RU2018134479A

RU2018134479A - Оптимизация струи жидкого металла в процессе литья в кристаллизатор прямым охлаждением

Info

Publication number: RU2018134479A
Application number: RU2018134479A
Authority: RU
Inventors: Самюэль Р. ВАГСТАФФ
Original assignee: Новелис Инк.
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2020-04-27
Also published as: KR20180127449A; MX2018011649A; WO2017165758A1; RU2720414C2; JP2019513082A; CA3018743A1; RU2018134479A3; EP3433037A1; US20170274446A1; CN108883462A

Claims

1. Способ определения оптимизированных параметров литья жидкого металла, включающий

определение размеров литейной формы для полости формы, подходящей для приема жидкого металла из разливочного стакана, который соединен с системой подачи жидкого металла;

определение скорости литья;

определение оптимизированного параметра литья с использованием размеров литейной формы и скорости литья, значение которого обеспечивает струю, формируемую жидким металлом, выходящим из отверстия разливочного стакана со скоростью потока металла, индуцирующую вторичное перемешивание зерен в суспензионной зоне жидкого металла в литейной форме,

отличающийся тем, что определение оптимизированного параметра литья включает:

определение числа Рейнольдса литейной формы, используя размеры литейной формы и скорость литья;

определение числа Рейнольдса струи, используя число Рейнольдса литейной формы; и

вычисление оптимизированного параметра литья в виде, по меньшей мере, одного из скорости потока металла и размера отверстия разливочного стакана, используя число Рейнольдса литейной формы и число Рейнольдса струи.

2. Способ по п. 1, в котором обеспечивают вычисление, по меньшей мере, одного из скорости потока металла и размера отверстия разливочного стакана, для обеспечения индуцирования струей жидкого металла кратера в жидком металле в литейной форме, причем размер отверстия разливочного стакана обеспечивает углубление кратера образующейся струей жидкого металла со скоростью, которая отклоняется на 10% или менее от скорости литья при работе в стационарном режиме.

3. Способ по п. 1, в котором определение числа Рейнольдса струи включает определение композиции металлов для металлического продукта литья и определение числа Рейнольдса струи с использованием композиции металлов и числа Рейнольдса литейной формы.

4. Способ по п. 1, в котором оптимизированным параметром литья является размер отверстия разливочного стакана.

5. Способ по п. 1, в котором выбор или изготовление разливочного стакана осуществляют на основе размера отверстия разливочного стакана.

6. Способ по п. 1, в котором управление осуществляют с помощью устройства для контроля скорости потока металла.

7. Система литья жидкого металла для литейной формы с прямым охлаждением, содержащая:

полость литейной формы;

источник расплавленного металла, обеспечивающий расплавленный металл для полости литейной формы; и

соединенный с системой подачи расплавленного металла разливочный стакан с отверстием, предназначенным для формирования потока жидкого металла со скоростью, обеспечивающей индуцирование вторичного перемешивания зерен в суспензионной зоне жидкого металла в литейной форме, вызываемого струей жидкого металла при работе в стационарном режиме,

отличающаяся тем, что она содержит разливочный стакан, размер отверстия которого определен согласно способу по любому из пп. 1-6.

8. Система по п. 7, в которой размер отверстия разливочного стакана обеспечивает формирование кратера в жидком металле в литейной форме для металлического изделия, отливаемого со скоростью литья, посредством струи жидкого металла, причем размер отверстия разливочного стакана обеспечивает образование струи жидкого металла, вызывающей углубление кратера в жидком металле в литейной форме со скоростью, изменяющейся на 10% или менее относительно скорости литья при работе в стационарном режиме.

9. Система по п. 7, которая содержит нижний блок для дальнейшего вытяжки расплавленного металла из разливочного стакана со скоростью литья при работе в стационарном режиме.

10. Система по п. 7, которая содержит устройство для контроля скорости потока расплавленного металла, размещенное между системой подачи расплавленного металла и разливочным стаканом для регулирования скорости потока расплавленного металла, попадающего в полость литейной формы.

11. Система по п. 10, которая содержит контроллер, соединенный с датчиком для оценки глубины жидкого металла в литейной форме связанный с устройством для контроля скорости потока расплавленного металла для регулирования расхода расплавленного металла на основе расчетной глубины жидкого металла в литейной форме.

12. Способ литья жидкого металла, включающий

обеспечение подачи расплавленного металла из системы подачи расплавленного металла в полость литейной формы через отверстие разливочного стакана со скоростью потока при работе в стационарном режиме, при этом поступление расплавленного металла через отверстие разливочного стакана со скоростью потока включает получение струи жидкого металла в жидком металле в литейной форме;

вторичное перемешивание зерен в суспензионной зоне жидкого металла в литейной форме с использованием струи жидкого металла при работе в стационарном режиме,

отличающийся тем, что используют систему литья жидкого металла по любому из пп. 7-11.

13. Способ по п. 12, в котором размер отверстия разливочного стакана обеспечивает формирование струей жидкого металла кратера в суспензионной зоне жидкого металла в литейной форме и поддержание скорости углубления кратера в пределах отклонения от скорости литья 10% в стационарном режиме.

14. Способ по п. 13, в котором

используют разливочный стакан, изготовленный или выбранный с размером отверстия, подходящим для получения струи жидкого металла, обеспечивающей поддержание скорости углубления кратера в пределах изменения скорости литья в пределах 10% при работе в стационарном режиме; и

соединяют разливочный стакан с системой подачи расплавленного металла.

15. Способ по п. 12, в котором осуществляют вытягивание нижнего блока в сторону от разливочного стакана при работе в стационарном режиме.

16. Способ по п. 12, в котором подача расплавленного металла через разливочный стакан при определенной скорости потока дополнительно включает управление скоростью потока с использованием устройства для контроля скорости потока, находящегося между системой подачи расплавленного металла и разливочным стаканом.

17. Способ по п. 16, в котором вторичное перемешивание зерен с использованием струи жидкого металла включает регулирование скорости потока через отверстие с обеспечением формирования струи жидкого металла, поддерживающей скорость углубления кратера в пределах 5% от скорости литья при работе в стационарном режиме.

18. Способ по п. 12, в котором вторичное перемешивание зерен с использованием струи жидкого металла включает ориентацию струи жидкого металла в вертикальном направлении или в пределах отклонения 30° от вертикали.

19. Металлический продукт, полученный способом по п. 12, имеющий показатель макроскопической ликвации меньше 0,104.

20. Способ определения оптимизированных параметров литья жидкого металла, включающий

определение размеров литейной формы для полости формы, подходящей для приема жидкого металла из разливочного стакана, соединенного с системой подачи расплавленного металла;

определение скорости литья; и

определение оптимизированного параметра литья с использованием размеров литейной формы и скорости литья, значение которого обеспечивает струю, формируемую жидким металлом, выходящим из отверстия разливочного стакана со скоростью потока металла, уменьшающую макроскопическую ликвацию в отлитом металлическом изделии, причем металлический продукт, отлитый с использованием оптимизированного параметра литья, имеет показатель макроскопической ликвации, равный или меньший 0,100,

определение числа Рейнольдса литейной формы с использованием размеров литейной формы и скорости литья;

определение числа Рейнольдса струи с использованием числа Рейнольдса литейной формы; и

вычисление оптимизированного параметра литья в виде, по меньшей мере, одного из скорости потока металла и размера отверстия разливочного стакана с использованием числа Рейнольдса литейной формы и числа Рейнольдса струи.

21. Способ по п. 20, в котором показатель макроскопической ликвации рассчитывают в соответствии со следующей формулой:

,

где Y - половина толщины или половина диаметра металлического продукта, A_dom - площадь измеренного поперечного сечения в измеряемой точке, у - расстояние от середины толщины металлического продукта до измеряемой точки, А - область интегрирования по поперечному сечению металлического продукта, С₀ - концентрация растворенного состава в целевой композиции сплава и С - концентрация растворенного вещества в измеренной точке.

22. Способ по п. 20, в котором определение оптимизированного параметра литья включает обеспечение, по меньшей мере, одного значения из скорости потока металла и размера отверстия разливочного стакана, которое рассчитывается так, чтобы струя жидкого металла вызывала вторичное перемешивание зерен в суспензионной зоне жидкого металла в литейной форме при работе в стационарном режиме.

23. Способ по п. 20, в котором оптимизированный параметр литья обеспечивает формирование кратера в жидком металле в литейной форме посредством струи жидкого металла, причем отверстие разливочного стакана имеет размер, при котором полученная струя жидкого металла индуцирует углубление кратера со скоростью, приводящей к изменению в 10% или менее относительно скорости литья в процессе работы в стационарном режиме.

24. Способ по п. 20, в котором определение числа Рейнольдса струи включает определение композиции металла для металлического продукта и определение числа Рейнольдса струи с использованием композиции металла и числа Рейнольдса литейной формы.

25. Способ по п. 20, в котором оптимизированным параметром литья является размер отверстия разливочного стакана.

26. Способ по п. 20, в котором дополнительно осуществляют выбор или изготовление разливочного стакана на основе размера отверстия разливочного стакана.

27. Способ по п. 20, в котором осуществляют управление устройством для контроля скорости потока жидкого металла с использованием значения скорости потока металла.

28. Способ по п. 20, в котором определение оптимизированного параметра литья включает обеспечение вычисления, по меньшей мере, одного из значения скорости потока жидкого металла и размера отверстия разливочного стакана, так, чтобы струя жидкого металла имела достаточную силу для индуцирования потока жидкого металла в жидком металле в литейной форме, который достаточен для гомогенизации концентраций растворенного вещества в жидком металле в литейной форме.

29. Способ по п. 20, в котором показатель макроскопической ликвации находится на уровне 0,090 или меньше.

30. Способ по п. 20, в котором показатель макроскопической ликвации находится на уровне 0,070 или меньше.

31. Способ литья жидкого металла, включающий

обеспечение подачи расплавленного металла из системы подачи расплавленного металла в полость литейной формы через отверстие разливочного стакана при скорости потока металла при работе в стационарном режиме, причем подача расплавленного металла через отверстие разливочного стакана со скоростью потока включает формирование струи жидкого металла в жидком металле в литейной форме, достаточной для уменьшения макроскопической ликвации в металлическом продукте таким образом, чтобы металлический продукт имел показатель макроскопической ликвации равный 0,100 или меньше,

отличающийся тем, что используют разливочный стакан, размер отверстия которого определяют способому по любому из пунктов 20-30.

32. Способ по п. 31, включающий вторичное перемешивание зерен в суспензионной зоне жидкого металла в литейной форме с использованием струи жидкого металла при работе в стационарном режиме.

33. Способ по п. 32, в котором размер отверстия разливочного стакана обеспечивает формирование струей жидкого металла кратера в суспензионной зоне жидкого металла в литейной форме и поддержание скорости углубления кратера в пределах отклонения от скорости литья 10% при работе в стационарном режиме.

34. Способ по п. 31, включающий индуцирование потока жидкого металла внутри жидкого металла в литейной форме, достаточного для гомогенизации концентраций растворенного вещества в жидком металле в литейной форме.

35. Способ по п. 31, в котором подачу расплавленного металла через разливочный стакан при скорости потока осуществляют под контролем скорости потока, осуществляемым с использованием устройства для контроля скорости потока, расположенного между системой подачи расплавленного металла и разливочным стаканом.

36. Способ по п. 31, в котором показатель макроскопической ликвации металлического продукта составляет 0,090 или меньше.

37. Способ по п. 31, в котором показатель макроскопической ликвации металлического продукта составляет 0,070 или меньше.

38. Металлический продукт с показателем макроскопической ликвации, который равен или меньше 0,10, характеризующийся тем, что он получен способом по п. 31.