RU122052U1

RU122052U1 - CRYSTALIZER OF THE HORIZONTAL MACHINE OF CONTINUOUS CASTING OF BILLETS FROM NON-FERROUS METALS AND ALLOYS

Info

Publication number: RU122052U1
Application number: RU2012122677/02U
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Горбатюк; Игорь Юрьевич Крюков; Александр Германович Радюк; Александр Евграфович Титлянов
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2012-11-20

Abstract

1. Графитовый кристаллизатор горизонтальной машины непрерывного литья заготовок прямоугольного сечения из цветных металлов и сплавов с объемом тигля не более 12000 см3 и предназначенной для расплава с температурой не более 1500°С, соединенный с тиглем и состоящий из верхней и нижней охлаждаемых частей, отличающийся тем, что верхняя и нижняя широкие стенки выполнены конусными, формируя сужающуюся рабочую полость в направлении литья, причем нижняя стенка имеет постоянную конусность по всей длине, а верхняя состоит из двух участков по длине кристаллизатора, из которых участок со стороны входа металла в кристаллизатор имеет конусность больше, чем нижняя стенка, а суммарная величина сужения участков верхней стенки равна величине сужения нижней стенки, при этом место сопряжения участков верхней стенки соответствует началу образования зазора между заготовкой и боковыми стенками. ! 2. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что конусность нижней стенки составляет 0,85-0,95%, а участка верхней стенки со стороны входа металла в кристаллизатор - 0,95-1,05%. ! 3. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что длина участка верхней стенки со стороны входа металла в кристаллизатор, на котором заготовка прижимается к боковым стенкам, составляет 0,2-0,5 всей ее длины. 1. Graphite mold of a horizontal continuous casting machine for rectangular billets made of non-ferrous metals and alloys with a crucible volume of no more than 12000 cm3 and intended for a melt with a temperature of no more than 1500 ° C, connected to the crucible and consisting of upper and lower cooled parts, characterized by that the upper and lower wide walls are made conical, forming a tapering working cavity in the direction of casting, and the lower wall has a constant taper along the entire length, and the upper one consists of two sections along the length of the mold, of which the section on the side of the metal inlet into the mold has a taper more, than the lower wall, and the total value of the narrowing of the upper wall sections is equal to the value of the narrowing of the lower wall, while the conjugation of the upper wall sections corresponds to the beginning of the gap formation between the workpiece and the side walls. ! 2. The crystallizer according to claim 1, characterized in that the taper of the lower wall is 0.85-0.95%, and the section of the upper wall from the side of the metal inlet into the mold is 0.95-1.05%. ! 3. The mold according to claim 1, characterized in that the length of the section of the upper wall from the side of the metal entrance into the mold, where the workpiece is pressed against the side walls, is 0.2-0.5 of its entire length.

Description

Полезная модель относится к области металлургии, в частности, к непрерывному и полунепрерывному литью заготовок из цветных металлов и сплавов на горизонтальных машинах с объемом тигля не более 12000 см³ и температурой расплава не более 1500°C.The utility model relates to the field of metallurgy, in particular, to continuous and semi-continuous casting of billets of non-ferrous metals and alloys on horizontal machines with a crucible volume of not more than 12,000 cm ³ and a melt temperature of not more than 1500 ° C.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является графитовый кристаллизатор горизонтальной машины непрерывного литья заготовок прямоугольного сечения из цветных металлов и сплавов с объемом тигля не более 12000 см³ и температурой расплава не более 1500°C, соединенный с тиглем и состоящий из верхней и нижней охлаждаемых частей (Металлург, 2011, №3, С.37-39).Closest to the proposed technical essence is a graphite crystallizer of a horizontal continuous casting machine of rectangular billets of non-ferrous metals and alloys with a crucible volume of not more than 12,000 cm ³ and a melt temperature of not more than 1500 ° C, connected to the crucible and consisting of upper and lower cooled parts (Metallurg, 2011, No. 3, p. 37-39).

В процессе кристаллизации непрерывная заготовка начинает уменьшаться в поперечном сечении и под воздействием на нее силы тяжести опирается на нижнюю часть кристаллизатора, вследствие чего образуется зазор между верхней частью заготовки и кристаллизатором. Зазор приводит к снижению теплообмена с охлаждающим устройством, т.е. температура верхней части заготовки на выходе из кристаллизатора выше, чем на нижней. Получаемая таким образом при кристаллизации заготовки неравномерная структура негативно влияет на дальнейшую обработку металла.During the crystallization process, the continuous billet begins to decrease in cross section and, under the influence of gravity, rests on the lower part of the mold, as a result of which a gap is formed between the upper part of the billet and the mold. The gap reduces heat transfer with the cooling device, i.e. the temperature of the upper part of the workpiece at the exit of the mold is higher than at the bottom. The uneven structure obtained in this way during crystallization of the preform negatively affects the further processing of the metal.

Техническим результатом является повышение качества заготовки за счет более равномерной структуры по ее толщине.The technical result is to improve the quality of the workpiece due to a more uniform structure in its thickness.

Технический результат достигается тем, что в графитовом кристаллизаторе горизонтальной машины непрерывного литья заготовок прямоугольного сечения из цветных металлов и сплавов с объемом тигля не более 12000 см³ и температурой расплава не более 1500°C, соединенном с тиглем и состоящем из верхней и нижней охлаждаемых частей, верхняя и нижняя широкие стенки выполнены конусными, формируя сужающуюся рабочую полость в направлении литья, причем нижняя стенка имеет постоянную конусность по всей длине, а верхняя - состоит из двух участков по длине кристаллизатора, из которых участок со стороны входа металла в кристаллизатор имеет конусность больше, чем нижняя стенка, а суммарная величина сужения участков верхней стенки равна величине сужения нижней стенки, при этом место сопряжения участков верхней стенки соответствует началу образования зазора между заготовкой и боковыми стенками. Конусность нижней стенки составляет 0,85-0,95%, а участка верхней стенки со стороны входа металла в кристаллизатор - 0,95-1,05%. Длина участка верхней стенки со стороны входа металла в кристаллизатор, на котором заготовка прижимается к боковым стенкам, составляет 0,2-0,5 всей ее длины.The technical result is achieved by the fact that in a graphite mold of a horizontal continuous casting machine of rectangular billets of non-ferrous metals and alloys with a crucible volume of not more than 12000 cm ³ and a melt temperature of not more than 1500 ° C, connected to the crucible and consisting of upper and lower cooled parts, the upper and lower wide walls are tapered, forming a tapering working cavity in the casting direction, the lower wall having a constant taper along the entire length, and the upper one consists of two sections along the length k istallizatora, of which the portion from the entrance of the metal mold has a taper greater than the bottom wall, and the total value of the top wall constriction portions equal to the narrowing of the bottom wall, the place of conjugation sites corresponds to the beginning of the upper wall forming a gap between the billet and the side walls. The taper of the lower wall is 0.85-0.95%, and the portion of the upper wall from the metal inlet side of the mold is 0.95-1.05%. The length of the section of the upper wall from the side of the metal inlet into the mold, on which the workpiece is pressed against the side walls, is 0.2-0.5 of its entire length.

Под конусностью понимают отношение величины сужения рабочей полости, создаваемого стенкой, к ее длине, умноженное на 100%. Поскольку угол конусности является малой величиной, то для упрощения расчетов вместо длины стенки использовали ее горизонтальную проекцию.By tapering is meant the ratio of the magnitude of the narrowing of the working cavity created by the wall to its length, multiplied by 100%. Since the taper angle is a small value, to simplify the calculations, instead of the length of the wall, its horizontal projection was used.

На рис.1 представлен общий вид кристаллизатора прямоугольного сечения, соединенного с тиглем (4) и состоящего из верхней (1) и нижней (2) охлаждаемых с помощью охлаждающего устройства (5) частей, образующих рабочую полость (3).Figure 1 shows a general view of a rectangular mold connected to the crucible (4) and consisting of the upper (1) and lower (2) parts that form the working cavity (3) cooled by means of a cooling device (5).

На рис.2 изображено продольное вертикальное сечение кристаллизатора, в котором нижняя стенка (6) длиной 1, создающая величину сужения b рабочей полости, имеет постоянную конусность b/l·100 по всей длине, а верхняя - состоит из двух участков по длине кристаллизатора. Стенка (7) участка со стороны входа металла в кристаллизатор имеет длину l₁ и создает величину сужения b₁, а стенка (8) участка со стороны выхода металла из кристаллизатора имеет длину l₂ и создает величину сужения b₂ рабочей полости, причем b₁/l₁·100>b/l·100 и b₁+b₂=b. Стенки (7) и (8) имеют место сопряжения (9). Направление литья показано стрелкой.Figure 2 shows a longitudinal vertical section of the mold, in which the lower wall (6) of length 1, which creates the constriction value b of the working cavity, has a constant taper b / l · 100 along the entire length, and the upper one consists of two sections along the length of the mold. The wall (7) of the section on the metal inlet side of the mold has a length l ₁ and creates a narrowing value b ₁ , and the wall (8) of the section on the metal out side of the mold has a length l ₂ and creates a narrowing value b _{2 of the} working cavity, with b ₁ / l ₁ · 100> b / l · 100 and b ₁ + b ₂ = b. Walls (7) and (8) have mates (9). The casting direction is shown by the arrow.

Во время кристаллизации и охлаждения возникающая в кристаллизаторе заготовка подвергается усадке и, образовавшаяся к этому времени твердая оболочка металла начинает отрываться от стенок. Для того, чтобы в кристаллизаторе могло отводиться достаточное количество тепла, необходимого для образования прочной оболочки металла, его изготавливают с конусом, сужающимся в направлении литья.During crystallization and cooling, the workpiece arising in the mold is shrunk and the solid metal shell formed by this time begins to break away from the walls. In order for a sufficient amount of heat necessary to form a strong metal shell to be removed in the mold, it is made with a cone tapering in the casting direction.

В процессе кристаллизации металла сначала образуется оболочка с жидкой сердцевиной. Заготовка деформируется под действием силы тяжести и прижимается к боковым стенкам, а между заготовкой и верхней стенкой образуется зазор, ухудшающий теплообмен. По мере увеличения толщины оболочки происходит ее усадка, и образуется зазор между заготовкой и боковыми стенками. При этом интенсивность образования зазора между заготовкой и верхней стенкой уменьшается. Поэтому верхнюю стенку изготавливают из двух участков, сопряженных в месте начала образования зазора между заготовкой и боковыми стенками, а на участке, где заготовка прижимается к боковым стенкам, для уменьшения зазора между заготовкой и верхней стенкой, последнюю изготавливают с конусностью большей, чем нижнюю стенку. Каждый участок верхней стенки образует сужение рабочей полости кристаллизатора, причем сумма величин сужений должна равняться величине сужения нижней стенки. В этом случае обеспечивается наибольший контакт заготовки со стенками кристаллизатора. Именно выполнение всех признаков в совокупности обеспечивает формирование однородной структуры по толщине заготовки, т.е. повышение ее качества, а, следовательно, достижение технического результата.In the process of crystallization of the metal, a shell with a liquid core is first formed. The workpiece is deformed by gravity and is pressed against the side walls, and a gap is formed between the workpiece and the upper wall that impairs heat transfer. As the thickness of the shell increases, it shrinks and a gap forms between the workpiece and the side walls. The intensity of the formation of a gap between the workpiece and the upper wall decreases. Therefore, the upper wall is made of two sections conjugated at the beginning of the formation of a gap between the workpiece and the side walls, and in the area where the workpiece is pressed against the side walls, to reduce the gap between the workpiece and the upper wall, the latter is made with a taper greater than the lower wall. Each section of the upper wall forms a narrowing of the working cavity of the mold, and the sum of the constrictions should equal the magnitude of the narrowing of the lower wall. In this case, the greatest contact of the workpiece with the walls of the mold is ensured. It is the fulfillment of all the characteristics in the aggregate that ensures the formation of a homogeneous structure over the thickness of the workpiece, improving its quality, and, therefore, achieving a technical result.

Экспериментально установлено, что наиболее рациональными значениями конусности нижней стенки является 0,85-0,95%. Для наиболее близкого контакта между заготовкой и верхней стенкой конусность участка со стороны входа металла в кристаллизатор должна быть 0,95-1,05%, а длина должна составлять 0,2-0,5 всей ее длины.It was experimentally established that the most rational values of the conicity of the lower wall is 0.85-0.95%. For the closest contact between the workpiece and the upper wall, the taper of the section on the metal inlet side of the mold should be 0.95-1.05%, and the length should be 0.2-0.5 of its entire length.

Если конусность участка верхней стенки со стороны входа металла в кристаллизатор будет меньше или равна конусности нижней стенки или сумма величин сужений на верхней стенке окажется меньше, чем на нижней, то это является причиной образования зазора между оболочкой металла и кристаллизатором, что ведет к неравномерной теплоотдаче по поверхности заготовки. Если сумма величин сужений на верхней стенке окажется больше, чем на нижней, то из-за уменьшения рабочей полости повышается усилие вытяжки непрерывной заготовки. Это приводит к возникновению внутренних напряжений в кристаллизующемся металле, способствующих образованию трещин в заготовке.If the conicity of the section of the upper wall from the side of the metal inlet into the mold is less than or equal to the conicity of the lower wall or the sum of the constrictions on the upper wall is less than on the bottom, this causes a gap between the metal shell and the mold, which leads to uneven heat transfer over surface of the workpiece. If the sum of the constrictions on the upper wall is greater than on the lower, then, due to a decrease in the working cavity, the drawing force of the continuous workpiece increases. This leads to the occurrence of internal stresses in the crystallizing metal, contributing to the formation of cracks in the workpiece.

Верхнюю и нижнюю части кристаллизатора с требуемой конусностью верхней и нижней стенок изготавливают фрезерованием.The upper and lower parts of the mold with the required taper of the upper and lower walls are made by milling.

Длину участка верхней стенки со стороны входа металла в кристаллизатор, на котором заготовка прижимается к боковым стенкам, определяют опытным путем по следам контакта, оставленным заготовкой на стенках, которые видны на отработанном кристаллизаторе.The length of the section of the upper wall from the side of the metal inlet into the mold, on which the workpiece is pressed against the side walls, is determined empirically from the contact marks left by the workpiece on the walls that are visible on the spent mold.

Показателем, характеризующим равномерность кристаллизации заготовки по ее толщине, является температура сверху и снизу заготовки на выходе из кристаллизатора, которую измеряли контактными термометрами, расположенными по середине заготовки. Точность измерения контактного термометра составляет ±1°C.An indicator of the uniform crystallization of a workpiece by its thickness is the temperature above and below the workpiece at the exit of the mold, which was measured by contact thermometers located in the middle of the workpiece. The accuracy of the contact thermometer is ± 1 ° C.

Пример.Example.

На горизонтальной машине непрерывного литья заготовок с объемом тигля 12000 см³ отливали серебро с температурой расплава 1020°C в заготовку сечением 20×200 мм. Нижняя стенка длиной l=500 мм создавала величину сужения рабочей полости b=4,5 мм, т.е. была выполнена с конусностью 0,9%. Участок верхней стенки со стороны входа металла в кристаллизатор имел длину l₁=0,3·1=150 мм и создавал величину сужения b₁=1,5 мм, т.е. был выполнен с конусностью 1,0%. Участок верхней стенки со стороны выхода металла из кристаллизатора имел длину l₂=0,7·1=350 мм и создавал величину сужения b₂=3,0 мм, т.е. был выполнен с конусностью 0,857%. Температуру заготовки на выходе из кристаллизатора измеряли контактными термометрами сверху и снизу, установленными по середине заготовки. Температура заготовки сверху на выходе из графитового кристаллизатора составила 180°C, а снизу - 178°C. Металлографический анализ пробы, отобранной от заготовки, показал практически равномерную структуру по ее толщине.On a horizontal machine for continuous casting of preforms with a crucible volume of 12,000 cm ^3, silver with a melt temperature of 1020 ° C was cast into a preform with a cross section of 20 × 200 mm. The lower wall with a length l = 500 mm created a narrowing of the working cavity b = 4.5 mm, i.e. was performed with a taper of 0.9%. The section of the upper wall from the metal inlet side of the mold had a length l ₁ = 0.3 · 1 = 150 mm and created a narrowing value b ₁ = 1.5 mm, i.e. was performed with a taper of 1.0%. The section of the upper wall from the exit side of the metal from the mold had a length l ₂ = 0.7 · 1 = 350 mm and created a narrowing value b ₂ = 3.0 mm, i.e. was performed with a taper of 0.857%. The temperature of the workpiece at the exit from the mold was measured by contact thermometers above and below, installed in the middle of the workpiece. The temperature of the workpiece at the top at the outlet of the graphite mold was 180 ° C, and at the bottom - 178 ° C. The metallographic analysis of the sample taken from the workpiece showed an almost uniform structure in its thickness.

Следовательно, графитовый кристаллизатор горизонтальной машины непрерывного литья заготовок прямоугольного сечения из цветных металлов и сплавов с объемом тигля не более 12000 см³ и температурой расплава не более 1500°C, соединенный с тиглем и состоящий из верхней и нижней охлаждаемых частей, в котором верхняя и нижняя широкие стенки выполнены конусными, формируя сужающуюся рабочую полость в направлении литья, причем нижняя стенка имеет постоянную конусность по всей длине, а верхняя - состоит из двух участков по длине кристаллизатора, из которых участок со стороны входа металла в кристаллизатор имеет конусность больше, чем нижняя стенка, а суммарная величина сужения участков верхней стенки равна величине сужения нижней стенки, при этом место сопряжения участков верхней стенки соответствует началу образования зазора между заготовкой и боковыми стенками, обеспечивает повышение качества заготовки за счет более равномерной структуры по ее толщине.Therefore, a graphite mold of a horizontal continuous casting machine of rectangular billets of non-ferrous metals and alloys with a crucible volume of not more than 12000 cm ³ and a melt temperature of not more than 1500 ° C, connected to the crucible and consisting of upper and lower cooled parts, in which the upper and lower wide walls are made conical, forming a tapering working cavity in the casting direction, the lower wall having a constant taper along the entire length, and the upper one consists of two sections along the length of the mold, from On the other hand, the section on the metal inlet side of the mold has a taper greater than the lower wall, and the total narrowing of the upper wall sections is equal to the narrowing of the lower wall, and the place of conjugation of the upper wall sections corresponds to the beginning of the formation of a gap between the workpiece and side walls, which improves the quality of the workpiece due to a more uniform structure in its thickness.

Claims

1. A graphite mold of a horizontal continuous casting machine of rectangular billets of non-ferrous metals and alloys with a crucible volume of not more than 12,000 cm ³ and intended for melt with a temperature of not more than 1500 ° C, connected to the crucible and consisting of upper and lower cooled parts, characterized in that the upper and lower wide walls are made conical, forming a tapering working cavity in the casting direction, the lower wall having a constant taper along the entire length, and the upper one consists of two sections along the length cr stallizatora, of which the portion from the entrance of the metal mold has a taper greater than the bottom wall, and the total value of the top wall constriction portions equal to the narrowing of the bottom wall, the place of conjugation sites corresponds to the beginning of the upper wall forming a gap between the billet and the side walls.

2. The mold according to claim 1, characterized in that the taper of the lower wall is 0.85-0.95%, and the portion of the upper wall from the metal inlet side of the mold is 0.95-1.05%.

3. The mold according to claim 1, characterized in that the length of the portion of the upper wall from the side of the metal inlet into the mold, on which the workpiece is pressed against the side walls, is 0.2-0.5 of its entire length.