RU2155648C2

RU2155648C2 - Method and plant for making continuously cast hollow deformed billets

Info

Publication number: RU2155648C2
Application number: RU98103925A
Authority: RU
Inventors: В.В. Стулов; В.И. Одиноков
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 2000-09-10

Abstract

FIELD: continuous casting processes and equipment. SUBSTANCE: method comprises steps of feeding melt metal into space between faces of mold and central core placed in it; forming skin on faces and core, cooling inner surface of billet by water, feeding into mold gas and liquid lubricant; calibrating surface of billet and knocking it out of mold. After knocking billet with dummy bar out of mold top portion of metal is cut off. Liquid lubricant is fed to reduction zone on two vertical faces continuously and on two faces with inclined upper portions - at time moment of separation of face surface from billet. Central core has ducts for supplying liquid lubricant and cooling water. Strain gauge pickups with system for automatic control of liquid lubricant supply and apparatus for cutting off billets are mounted on faces inclined in upper portions. Water splitter is arranged in lower portion of central core. EFFECT: enhanced efficiency of casting billets, possibility for making arbitrary-shape hollow billets with guaranteed quality of inner and outer surfaces and small-grain structure, highly reliable operation of plant at effective cooling and lubricating of inner surface of billets. 2 cl, 2 dwg

Description

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

Известен способ непрерывной отливки полой металлической заготовки (1. Патент N 5052469 США. Способ и оборудования для непрерывной отливки полой металлической заготовки. Опубл. 01.10.91г.), включающий заливку жидкого металла из промежуточного ковша в кристаллизатор с центральным водоохлаждаемым статором /стержнем/, подачу в кристаллизатор инертного газа и смазывающей жидкости, вытягивание полой заготовки. A known method of continuous casting of a hollow metal billet (1. Patent N 5052469 USA. Method and equipment for continuous casting of a hollow metal billet. Publ. 01.10.91), including pouring liquid metal from an intermediate ladle into a mold with a central water-cooled stator / rod /, supply of inert gas and lubricating fluid to the mold, drawing out the hollow billet.

Недостатками известного способа непрерывной отливки полой металлической заготовки /1/ является необходимость строгого согласования скорости разливки металла и вытягивания заготовки, наличие холодных и горячих трещин, газовых раковин, а также возможность получения только полых трубных заготовок с ограниченной толщиной стенки. The disadvantages of the known method for continuous casting of a hollow metal billet / 1 / is the need for strict coordination of the speed of metal casting and drawing the billet, the presence of cold and hot cracks, gas sinks, as well as the possibility of obtaining only hollow pipe billets with a limited wall thickness.

Наиболее близким к предложенному способу является способ получения непрерывнолитых полых заготовок (2.Патент РФ N 2077765. МКИ В 22 Д 11/00. Способ получения непрерывнолитых полых заготовок и устройство для его реализации. Опубл. 20.04.97г. Бюл N 11), включающий подачу жидкого металла в пространство между гранями кристаллизатора и установленным в нем центральным стержнем, формирование корочки на гранях кристаллизатора и стержне, калибровку внутренней поверхности полой заготовки и ее выталкивание из кристаллизатора, причем кристаллизатор выполняют с двумя вертикальными, совершающими возвратно-поступательное движение, и двумя наклонными в верхней части, совершающими вращательное движение, гранями, а сформированную корочку периодически разрушают с одновременным обжатием на наклонных гранях кристаллизатора и центральном стержне жидкого металла в количестве 20-40% и твердого металла в количестве 60-80% металла, подаваемого в пространство между гранями и центральным стержнем. Closest to the proposed method is a method for producing continuously cast hollow billets (2. Patent of the Russian Federation N 2077765. MKI V 22 D 11/00. A method for producing continuously cast hollow billets and a device for its implementation. Publ. 20.04.97 Bull. No. 11), including feeding liquid metal into the space between the faces of the mold and the central rod installed in it, forming a crust on the faces of the mold and the rod, calibrating the inner surface of the hollow billet and pushing it out of the mold, the mold being two vertical, reciprocating, and two oblique in the upper part, performing rotational motion, faces, and the formed crust is periodically destroyed with simultaneous compression on the inclined faces of the mold and the central core of liquid metal in an amount of 20-40% and solid metal in an amount 60-80% of the metal fed into the space between the faces and the central rod.

Недостатком известного способа /2/ является недостаточно эффективное охлаждение внутренней поверхности полой заготовки по длине и возможность приваривания металла со стенками кристаллизатора по причине неравномерности смазки. The disadvantage of this method / 2 / is insufficiently effective cooling of the inner surface of the hollow billet along the length and the possibility of welding metal with the walls of the mold due to uneven lubrication.

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

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа заключается в повышении производительности процесса получения заготовок, получении полых заготовок произвольной формы с гарантированным качеством внутренней и наружной поверхности и мелкозернистой структурой. The technical result obtained by the implementation of the proposed method is to increase the productivity of the process of obtaining blanks, obtaining hollow blanks of arbitrary shape with guaranteed quality of the inner and outer surfaces and a fine-grained structure.

Способ включает ввод затравки, подачу жидкого металла в пространство между гранями кристаллизатора и установленным в нем центральным стержнем, формирование корочки на гранях кристаллизатора и стержне, охлаждение внутренней поверхности заготовки с использованием воды, подачу в кристаллизатор смазывающей жидкости, ее калибровку, выталкивание из кристаллизатора, выполненного с двумя вертикальными, совершающими возвратно-поступательное движение, гранями и двумя гранями с наклонными участками в верхней части, совершающими вращательное движение, разрушение корочки с одновременным обжатием на наклонных гранях кристаллизатора и центральном стержне жидкого и твердого металла, при этом воду для охлаждения внутренней поверхности заготовки подают в канал, выполненный в центральном стержне и осуществляют ее отвод после обрезания головной части металла после выталкивания заготовки с затравой из кристаллизатора, при этом подача смазывающей жидкости в зону обжатия на двух вертикальных стенках осуществляется непрерывно, а на двух гранях с наклонными участками - в момент отхода поверхности стенок от заготовки. The method includes introducing a seed, feeding liquid metal into the space between the faces of the mold and the central core installed in it, forming a crust on the faces of the mold and the core, cooling the inner surface of the workpiece using water, applying lubricant to the mold, calibrating it, and expelling it from the mold with two vertical, reciprocating, faces and two faces with inclined sections in the upper part, performing rotational movement, crust destruction with simultaneous compression on the inclined faces of the mold and the central rod of liquid and solid metal, while water is cooled to cool the inner surface of the workpiece into a channel made in the central rod and is removed after cutting the head of the metal after pushing the workpiece with seed from mold, while the supply of lubricating fluid to the compression zone on two vertical walls is carried out continuously, and on two faces with inclined sections - at the time of departure and the surface of the walls from the workpiece.

Обрезание головной части металла после выталкивания заготовки с затравкой из кристаллизатора позволяет отводить из внутренней полости заготовки охлаждающую воду и обеспечивает дополнительное эффектное охлаждение металла. Cutting off the head of the metal after pushing the workpiece with the seed from the mold allows to drain cooling water from the inner cavity of the workpiece and provides additional effective cooling of the metal.

Подача смазывающей жидкости в зону обжатия на двух вертикальных стенках осуществляется непрерывно по причине постоянного контакта поверхности стенок с заготовкой. На двух наклонных в верхней части стенках подача смазывающей жидкости в момент отхода заготовки от стенок обеспечивает равномерное распределение смазки в зазоре и меньшее давление жидкости в самой системе смазки. The supply of lubricating fluid to the compression zone on two vertical walls is carried out continuously due to the constant contact of the wall surface with the workpiece. On two walls inclined in the upper part, the supply of lubricating fluid at the moment the workpiece moves away from the walls ensures uniform distribution of lubricant in the gap and lower fluid pressure in the lubrication system itself.

Для реализации заявляемого способа заявляется установка, уровень техники которой известен /1,2/. Известное устройство для непрерывной отливки полой металлической заготовки /1/ содержит промежуточный ковш; водоохлаждаемый кристаллизатор с отверстиями для выхода воды и каналом с отверстиями для смазывающей жидкости; центральный статор /стержень/ с отверстиями для подачи охлаждающей воды, инертного газа и смазывающей жидкости; механизм перемещения статора /центрального стерня/. To implement the proposed method, a device is claimed, the prior art of which is known / 1,2 /. A known device for continuous casting of a hollow metal billet / 1 / contains an intermediate ladle; a water-cooled mold with openings for water outlet and a channel with openings for lubricating fluid; central stator / rod / with holes for supplying cooling water, inert gas and lubricant; mechanism for moving the stator / central stub /.

Недостаток устройства /1/ заключается в возможности получения на нем только полой круглой заготовки со сравнительно низкими физико-механическими характеристиками металла. Кроме этого, в известном устройстве затруднен отвод охлаждающей воды из внутренней полости заготовки, что ухудшает охлаждение ее. The disadvantage of the device / 1 / lies in the possibility of obtaining on it only a hollow round billet with relatively low physical and mechanical characteristics of the metal. In addition, in the known device it is difficult to drain cooling water from the inner cavity of the workpiece, which impairs its cooling.

Наиболее близким к предложенной установке является устройство для получения непрерывнолитых полых заготовок /2/, содержащее разливочную емкость с дозирующим устройством, водоохлаждаемый кристаллизатор, выполненный с двумя вертикальными гранями, имеющими возможность возвратно-поступательного движения, и двумя гранями, выполненными наклонными в верхней части и с возможностью вращательного движения, центральный стержень, изготовленный с конической верхней и калибровочной нижней зонами. Closest to the proposed installation is a device for producing continuously cast hollow billets / 2 /, containing a casting container with a metering device, a water-cooled mold made with two vertical faces with the possibility of reciprocating movement, and two faces made inclined in the upper part and with the possibility of rotational movement, the central rod made with a conical upper and lower calibration zones.

Недостатком известного устройства /2/ является отсутствие системы смазки наружной и внутренней поверхности заготовки, а также недостаточная эффективность охлаждения поверхности металла, соприкасающейся с центральным стержнем. A disadvantage of the known device / 2 / is the lack of a lubrication system of the outer and inner surfaces of the workpiece, as well as the insufficient cooling efficiency of the metal surface in contact with the central rod.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой установки, заключается в повышении надежности работы установки и эффективности охлаждения и смазки внутренней поверхности заготовки. The technical result obtained by the implementation of the inventive installation is to increase the reliability of the installation and the efficiency of cooling and lubrication of the inner surface of the workpiece.

Установка для получения непрерывнолитых полых деформированных заготовок содержит разливочную емкость с дозирующим устройством, водоохлаждаемый кристаллизатор, выполненный с двумя вертикальными гранями, имеющими возможность возвратно-поступательного движения, и двумя гранями, выполненными наклонными в верхней части с возможностью вращательного движения, центральный стержень с конической верхней и калибровочной частями и выполнена с каналами-коллекторами и отверстиями для подачи смазывающей жидкости и снабжена устройством для обрезания заготовок и установленными на гранях кристаллизатора с наклонными участками в верхней части тензометрическими датчиками с системой автоматического регулирования подачи смазывающей жидкости, при этом центральный стержень выполнен с каналами для подачи смазывающей жидкости и с полостью для подачи охлаждающей воды и рассекателем воды в нижней части. The apparatus for producing continuously cast hollow deformed billets comprises a casting container with a metering device, a water-cooled mold made with two vertical faces with the possibility of reciprocating movement, and two faces made inclined in the upper part with the possibility of rotational movement, a central rod with a conical upper and calibration parts and is made with channels-collectors and holes for supplying lubricating fluid and is equipped with a device for processing Cutting of the workpieces and strain gauge sensors mounted on the edges of the mold with inclined sections in the upper part with a system for automatically controlling the supply of lubricating fluid, the central shaft being made with channels for supplying lubricating fluid and with a cavity for supplying cooling water and a water divider in the lower part.

Установка на наклонных в верхней части участках граней тензометрических датчиков с системой автоматического регулирования подачи смазывающей жидкости позволяет устанавливать моменты обжатия заготовки в случае максимальных значений усилий обжатия и момента отхода поверхности граней от заготовки - при минимальных значениях усилий обжатий, а также осуществлять регулирование подачи смазывающей жидкости. The installation of strain gauge sensors with an automatic control system for lubricating fluid supply on inclined in the upper parts of the faces of the faces allows setting the compression moments of the workpiece in case of maximum values of compression forces and the moment the surface of the faces departs from the workpiece - with minimum values of compression forces, as well as controlling the supply of lubricating fluid.

Система автоматического регулирования подачи смазывающей жидкости содержит электрический клапан, который открывает или закрывает магистраль по сигналу, поступающему от тензометрического датчика. The automatic control system for the supply of lubricating fluid contains an electric valve that opens or closes the line by the signal from the strain gauge.

Установка на наклонных участках граней устройства для обрезания заготовок позволяет осуществлять резку выходящего металла на мерные длины. При этом исключается необходимость расположения устройства для заготовок под кристаллизатором. Кроме этого, обрезание заготовки в горячем состоянии на выходе из кристаллизатора уменьшает необходимые усилия для резания металла и расход электроэнергии. Installation on inclined sections of the faces of the device for cutting workpieces allows the cutting of outgoing metal to measured lengths. This eliminates the need for the location of the device for workpieces under the mold. In addition, cutting the workpiece in a hot state at the exit of the mold reduces the necessary efforts for cutting metal and energy consumption.

Установка в нижней части центрального стержня рассекателя воды обеспечивает ее равномерное распределение по внутренней поверхности полой заготовки, что повышает эффективность охлаждения металла. Installation in the lower part of the central rod of the water divider ensures its uniform distribution on the inner surface of the hollow billet, which increases the efficiency of metal cooling.

На фиг. 1 приведен внешний вид заявляемой установки, а на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1. In FIG. 1 shows the appearance of the inventive installation, and in FIG. 2 is a section AA of FIG. 1.

Заявляемая установка на фиг. 1 и 2 состоит из разливочной емкости 1 с дозирующим устройством 2, водоохлаждаемого кристаллизатора 3 с двумя вертикальными гранями 4 и двумя гранями 5, выполненными наклонными в верхней части с каналами-коллекторами 6, 8 и отверстий 7, 9 для подачи смазывающей жидкости, центрального стержня 10 с конической верхней и калибровочной нижней зонами с рассекателем воды 17, каналов 11 и 12 для подачи соответственно смазывающей жидкости и воды, тензометрических датчиков 13, устройства 14 для обрезания заготовок с режущими ножами 15 и привода перемещения ножей 16, сменной вставки 18 с болтом 19. Центральный стержень 10 закрепляется в верхней части вертикальных граней 4, что исключает его перемещение вместе с деформируемой заготовкой. Ножи 15 устанавливаются в пазах в нижней части граней 5, что обеспечивает их перемещение при обрезании заготовки. Тензометрический датчик 13 приклеивается на поверхности наклонных в верхней части граней 5 и закрывается от повреждений сменной вставкой 18, закрепляемой болтом 19. The inventive apparatus of FIG. 1 and 2 consists of a casting tank 1 with a metering device 2, a water-cooled mold 3 with two vertical faces 4 and two faces 5, made inclined in the upper part with collector channels 6, 8 and holes 7, 9 for supplying lubricating fluid, the central rod 10 with a conical upper and lower calibration zones with a water divider 17, channels 11 and 12 for supplying lubricating fluid and water, strain gauge sensors 13, a device 14 for cutting workpieces with cutting knives 15 and a knife drive 16, a replaceable insert 18 with a bolt 19. The central shaft 10 is fixed in the upper part of the vertical faces 4, which excludes its displacement together with a deformable preform. Knives 15 are installed in the grooves in the lower part of the faces 5, which ensures their movement when cutting the workpiece. The strain gauge 13 is glued on the surface of the faces 5 inclined in the upper part and is closed from damage by a replaceable insert 18, fixed by a bolt 19.

Перед разливкой металла в нижнюю часть кристаллизатора 3 устанавливается специальное приспособление-затравка, исключающая выливание расплава и обеспечивающая центрирование стержня 10. Before casting the metal in the lower part of the mold 3 is installed a special device-seed, eliminating the pouring of the melt and centering the rod 10.

Способ осуществляется заявляемой установкой следующим образом. The method is carried out by the inventive installation as follows.

Жидкий металл из разливочной емкости 1 через дозирующее устройство 2 поступает в кристаллизатор 3 с установленным в нем центральным стержнем 10. После достижения расплавом уровня расположения в гранях каналов-коллекторов 6,8,11 и отверстий 7,9 осуществляют подачу смазывающей жидкости. Включают привод граней кристаллизатора. При этом вертикальные грани 4 совершают возвратно-поступательное перемещение, а грани 5, выполненные наклонными в верхней части, - вращательное движение с обжатием корочки заготовки. Обжатие образующейся корочки осуществляется на поверхности граней 5 и стержне 10, а подача смазывающей жидкости в зазор между корочкой и поверхностями граней 3 и 4 уменьшает трение при перемещении заготовки. После выхода заготовки из кристаллизатора включают устройство 14 для обрезания затравки с заготовкой при помощи ножей 15 и привода их перемещения 10. Вода, выходящая из канала 12, ударяется в рассекатель 17 и разбрызгивается по внутренней поверхности заготовки. Усилия, воспринимаемые тензометрическими датчиками 13, передаются в систему автоматического регулирования с подачей смазывающей жидкости в зазор между заготовкой и поверхностью граней 5 при минимальных значениях усилий. При обжатии корочки заготовки на поверхности граней 5 со сменной вставкой 18 тензометрический датчик 13 воспринимает давление и образующийся сигнал поступает в систему управления работой электрического клапана с его закрытием, а соответственно, прекращением подачи смазывающей жидкости по магистрали к двум граням с наклонными участками в верхней части. В момент отхода граней 5 от заготовки тензометрический датчик 13 не воспринимает давление и сигнал не поступает в систему управления работой электрического клапана, который пропускает смазывающую жидкость граням. The liquid metal from the casting tank 1 through the metering device 2 enters the mold 3 with the central rod 10 installed in it. After the melt reaches the level of arrangement in the faces of the collector channels 6,8,11 and holes 7,9, a lubricating fluid is supplied. Turn on the drive faces of the mold. In this case, the vertical faces 4 make a reciprocating movement, and the faces 5, made inclined in the upper part, rotate with compression of the crust of the workpiece. Compression of the resulting crust is carried out on the surface of the faces 5 and the rod 10, and the supply of lubricating fluid in the gap between the crust and the surfaces of the faces 3 and 4 reduces friction when moving the workpiece. After the workpiece exits from the mold, a device 14 is cut for cutting the seed with the workpiece using knives 15 and a drive for moving them 10. Water leaving the channel 12 is struck by a divider 17 and sprayed onto the inner surface of the workpiece. The forces perceived by the strain gauge sensors 13 are transferred to the automatic control system with the supply of lubricating fluid into the gap between the workpiece and the surface of the faces 5 with minimum forces. When squeezing the crust of the workpiece on the surface of the faces 5 with a removable insert 18, the strain gauge 13 senses the pressure and the resulting signal enters the control system of the electric valve with its closure, and, accordingly, stopping the supply of lubricating fluid along the line to two faces with inclined sections in the upper part. At the moment the faces 5 move away from the workpiece, the strain gauge 13 does not perceive pressure and the signal does not enter the electric valve control system, which passes the lubricating fluid to the faces.

Claims

1. A method of obtaining continuously cast hollow deformed billets, comprising introducing a seed, feeding liquid metal into the space between the central rod and the faces of the mold, two of which are made vertical and with the possibility of reciprocating motion, and the other two with inclined sections in the upper part and with the possibility of rotational motion, the formation of a crust on the faces of the mold and the rod, cooling the inner surface of the workpiece using water, its calibration and pushing out of the crystal isator, crust breaking with simultaneous compression on the inclined faces of the mold and the central rod of liquid and solid metal, characterized in that water for cooling the inner surface of the workpiece is fed into the channel made in the central rod, and it is removed after cutting the head of the metal after pushing the workpiece with seed from the mold, while supplying lubricating fluid to the compression zone on two vertical faces continuously, and on two other faces with inclined sections and at the top - when departing from the faces of the preform.

2. Installation for producing continuously cast hollow deformed billets, containing a casting container with a metering device, a water-cooled mold with two vertical faces with the possibility of reciprocating motion, and two faces made with inclined sections in the upper part and with the possibility of rotational movement, the central rod with a conical upper and calibration lower parts, characterized in that the installation is made with collector channels and feed holes fluid and is equipped with a device for cutting workpieces and installed in the faces of the mold having inclined sections in the upper part, strain gauges with a system for automatically controlling the supply of lubricating fluid, while the central rod is made with channels for supplying lubricating fluid, with a cavity for supplying cooling water and water divider in its lower part.