RU2048966C1

RU2048966C1 - Crystallizer for continuous casting of metals and alloys

Info

Publication number: RU2048966C1
Application number: RU92001557A
Authority: RU
Inventors: Аркадий Мордухович Кац; Вадим Федорович Захарченко; Николай Иванович Сидняев; Лев Николаевич Лысенко; Анатолий Андреевич Грибов; Виктор Борисович Филиппов
Original assignee: Аркадий Мордухович Кац; Вадим Федорович Захарченко; Николай Иванович Сидняев; Лев Николаевич Лысенко; Анатолий Андреевич Грибов; Виктор Борисович Филиппов
Priority date: 1992-10-20
Filing date: 1992-10-20
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: casting of metals. SUBSTANCE: crystallizer for continuous casting of metals and alloys has a body in which a porous member and a uniform metal member with distributing channel are mounted. Within metal member along porous member at an invariable step feeding channels are constructed. Channel cross section reduces towards the outlet of crystallizer. At the distance of 0,2-0,6 of crystallizer length from crystallizer inlet cross section of each feeding channel is reduced 1,5-2,0 times. At crystallizer outlet cross section of each feeding channel is reduced 1,2-1,5 times. In this case total width of feeding channels over crystallizer perimeter is equal to perimeter of porous member from the side facing the cast workpiece. Cross section of distributing channel exceeds the total cross section of feeding channels. EFFECT: improved design. 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к проблемам массообмена при создании теплонапряженных изделий, широко используемых, например, в металлургии при разработке перспективных высокоэффективных кристаллизаторов для непрерывного литья заготовок из металлов и сплавов. The invention relates to problems of mass transfer in the creation of heat-stressed products, widely used, for example, in metallurgy in the development of promising highly efficient molds for the continuous casting of billets of metals and alloys.

Известны кристаллизаторы, обеспечивающие подачу газа под давлением в зазор между литой заготовкой и стенкой кристаллизатора, что позволяет путем исключения трения между ними и увеличения равномерности охлаждения улучшить качество поверхности литой заготовки и увеличить скорость вытягивания [1]
Газовый кристаллизатор содержит последовательно установленные сверху вниз подвижную гильзу, входящую с зазором в подпорную втулку, причем подпорная и керамическая пористая втулки заключены в металлический кожух, служащий газовым коллектором, и отделены от него пористыми перегородками. Этот кристаллизатор отличается тем, что, с целью создания переменного по высоте давления, керамическая втулка выполнена с переменной пористостью, увеличивающейся книзу по линейной зависимости пропорционально металлостатическому давлению.Known molds that supply gas under pressure to the gap between the cast billet and the wall of the mold, which eliminates friction between them and increases the uniformity of cooling to improve the surface quality of the cast billet and increase the speed of drawing [1]
The gas crystallizer contains a movable sleeve sequentially installed from top to bottom that enters with a gap in the retaining sleeve, the retaining and ceramic porous bushings being enclosed in a metal casing serving as a gas manifold and separated from it by porous partitions. This mold is characterized in that, in order to create a pressure that is variable in height, the ceramic sleeve is made with variable porosity, which increases linearly downward in proportion to the metallostatic pressure.

Недостатком указанного кристаллизатора является сложность изготовления керамической втулки с переменной пористостью по ее длине. The disadvantage of this mold is the difficulty of manufacturing a ceramic sleeve with variable porosity along its length.

Известен кристаллизатор для непрерывного литья слитков из меди и медных сплавов для непрерывного литья слитков меди и медных сплавов [2] содержащий корпус, установленный в нем пористый элемент, соединенный со сплошным элементом, подводящие каналы, расположенные с постоянным шагом в сплошной стенке по длине пористого элемента, причем пористый элемент выполнен на верхнем участке, составляющем 0,3-0,6 длины сплошного элемента, с общей пористостью 35-55% и средним размером пор 9-150 мкм, а суммарная площадь поперечного сечения подводящих каналов составляет 0,1-0,5 площади поверхности прилегающего к ним пористого элемента. Known mold for continuous casting of ingots of copper and copper alloys for continuous casting of ingots of copper and copper alloys [2] comprising a housing, a porous element installed therein, connected to a continuous element, supply channels arranged with a constant pitch in a solid wall along the length of the porous element moreover, the porous element is made in the upper section, comprising 0.3-0.6 of the length of the continuous element, with a total porosity of 35-55% and an average pore size of 9-150 μm, and the total cross-sectional area of the supply channels co It represents 0.1–0.5 of the surface area of the adjacent porous element.

Недостатком указанного кристаллизатора является то, что в нем давление газа (смазки) между заготовкой и кристаллизатором постоянно по его длине и неадекватно переменному металлостатическому давлению расплава на стенки кристаллизатора. Это приводит к неравномерности величины зазора между заготовкой и кристаллизатором по его длине, появлению зон, в которых расплав соприкасается со стенкой кристаллизатора, в результате чего появляются участки трения и поверхностные дефекты на литой заготовке, а также снижаются допустимые скорости вытягивания. The disadvantage of this mold is that the gas (lubricant) pressure between the preform and the mold is constant along its length and is inadequate to the variable metallostatic pressure of the melt on the mold walls. This leads to non-uniformity of the gap between the workpiece and the mold along its length, the appearance of zones in which the melt is in contact with the mold wall, as a result of which friction sections and surface defects appear on the cast workpiece, and allowable drawing speeds are reduced.

Цель изобретения повышение качества литых заготовок и производительности процесса непрерывного литья. The purpose of the invention is improving the quality of cast billets and the performance of the continuous casting process.

Цель достигается тем, что в кристаллизаторе, содержащем корпус, установленные в нем пористый элемент и сплошной металлический элемент с распределительным каналом, в металлическом элементе на длине пористого элемента с постоянным шагом выполнены подводящие каналы с уменьшением сечения в направлении к выходу из кристаллизатора, при этом на расстоянии от входа в кристаллизатор, равном 0,2-0,6 его длины, сечение каждого подводящего канала уменьшено в 1,5 2 раза, а на выходе из кристаллизатора в 1,2-1,5 раза, при этом суммарная ширина подводящих каналов по периметру кристаллизатора равна периметру пористого элемента со стороны, обращенной к литой заготовке, а сечение распределительного канала превышает суммарное сечение подводящих каналов. The goal is achieved in that in the mold containing the housing, the porous element and the solid metal element with the distribution channel installed in it, the supply channels are made in the metal element along the length of the porous element with a constant step, with a decrease in the cross section towards the exit from the mold, while the distance from the entrance to the mold equal to 0.2-0.6 of its length, the cross section of each supply channel is reduced by 1.5 2 times, and at the exit from the mold 1.2-1.5 times, while the total width of the feed channel s around the perimeter of the mold is the perimeter of the porous element on the side facing the cast billet and the distribution channel cross section than the total cross section of the feeding channels.

На фиг. 1 показан кристаллизатор для непрерывного литья металлов и сплавов; на фиг. 2 эпюра давлений газа. In FIG. 1 shows a mold for continuous casting of metals and alloys; in FIG. 2 plot of gas pressures.

Кристаллизатор содержит корпус 1, установленный в нем пористый элемент 2, соединенный со сплошным элементом 3, подводящие каналы 4, расположенные с постоянным шагом в сплошном элементе 3 по длине пористого элемента. Корпус 1 и сплошной элемент 3 образуют камеру для охлаждающей жидкости, разделенную перегородкой 5. Распределительный канал 6 выполнен в сплошном элементе и соединен с магистралью 7 подвода газа. The mold comprises a housing 1, a porous element 2 installed therein, connected to a solid element 3, inlet channels 4 located at a constant pitch in the solid element 3 along the length of the porous element. The housing 1 and the continuous element 3 form a chamber for the coolant, separated by a partition 5. The distribution channel 6 is made in a continuous element and is connected to the gas supply line 7.

Предложенное техническое решение обеспечивает экстремальный (с максимумом) характер распределения давления в зазоре между заготовкой и кристаллизатором. The proposed technical solution provides the extreme (with maximum) nature of the pressure distribution in the gap between the workpiece and the mold.

Повышение давления по мере удаления от входа в кристаллизатор до максимального уровня достигается за счет уменьшения сечения подводящего канала на участке протяженностью 0,2-0,6 длины кристаллизатора, а дальнейшее уменьшение давления в направлении к выходу из кристаллизатора на участке длиной 0,8-0,4 от длины кристаллизатора обусловлено преобладающим действием потерь в связи с его дальнейшим уменьшением сечения подводящего канала. The increase in pressure with distance from the entrance to the mold to the maximum level is achieved by reducing the cross-section of the supply channel in the section with a length of 0.2-0.6 length of the mold, and a further decrease in pressure towards the exit from the mold in the section with a length of 0.8-0 , 4 of the length of the mold due to the predominant effect of losses due to its further decrease in the cross section of the supply channel.

Протяженности участков с различной степенью изменения сечения подводящих каналов по длине кристаллизатора приняты с учетом специфических особенностей формирования литой заготовки в кристаллизаторе в условиях вдува газа через пористую стенку. При заливке перегретого расплава на участке, примыкающем к входу в кристаллизатор, протекает только отвод от расплава теплоты перегрева и корочка не образуется. The lengths of sections with varying degrees of change in the cross section of the supply channels along the length of the mold are taken into account the specific features of the formation of a cast billet in the mold under conditions of gas injection through a porous wall. When pouring superheated melt in the area adjacent to the entrance to the mold, only the heat of the superheat is removed from the melt and a crust is not formed.

После отвода теплоты перегрева в периферийном слое протекает затвеpдевание на участке, прилегающем к выходу из кристаллизатора. After the removal of the heat of overheating in the peripheral layer, solidification proceeds in the area adjacent to the exit from the mold.

При протяженности участка, примыкающего к входу в кристаллизатор, менее 0,2 от длины кристаллизатора не обеспечивается по всей протяженности зоны жидкой фазы (по длине кристаллизатора) давления газа, адекватного металлостатическому давлению. When the length of the section adjacent to the entrance to the mold is less than 0.2 of the mold length, the gas pressure adequate to the metallostatic pressure is not provided over the entire length of the liquid phase zone (along the mold length).

В результате на участке жидкой фазы, где давление газа не уравновешивает металлостатическое давление, зазор не образуется, а расплав входит в непосредственное соприкосновение со стенкой, что приводит к преждевременному затвеpдеванию, трению заготовки со стенкой и появлению дефектов на поверхности заготовки. As a result, in the portion of the liquid phase where the gas pressure does not balance the metallostatic pressure, a gap is not formed, and the melt comes into direct contact with the wall, which leads to premature solidification, friction of the workpiece with the wall and the appearance of defects on the surface of the workpiece.

При увеличении протяженности участка, примыкающего к входу в кристаллизатор, более 0,6 от его длины усиленный вдув газа происходит не только в зоне жидкой фазы, но и в некоторой части зоны, где имеет место сформировавшаяся тонкая корка. При этом последняя деформируется под воздействием газовой среды, что ухудшает качество поверхности заготовки, одновременно снижает интенсивность теплопередачи и возможную скорость вытягивания, способствует нерациональному перерасходу подаваемого газа. With an increase in the length of the area adjacent to the entrance to the mold, more than 0.6 of its length, enhanced gas injection occurs not only in the liquid phase zone, but also in some part of the zone where the formed thin crust takes place. At the same time, the latter is deformed under the influence of the gas medium, which worsens the quality of the surface of the workpiece, at the same time reduces the heat transfer intensity and the possible drawing speed, and contributes to irrational overspending of the supplied gas.

Суммарная ширина подводящих каналов по периметру кристаллизатора принята равной периметру пористого элемента со стороны, обращенной к литой заготовке, для обеспечения условия постоянства расхода газа на входе и выходе из пористого элемента, ибо в случае нарушения этого условия возникают дефекты на поверхности заготовки из-за значительной неравномерности давления газа по периметру заготовки. The total width of the supply channels along the perimeter of the mold is taken to be equal to the perimeter of the porous element from the side facing the cast billet, to ensure a constant gas flow rate at the inlet and outlet of the porous element, because if this condition is violated, defects occur on the surface of the billet due to significant non-uniformity gas pressure around the perimeter of the workpiece.

Сечение распределительного канала принято превышающим суммарное сечение подводящих каналов для обеспечения условия равномерности распределения входного давления в подводящих каналах. The cross-section of the distribution channel is taken to exceed the total cross-section of the supply channels to ensure uniform distribution of the inlet pressure in the supply channels.

Выбор соотношений сечений подводящих каналов по длине кристаллизатора определяется следующими соображениями. The choice of the ratio of the cross sections of the supply channels along the length of the mold is determined by the following considerations.

При изменении сечения подходящих каналов на участке, примыкающем ко входу в кристаллизатор, более чем в 2 раза, а на последующем участке, примыкающем к выходу из кристаллизатора, более чем в 1,5 раза, не достигается требуемый характер распределения давления газа, адекватный металлостатическому давлению расплава. При этом удается получить достаточно малый и стабильный зазор между заготовкой и кристаллизатором, обеспечивающий сочетание исключения трения с достаточно высокой интенсивностью теплопередачи. When changing the cross section of suitable channels in the area adjacent to the entrance to the mold more than 2 times, and in the subsequent section adjacent to the exit of the mold more than 1.5 times, the required character of the gas pressure distribution, adequate to the metallostatic pressure, is not achieved melt. In this case, it is possible to obtain a sufficiently small and stable gap between the workpiece and the mold, providing a combination of eliminating friction with a sufficiently high intensity of heat transfer.

Если изменение сечения подводящих каналов на участке, примыкающем к входу в кристаллизатор, менее чем в 1,5 раза, а на последующем участке, примыкающем к выходу из кристаллизатора, менее чем в 1,2 раза, также не обеспечивается характер распределения давления, что соответственно отрицательно сказывается на условиях формирования заготовки и ее качество. При этом для приближения к рациональным условиям требуется многократное увеличение давления газа на входе, что предъявляет более высокие требования к герметизации узла, усложняет конструкцию магистрали подводящего газа и эксплуатацию системы. If the change in the cross section of the supply channels in the area adjacent to the entrance to the mold is less than 1.5 times, and in the subsequent section adjacent to the exit of the mold, less than 1.2 times, the nature of the pressure distribution is also not ensured, which, respectively adversely affects the conditions for the formation of the workpiece and its quality. At the same time, in order to approach rational conditions, a multiple increase in the gas pressure at the inlet is required, which makes higher demands on the site sealing, complicates the design of the supply gas line and the operation of the system.

Кристаллизатор работает следующим образом. The mold works as follows.

В полость кристаллизатора вводится затравка. В кристаллизатор подводится охлаждающая жидкость и одновременно через каналы 6 и 4 подается под давлением нейтральный газ к пористому элементу, проходя через который, он истекает в полость кристаллизатора. Seed is introduced into the mold cavity. Coolant is supplied to the mold and, simultaneously, through channels 6 and 4 a neutral gas is supplied under pressure to the porous element, passing through which it flows into the mold cavity.

В кристаллизатор подается расплав и после его затвердевания производится вытягивание заготовки из кристаллизатора с заданной скоростью. При этом на рабочей стенке кристаллизатора создается и поддерживается давление, переменное по его длине благодаря профилированию сечения канала подводящего газ к пористому элементу. Это обеспечивает рациональный характер распределения давления в зазоре между заготовкой и кристаллизатором по его длине, адекватный изменению металлостатического давления расплава. Отмеченное позволяет выдерживать постоянную по длине и малую величину зазора, что в совокупности обеспечивает исключение трения между заготовкой и кристаллизатором и достаточно высокую интенсивность теплопередачи в кристаллизаторе. Предлагаемое техническое решение позволяет достигнуть указанный результат при минимальном расходе вдуваемого газа. The melt is fed into the mold and, after hardening, the workpiece is drawn out from the mold at a given speed. In this case, pressure is created and maintained on the working wall of the mold, which is variable along its length due to profiling of the cross section of the channel supplying gas to the porous element. This ensures the rational nature of the pressure distribution in the gap between the workpiece and the mold along its length, adequate to the change in the metallostatic pressure of the melt. The aforementioned makes it possible to maintain a constant and small gap size, which together ensures the exclusion of friction between the workpiece and the mold and a sufficiently high heat transfer intensity in the mold. The proposed technical solution allows to achieve the specified result with a minimum flow rate of injected gas.

При испытаниях на литье латуни ЛС63-3 в кристаллизаторе предлагаемой конструкции диаметром 16 мм получены качественные прутки с поверхностью, не требующей механической обработки для последующего холодного деформирования. During tests on casting brass LS63-3 in the mold of the proposed design with a diameter of 16 mm, high-quality rods with a surface that does not require machining for subsequent cold deformation were obtained.

Результаты испытаний известной и предлагаемой конструкций представлены в табл. 1,2. The test results of the known and proposed designs are presented in table. 1,2.

Как следует из табл. 1,2, при поддержании регламентированных выше параметров по степени изменения сечения подводящих каналов, по длине и протяженности участков с различной степенью изменения сечения каналов обеспечивается получение качественной поверхности заготовок и высокой производительности процесса. При выходе за предельные значения параметров предлагаемого кристаллизатора ухудшается качество поверхности и снижается производительность процесса. As follows from the table. 1,2, while maintaining the parameters regulated above in terms of the degree of change in the cross section of the supply channels, along the length and length of sections with varying degrees of change in the cross section of the channels, a high-quality workpiece surface and high process productivity are obtained. When exceeding the limit values of the parameters of the proposed mold, the surface quality deteriorates and the process productivity decreases.

Таким образом предлагаемая конструкция кристаллизатора для непрерывного литья металлов и сплавов обеспечивает улучшение качества поверхности литых заготовок и увеличивает производительность процесса. Стабильный процесс литья качественных заготовок в предлагаемом кристаллизаторе позволяет исключить из технологического процесса производства полуфабрикатов операции горячего деформирования (прессования, горячей прокатки), резко повысить выход годного, сократить трудоемкость производства. Thus, the proposed design of the mold for continuous casting of metals and alloys provides improved surface quality of cast billets and increases the productivity of the process. The stable process of casting high-quality workpieces in the proposed mold allows eliminating from the technological process for the production of semi-finished products the operation of hot deformation (pressing, hot rolling), dramatically increase the yield, reduce the complexity of production.

По сравнению с традиционно применяемым для непрерывного литья заготовок из цветных металлов и сплавов графитовым кристаллизатором предлагаемая конструкция кристаллизатора с пористым рабочим элементом обеспечивает более высокую (в 5-10 раз) эксплуатационную стойкость и снижение затрат на линейную оснастку в 10-20 раз. Compared with the graphite mold traditionally used for continuous casting of non-ferrous metal and alloy billets, the proposed mold design with a porous working element provides higher (5-10 times) operational stability and a 10-20 times reduction in the cost of linear equipment.

Claims

A CRYSTALIZER FOR CONTINUOUS CASTING OF METALS AND ALLOYS, comprising a housing, a porous element installed therein and a continuous metal element with a distribution channel, wherein supply channels are made in the metal element along the length of the porous element with a constant pitch, characterized in that the supply channels are made with decreasing section in the direction of the exit from the mold, while at a distance from the entrance to the mold equal to 0.2 0.6 of its length, the cross section of each supply channel is reduced by 1.5 2.0 times, and the output f from the mold 1.2 to 1.5 times, while the total width of the feed channels along the perimeter of the mold is equal to the perimeter of the porous element from the side facing the cast billet, and the cross-section of the distribution channel exceeds the total cross-section of the feed channels.