RU2021871C1

RU2021871C1 - Method to process metal during uninterrupted ingot casting

Info

Publication number: RU2021871C1
Authority: RU
Inventors: С.Б. Комаров
Original assignee: Комаров Сергей Борисович
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: metallurgy, metal casting. SUBSTANCE: melt enters crystallizer through extension with thermal insulation mounted at the crystallizer. In this case the melt comes through flowing liquid halide-based flux by forcing the flux from an intermediate reservoir and putting away through holes in the extension with thermal insulation. The flux is heated up to a temperature not less than solidus of the metal cast. The melt comes through liquid flux with induced electric field produced by electrode arranged in the flux and connected with power supply. EFFECT: increased casting productivity. 2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывному литью слитков преимущественно алюминиевых сплавов, содержащих магний и литий. The invention relates to metallurgy, namely to the continuous casting of ingots of predominantly aluminum alloys containing magnesium and lithium.

Известен способ обработки металла при непрерывном литье слитков алюминиевых сплавов, включающий подачу расплава из миксера в кристаллизатор и рафинирование его в промежуточной емкости путем обработки жидким флюсом, находящимся под воздействием электрического поля [1]. A known method of processing metal in the continuous casting of ingots of aluminum alloys, comprising supplying the melt from the mixer to the mold and refining it in an intermediate tank by treatment with a liquid flux under the influence of an electric field [1].

Недостатком известного способа обработки является ухудшение качества металла после операции рафинирования в промежуточной емкости из-за последующего окисления расплава в металлопроводе и кристаллизаторе. A disadvantage of the known processing method is the deterioration of the quality of the metal after the refining operation in the intermediate vessel due to the subsequent oxidation of the melt in the metal wire and the mold.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ обработки металла при непрерывном литье слитков преимущественно алюминиевых сплавов, содержащих магний и литий, включающий подачу расплава в кристаллизатор через установленную на кристаллизаторе теплоизоляционную насадку и удаление окислов с поверхности расплава (2). The closest technical solution to the proposed one is a metal processing method for the continuous casting of ingots of predominantly aluminum alloys containing magnesium and lithium, comprising supplying the melt to the mold through a heat-insulating nozzle installed on the mold and removing oxides from the melt surface (2).

Недостатком способа является то, что поверхностный слой расплава в теплоизоляционной насадке интенсивно окисляется. При колебании уровня расплава в теплоизоляционной насадке рыхлая окисная плена разрушается, причем тем активнее, чем толще ее слой. Разрушению окислов способствует движение расплава, поступающего из миксера. Продукты разрушения захватываются потоком расплава и вовлекаются в кристаллизующийся слиток. Окисные включения к тому же становятся центрами образования структурной неоднородности (светлых кристаллитов). Низкая чистота металла и структурная неоднородность способствуют снижению механических свойств металла. The disadvantage of this method is that the surface layer of the melt in the insulating nozzle is intensively oxidized. When the melt level fluctuates in the heat-insulating nozzle, the loose oxide film is destroyed, and the more active, the thicker its layer. The destruction of oxides contributes to the movement of the melt coming from the mixer. Fracture products are captured by the melt flow and are drawn into the crystallizing ingot. Oxide inclusions also become centers of formation of structural heterogeneity (light crystallites). Low metal purity and structural heterogeneity contribute to a decrease in the mechanical properties of the metal.

Цель изобретения - повышение качества металла путем повышения его чистоты, уменьшения структурной неоднородности и повышения механических свойств. The purpose of the invention is to improve the quality of the metal by increasing its purity, reducing structural heterogeneity and improving mechanical properties.

Сущность изобретения заключается в том, что по способу обработки металла при непрерывном литье слитков преимущественно алюминиевых сплавов, содержащих магний и литий, включающему подачу расплава в кристаллизатор через установленную на кристаллизаторе теплоизоляционную насадку, расплав в теплоизоляционной насадке пропускают через проточный жидкий флюс на основе галогенидов. При этом флюс подогревают до температуры не ниже солидуса расплава. Флюс подогревают посредством погружаемого в него электрода. The essence of the invention lies in the fact that according to the method of processing metal in the continuous casting of ingots of predominantly aluminum alloys containing magnesium and lithium, comprising supplying the melt to the mold through the heat-insulating nozzle installed on the mold, the melt in the heat-insulating nozzle is passed through a flowing halide-based fluid flux. In this case, the flux is heated to a temperature not lower than the solidus of the melt. The flux is heated by means of an electrode immersed in it.

На фиг.1 показано устройство для осуществления предложенного способа с наведением электрического поля и подогревом флюса в теплоизоляционной насадке; на фиг.2 - то же, без наведения электрического поля и с подогревом флюса в промежуточной емкости. Figure 1 shows a device for implementing the proposed method with inducing an electric field and heating flux in a heat-insulating nozzle; figure 2 - the same, without inducing an electric field and heated flux in the intermediate tank.

Над кристаллизатором 1 размещена теплоизоляционная насадка 2, выполненная из теплоизоляционного материала, например асботермосиликата. Затвердевание жидкого металла (расплава) 3 осуществляется в кристаллизаторе 1, а дальнейшее охлаждение слитка 4 - в зоне вторичного охлаждения путем подачи воды 5 на поверхность слитка 4. Для подачи расплава 3 из миксера в теплоизоляционную насадку 2 и кристаллизатор 1 служит металлопровод 6. В теплоизоляционной насадке 2 выполнены отверстия 7 и 8 для подачи жидкого флюса 9 из промежуточной емкости 10 и отвода его в емкость 11. В теплоизоляционной насадке 2 размещен электрод 12, связанный с источником электрического поля. Электрод 12, обеспечивающий нагрев флюса и наложение электрического поля, может быть вынесен в емкость 10. Above the mold 1 there is a heat-insulating nozzle 2 made of a heat-insulating material, for example asbestos-silicate. The solidification of the liquid metal (melt) 3 is carried out in the mold 1, and further cooling of the ingot 4 is carried out in the secondary cooling zone by supplying water 5 to the surface of the ingot 4. To supply the melt 3 from the mixer to the heat-insulating nozzle 2 and mold 1, metal wire 6 is used. In the heat-insulating the nozzle 2 has openings 7 and 8 for supplying a liquid flux 9 from the intermediate tank 10 and withdrawing it to the tank 11. An electrode 12 is placed in the heat-insulating nozzle 2, connected to an electric field source. The electrode 12, which provides heating of the flux and the application of an electric field, can be taken out into the tank 10.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Кристаллизатор 1 после установки в него поддона частично заполняют жидким металлом (расплавом) 3, поверх которого из промежуточной емкости 10 заливают жидкий флюс 9 в количестве, предотвращающем окисление поверхности расплава 3. Включают рабочий ход литейной машины. Постепенно доводят количество расплава 3 в кристаллизаторе 1 и теплоизоляционной насадке 2 до рабочего уровня. Увеличивают подачу флюса 9 из промежуточной емкости 10 через нижнее отверстие 7 в теплоизоляционной насадке 2 до уровня верхнего отверстия 8, обеспечивающего отвод флюса из теплоизоляционной насадки (проточность флюса). Для подогрева флюса путем наведения электрического поля в проточном флюсе 9 перед началом литья в теплоизоляционной насадке 2 размещают электрод 12, подключение которого к источнику электрического тока осуществляют после наполнения теплоизоляционной насадки жидким флюсом 9 до рабочего уровня. Регулирование уровня расплава 3 в теплоизоляционной насадке 2 осуществляют автоматическим регулятором уровня, датчиком которого является поплавок, имеющий плотность материала больше плотности флюса, но меньше плотности расплава отливаемого металла. After installing the pan in it, the mold 1 is partially filled with liquid metal (melt) 3, over which liquid flux 9 is poured from the intermediate tank 10 in an amount that prevents oxidation of the melt surface 3. The casting machine is turned on. Gradually bring the amount of melt 3 in the mold 1 and the heat-insulating nozzle 2 to the working level. Increase the flux supply 9 from the intermediate tank 10 through the lower hole 7 in the heat-insulating nozzle 2 to the level of the upper hole 8, which ensures the flux removal from the heat-insulating nozzle (flux flow). To heat the flux by inducing an electric field in the flowing flux 9, before starting casting, an electrode 12 is placed in the heat-insulating nozzle 2, which is connected to the electric current source after filling the heat-insulating nozzle with a liquid flux 9 to the operating level. The regulation of the level of the melt 3 in the insulating nozzle 2 is carried out by an automatic level controller, the sensor of which is a float having a material density greater than the flux density, but less than the density of the molten metal being cast.

В процессе литья расплав 3 проходит под слоем покровного флюса 13 по металлопроводу 6 или подается закрытым методом по трубопроводу, затем через выпускные отверстия 14 в металлопроводе 6 и слой флюса 9 в теплоизоляционной насадке 2. Жидкий флюс 9 поступает из промежуточной емкости 10 через нижнее отверстие 7 в теплоизоляционной насадке 2 и самотеком удаляется через верхнее отверстие 8. Таким образом, регулирование уровня флюса 9 в теплоизоляционной насадке 2 обеспечивают автоматическим сливом избытка его через верхнее отверстие 8 в ней. По окончании литья подачу расплава 3 из миксера прекращают. Прекращают подачу флюса 9 и электрического напряжения к электроду 12, удаляют флюс 9 с поверхности слитка 4, а затем и слиток 4. После очистки флюс из емкости 10 повторно загружают в емкость 11. Таким образом, флюс многократно используют для рафинирования в замкнутом цикле. During casting, melt 3 passes under a layer of coating flux 13 through a metal wire 6 or is fed by a closed method through a pipeline, then through outlet openings 14 in a metal wire 6 and a flux layer 9 in a heat-insulating nozzle 2. Liquid flux 9 enters from an intermediate tank 10 through a lower hole 7 in the heat-insulating nozzle 2 and gravity is removed through the upper hole 8. Thus, the regulation of the level of flux 9 in the heat-insulating nozzle 2 provide automatic discharge of excess through the upper hole 8 in it. At the end of casting, the flow of melt 3 from the mixer is stopped. The supply of flux 9 and voltage to the electrode 12 is stopped, the flux 9 is removed from the surface of the ingot 4, and then the ingot 4. After cleaning, the flux from the tank 10 is reloaded into the tank 11. Thus, the flux is repeatedly used for refining in a closed cycle.

П р и м е р. Предложенный способ обработки металла был опробован при отливке слитков диаметром 305 мм из сплава марки 1420 (системы алюминий-магний-литий). В теплоизоляционной насадке использован жидкий флюс, содержащий 80% хлорида лития и 20% фторида лития, в металлопроводе - флюс, содержащий хлорид лития и карналлит. Как показало опробование, кроме указанного в теплоизоляционной насадке, возможно использование флюсов иных составов, основу которых составляют галогениды (хлориды лития, калия, фториды лития, калия и др.), обладающие способностью адсорбировать шлак и растворять окислы, тем самым рафинируя расплав. Сохранение рафинирующей способности флюса обеспечивают проточностью его в теплоизоляционной насадке. Для подогрева флюса путем наложения на жидкий флюс электрического поля во флюс помещен электрод, соединенный с источником электрического тока. Величина электрического тока, подаваемого на электрод, 500...900А, напряжение 7... 12В. Ток переменный. Частота промышленная. Температура расплава в миксере во время литья 740...730^оС. Перед началом литья рабочую поверхность кристаллизатора обрабатывали смазкой "Алюминол". Уровень расплава в теплоизоляционной насадке регулировали автоматическим поплавковым регулятором. Опробовалась отливка слитков с обработкой расплава по способу-прототипу изобретения, а также отливка слитков с использованием теплоизоляционной насадки и электрофлюсовым рафинированием расплава в промежуточной емкости.PRI me R. The proposed metal processing method was tested when casting ingots with a diameter of 305 mm from an alloy of grade 1420 (aluminum-magnesium-lithium system). A liquid flux containing 80% lithium chloride and 20% lithium fluoride was used in the heat-insulating nozzle, and a flux containing lithium chloride and carnallite was used in the metal wire. As shown by testing, in addition to that indicated in the heat-insulating nozzle, it is possible to use fluxes of other compositions based on halides (lithium, potassium chlorides, lithium, potassium fluorides, etc.), which are capable of adsorbing slag and dissolving oxides, thereby refining the melt. Preservation of the refining ability of the flux is ensured by its flow in the heat-insulating nozzle. To heat the flux by applying an electric field to the liquid flux, an electrode connected to a source of electric current is placed in the flux. The magnitude of the electric current supplied to the electrode is 500 ... 900A, the voltage is 7 ... 12V. Alternating current. Industrial frequency. The melt temperature in the mixer during the casting of 740 ... 730 ^° C before the start of casting the working surface of the mold was treated with grease "Alyuminol". The melt level in the heat insulating nozzle was regulated by an automatic float regulator. We tested casting of ingots with melt processing according to the prototype method of the invention, as well as casting of ingots using a heat-insulating nozzle and electroflux refining of the melt in an intermediate tank.

Результаты исследования слитков, отлитых предложенным способом и согласно способу-прототипу изобретения, аналогу и базовому (с защитой расплава в кристаллизаторе и металлопроводе жидким флюсом, содержащим карналлит и хлорид лития в соотношении 1:1, наносимым на поверхность расплава в кристаллизаторе и металлопроводе в количестве, образующем тонкий слой флюса), приведены в таблице. The results of the study of ingots cast by the proposed method and according to the prototype method of the invention, an analogue and a base one (with melt protection in the mold and metal wire with a flux containing carnallite and lithium chloride in a ratio of 1: 1, applied to the melt surface in the mold and metal wire in an amount forming a thin layer of flux) are shown in the table.

Загрязненность металла неметаллическими включениями (шлаком, окислами), указанная в таблице, определялась как отношение суммарной площади включений, обнаруженных в изломе образца - темплета слитка, к площади этого излома. Замена флюса (кг на тонну расплава) определялась соотношением масс флюса (кг), вытекшего из верхнего отверстия, и отлитого металла (т) за единицу времени. The metal contamination with non-metallic inclusions (slag, oxides), indicated in the table, was determined as the ratio of the total area of inclusions found in the fracture of the sample — the ingot template — to the area of this fracture. The replacement of flux (kg per ton of melt) was determined by the ratio of the masses of flux (kg) flowing from the upper hole and cast metal (t) per unit time.

Как видно из приведенной таблицы, предложенный способ обработки металла позволяет в 5-6 раз уменьшить загрязненность неметаллическими включениями (окислами, шлаком) слитков алюминиевых сплавов, содержащих магний и литий, по сравнению с известными, в частности с прототипом и базовым способами, тем самым повысить качество металла. Предложенный способ позволяет также повысить механические свойства и уменьшить структурную неоднородность отлитого металла. As can be seen from the table, the proposed metal processing method allows reducing the contamination by non-metallic inclusions (oxides, slag) of ingots of aluminum alloys containing magnesium and lithium by a factor of 5-6 compared with the known methods, in particular, with the prototype and basic methods, thereby increasing metal quality. The proposed method also allows to increase the mechanical properties and reduce the structural heterogeneity of the cast metal.

Claims

1. METHOD OF METAL PROCESSING IN CONTINUOUS CASTING OF INGOTS mainly of aluminum alloys containing magnesium and lithium, comprising supplying the melt to the mold through a heat-insulating nozzle installed on the mold, characterized in that, in order to improve the quality of the metal by increasing its purity, reducing structural heterogeneity and increasing mechanical properties, the melt in the heat-insulating nozzle is passed through a flowing liquid flux based on halides, while the flux is heated to a temperature not lower than solidus melt.

2. The method according to claim 1, characterized in that the flux is heated by means of an electrode immersed in it.