casting, with its final rolling into a sheet. In the known solutions, either the simultaneous solidification of both layers or the solidification of the core layer on the solidified surface of the outer layer is used. The most common are two or, less often, three-layer products. In these cases, the thickest layer is called the core.

W znanych dotychczas rozwiązaniach druga warstwę - zewnętrzna lub wewnętrzna - odlewa się J J i \J i i ii ii i na granicy zestalonej już wcześniej warstwy. Innym sposobem jest umieszczanie w krystalizatorze specjalnych stałych lub ruchomych przegród oddzielających; wielkość (wysokość) przegrody jest tak dobierana, ażeby poniżej niej drugi stop znajdował się w stanie ciekło-stałym tak zwanym „gąbczastym” tuż nad zestaloną (w stanie stałym) wcześniej częścią wlewka ze stopu pierwszego.In the previously known solutions, the second layer - outer or inner - is cast J J i J i i ii ii i at the boundary of the previously solidified layer. Another way is to place special fixed or movable separating partitions in the crystallizer; the size (height) of the baffle is chosen so that below it the second alloy is in a liquid-solid, so-called "spongy" state just above the solidified (solid) part of the first alloy ingot.

W patencie europejskim EP1638715 ujawnione zostały sposób i urządzenie do odlewania kompozytowych wlewków metalowych. Urządzenie wyposażone jest w pierścieniową wlewnicę bez dna mającą stronę załadowczą i stronę wylotową oraz ruchomy blok dolny dostosowany do zamontowania w stronie wylotowej i mogący się przemieszczać wzdłuż osi formy pierścieniowej. Strona załadowcza podzielona jest na co najmniej dwie oddzielne komory doprowadzające, przy czym sąsiadujące ze sobą komory rozdzielone są przez sterowaną temperaturowo ściankę rozdzielacza, kończącą się powyżejEuropean patent EP1638715 discloses a method and apparatus for casting composite metal ingots. The device is equipped with an annular bottomless ingot mold having a loading side and an outlet side and a movable bottom block adapted to be mounted on the outlet side and movable along the axis of the ring mold. The feed side is divided into at least two separate feed chambers, the adjacent chambers are separated by a temperature-controlled divider wall ending above

PL 238 833 B1 strony wylotowej formy. Poziom metalu kontrolowany jest w taki sposób, by w sąsiadujących ze sobą komorach rozkładał się tak, by w jednej komorze był w położeniu powyżej dolnego końca ścianki rozdzielacza, a w drugiej komorze był w położeniu innym, niż w pierwszej komorze.The exit side of the mold. The metal level is controlled in such a way that in adjacent chambers it is distributed so that in one chamber it is in a position above the lower end of the divider wall, and in the other chamber it is in a different position than in the first chamber.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia do wytwarzania wlewka sposobem półciągłego odlewania składającego się z dwóch lub trzech warstw stopów aluminium, zapewniających dobre ich połączenie, przy zmiennej i regulowanej grubości - w szerokim zakresie - warstw powierzchniowych.The object of the invention is to provide a device for producing an ingot by the method of semi-continuous casting consisting of two or three layers of aluminum alloys, ensuring their good bonding, with variable and adjustable thickness - over a wide range - of the surface layers.

Istota wynalazku w zakresie urządzenia polega na tym, że urządzenie wyposażone jest w system zalewowy z zaworem wlewowym, o regulowanej przepustowości, formę prostopadłościenną zamkniętą od dołu za pomocą ruchomej podstawy wyposażonej w siłownik, której dwie przeciwległe ściany utworzone są przez dwa krystalizatory z przepływowym czynnikiem chłodzącym. Każdy krystalizator składa się z dwóch części, dolnej i górnej, przy czym część dolna to krystalizator stały, a część górna to krystalizator ruchomy przesuwny względem krystalizatora stałego, dzięki mechanizmowi przesuwnemu. Krystalizatory ruchome i stałe mają od strony wewnętrznej formy wymienne płyty oddzielające. Między częścią dolną i górną krystalizatora znajdują się ukośne kanały zalewowe boczne, przy czym każdy kanał zalewowy boczny ma przyporządkowany zawór wlewowy. Krystalizatory wyposażone są w system kontroli temperatury. W stanie początkowym ruchoma podstawa znajduje się pod krystalizatorami ruchomymi. Grubość warstwy zewnętrznej wlewka wielowarstwowego jest funkcją wielkości przesunięcia krystalizatora ruchomego względem stałego. Urządzenie posiada ponadto dysze mikrostrumieniowe, umieszczone pod katalizatorami stałymi, podające ciecz chłodzącą pod ciśnieniem z dużą prędkością.The essence of the invention in terms of the device consists in the fact that the device is equipped with a flood system with an inlet valve, with adjustable capacity, a rectangular form closed at the bottom by a movable base equipped with an actuator, the two opposite walls of which are formed by two crystallizers with a flowing coolant . Each crystallizer consists of two parts, a lower and an upper one, the lower part being a solid crystallizer and the upper part being a mobile crystallizer that is movable in relation to the solid crystallizer thanks to the sliding mechanism. Mobile and fixed crystallizers have interchangeable separating plates on the inside of the mold. There are oblique side flooding channels between the lower and upper part of the crystallizer, with each side flooding channel having an associated fill valve. The crystallizers are equipped with a temperature control system. In the initial state, the movable base is located under the movable crystallizers. The thickness of the outer layer of the multilayer ingot is a function of the amount of the displacement of the mobile crystallizer relative to the fixed one. The device also has micro-jet nozzles placed under the solid catalysts, which supply the cooling liquid under pressure at high speed.

Korzystnie podstawa urządzenia spełnia funkcję zaworu do otwierania kanałów zalewania warstw zewnętrznych i wytwarza podciśnienie do zasysania metalu/stopu.Preferably, the base of the device functions as a valve for opening the pouring channels of the outer layers and creates a negative pressure for drawing in the metal / alloy.

Istota wynalazku w zakresie sposobu polega na tym, że wykorzystuje się powierzchnię rdzenia wlewka jako przegrody do formowania warstwy zewnętrznej z jednoczesnym fizycznym połączeniem rdzenia i warstwy zewnętrznej, dlatego w pierwszym etapie krystalizuje się rdzeń, a po jego ostygnięciu wlewa się do formy ciekły metal/stop będący warstwą zewnętrzną, który stykając się z powierzchnią rdzenia powoduje jego nadtopienie i powstanie trwałego połączenia rdzeń-warstwa zewnętrzna lub rdzeń - dwie warstwy zewnętrzne. Zalewanie wlewka metalem/stopem prowadzi się ze zbiornika zalewowego od góry, z kontrolowaną prędkością, natomiast zalewanie warstw zewnętrznych prowadzi się z boku, przy czym w celu wykonania wlewka dwuwarstwowego ciekły metal/stop wlewa się z jednego bocznego zbiornika zalewowego i przesuwa się tylko jeden krystalizator ruchomy, podczas gdy drugi pozostaje w pozycji wyjściowej, natomiast w celu wykonania wlewka trójwarstwowego ciekły metal/stop wlewa się z obu bocznych zbiorników zalewowych.The essence of the invention in terms of the method consists in the fact that the surface of the ingot's core is used as a barrier for forming the outer layer with the simultaneous physical connection of the core and the outer layer, therefore in the first stage the core is crystallized, and after it cools, liquid metal / alloy is poured into the mold. being the outer layer, which, in contact with the surface of the core, causes its melting and the formation of a permanent connection between the core and the outer layer or the core - two outer layers. Metal / alloy pouring of the ingot is carried out from the top of the flooding tank at a controlled speed, while the pouring of the outer layers is carried out from the side, with liquid metal / alloy being poured from one side flooding tank to make the two-layer ingot and only one crystallizer is moved movable while the other remains in the starting position, while to make the three-layer ingot, liquid metal / alloy is poured from both side flood tanks.

Główne zalety rozwiązań według wynalazku to możliwość łatwej i szybkiej regulacji grubości warstw zewnętrznych i jednocześnie rdzenia wlewka wielowarstwowego. W przedstawionym urządzeniu można wykonywać warstwy zewnętrzne wlewka z różnego rodzaju stopów, jak również dobierać ich grubość według potrzeb. Szczególnie istotny jest fakt, że w sposób szybki i nieskomplikowany wytwarza się wlewki złożone z trzech różnych warstw, co jest coraz częściej pożądane w przemyśle.The main advantages of the solutions according to the invention are the possibility of easy and quick adjustment of the thickness of the outer layers and, at the same time, of the core of the multilayer ingot. In the presented device, external layers of the ingot can be made of various types of alloys, as well as their thickness can be selected as needed. It is particularly important that ingots composed of three different layers are produced quickly and easily, which is increasingly desirable in the industry.

Rozwiązanie według wynalazku zostało przedstawione w przykładzie wykonania na rysunku Fig. 1, przedstawiającym przekrój pionowy urządzenia w pozycji wyjściowej, Fig. 2 - przekrój pionowy urządzenia z tworzącym się rdzeniem, Fig. 3 - przekrój pionowy urządzenia z dwoma warstwami metalu/stopu wokół rdzenia, Fig. 4 - przekrój pionowy urządzenia z jedną warstwą metalu/stopu wokół rdzenia.The solution according to the invention is shown in the embodiment in Fig. 1, showing a vertical section of the device in the starting position, Fig. 2 - vertical section of the device with a forming core, Fig. 3 - vertical section of the device with two metal / alloy layers around the core, Fig. 4 is a vertical section of a device with one metal / alloy layer around the core.

Urządzenie wyposażone jest w zbiorniki zalewowe 1, 12a i 12b z zaworami stożkowymi lub grzybkowymi odpowiednio 3 i 14, o regulowanej przepustowości, formę prostopadłościenną zamkniętą od dołu za pomocą ruchomej podstawy 8 wyposażonej w siłownik 9, której dwie przeciwległe ściany utworzone są przez dwa krystalizatory 4 i 5 z przepływowym czynnikiem chłodzącym. Każdy krystalizator składa się z dwóch części, dolnej i górnej, przy czym część dolna to krystalizator 5 stały, a część górna to krystalizator 4 ruchomy przesuwny względem krystalizatora stałego 5, dzięki mechanizmowi przesuwnemu 16. Krystalizatory ruchome 4 i stałe 5 mają od strony wewnętrznej formy wymienne płyty oddzielające 6 i 7. Między częścią dolną i górną krystalizatora znajdują się ukośne kanały zalewowe boczne 15, przy czym każdy kanał zalewowy boczny 15 ma przyporządkowany zawór wlewowy 14. Krystalizatory wyposażone są z systemem kontroli temperatury. W stanie początkowym ruchoma podstawa 8 znajduje się pod krystalizatorami ruchomymi 4. Grubość warstwy zewnętrznej wlewka wielowarstwowego jest funkcją wielkości przesunięcia krystalizatora ruchomego 4 względem stałego 5. UrząThe device is equipped with flood tanks 1, 12a and 12b with conical or mushroom valves 3 and 14, respectively, with adjustable capacity, a rectangular form closed at the bottom by a movable base 8 equipped with an actuator 9, the two opposite walls of which are formed by two crystallizers 4 and 5 with a flowing coolant. Each crystallizer consists of two parts, a lower and an upper one, the lower part being a solid crystallizer 5, and the upper part being a crystallizer 4 movable in relation to the solid crystallizer 5, thanks to a sliding mechanism 16. Mobile crystallizers 4 and fixed 5 have a mold on the inside. interchangeable separating plates 6 and 7. Between the lower and upper part of the crystallizer there are oblique side flooding channels 15, each side flooding channel 15 having an associated fill valve 14. The crystallizers are equipped with a temperature control system. In the initial state, the movable base 8 is located under the movable crystallizers 4. The thickness of the outer layer of the multilayer ingot is a function of the displacement of the movable crystallizer 4 relative to the fixed one 5. The device

PL 238 833 B1 dzenie posiada ponadto dysze mikrostrumieniowe 17, umieszczone pod katalizatorami stałymi 5, podające ciecz chłodzącą pod ciśnieniem z dużą prędkością. Podstawa urządzenia 8 spełnia funkcję zaworu do otwierania kanałów zalewania 15 warstw zewnętrznych i wytwarza podciśnienie do zasysania metalu/stopu.Moreover, the jet has micro-jet nozzles 17 placed under the solid catalysts 5, which supply the cooling liquid under pressure at high speed. The base of the device 8 functions as a valve for opening the priming channels 15 of the outer layers and creates a negative pressure for suction of the metal / alloy.

Zalewanie rdzenia wlewka 20 metalem/stopem 2 następuje od góry ze zbiornika zalewowego 1. Zbiornik zalewowy rdzenia wlewka 20 posiada zawór 3 stożkowy zamykający rurę spustową, z możliwością regulacji strumienia metalu/stopu.The pouring of the ingot core 20 with the metal / alloy 2 is from the top of the flooding tank 1. The flooding of the ingot core 20 has a conical valve 3 closing the downpipe, with the possibility of adjusting the metal / alloy flow.

Zawór ten jest również elementem wykonawczym układu automatycznej regulacji poziomu lustra płynnego metalu/stopu rdzenia w przestrzeni krystalizatorów ruchomych 4.This valve is also an actuator of the automatic control system for the level of the liquid metal / core alloy mirror in the space of mobile crystallizers 4.

Zalewanie warstw zewnętrznych 23a, 23b następuje przez kanały 15 zalewowe znajdujące się pomiędzy krystalizatorami ruchomymi 4 a krystalizatorami stałymi 5 ze zbiorników zalewowych bocznych 12a, 12b metalami/stopami 13a,13b. Prędkość zalewania rdzenia regulowana jest zaworem stożkowym 3. Prędkość zalewania warstw zewnętrznych regulowana jest zaworami wlewowymi 14.The flooding of the outer layers 23a, 23b takes place through the flooding channels 15 between the mobile crystallizers 4 and the solid crystallizers 5 from the side flooding tanks 12a, 12b with metals / alloys 13a, 13b. The speed of pouring the core is regulated by the cone valve 3. The speed of pouring the external layers is regulated by the inlet valves 14.

Ruchoma podstawa 8 w chwili rozpoczęcia procesu zalewnia formy zamyka kanały wlewowe do formowania warstw zewnętrznych oraz zasysa stopiony metal/stop warstwy/warstw zewnętrznych.The movable base 8, at the start of the process, floods the molds, closes the gating channels for forming the outer layers and sucks the molten metal / alloy of the outer layer / layers.

Podstawa 8, usytuowana jest pod krystalizatorem ruchomym 4 i pozostaje nieruchoma do czasu osiągnięcia przez tworzące się „jeziorko” metalu/stopu poziomu wylotu rury spustowej zbiornika systemu zalewowego rdzenia wlewka 4. Po osiągnięciu tego poziomu, ruchoma podstawa 8 sterowana siłownikiem 9 zaczyna się przemieszczać w dół, otwierając kanały zalewowe 15. Po otwarciu zaworów wlewowych 14 z systemów zalewowych 12a, 12b przez kanały 15 zalewowe dostarczany jest metal/stop w przestrzeń wokół rdzenia. Przy przesunięciu w dół ruchomej podstawy 8 powstaje komora zalewowa warstwy zewnętrznej ograniczona z jednej strony krystalizatorem stałym 5, z drugiej strony zestalonym rdzeniem wlewka 20, od góry krystalizatorem ruchomym 4 i ruchomą podstawą 8 od dołu. Napełnianie tej komory/komór w formie następuje przez zassanie metalu/stopu wspomagane grawitacyjnie ze zbiorników zalewowych 1, 12a, 12b usytuowanych powyżej i z boku formy. Prędkość wypełniania komory zależy od prędkości przemieszczania w dół rdzenia 20.The base 8 is located under the mobile crystallizer 4 and remains stationary until the metal / alloy "pool" that is formed reaches the level of the outlet pipe of the tank of the ingot core 4 flooding system. After reaching this level, the movable base 8 controlled by the actuator 9 begins to move in down opening the flood channels 15. After opening the fill valves 14, the flood channels 12a, 12b deliver metal / alloy to the space around the core. When the movable base 8 is shifted downwards, a flooding chamber of the outer layer is created, limited on the one hand by the solid crystallizer 5, on the other hand by the solidified core of the ingot 20, from the top by the movable crystallizer 4 and the movable base 8 from the bottom. Filling of this chamber / chambers in the mold takes place by sucking the metal / alloy by gravity from the flood tanks 1, 12a, 12b located above and to the side of the mold. The speed of filling the chamber depends on the downward speed of the core 20.

Wlewek dwuwarstwowy wykonywany jest poprzez przesunięcie tylko jednego krystalizatora ruchomego 4 na jednej ścianie formy przy pozostawieniu drugiego krystalizatora ruchomego w pozycj i wyjściowej.The two-layer ingot is made by moving only one movable crystallizer 4 on one wall of the mold while leaving the other movable crystallizer in the starting position.

Przy przesunięciu obu krystalizatorów 4 wykonuje się wlewek trójwarstwowy. Przesunięcie krystalizatorów ruchowych 4 realizuje się za pomocą mechanizmu 16.With the shift of both crystallizers 4, a three-layer ingot is made. The movement of the motion crystallizers 4 is performed by a mechanism 16.

Krystalizatory ruchome 4 zasilane czynnikiem chłodzącym 11 mają możliwość regulacji temperatury, a tym samym regulację głębokości „jeziorka” metalu/stopu i rozkładu stref fazy płynnej 18, płynnostałej 19 i zestalonej 20.Taką samą funkcję spełnia układ regulacji temperatury krystalizatora stałego 5 za pomocą czynnika chłodzącego 10, tyle że dla rozkładu stref fazy płynnej 21a, 21 b, płynno-stałej 22a, 22b i zestalonej 23a, 23b warstwy/warstw zewnętrznych wlewka. Regulacja ta jest niezbędna w celu takiego dobrania układu stref fazowych rdzenia 20 i warstw zewnętrznych 23a i 23b, aby połączenie warstw miało najlepsze parametry. Jako czynnik chłodzący krystalizatora, można stosować ciecze takie jak woda, polimery, lub ich wodne roztwory, gdyż wysoka temperatura ich wrzenia umożliwia kontrolowanie i szerszy zakres regulacji temperatury, w związku z ograniczeniem powstawania warstwy pary wodnej na powierzchni styku ciecz chłodząca-krystalizator. Uformowany wlewek wielowarstwowy dodatkowo schładzany jest z dysz mikrostrumieniowych 17, podających ciecz chłodzącą pod ciśnieniem z dużą prędkością.Mobile crystallizers 4 supplied with a cooling medium 11 have the ability to regulate the temperature, and thus to regulate the depth of the metal / alloy "pool" and the distribution of the liquid phase 18, liquid-solid 19 and solidified 20 zones. The same function is performed by the temperature control system of the solid crystallizer 5 by means of the cooling medium 10, except for the distribution of the zones of the liquid phase 21a, 21b, the liquid-solid 22a, 22b and the solidified 23a, 23b outer layer (s) of the ingot. This adjustment is necessary in order to select the arrangement of the phase zones of the core 20 and the outer layers 23a and 23b so that the connection of the layers has the best parameters. As the cooling agent of the crystallizer, liquids such as water, polymers, or their aqueous solutions can be used, because their high boiling point allows for controlling and a wider range of temperature regulation due to the limitation of the formation of a water vapor layer on the surface of the cooling liquid-crystallizer interface. The formed multilayer ingot is additionally cooled from micro-jet nozzles 17, which supply the cooling liquid under pressure at high speed.

Krystalizatory ruchome 4 i stałe 5 od strony wewnętrznej formy posiadają wymienne płyty oddzielające 6 i 7. Po zakończeniu procesu odlewania wlewek zostaje opuszczony poniżej formy i zdjęty z podstawy 8.Mobile 4 and fixed 5 crystallizers on the inside of the mold have replaceable separating plates 6 and 7. After the casting process is completed, the ingot is lowered below the mold and removed from the base 8.

Połączenie warstw zewnętrznych z rdzeniem realizuje się w wyniku wtopienia w skrystalizowany już rdzeń płynnego metalu/stopu wlewającego się do przestrzeni między krystalizatorem stałym a rdzeniem. Głębokość wtopienia uzależniona jest od kilku czynników takich jak: różnica temperatur pomiędzy skrystalizowanym rdzeniem, a płynnym metalem/stopem warstwy zewnętrznej oraz różnica objętości cieplnej między nimi, prędkości przesuwania się rdzenia w dół formy, a także grubość warstwy zewnętrznej.The connection of the outer layers with the core is achieved by fusing into the already crystallized core of the liquid metal / alloy pouring into the space between the solid crystallizer and the core. The depth of fusion depends on several factors, such as: the temperature difference between the crystallized core and the liquid metal / alloy of the outer layer and the difference in thermal volume between them, the speed of the core moving down the mold, and the thickness of the outer layer.

Claims

Patent claims

1. A device for the production of multilayer ingots from metal alloys, especially aluminum alloys, characterized in that it is equipped with a flood tank (1) with a valve (3) with adjustable capacity, a rectangular form closed at the bottom by means of a movable base (8) equipped with an actuator (9), the two opposite walls of which are formed by two pairs of crystallizers (4) and (5) supplied with a cooling medium, each crystallizer consisting of two lower and upper parts, the lower part being a solid crystallizer (5), and the upper part is a movable crystallizer (4) that is movable in relation to the solid crystallizer (5) thanks to a sliding mechanism, while there are oblique lateral inlet channels (15) with a fixed crystallizer (5) and a movable crystallizer (4), while each lateral inlet channel (15) has an associated inlet valve (14), moreover lysers (4) and (5) are equipped with a temperature control system; in the initial state, the movable base (8) is under the mobile crystallizers (5), the thickness of the outer layer of the multi-layer ingot (20) is a function of the size of the displacement of the mobile crystallizer (5) in relation to the solid crystallizer (4), additionally the device is equipped with micro-jet nozzles (17) ), placed under the solid catalysts (5), supplying the coolant under pressure at high speed.

2. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the base (8) acts as a valve for opening the pouring channels (15) of the outer layers and creates a negative pressure for suction of the metal / alloy.

The method of producing multilayer ingots from metal alloys, especially from aluminum alloys, characterized in that the surface of the ingot's core is used as a barrier for forming the outer layer with the simultaneous physical connection of the core and the outer layer, therefore the core is crystallized in the first stage, and after it has cooled down liquid metal / alloy is poured into the mold, which is the outer layer, which, in contact with the surface of the core, causes its melting and, as a consequence, a permanent connection is created at the core-outer layer or core - two outer layers, while pouring the ingot with metal / alloy is carried out from the tank pouring from the top at a controlled speed, while pouring the outer layers is carried out from the side, while after pouring the outer layer, the ingot is subjected to intensive cooling by pouring cooling liquid under pressure at high speed, while in order to make a two-layer ingot, liquid metal / alloy is poured is weighed from one side flood tank and only one mobile crystallizer moves while the other remains in the starting position, while liquid metal / alloy is poured from both side flood tanks to form a three-layer ingot.