RU2151663C1

RU2151663C1 - Method and apparatus for producing continuous cast deformed billets

Info

Publication number: RU2151663C1
Application number: RU98121635A
Authority: RU
Inventors: В.В. Стулов; В.И. Одиноков
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method involves introducing start-up pieces into vertical crystallizer; feeding melt into crystallizer; forming billet crust; deforming and ejecting billet from crystallizer. Apparatus has crystallizer with two pairs of walls. First pair of walls has inclined upper part positioned for rotation. Second pair of walls is positioned for reciprocation. First pair of walls is provided with longitudinal water-cooled channels equally spaced from working surfaces. Second pair of walls is made in the form of heating tubes provided with thermocouples and automatic system for regulating temperature of wall surfaces. Method and apparatus allow profiled billets of any thickness to be produced from difficult-to-deform alloys. EFFECT: increased efficiency, improved quality of surface and structure of billet and increased yield. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке металлов. The invention relates to metallurgy, in particular to continuous casting of metals.

Наиболее близким к предлагаемому способу получения непрерывнолитых деформированных заготовок является способ получения заготовок ([1] - Патент N 2112622 RU. Способ получения непрерывнолитых заготовок и устройство для его осуществления. В. В. Стулов, В.И.Одиноков, опубл. 10.06.98, БИ N 16), включающий введение затравки в вертикальный кристаллизатор, состоящий из двух пар противоположно расположенных стенок с расширяющейся в верхней части рабочей полостью, подачу в него расплава, формирование затвердевшей корочки заготовки, деформирование и проталкивание затравки из кристаллизатора, стенки которого приводят в движение, сообщая одной паре стенок вращательное движение, а другой - возвратно-поступательное. Closest to the proposed method for producing continuously cast deformed billets is a method for producing billets ([1] Patent No. 2112622 RU. Method for producing continuously cast billets and a device for its implementation. V.V. Stulov, V.I. Odinokov, publ. 10.06.98 , BI N 16), including the introduction of a seed in a vertical mold, consisting of two pairs of oppositely located walls with a working cavity expanding in the upper part, supplying a melt into it, forming a hardened crust of the workpiece, deformation and pushing of seed from the mold, whose walls are brought into motion, one pair of walls communicating rotational motion, and the other - reciprocation.

Недостатком известного способа получения непрерывнолитых заготовок являются трудности управления процессом формирования заготовки из труднодеформируемых металлов и сплавов, заключающиеся в растрескивании и обрыве металла. A disadvantage of the known method for producing continuously cast billets is the difficulty in controlling the process of forming a billet from difficultly deformed metals and alloys, which consists in cracking and breaking of the metal.

Заявляемый способ направлен на создание высокопроизводительного процесса получения непрерывнолитых деформированных заготовок. The inventive method is aimed at creating a high-performance process for producing continuously cast deformed billets.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа, заключается в:
- получении сплошных профильных заготовок произвольной толщины из труднодеформируемых сплавов;
- повышении производительности процесса получения непрерывнолитых деформированных заготовок;
- улучшении качества поверхности и внутренней структуры заготовок;
- увеличении выхода годных заготовок.The technical result obtained by the implementation of the proposed method is:
- obtaining continuous profile billets of arbitrary thickness from hardly deformable alloys;
- increasing the productivity of the process of obtaining continuously cast deformed billets;
- improving the quality of the surface and the internal structure of the workpieces;
- increase the yield of blanks.

Технический результат обеспечивается следующим. The technical result is provided by the following.

Вводят затравку в вертикальный кристаллизатор, состоящий из двух пар противоположно расположенных стенок, одна пара из которых выполнена в верхней части наклонными и с возможностью совершать вращательное движение, а другая пара выполнена с возможностью совершать возвратно-поступательное движение, подают в нее расплав, формируют затвердевшую корочку заготовки на стенках кристаллизатора, деформируют и проталкивают заготовку из кристаллизатора, причем формирование корочки заготовки осуществляют только на первой паре стенок, выполненными в верхней части расширяющимися; рабочую поверхность второй пары стенок перед разливкой нагревают до температуры t = (0,95 - 1,0)t_кр, в процессе разливки заготовок осуществляется непрерывная термостабилизация стенок второй пары с температурой рабочей поверхности t = (1,0 - 1,05)t_кр, где t_кр - температура кристаллизации металла.A seed is introduced into a vertical mold consisting of two pairs of oppositely located walls, one pair of which is made inclined in the upper part and with the ability to rotate, and the other pair is configured to reciprocate, feed the melt into it, form a hardened crust blanks on the walls of the mold, deform and push the blank from the mold, and the formation of the crust of the blank is carried out only on the first pair of walls made expanding in the upper part; the working surface of the second pair of walls is heated to a temperature t = (0.95 - 1.0) t _cr before casting, during the casting of the billets, the walls of the second pair are continuously thermally stabilized with the temperature of the working surface t = (1.0 - 1.05) t _cr , where t _cr is the crystallization temperature of the metal.

Формирование корочки заготовки только на стенках первой пары, выполненными в верхней части расширяющимися, улучшает механизм деформации металла за счет исключения влияния на процесс толщины корочки заготовки формируемой на стенках второй пары. В результате в процессе деформации участвуют только два фронта кристаллизации вдоль стенок первой пары, в противоположность деформации пяти фронтов кристаллизации при образовании корочек на всех четырех стенках. Кроме этого, деформация корочек только на стенках первой пары исключает влияние на процесс неравномерности охлаждения заготовки по периметру кристаллизатора. The formation of the workpiece crust only on the walls of the first pair, expanding in the upper part, improves the metal deformation mechanism by eliminating the influence on the process of the thickness of the workpiece crust formed on the walls of the second pair. As a result, only two crystallization fronts along the walls of the first pair are involved in the deformation process, in contrast to the deformation of the five crystallization fronts during the formation of crusts on all four walls. In addition, the deformation of the crusts only on the walls of the first pair excludes the influence on the process of uneven cooling of the workpiece around the perimeter of the mold.

Нагревание рабочей поверхности стенок второй пары перед разливкой до температуры t < 0,95 t_кр приводит к существенному росту корочки на стенках, это затрудняет деформацию заготовки и вызывает ее растрескивание.Heating the working surface of the walls of the second pair before casting to a temperature t <0.95 t _cr leads to a significant increase in the crust on the walls, this complicates the deformation of the workpiece and causes it to crack.

Нагревание рабочей поверхности стенок второй пары перед разливкой до температуры t >1,0 t_кр приводит к оплавлению контактирующей корочки, формируемой на стенках первой пары.Heating the working surface of the walls of the second pair before casting to a temperature of t> 1.0 t _cr leads to the fusion of the contacting crust formed on the walls of the first pair.

Непрерывная термостабилизация стенок второй пары в процессе разливки металла с температурой t <1,0 t_кр приводит к росту корочки заготовки вдоль стенок, затрудняющее процесс деформации.Continuous thermal stabilization of the walls of the second pair during the casting of metal with a temperature t <1.0 t _cr leads to an increase in the crust of the workpiece along the walls, which complicates the deformation process.

Термостабилизация стенок второй пары в процессе разливки металла с температурой t >1,05 t_кр приводит к увеличению вероятности прорыва корочки вдоль стенок и образованию наплывов на поверхности заготовки.Thermal stabilization of the walls of the second pair during casting of metal with a temperature t> 1.05 t _cr leads to an increase in the probability of a crust breaking along the walls and the formation of sagging on the surface of the workpiece.

Недостатки кристаллизатора известного устройства [1] заключаются в возможности неравномерного охлаждения стенок по периметру, приводящее к различной толщине и температуре формирующихся корочек на стенках первой и второй пары. В результате наблюдается смещение фронтов кристаллизации в ту или другую сторону, приводящее при деформации корочек к растрескиванию металла. The disadvantages of the mold of the known device [1] are the possibility of uneven cooling of the walls around the perimeter, leading to different thicknesses and temperatures of the formed crusts on the walls of the first and second pairs. As a result, a shift of the crystallization fronts in one direction or another is observed, which leads to cracking of the metal upon deformation of the crusts.

Предлагаемое устройство для получения непрерывнолитых заготовок содержит разливочную емкость с погружным разливочным стаканом, вертикальный кристаллизатор, состоящий из двух пар стенок, первая пара стенок которого выполнена с расширяющимся кверху участком под углом наклона к вертикали 10^o и с возможностью совершать вращательные движения, а вторая пара стенок - с возможностью совершать возвратно-поступательные движения, причем продольные водоохлаждаемые каналы расположены только в первой паре стенок на одинаковом расстоянии от их рабочих поверхностей, а вторая пара стенок изготовлена в виде тепловых труб с термопарами и системой автоматического регулирования температуры поверхностей стенок.The proposed device for producing continuously cast billets contains a casting container with a submersible casting nozzle, a vertical mold, consisting of two pairs of walls, the first pair of walls of which is made with a section expanding upwards at an angle of inclination to the vertical of 10 ^o and with the possibility of rotational movements, and the second pair of walls - with the ability to make reciprocating movements, and longitudinal water-cooled channels are located only in the first pair of walls at the same distance from their ra ochih surfaces and a second pair of walls are made in the form of heat pipes with thermocouples and an automatic temperature control wall surfaces.

Расположение продольных водоохлаждаемых каналов только в стенках первой пары обеспечивает их эффективное охлаждение и образование корочки металла. The location of the longitudinal water-cooled channels only in the walls of the first pair ensures their effective cooling and the formation of a metal crust.

Изготовление стенок второй пары в виде тепловых труб ([2] - Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. Семена М.Г., Гершуни А. Н., Зарипов В.К. Киев: Вища школа, 1985, 215 с.) обеспечивает необходимую термостабилизацию их поверхностей. The manufacture of the walls of the second pair in the form of heat pipes ([2] - Heat pipes with metal-fiber capillary structures. Seeds MG, Gershuni AN, Zaripov VK Kiev: Vishka school, 1985, 215 p.) Provides the necessary thermal stabilization of their surfaces.

Установка в стенке второй пары термопар позволяет контролировать их температуру с передачей сигнала в систему автоматического регулирования температуры поверхностей стенок. Installing a second pair of thermocouples in the wall allows you to control their temperature with the transmission of a signal to the system for automatically controlling the temperature of the wall surfaces.

На фиг. 1 изображено заявляемое устройство; на фиг. 2 показан вид устройства сверху. In FIG. 1 shows the inventive device; in FIG. 2 shows a top view of the device.

Заявляемое устройство на фиг. 1 и 2 состоит из разливочной емкости 1 с погружным разливочным стаканом 2, вертикальное кристаллизатора с первой парой рабочих стенок 3, выполненных с расширяющимся кверху участком, и стенок 4 второй пары, выполненных в виде тепловых труб 5 с коллектором 6 и патрубками 7, водоохлаждаемых каналов 8, термопар 9. The inventive device of FIG. 1 and 2 consists of a casting tank 1 with a submersible casting cup 2, a vertical mold with a first pair of working walls 3 made with a section expanding upwards, and walls 4 of a second pair made in the form of heat pipes 5 with a collector 6 and pipes 7, water-cooled channels 8, thermocouples 9.

В стенках 3 водоохлаждаемые каналы 8 изготавливают на одинаковом расстоянии (δ) от рабочей поверхности. In the walls 3, water-cooled channels 8 are made at the same distance (δ) from the working surface.

Перед заливкой в кристаллизатор жидкого металла рабочая поверхность стенок 4 второй пары с помощью электронагрева нагревается до t = (0,95 - 1,0)t_кр, что контролируется по показаниям термопар.Before pouring liquid metal into the crystallizer, the working surface of the walls 4 of the second pair is heated by electric heating to t = (0.95 - 1.0) t _cr , which is controlled by the readings of thermocouples.

Способ осуществляется заявляемым устройством следующим образом. The method is carried out by the claimed device as follows.

В кристаллизатор устанавливается специальное приспособление - затравка, предотвращающая выливание металла. Одновременно включается подача воды в каналы 8 стенок 3 первой пары и в коллектор 6 через патрубки 7, а также привод стенок кристаллизатора. При этом стенки 3 первой пары, выполненные с расширяющимися кверху участками, совершают вращательные движения с захватыванием затравки, а стенки 4 второй пары совершают возвратно-поступательные движения. Жидкий металл из разливочной емкости 1 через погружной разливочный стакан 2 поступает в кристаллизатор и затвердевает на поверхностях рабочих стенок 3 первой пары с формированием заготовки. Изменением расхода металла из разливочной емкости 1 добиваются необходимого уровня заливки. После разогрева стенок 4 второй пары и запуска тепловых труб 5 осуществляется термостабилизация рабочей поверхности с температурой t = (1,0 - 1,05)t_кр. Показания термопары 9 поступают в систему автоматического регулирования, где обрабатываются. При увеличении температуры рабочей поверхности стенки t >1,0t_кр включается подача охлаждающей воды в коллектор 6 с подводящими отводящим патрубками 7. После охлаждения зоны конденсации тепловой трубы 5 и достижение стенкой 4 необходимой температуры происходит уменьшение расхода охлаждающей воды в коллектор 6 или полное выключение подачи воды. Формирование корочки на стенках 3 с последующим их деформированием обеспечивает получение непрерывнолитых заготовок без растрескивания металла.A special device is installed in the mold - a seed, which prevents pouring of metal. At the same time, the water supply is turned on to the channels 8 of the walls 3 of the first pair and to the collector 6 through the nozzles 7, as well as the drive of the mold walls. In this case, the walls 3 of the first pair, made with areas expanding upward, perform rotational movements with the capture of the seed, and the walls 4 of the second pair make reciprocating movements. The liquid metal from the casting tank 1 through a submersible casting glass 2 enters the mold and solidifies on the surfaces of the working walls 3 of the first pair with the formation of the workpiece. By changing the flow rate of the metal from the casting tank 1, the required fill level is achieved. After heating the walls 4 of the second pair and starting the heat pipes 5, the working surface is thermally stabilized with a temperature t = (1.0 - 1.05) t _cr . The readings of the thermocouple 9 enter the automatic control system, where they are processed. With an increase in the temperature of the working surface of the wall t> 1.0t _{cr, the} supply of cooling water to the collector 6 with inlet outlet pipes 7 is turned on. After cooling the condensation zone of the heat pipe 5 and the wall 4 reaches the required temperature, the flow of cooling water to the collector 6 decreases or the supply is completely turned off water. The formation of a crust on the walls 3 with their subsequent deformation provides continuous casting without cracking the metal.

Claims

1. A method of obtaining continuously cast deformed billets, comprising introducing a seed into a vertical mold, consisting of two pairs of oppositely located walls, one pair of which is inclined in the upper part and with the ability to rotate, and the other pair is configured to reciprocate , feeding melt into it, forming a hardened crust of the workpiece on the walls of the mold, deformation and pushing of the workpiece from the mold, excellent yuschiysya in that the crust formation of the preform is carried out only on the first pair of walls and the working surface of the second pair of wall before feeding the melt into the working cavity heated to a temperature t = (0,95 - 1,0) t _cr where t _cr - metal crystallization temperature .

2. The method according to claim 1, characterized in that in the process of casting the billets carry out continuous thermal stabilization of the second pair of walls with a temperature of the working surface t = (1.0 - 1.05) t _cr .

3. A device for producing continuously cast deformed billets, comprising a casting container with a submersible casting cup, a vertical mold, consisting of two pairs of walls with longitudinal water-cooled channels and forming a working cavity expanding in the upper part, one pair of which is inclined at an angle of inclination to the vertical 10 ^o and with the ability to make rotational movements, and the second pair of walls is made with the ability to make a reciprocating motion, characterized in that Water-cooled channels are located only in the first pair of walls at the same distance from the working surfaces, and the second pair of walls is made in the form of heat pipes equipped with thermocouples and a system for automatically controlling the temperature of the wall surfaces.