RU2025196C1

RU2025196C1 - Continuous casting method

Info

Publication number: RU2025196C1
Authority: RU
Inventors: В.Р. Тыр; С.Г. Тыр
Original assignee: Тыр Валентин Рудольфович
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: continuous casting of billets. SUBSTANCE: method involves continuous supplying of liquid metal through adapter sleeve into crystallizer cavity; forming ingot shell and withdrawal of hardening casting from crystallizer. Ingot shell is periodically shifted by providing relative motion between adapter sleeve and/or crystallizer, with initial motion of adapter sleeve and/or crystallizer relative to ingot shell not depending on cycling of withdrawal of ingot from crystallizer. EFFECT: high quality of product and increased efficiency of method. 1 dwg

Description

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при производстве сплошных и полых заготовок с различным профилем поперечного сечения на металлургических заводах. The invention relates to foundry and can be used in the production of solid and hollow billets with different cross-sectional profiles in metallurgical plants.

Известен способ непрерывного литья заготовок, включающий заливку жидкого металла из металлоприемника в охлаждаемый кристаллизатор, затвердевание металла и периодическое вытягивание заготовки из кристаллизатора (Совершенствование и начало промышленной эксплуатации горизонтальных машин непрерывной разливки стальных заготовок. Экспресс-информация, зарубежный опыт, металлургическое оборудование, вып.4, М., 1984. A known method of continuous casting of billets, including pouring liquid metal from a metal receiver into a cooled mold, solidification of the metal and periodically pulling the billet from the mold (Improving and starting commercial operation of horizontal machines for continuous casting of steel billets. Express information, foreign experience, metallurgical equipment, issue 4 , M., 1984.

Недостатками этого способa являются низкое качество поверхности слитка, обусловленное образованием глубоких спаев в местах соприкосновния фронтов кристаллизации, ограниченные возможности по сокращению величины и повышению скорости вытягивания каждого шага, влияющие на стабильность процесса, и пр. The disadvantages of this method are the low quality of the surface of the ingot, due to the formation of deep junctions in the areas of contact of the crystallization fronts, limited opportunities to reduce the size and increase the speed of drawing of each step, affecting the stability of the process, etc.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, включающий подачу жидкого металла через соединительный стакан в полость кристаллизатора и извлечение по циклическому режиму затвердевающей заготовки, соединительному стакану подают возвратно-поступательное перемещение относительно кристаллизатора с частотой, равной частое вытягивания отливки, и амплитудой, в 1,1-2,0 раза меньшей шага вытягивания отливки за цикл, причем начало движения отливки и соединительного стакана относительно кристаллизатора в направлении извлечения отливки а течение каждого цикла осуществляют одновременно, а возвращение соединительного стакана в исходное положение производят во время остановки отливки [1]. Closest to the proposed invention is a method comprising supplying molten metal through a connecting cup into the cavity of the mold and removing the solidified billet in a cyclic mode, the connecting cup is fed back and forth relative to the mold with a frequency equal to the frequent stretching of the casting and an amplitude of 1.1 -2.0 times less than the step of pulling the casting per cycle, and the beginning of the movement of the casting and connecting glass relative to the mold in the direction of extraction casting and during each cycle are carried out simultaneously, and connecting cup return to its original position during a stoppage produce castings [1].

Недостатком этого способа является то, что затвердевающий металл в кристаллизаторе претерпевает сминание и сжимающие усилия от действия торца разливочного стакана на кольцевом участке кристаллизатора, открывающегося для намораживания жидкого металла во время сдвига оболочки слитка и одновременно перемещающегося вслед за оболочкой с отставанием торца соединительного стакана. Причем сжимающие усилия не передаются сформировавшейся, вытягиваемой из кристаллизатора оболочке слитка, на которую действуют только растягивающие напряжение со всеми вытекающими от этого проблемами литья. Непрерывное вытягивание слитка в прототипе исключено. The disadvantage of this method is that the hardened metal in the mold undergoes crushing and compressive forces from the action of the end of the casting nozzle in the annular portion of the mold, which opens to freeze the liquid metal during shear of the ingot shell and simultaneously moves after the shell with the lag of the end of the connecting cup. Moreover, the compressive forces are not transmitted to the formed ingot shell that is pulled from the mold, and only tensile stress acts with all the casting problems resulting from this. Continuous pulling of the ingot in the prototype is excluded.

Техническим результатом данного изобретения является то, что в способе, включающем подачу жидкого метала через соединительный стакан в полость кристаллизатора, формирование оболочки слитка и извлечение из кристаллизатора затвердевающей отливки, торцевой частью соединительного стакана периодически сдвигают сформированную оболочку слитка посредством относительного движения соединительного стакана и/или кристаллизатора, амплитуда которого равна или пpевышает величину перемещения отливки за период, а начало движения соединительного стакана и/или кристаллизатора относительно сформированной оболочки отливки не зависят от цикличности вытягивания отливки из кристаллизатора. Это позволяет повысить производительность установки и повысить качество заготовок. The technical result of this invention is that in a method comprising supplying liquid metal through a connecting cup to the mold cavity, forming an ingot shell and removing a solidified cast from the mold, the formed ingot shell periodically shift the formed shell of the ingot by the relative movement of the connecting cup and / or mold , the amplitude of which is equal to or greater than the amount of movement of the casting for the period, and the beginning of the movement of the connecting cup and / or shell mold casting formed relatively independent of the cyclical stretching casting from the mold. This allows you to increase the productivity of the installation and improve the quality of the workpieces.

Сущность изобретения заключается в том, что вовнутрь водоохлаждаемого кристаллизатора с передней стороны вводят соединенный с металлоприемником разливочный стакан, наружная форма и размеры которого соответствуют внутренней форме и размерам передней части кристаллизатора. Разливочному стакану относительно стенок кристаллизатора или кристаллизатору и разливочному стакану одновременно или в определенной последовательности придают какие-либо относительные колебательные движения (возвратно-поступательные, вращательно-возвратно-поступательные и пр.). С выходной стороны в кристаллизатор вводят затравку, связанную с механизмом вытягивания затравки. The essence of the invention lies in the fact that a pouring cup connected to the metal receiver is introduced into the water-cooled mold from the front side, the outer shape and dimensions of which correspond to the inner shape and dimensions of the front part of the mold. Relative oscillatory movements (reciprocating, rotational-reciprocating, etc.) are given simultaneously or in a certain sequence to the pouring cup relative to the walls of the mold or to the mold and the pouring cup. From the output side, a seed is introduced into the mold associated with the seed pulling mechanism.

Осуществление способа заключается в следующем. The implementation of the method is as follows.

Из металлоприемника через разливочный стакан кристаллизатор заполняют жидким металлом. Металл затвердевает на стенках кристаллизатора, торце разливочного стакана и затравке. Затравка, связанная с механизмом вытягивания, извлекает (вытягивает) слиток из кристаллизатора аналогично, как и в существующих способах непрерывного литья, сохраняя ту же обратную зависимость скорости вытягивания слитка от его качества. Известно, что увеличение шага и времени вытягивания каждого шага или чередующихся совместных движений слитка и кристаллизатора положительно влияет на стабильность процесса и производительность установки, но отрицательно сказывается на качестве поверхности слитка. При уменьшении шага и уменьшении времени его вытягивания повышается качество слитка, но повышается вероятность обрыва оболочки и прекращения процесса литья. From the metal receiver through the pouring cup, the mold is filled with liquid metal. The metal hardens on the walls of the mold, the end of the nozzle and the seed. The seed associated with the pulling mechanism extracts (pulls) the ingot from the mold in the same way as in existing continuous casting methods, while maintaining the same inverse relationship between the speed of the ingot and its quality. It is known that an increase in the step and time of stretching of each step or alternating joint movements of the ingot and the mold positively affects the stability of the process and the productivity of the installation, but negatively affects the quality of the surface of the ingot. By decreasing the pitch and reducing the time of its drawing, the quality of the ingot increases, but the likelihood of the shell breaking and the termination of the casting process increases.

При предлагаемом относительном колебательном движении разливочного стакана и кристаллизатора на затвердевающую корочку, дополнительно растягивающим усилиям, возникающим при вытягивании слитка, добавляются сжимающие усилия со стороны торца разливочного стакана или стенок кристаллизатора, перемещающихся по затвердевающей отливке. Стабильность процесса в этом случае не зависит от скорости и амплитуды колебаний, поэтому они могут быть выбраны наиболее благоприятными для качества слитка, т.е. минимальный шаг при максимальной скорости сдвига каждого шага. With the proposed relative oscillatory motion of the pouring nozzle and the mold onto the hardening crust, additional tensile forces arising when the ingot is drawn, compressive forces are added from the end face of the nozzle or mold walls moving along the hardened casting. The stability of the process in this case does not depend on the speed and amplitude of the vibrations; therefore, they can be chosen the most favorable for the quality of the ingot, i.e. minimum step at maximum shear rate of each step.

Процесс этот осуществляется следующим образом. This process is as follows.

При отходе разливочного стакана в противоположную вытягиванию сторону на кристаллизаторе появляется свободное от затвердевающего металла место и туда затекает жидкий металл. Металл несколько затвердевает, а затем сдвигается обратным ходом торца разливочного стакана и прижимается к уже достаточно упрочненной затвердевающей оболочке слитка периодически или непрерывно вытягиваемой затравкой. Аналогично протекает процесс и при неподвижном разливочном стакане и подвижных стенках кристаллизатора. При перемещении кристаллизатора в противоположную вытягиванию сторону на открывающихся частях кристаллизатора буде намораживаться металл. Встречаясь с торцом разливочного стакана, намороженный металл будет сминаться при некотором увеличении его толщины. При ходе кристаллизатора в сторону вытягивания отливки со скоростью, равной или большей чем скорость его вытягивания, а при периодическом вытягивании отливки с амплитудой, равной или большей величины перемещения отливки за период, намороженный на кристаллизаторе металл упирается в извлекаемую из кристаллизатора корочку отливки и, испытывая сам сжимающие напряжения, передает эти сжимающие напряжения извлекаемой из кристаллизатора корочку отливки и, испытывая сам сжимающие напряжения, передает эти сжимающие напряжения извлекаемой из кристаллизатора отливке. Благодаря действию на образовывающуюся оболочку сжимающих усилий нет необходимости выжидать, пока прочность оболочки достигнет величины, позволяющей вытягивать ее без разрывов. Образующаяся оболочка (первичная) будет сминаться, сдвигаться и упрочняться, соединяясь с вытягиваемой из кристаллизатора оболочкой (вторичной). Металл при этом будет находиться в таком состоянии, когда возможен процесс "самоизлечения" дефектов. When the pouring nozzle moves in the opposite direction to the extension, a place free of hardening metal appears on the mold and liquid metal flows into it. The metal hardens somewhat, and then is shifted by the reverse stroke of the end of the pouring glass and is pressed against the already sufficiently hardened hardening shell of the ingot by periodically or continuously drawn seed. The process proceeds similarly with a stationary pouring glass and movable walls of the mold. When moving the mold in the opposite direction to the stretch, metal will freeze on the opening parts of the mold. When meeting with the end face of a pouring glass, the frozen metal will crumple with a slight increase in its thickness. When the mold moves to the side of the extrusion of the casting with a speed equal to or greater than the speed of its extrusion, and during periodic extrusion of the casting with an amplitude equal to or greater than the displacement of the casting over the period, the metal frozen on the mold abuts against the casting crust removed from the mold and, testing compressive stresses, transfers these compressive stresses to the casting crust extracted from the mold, and, while testing the compressive stresses itself, transfers these compressive stresses to the casting ristallizatora casting. Due to the action of compressive forces on the formed shell, there is no need to wait until the shell strength reaches a value that allows it to be stretched without breaks. The resulting shell (primary) will crumple, shear and harden, connecting with the shell (secondary) pulled from the mold. In this case, the metal will be in such a state when the process of "self-healing" of defects is possible.

Благодаря малому шагу и высоким частоте и скорости сдвига каждого шага, благодаря сминанию, уплотнению и "самолечению" затвердевающей оболочки повышается равномерность нарастания оболочки, дробится зерно, значительно уменьшается глубина проникновения спая шагов в слитке, исключается трещинообразование, появляется возможность значительного повышения средней скорости литья независимой от прочностных характеристик оболочки слитка в начальный момент ее затвердевания. Due to the small step and high frequency and shear rate of each step, due to the crushing, compaction and self-healing of the hardening shell, the uniformity of shell growth increases, grain is crushed, the penetration depth of the junction steps in the ingot is significantly reduced, crack formation is eliminated, and there is the possibility of a significant increase in the average casting speed of independent from the strength characteristics of the shell of the ingot at the initial moment of its solidification.

На чертеже схематично представлен процесс затвердевания и сдвига корочки металла в прототипе I и предлагаемой заявке II при циклическом вытягивании слитка. The drawing schematically shows the process of solidification and shear shearing of the metal in the prototype I and the proposed application II during cyclic drawing of the ingot.

На чертеже изображены кристаллизатор 1, разливочный стакан 2, отливка 3. Нулевая горизонталь под чертежом условно изображает начальный момент разливки по прототипу. Отрезок АС - СЕ и т.д. - шаг вытягиваемой отливки, отрезок АВ - амплитуда возвратно-поступательных колебаний разливочного стакана, которая в 1,1- 2,0 раза меньше шага вытягивания отливки и выбирается из условия исключения воздействия на затвеpдевающую корочку металла. The drawing shows a mold 1, a pouring cup 2, a casting 3. The zero horizontal below the drawing conventionally depicts the initial moment of casting according to the prototype. Segment AC - CE, etc. - the step of the extruded casting, segment AB - the amplitude of the reciprocating vibrations of the casting cup, which is 1.1-2.0 times less than the step of extrusion of the casting and is selected from the condition of excluding the impact on the hardening crust of the metal.

На горизонтали 1 показано положение отливки после завершения первого шага вытягивания. Как видно на чертеже точка А по горизонтали сместилась на шаг в точку С. За это же время стакан сместится из точки А в точку В. Металл, который застынет на кристаллизаторе в зазоре, образовывающемся из-за разных скоростей вытягивания слитка и перемещения стакана, будет сминаться стаканом и смещаться в сторону слитка, но не взаимодействуя с ним. Во время остановки отливки стакан возвращается в исходное положение и на стенках кристаллизатора на участке ВА наморозится металл (горизонталь 2). При следующем шаге металл сдвинется на величину АС, повторяя профиль намораживания на горизонтали 1 (горизонталь 3). Получается своеобразная ломанная линия намораживания металла с утонениями в точках стыков шагов. Металл деформируется и сминается сжимающими усилиями только на участке ВС, на всех остальных участках будут действовать растягивающие усилия. Horizontal 1 shows the position of the casting after completion of the first drawing step. As can be seen in the drawing, point A horizontally shifted a step to point C. During the same time, the glass will move from point A to point B. The metal that hardens on the mold in the gap formed due to different speeds of drawing the ingot and moving the glass will Crumple with a glass and move towards the ingot, but without interacting with it. When the casting stops, the glass returns to its original position and metal freezes on the walls of the mold in section VA (horizontal 2). In the next step, the metal will shift by the value of AC, repeating the profile of freezing on horizontal 1 (horizontal 3). It turns out a kind of broken metal freezing line with thinning at the joints of steps. The metal is deformed and crushed by compressive forces only in the aircraft section; in all other sections, tensile forces will act.

На горизонтали 4 изображен начальный момент разливки по предлагаемому способу. Здесь отрезок АС - шаг вытягиваемой отливки. Он меньше отрезка АВ - амплитуды колебаний разливочного стакана. На горизонтали 5 изображена затвердевающая корочка отливки за один шаг вытягивания (отрезки кривых в интервале ВDE). В этом случае шаг отливки закончился в точке С, а до точки В металл сдвинут разливочным стаканом, Толщина корочки за счет этого увеличилась. В затвердевающем металле всего слитка возникнут сжимающие силы подпора со стороны разливочного стакана. Horizontal 4 shows the initial moment of casting by the proposed method. Here, the AC segment is the step of the extruded cast. It is less than the segment AB - the oscillation amplitude of the nozzle. On horizontal 5, the hardening crust of the casting is shown in one drawing step (segments of curves in the BDE interval). In this case, the casting step ended at point C, and to point B the metal is moved by the pouring nozzle. The thickness of the crust has increased due to this. In the solidified metal of the entire ingot, the compressive forces of the backwater from the side of the nozzle will appear.

На горизонтали 6 изображено возвращение стакана в исходное положение. Horizontal 6 shows the return of the glass to its original position.

На горизонтали 7 приведена кривая затвердевания отливки после второго шага. Horizontal 7 shows the solidification curve of the casting after the second step.

В предложенном способе получается также своеобразная ломанная линия намораживания металла, но в ней нет утонений, доходящих до стенок кристаллизатора, как в прототипе. Для нормального процесса не требуется увеличенное до 5 раз время остановки ко времени вытягивания слитка. Поэтому процесс отливки может вестись по сравнительно укороченному циклу или непрерывно без остановок, а возвратно-поступательные движения могут совершать либо стакан в кристаллизаторе, либо кристаллизатор относительно соединительного стакана, либо стакан и кристаллизатор совместно. In the proposed method, a kind of broken metal freezing line is also obtained, but there is no thinning reaching the crystallizer walls, as in the prototype. For a normal process, a stop time increased up to 5 times to the time of drawing the ingot is not required. Therefore, the casting process can be carried out in a relatively shortened cycle or continuously without stopping, and the reciprocating movements can be performed either by a glass in the mold, or a mold relative to the connecting cup, or a glass and mold together.

Предлагаемый способ непрерывного литья был опробован на лабораторной установке ВНИТИ наклонного типа. Жидкий металл (алюминий) из металлоприемника подавался по соединительному стакану в охлаждаемую полость кристаллизатора диаметром 80 мм, длиной 300 мм. Кристаллизатору придавали возвратно-поступательные движения с амплитудой 5 мм и частотой до 350 кол/мин. Вытягивание слитка осуществлялось непрерывно со скоростями 0,8; 1,2 и 1,5 м/мин. The proposed continuous casting method was tested on a laboratory installation VNITI inclined type. Liquid metal (aluminum) from the metal receiver was fed through a connecting cup into the cooled cavity of the mold with a diameter of 80 mm and a length of 300 mm. The mold was given reciprocating movements with an amplitude of 5 mm and a frequency of up to 350 count / min. The ingot was drawn continuously at 0.8; 1.2 and 1.5 m / min.

Качество слитков на всех исследованных режимах вытягивания было лучше, чем качество слитков полученных на этой же установке при колебаниях кристаллизатора с амплитудой 30-35 мм, частотой 25 кол/мин и при непрерывном вытягивании слитка со скоростью 0,8 м/мин. The quality of the ingots in all the studied drawing modes was better than the quality of the ingots obtained at the same installation with oscillations of the mold with an amplitude of 30-35 mm, a frequency of 25 counts / min and continuous stretching of the ingot at a speed of 0.8 m / min.

Claims

METHOD OF CONTINUOUS CASTING, including the continuous supply of molten metal through the connecting cup into the cavity of the mold, the formation of the shell of the ingot and the removal of the solidified casting from the mold, characterized in that the formed shell of the ingot is periodically shifted by the end part of the connecting cup by the relative movement of the connecting cup and mold, or the connecting cup relative to the mold or mold relative to the connecting glass.