RU2100726C1

RU2100726C1 - Unit for successive melting and casting metals and method for obtaining blanks by means of this unit

Info

Publication number: RU2100726C1
Application number: RU96107166A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Коршунов; В.Л. Бастриков; С.П. Буркин; Ю.Н. Логинов
Original assignee: Коршунов Евгений Алексеевич; Бастриков Валерий Леонидович; Буркин Сергей Павлович; Логинов Юрий Николаевич; Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Полисфера"
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: unit includes melting and intermediate sections, detachable channel induction unit whose channels are in communication with melting and intermediate sections and blank casting device which is in communication with intermediate section. Additional reservoir arranged inside intermediate section is provided with vertical metal line and metal line which is brought in communication with blank casting device; provision is made for creating similar pressure of gas in intermediate section and reservoir. Vertical metal line which may shut off is provided with lock located inside additional reservoir. Blank casting device is made in form of semi-continuous casting machine. Method includes induction channel melting of charge in melting section, transfer of melt to intermediate section upon completion of melting, casting portion of melt from intermediate section into continuous blank and dividing blanks into measured lengths. In melting, melt is reciprocating between sections via channel of detachable induction channel unit; pressure of gas is repeatedly change in additional reservoir and intermediate section before beginning of casting; casting of melt is effected at reciprocating motion of melt between sections; preset temperature of melt is maintained due to adjustable induction preheating at consumption of energy proportional to losses of heat. EFFECT: enhanced efficiency. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии. The invention relates to the field of metallurgy.

Из уровня техники известны конструкции агрегатов для производства металлопродукции, служащие каждый по отдельности для расплавления металла, его рафинирования и подготовки к разливке [1] Недостатками отдельно расположенных агрегатов являются большие потери тепла, возникающие при передаче металла из одного агрегата в другой, и возможность потерь самого металла вследствие его окисления. Эти недостатки частично устранены при создании комплексов, содержащих последовательно и близко расположенные агрегаты, передача металла между которыми осуществляется без больших тепловых потерь [2]
Дополнительная экономия энергозатрат достигается размещением отдельных устройств различного функционального назначения в одном теплоизолирующем кожухе. Сами устройства могут быть разделены перегородками или порогами [3] Однако упомянутые выше решения не предусматривают установки в плавильно-рафинировочных агрегатах кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), что приводит к необходимости передачи полученного металла в твердом или расплавленном состоянии на литейный передел, где возможно получение заготовок, пригодных для обработки металлов давлением.The prior art design of units for the production of metal products, each serving individually for melting the metal, refining and preparing it for casting [1] The disadvantages of separately located units are the large heat losses that occur when transferring metal from one unit to another, and the possibility of losses itself metal due to its oxidation. These disadvantages were partially eliminated when creating complexes containing sequentially and closely spaced units, the transfer of metal between which is carried out without large heat losses [2]
Additional energy savings are achieved by placing individual devices for various functional purposes in one heat-insulating casing. The devices themselves can be separated by partitions or thresholds [3] However, the solutions mentioned above do not provide for the installation of continuous casting machines (continuous casting machines) in the melting and refining units, which leads to the necessity of transferring the obtained metal in solid or molten state to the casting section, where possible obtaining blanks suitable for metal forming.

Наиболее близко по совокупности признаков к предлагаемому устройству техническое решение [4, с. 92] выбранное в качестве прототипа. Устройство по прототипу содержит плавильную и промежуточную секции, отъемную канальную индукционную единицу (ОКИЕ), каналы которой сообщаются с плавильной и промежуточной секциями, и средство отливки заготовок, сообщающееся с промежуточной секцией. Канал для размещения расплавленного металла в отъенмой канальной индукционной единице может быть выполнен либо в вертикальной, либо в горизонтальной плоскости. Достоинством размещения канала в вертикальной плоскости является улучшенние условий перемешивания металла за счет конвективных потоков по вертикали. Однако в вертикальных каналах возрастает гидростатическое давление столба металла и имеет место перегрев футеровки канала в его нижней части. При размещении канала в горизонтальной плоскости уменьшается гидростатическое давление на стенки канала. Однако снижается эффект перемешивания за счет этого температуры расплава. The closest set of features to the proposed device technical solution [4, p. 92] selected as a prototype. The prototype device comprises a melting and intermediate sections, a detachable channel induction unit (OKIE), the channels of which are in communication with the melting and intermediate sections, and means for casting the workpieces, communicating with the intermediate section. The channel for accommodating molten metal in a sealed channel induction unit can be made either in a vertical or horizontal plane. The advantage of placing the channel in the vertical plane is the improved conditions for mixing the metal due to convective flows vertically. However, in the vertical channels, the hydrostatic pressure of the metal column increases and overheating of the channel lining in its lower part takes place. When placing the channel in a horizontal plane, the hydrostatic pressure on the channel walls decreases. However, the mixing effect due to this melt temperature is reduced.

Наиболее близко по совокупности признаков к предлагаемому способу техническое решение [4, с. 92] выбранное в качестве прототипа. Способ по прототипу включает индукционную канальную плавку порции шихты в плавильной секции, передачу расплава по окончании плавки в промежуточную секцию, разливку порции расплава из промежуточной секции в непрерывную заготовку, деление заготовки на заданные мерные длины. В способе по прототипу не осуществляют возвратно-поступательное перемещение металла между плавильной и промежуточной секциями и в канале ОКИЕ, из-за чего возможет перегрев металла в канале ОКИЕ и снижение стойкости этого канала. The closest set of features to the proposed method, the technical solution [4, p. 92] selected as a prototype. The prototype method includes induction channel melting of a portion of the charge in the melting section, transferring the melt at the end of the melting to the intermediate section, casting a portion of the melt from the intermediate section to a continuous billet, dividing the billet into predetermined measured lengths. In the prototype method, the metal does not reciprocate between the melting and intermediate sections and in the OKIE channel, because of which the metal may overheat in the OKIE channel and decrease the resistance of this channel.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве внутри промежуточной секции размещена дополнительная емкость, в которой выполнен с возможностью перекрытия вертикальный металлопровод, сообщающийся снизу с промежуточной секцией, и металлопровд, герметично сообщающийся со средством отливки заготовок, причем промежуточная секция и дополнительная емкость выполнены с возможностью создания в них одинакового пониженного и повышенного давления газа относительно атмосферного давления. Размещение дополнительной емкости в промежуточной секции позволяет поддерживать в ней постоянный температурный режим независимо от наличия или отсутствия в ней металла за счет теплосодержания металла, находящегося в промежуточной секции. Поскольку вертикальный металлопровод сообщается снизу с промежуточной секцией, то имеется возможность его заполнения расплавом металла из этой секции и последующей передачи этого металла средству отливки заготовок. Герметизация промежуточной секции и дополнительной емкости при возможности создания в них одинакового пониженного и повышенного давления газа позволяет изменять уровень расплава в упомянутых секции и емкости. Поэтому для разделения заготовок достаточно прекратить питание металлом дополнительной емкости подачей в нее повышенного давления газа, благодаря чему в последней снизится уровень расплава. Кроме того, при изменении давления внутри промежуточной секции и дополнительной емкости, вытесняемый металл будет перекачиваться в плавильную емкость через канал ОКИЕ, обеспечивая улучшенный теплоотвод и перемешивание. Это обеспечивает более равномерное распределение температуры внутри агрегата, отсутствие перегрева металла и футеровки и, соответственно, более долгий срок службы последней. Unlike the prototype, in the proposed device inside the intermediate section there is an additional container in which the vertical metal wire, communicating from below with the intermediate section, and metal wire, hermetically communicating with the casting means of the blanks, are made with the possibility of creating them the same low and high gas pressure relative to atmospheric pressure. Placing an additional tank in the intermediate section allows you to maintain a constant temperature regime in it regardless of the presence or absence of metal in it due to the heat content of the metal in the intermediate section. Since the vertical metal conduit communicates from below with the intermediate section, it is possible to fill it with molten metal from this section and then transfer this metal to the casting tool. Sealing the intermediate section and the additional tank with the possibility of creating the same low and high gas pressure in them allows you to change the melt level in the said sections and tanks. Therefore, to separate the workpieces, it is enough to stop the metal supplying an additional capacity by supplying it with increased gas pressure, due to which the melt level will decrease in the latter. In addition, when the pressure inside the intermediate section and the additional tank changes, the displaced metal will be pumped into the melting tank through the OKIE channel, providing improved heat removal and mixing. This ensures a more uniform temperature distribution inside the unit, the absence of overheating of the metal and the lining and, consequently, a longer service life of the latter.

Предлагается также перекрываемый вертикальный металлопровод снабдить стопором, размещенным внутри дополнительной емкости. Наличие стопора наряду с возможностью создания в промежуточной секции и дополнительной емкости пониженного и повышенного давления, позволяет сначала снизить уровень металла в дополнительной емкости, а лишь затем перекрыть вертикальный металлопровод стопором. Тем самым исключается контакт боковой поверхности стопора с расплавом, и срок службы стопорного устройства увеличивается. После перекрытия вертикального металлопровода стопором, что нужно для разделения слитков, создание повышенного и пониженного давления в дополнительной емкости может быть продолжено для достижения эффекта, описанного выше. It is also proposed to provide an overlapping vertical metal wire with a stop located inside the additional tank. The presence of a stopper, along with the possibility of creating in the intermediate section and an additional tank of low and high pressure, allows you to first lower the metal level in the additional tank, and only then block the vertical metal wire with a stop. This eliminates the contact of the side surface of the stopper with the melt, and the service life of the stopper device increases. After the vertical metal wire is blocked by a stopper, which is necessary to separate the ingots, the creation of high and low pressure in the additional tank can be continued to achieve the effect described above.

Средство отливки заготовок включает машину полунепрерывного литья заготовок. Это позволяет получать длинномерные заготовки. The preform casting means includes a semi-continuous preform casting machine. This allows you to get long workpieces.

Предлагаемый способ в отличие от способа по прототипу наряду с индукционной канальной плавкой порции шихты в плавильной секции, передачей расплава в процессе плавки в промежуточную секцию, а по окончании плавки в промежуточную секцию и дополнительную емкость, разливкой порции расплава из дополнительной емкости в непрерывную заготовку, делением заготовки на заданные мерные длины, включает осуществление возвратно-поступательного перемещения расплава между плавильной и промежуточной секциями. При этом часть расплава пропускают через канал отъемной канальной индукционной единицы, в промежуточной секции перегреваемым расплавом обеспечивают нагрев размещенной в ней дополнительной емкости, через которую по окончании плавки расплав подают на разливку. До начала разливки в дополнительной емкости и над расплавом в промежуточной секции неоднократно понижают давление газа и вновь восстанавливают, разливку расплава из промежуточной емкости осуществляют при возвратно-поступательном перемещении расплава между плавильной и промежуточной секциями, причем его заданную температуру поддерживают за счет регулируемого индукционного подогрева с затратами энергии, пропорциональными потерям тепла в расплаве через футеровки и поверхность расплава. The proposed method, in contrast to the prototype method, along with induction channel melting of a portion of the charge in the melting section, transferring the melt during the melting process to the intermediate section, and upon completion of melting into the intermediate section and the additional tank, pouring a portion of the melt from the additional tank to a continuous billet, dividing workpieces for a given measured length, includes the implementation of the reciprocating movement of the melt between the melting and intermediate sections. At the same time, part of the melt is passed through the channel of the detachable channel induction unit, in the intermediate section, the overheated melt in the intermediate section is heated, through which, at the end of melting, the melt is fed to the casting. Prior to casting in the additional vessel and above the melt in the intermediate section, the gas pressure is repeatedly reduced and restored again, the melt is cast from the intermediate vessel when the melt is reciprocated between the melting and intermediate sections, and its set temperature is maintained by controlled induction heating at a cost energy proportional to heat loss in the melt through the linings and the surface of the melt.

Возвратно-поступательное перемещение расплава между плавильной и промежуточной секциями позволяет выравнивать температуру расплава и избегать локальных перегревов футеровки как в упомянутых секциях, так и в ОКИЕ. Нагрев дополнительной емкости металлом, расположенным в промежуточной секции, позволяет поддерживать температуру разливки постоянной и не допускать перемерзания питающих кристаллизатор металлопроводов. Изменение давления газа в промежуточной секции позволяет осуществлять передачу тепла от ОКИЕ как в сторону плавильной секции, так и в сторону промежуточной секции не только за счет теплопроводности металла, но и за счет массопереноса. The reciprocating movement of the melt between the melting and intermediate sections makes it possible to equalize the temperature of the melt and to avoid local overheating of the lining both in the said sections and in OKIE. The heating of the additional tank with metal located in the intermediate section allows maintaining the casting temperature constant and preventing freezing of metal wires supplying the mold. Changing the gas pressure in the intermediate section allows the transfer of heat from OKIE both towards the melting section and towards the intermediate section, not only due to the thermal conductivity of the metal, but also due to mass transfer.

На фиг. 1 показано сечение в плане предлагаемого устройства; на фиг. 2 - поперечный разрез; на фиг. 3 дополнительный ступенчатый поперечный разрез; на фиг. 4 и 5 показаны потоки металла в режиме соответственно опускания и подъема мениска расплава в промежуточной секции. In FIG. 1 shows a cross section in terms of the proposed device; in FIG. 2 - cross section; in FIG. 3 additional stepwise cross section; in FIG. 4 and 5 show metal flows in the mode of lowering and raising the meniscus of the melt in the intermediate section, respectively.

Агрегат (фиг. 1) содержит размещенные в общем корпусе плавильную 1 и промежуточную 2 секции, отъемную канальную индукционную единицу 3, каналы 4 которой сообщаются с плавильной 1 и промежуточной 2 секциями. Внутри промежуточной секции размещена дополнительная емкость 5, в которой выполнен с возможностью перекрытия вертикальный металлопровод 6, сообщающийся с промежуточной секцией 2, и металлопровод 7 (фиг. 2), герметично сообщающийся со средством отливки заготовок кристаллизатором 8. При этом промежуточная секция 2 и дополнительная емкость 5 выполнены с возможностью создания в них одинакового пониженного и повышенного давления газа относительно атмосферного давления, что достигается их герметизацией плотно прилегающей крышкой 9, наличием в ней патрубка 10 (фиг. 3), присоединенного к средствам создания и разрежения. Для выравнивания давлений в промежуточной 2 и дополнительной 5 секциях в стенке секции 5 выше уровня расплава выполнено отверстие 11. Плавильная секция 1 (фиг. 2) перекрыта крышкой 12, и ее приспособление к секции не герметично, что создает возможность загрузки сырых материалов в любой момент времени. The unit (Fig. 1) contains a melting 1 and intermediate 2 sections located in a common housing, a detachable channel induction unit 3, the channels 4 of which communicate with the melting 1 and intermediate 2 sections. An additional container 5 is placed inside the intermediate section, in which the vertical metal conductor 6 communicating with the intermediate section 2 and the metal conduit 7 (Fig. 2), tightly connected with the mold casting means by the mold 8, are made overlap. In this case, the intermediate section 2 and the additional container 5 are made with the possibility of creating in them the same low and high gas pressure relative to atmospheric pressure, which is achieved by sealing them with a tight-fitting cover 9, the presence of s nozzle 10 (FIG. 3) connected to the means of creating and rarefaction. To equalize the pressures in the intermediate 2 and additional 5 sections, a hole 11 is made in the wall of the section 5 above the melt level. The melting section 1 (Fig. 2) is closed by a cover 12, and its adaptation to the section is not tight, which makes it possible to load raw materials at any time time.

Перекрываемый вертикальный металлопровод 6 снабжен стопором 13, имеющим возможность перекрытия отверстия во втулке 14 при перемещении от гидравлического или пневматического привода 15. The overlapping vertical metal wire 6 is equipped with a stopper 13 having the ability to overlap the holes in the sleeve 14 when moving from a hydraulic or pneumatic actuator 15.

Средство отливки заготовок включает машину полунепрерывного литья заготовок, в состав которой входит кристаллизатор 8 и механизм вытягивания слитка (не показан), последний описан, например, в описании к изобретению [5]
Устройство работает, а способ получения заготовок на описанном выше агрегате осуществляется следующим образом. В плавильную секцию 1 при открытой крышке 12 загружают сырые материалы и осуществляют индукционную канальную плавку порции шихты нагревом расплава, находящегося в канале 4 отъемной канальной индукционной единицы 3. В процессе плавки передают расплав в промежуточную секцию 2. При плавке порции шихты осуществляют возвратно-поступательное перемещение расплава между плавильной 1 и промежуточной 2 секциями, причем часть расплава пропускают через канал отъемлемой канальной индукционной единицы. В промежуточной секции 2 перегреваемым расплавом обеспечивают нагрев размещенной в ней дополнительной емкости 5, через которую по окончании плавки расплав подают на разливку.The blank casting tool includes a semi-continuous blank casting machine, which includes a mold 8 and an ingot pulling mechanism (not shown), the latter being described, for example, in the description of the invention [5]
The device works, and the method of producing blanks on the above unit is as follows. Raw materials are loaded into the melting section 1 with the lid 12 open and induction channel melting of the charge portion by heating the melt located in channel 4 of the detachable channel induction unit 3. During the melting process, the melt is transferred to the intermediate section 2. When melting the charge portion, the reciprocating movement the melt between the melting 1 and the intermediate 2 sections, and part of the melt is passed through the channel detachable channel induction unit. In the intermediate section 2, the superheated melt provides heating of the additional tank 5 located in it, through which, at the end of the melting, the melt is fed to the casting.

До начала разливки в дополнительной емкости и над расплавом в промежуточной секции неоднократно понижают давление газа и вновь восстанавливают, разливку расплава из дополнительной емкости осуществляют при возвратно-поступательном перемещении расплава между плавильной и промежуточной секциями. При повышении давления газа в промежуточной секции уровень расплава в последней понижается и часть расплава вытесняется в зону пониженного давления, которой является объем в плавильной секции (на фиг. 4 направление потоков показано стрелками). При этом поток металла делится на две части. Одна часть попадает в плавильную секцию из вертикального металлопровода через средство их сообщения, а другая часть металла попадает в плавильную секцию через канал ОКИЕ, выравнивая температуру. Если в промежуточной секции понижают давление газа, то направление перемещения потоков меняется на противоположное (фиг. 5), но результат этого действия аналогичен. Заданную температуру расплава поддерживают за счет регулируемого индукционного подогрева с затратами энергии, пропорциональным потерям тепла в расплаве через футеровки и поверхность расплава. Prior to casting in the additional vessel and above the melt in the intermediate section, the gas pressure is repeatedly reduced and restored again, melt pouring from the additional vessel is carried out with the reciprocating movement of the melt between the melting and intermediate sections. With increasing gas pressure in the intermediate section, the melt level in the latter decreases and part of the melt is displaced into the zone of reduced pressure, which is the volume in the melting section (in Fig. 4, the direction of flows is shown by arrows). In this case, the metal flow is divided into two parts. One part enters the melting section from the vertical metal wire through a means of communication, and the other part of the metal enters the melting section through the OKIE channel, equalizing the temperature. If the pressure of the gas is reduced in the intermediate section, then the direction of flow movement is reversed (Fig. 5), but the result of this action is similar. The desired melt temperature is maintained by controlled induction heating with energy costs proportional to the heat loss in the melt through the linings and the surface of the melt.

Техническим результатом от применения устройства является возможность обеспечения улучшенных условий перемешивания металла и выравнивания температуры в рабочем пространстве при отсутствии необходимости создания высоких гидростатических давлений расплава. Это позволяет создать условия для повышения стойкости футеровки агрегата. Дополнительно созданы более благоприятные условия работы стопорного устройства из-за исключения контакта расплава с боковой поверхностью стопора. The technical result from the use of the device is the ability to provide improved conditions for mixing the metal and equalizing the temperature in the working space in the absence of the need to create high hydrostatic melt pressures. This allows you to create conditions for increasing the durability of the lining of the unit. Additionally, more favorable working conditions of the locking device are created due to the exclusion of contact of the melt with the lateral surface of the stopper.

Техническим результатом от применения способа является отсутствие перегревов металла и футеровки, улучшение условий для выравнивания химического состава получаемых заготовок. The technical result from the application of the method is the absence of overheating of the metal and the lining, improving the conditions for leveling the chemical composition of the resulting workpieces.

Claims

1. A unit for sequential melting and casting of metals, containing a melting and intermediate sections, a detachable channel induction unit, the channels of which are in communication with the melting and intermediate sections, and a means for casting workpieces, communicating with the intermediate section, characterized in that an additional container is placed inside the intermediate section, in which the vertical metal conduit communicating from below with the intermediate section is made with the possibility of overlapping, and the metal conduit hermetically communicating with the tide means and blanks, wherein the intermediate section and a reservoir adapted to create therein the same low and high gas pressure relative to atmospheric pressure.

2. The unit according to claim 1, characterized in that the overlapping vertical metal wire is equipped with a stopper located inside the additional tank.

3. The unit according to claim 1, characterized in that the means of casting the workpieces is made in the form of a semi-continuous casting machine.

4. A method for producing billets on a sequential melting and metal casting unit, including induction channel melting of a portion of the charge in the melting section, transferring the melt at the end of melting to the intermediate section, casting a portion of the melt from the intermediate section to a continuous billet, dividing the billet into predetermined measured lengths, which differs the fact that when melting portions of the charge, the melt is reciprocated between the melting and intermediate sections, and part of the melt is passed through the channel from a volumetric channel induction unit, in the intermediate section with a heated melt, they provide heating of the additional tank placed in it, through which, at the end of melting, the melt is fed to the casting, and before the casting starts in the additional tank and above the melt in the intermediate tank, the gas pressure is repeatedly reduced and restored again, pouring of the melt from the intermediate tank is carried out with the reciprocating movement of the melt between the melting and intermediate sections, and its predetermined perature is maintained by controlled induction heating of the costs of energy, proportional to the loss of heat through the liner to melt and the surface of the melt.