RU2151661C1

RU2151661C1 - Apparatus for producing ingots from metals and alloys

Info

Publication number: RU2151661C1
Application number: RU97122035A
Authority: RU
Inventors: В.И. Бедарев
Original assignee: Бедарев Василий Иванович
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: metallurgy, in particular, manufacture of ingots from metal and alloys for further rolling and forging. SUBSTANCE: apparatus has vertical pouring passage and liquid metal flow reflector. Hollow metal reflector has water supplying and water discharge pipes. While flowing from reflector, cooled melt is solidified in ingot. EFFECT: increased efficiency, constant chemical composition of metal over the whole volume of ingot, reduced ingot head crop and improved quality. 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к получению слитков из металлов и сплавов для прокатки и ковки c минимальной усадочной раковиной в верхней их части, однородной первичной кристаллической структурой, постоянным химическим составом и стабильными механическими свойствами металла по всему их объему. The invention relates to metallurgy and mechanical engineering, in particular to the production of ingots of metals and alloys for rolling and forging with a minimum shrink shell in their upper part, a homogeneous primary crystalline structure, constant chemical composition and stable mechanical properties of the metal throughout their volume.

Известно, что большая часть слитков из спокойных сталей получается путем заливки жидкой стали из различного ковша или промежуточной емкости сверху, непосредственно в нижеустановленную изложницу. Следовательно, для заливки не устраиваются дополнительные каналы и, тем самым исключаются непроизводительные потери стали. Однако при высокой кинетической энергии струи жидкой стали в начале заливки изложницы образуется большое количество всплесков и брызг стали, а при последующем наполнении она "прошивает" на всю высоту слой залитой в изложницу жидкой стали, разогревая его в месте проникновения и увеличивая градиент температур по его сечению. Последнее способствует увеличению высоты усадочной раковины в верхней части слитка и увеличению головной обрези слитка при прокатке, которая превышает 12% (см. Явойский В.И. и др. Металлургия стали. М., Металлургия, 1983, с. 363; Дудко Д.Л, и др. Комплексное улучшение качества слитков, Киев, Техника, 1969, с. 54). It is known that most of the steels from mild steels are obtained by pouring liquid steel from a different ladle or an intermediate tank from above, directly into the mold below. Therefore, additional channels are not arranged for pouring and, thereby, unproductive steel losses are excluded. However, with a high kinetic energy of the liquid steel jet, a large number of splashes and splashes of steel are formed at the beginning of casting of the mold, and upon subsequent filling it "flashes" the layer of molten steel cast into the mold to its full height, heating it at the penetration site and increasing the temperature gradient over its cross section . The latter contributes to an increase in the height of the shrinkage shell in the upper part of the ingot and to an increase in the head edge of the ingot during rolling, which exceeds 12% (see Yavoysky V.I. et al. Metallurgy of steel. M., Metallurgy, 1983, p. 363; Dudko D. L, et al. Comprehensive improvement of the quality of ingots, Kiev, Technika, 1969, p. 54).

Для повышения качества слитков используются различные устройства. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для получения слитков при заливке расплава сверху в изложницу, содержащее вертикальный литниковый ход и отражатель струи металла (см. патент RU 2022688, B 22 D 7/12, 15.11.94). Промышленное опробование приведенного выше устройства показало, что объем усадочной раковины в головной части опытного слитка массой 7 т уменьшился по сравнению с таковым при существующем способе заливки таких слитков. Кроме того, по анализу проб стали, отобранных по всему его сечению по установленной методике химический состав ее оказался практически одинаковым. Следовательно, отражение струи жидкой стали при наполнении ею изложницы положительно сказалось на приведенных параметрах качества слитка. To improve the quality of the ingots, various devices are used. The closest in technical essence to the claimed one is a device for producing ingots when pouring melt from above into a mold containing a vertical gate and a reflector of a metal jet (see patent RU 2022688, B 22 D 7/12, 11/15/94). Industrial testing of the above device showed that the volume of the shrink shell in the head of the experimental ingot weighing 7 tons decreased compared to that with the existing method of pouring such ingots. In addition, according to the analysis of steel samples taken over its entire cross section according to the established procedure, its chemical composition was almost the same. Consequently, the reflection of a jet of liquid steel when filling the mold positively affected the given quality parameters of the ingot.

При всестороннем анализе опробованного в производственных условиях устройства обнаруживаются как его недостатки, так и вскрываются позитивные резервы. К первым, по-видимому, следует отнести снижение степени интенсивности охлаждения жидкой стали, растекающейся по поверхности отражателя по мере наполнения ею изложницы, и непосредственную связь эксплуатационной стойкости отражателя с качеством огнеупорного материала, из которого он изготовлен. Ко вторым можно отнести реальность принципа отражения струи жидкой стали при наполнении изложницы в производственных условиях и возможность достижения постоянной скорости охлаждения стали на отражателе в течение всего времени наполнения изложницы жидкой сталью. A comprehensive analysis of a device tested under production conditions reveals both its shortcomings and positive reserves. The first, apparently, should include a decrease in the degree of cooling intensity of liquid steel spreading over the surface of the reflector as it is filled with molds, and a direct relationship between the operational stability of the reflector and the quality of the refractory material from which it is made. The second can be attributed to the reality of the principle of reflection of a jet of liquid steel when filling the mold under production conditions and the possibility of achieving a constant cooling rate of steel on the reflector during the entire time the mold is filled with liquid steel.

Задачей изобретения является разработка устройства, позволяющего при сохранении принципа отражения струи жидкого металла в процессе наполнения им изложницы сверху и усилении скорости направленного охлаждения и затвердевания жидкого металла снизу вверх обеспечить при затвердевании однозонную первичную кристаллическую структуру металла слитка при постоянном химическом составе металла слитка по всему его объему. The objective of the invention is to develop a device that allows, while maintaining the principle of reflection of a jet of liquid metal in the process of filling molds from above and increasing the rate of directed cooling and solidification of liquid metal from bottom to top, to provide during solidification a single-zone primary crystalline structure of the ingot metal with a constant chemical composition of the ingot metal over its entire volume .

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве, содержащем вертикальный литниковый ход и отражатель струи жидкого металла, отражатель выполнен полым, металлическим и снабжен трубами для подвода и отвода воды. Струя заливаемого жидкого металла, растекаясь по внешней поверхности отражателя, интенсивно охлаждается и стекает с отражателя в изложницу. Если сливающийся с отражателя металл охладится до температуры его затвердевания или ниже, то во всем объеме поступившего в изложницу расплава возникнут зародыши кристаллизации и начнется объемное его затвердевание. При дальнейшем поступлении в изложницу охлажденного расплава затвердевание его в изложнице приобретает характер объемно-направленного снизу вверх. При этом усадка в жидком состоянии заливаемого в изложницу металла или сплава произойдет в процессе контакта его с водоохлаждаемым отражателем. Исключение объемной усадки расплава в жидком состоянии до слива его в изложницу уменьшит объем и размеры усадочной раковины в верхней части слитка. Более того, при равенстве скоростей поступления жидкого металла в изложницу и затвердевания его снизу изложницы вообще исключаются возможности образования усадочной раковины в верхней части слитка. Дефицит питания при объемном затвердевании "черпается" из жидкой части незатвердевшего металла до взаимного соприкосновения растущих кристаллитов. The essence of the invention lies in the fact that in a device containing a vertical gate and a reflector of a jet of liquid metal, the reflector is made hollow, metal and equipped with pipes for supplying and discharging water. A jet of liquid metal being poured, spreading over the outer surface of the reflector, is intensively cooled and flows from the reflector into the mold. If the metal merging from the reflector is cooled to its solidification temperature or lower, crystallization nuclei will appear in the entire volume of the melt that has entered the mold and its volume solidification will begin. Upon further receipt of the cooled melt in the mold, its solidification in the mold acquires the character of a volume-directed from the bottom up. In this case, the shrinkage in the liquid state of the metal or alloy poured into the mold will occur during its contact with a water-cooled reflector. The exclusion of volumetric shrinkage of the melt in the liquid state before it is drained into the mold will reduce the volume and size of the shrink shell in the upper part of the ingot. Moreover, if the rates of liquid metal entry into the mold and its solidification from the bottom of the mold are equal, the possibility of the formation of a shrink shell in the upper part of the ingot is generally excluded. The nutritional deficiency during volumetric solidification is “scooped” from the liquid part of the uncured metal until the growing crystallites come into contact.

Объемное затвердевание расплава в изложнице исключает возможность возникновения в слитке ликвационных зон, т.е. химический состав металла по всему объему слитка станет постоянным. Volumetric solidification of the melt in the mold excludes the possibility of the appearance of segregation zones in the ingot, i.e. the chemical composition of the metal over the entire volume of the ingot will become constant.

При охлаждении расплава на отражателе выделяются избыточные компоненты, газы и неметаллические включения и всплывают на поверхность при сливе очередной порции охлажденного металла с отражателя. When the melt is cooled, excess components, gases and non-metallic inclusions are released on the reflector and float to the surface when the next portion of the cooled metal is drained from the reflector.

Следовательно, предлагаемое устройство позволяет уменьшить головную обрезь металла слитка при одновременном улучшении качества металла слитка. Металлургические предприятия и страна получают в полезный хозяйственный оборот дополнительное количество высокосортного проката при снижении его себестоимости и без увеличения объема металлургического производства. Therefore, the proposed device allows to reduce the head trim of the metal ingot while improving the quality of the metal ingot. Metallurgical enterprises and the country receive an additional amount of high-grade rolled metal in useful economic turnover while reducing its cost and without increasing the volume of metallurgical production.

На чертеже схематично представлено предлагаемое устройство. The drawing schematically shows the proposed device.

Устройство монтируется на заливочной площадке 1. При этом заливочная его часть, состоящая из литниковой воронки 2, вертикального литникового хода 3 и раструбка 4, изготовленных из огнеупорного материала 5 и заключенных в металлический кожух 6, занимают осевое положение. The device is mounted on the casting pad 1. At the same time, its casting part, consisting of a gate funnel 2, a vertical gate 3 and a socket 4 made of refractory material 5 and enclosed in a metal casing 6, occupy an axial position.

Охладительная часть устройства, состоящая из полого металлического отражателя 7, труб 8 и 9, подводящих и отводящих воду отражателя, защищаются втулками из огнеупорного материала 10 и с помощью резьбы соединяются с отражателем. Каждая из труб 8 и 9 покрывается слоем асбеста и на каждую из них одеваются остальные трубы большего диаметра 11, а свободный объем засыпается сухим, зернистым теплоизоляционным порошком 12 с последующим уплотнением. Верхние торцевые части труб 11 закрываются накидной гайкой (крышкой) 13. После этого заливочная и охладительная части устройства жестко соединяются друг с другом с таким расчетом, чтобы вертикальные оси литникового хода и отражателя совпадали. The cooling part of the device, consisting of a hollow metal reflector 7, pipes 8 and 9, supplying and discharging water to the reflector, is protected by sleeves made of refractory material 10 and connected to the reflector by means of a thread. Each of the pipes 8 and 9 is covered with a layer of asbestos and the other pipes of a larger diameter 11 are put on each of them, and the free volume is filled up with dry, granular heat-insulating powder 12 with subsequent compaction. The upper end parts of the pipes 11 are closed with a union nut (cover) 13. After that, the filling and cooling parts of the device are rigidly connected to each other so that the vertical axis of the gate and the reflector coincide.

На поддоне 14 изложница фиксируется в таком положении, при котором вертикальные оси литникового хода 2 и изложницы 15 совпадают. Перед заливкой изложница 15 поднимается в верхнее положение, включается охладительная система, и жидкий металл из соответствующей емкости поступает в литниковую воронку 2. По мере наполнения изложницы жидким металлом она опускается вместе с поддоном 14 вниз со скоростью, равной скорости подъема уровня жидкого металла в ней, до полного ее заполнения. On the pallet 14, the mold is fixed in such a position that the vertical axis of the gate 2 and the mold 15 coincide. Before pouring, the mold 15 rises to the upper position, the cooling system is turned on, and the liquid metal from the corresponding container enters the gate funnel 2. As the mold is filled with liquid metal, it drops down with the pallet 14 at a speed equal to the rate of rise of the level of liquid metal in it, until it is completely filled.

Claims

A device for producing ingots when pouring liquid metal into a mold from above, containing a vertical gate and a reflector of a jet of liquid metal, characterized in that the reflector is hollow, metal and equipped with pipes for supplying and discharging water.