RU2216427C1 - Method for casting metallic ingots and apparatus for performing the same - Google Patents
Method for casting metallic ingots and apparatus for performing the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2216427C1 RU2216427C1 RU2002111067A RU2002111067A RU2216427C1 RU 2216427 C1 RU2216427 C1 RU 2216427C1 RU 2002111067 A RU2002111067 A RU 2002111067A RU 2002111067 A RU2002111067 A RU 2002111067A RU 2216427 C1 RU2216427 C1 RU 2216427C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- magnetic field
- casting
- liquid metal
- molds
- Prior art date
Links
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к области получения металлических слитков с помощью литейных форм (изложниц, кокилей и т.д.) и устройствам для отливки слитков. The invention relates to metallurgy, in particular to the field of producing metal ingots using molds (molds, chill molds, etc.) and devices for casting ingots.
Известны способы и устройства для литья расплавленного металла в литейные формы (кн. И.Е.Горшков. - Литье слитков цветных металлов и сплавов. - Металлургиздат, - 1952, с. 416), включающее литье в наклонные и щелевые изложницы, литье металла по желобу или по трубке, снабженными в конце ловушкой, использование пеноулавливающих резервуаров, щелевых литников и др. Known methods and devices for casting molten metal into casting molds (Prince I.E. Gorshkov. - Casting ingots of non-ferrous metals and alloys. - Metallurgizdat, - 1952, p. 416), including casting in inclined and slotted molds, casting metal the chute or through a tube equipped at the end with a trap, the use of foam collecting tanks, slotted runners, etc.
Однако все они имеют один общий недостаток, заключающийся в том, что не способны полностью предотвратить образование пены и не допустить ее попадание в слитки при кристаллизации, т.к. практически всегда металл, заливаемый в литейные формы, имеет турбулентный характер течения. Так, например, струя магния диаметром 30 мм становится турбулентной (число Рейнольдса Re>2300) уже при падении с высоты 15 мм, алюминия - 0,45 мм. При турбулентном движении расплавленный металл захватывает пузырьки воздуха или защитного газа и заносит их внутрь металла, уже залитого в литейные формы. В результате на поверхности расплава образуется устойчивая пена, которая после кристаллизации металла остается на поверхности слитка, резко снижая его качество как по внешнему виду, так и по содержанию неметаллических включений в слитке. However, they all have one common drawback, which is that they are not able to completely prevent the formation of foam and prevent its ingress into the ingots during crystallization, because almost always, metal poured into foundry molds has a turbulent flow pattern. So, for example, a stream of magnesium with a diameter of 30 mm becomes turbulent (Reynolds number Re> 2300) even when it falls from a height of 15 mm, aluminum - 0.45 mm. During turbulent motion, the molten metal captures air or shielding gas bubbles and brings them into the metal, which has already been cast into casting molds. As a result, a stable foam is formed on the surface of the melt, which after crystallization of the metal remains on the surface of the ingot, sharply reducing its quality both in appearance and in the content of non-metallic inclusions in the ingot.
Наиболее близким способом того же назначения и устройством для его осуществления, получившими широкое распространение на практике и по совокупности признаков, выбранными в качестве прототипа, являются способ и устройство конвейерного литья слитков цветных металлов в изложницы, установленные на бесконечную ленту. Данный способ литья металлических слитков и устройство для его осуществления описаны в литературе, посвященной литью магния и магниевых сплавов (кн. Вяткин И.П., Кечин В.А., Мушков С.В. - Рафинирование и литье первичного магния. - М. Металлургия, 1974, с. 124-142). Сущность способа заключается в транспортировке жидкого металла в тигле к литейному конвейеру, установке тигля в поворотную шахту конвейера и литье металла в изложницу непосредственно из тигля путем плавного его наклона вокруг оси, проходящей через носок тигля. Используется также заливка металла с помощью электромагнитного насоса. В этом случае металл транспортируют из миксера по металлотракту насоса к литейному конвейеру, и литье в изложницы осуществляют непосредственно из сливного патрубка металлотракта насоса. В обоих случаях металл заливают в пустые формы изложниц, движущиеся по верхней дорожке конвейера от его падающего конца к разгрузочному концу, где закристаллизовавшийся металл, принявший форму изложницы, выпадает из нее и направляется на дальнейшую обработку. The closest method of the same purpose and device for its implementation, which are widely used in practice and in combination of features selected as a prototype, are a method and device for the conveyor casting of non-ferrous metal ingots into molds mounted on an endless belt. This method of casting metal ingots and a device for its implementation are described in the literature on the casting of magnesium and magnesium alloys (Prince Vyatkin I.P., Kechin V.A., Mushkov S.V. - Refining and casting of primary magnesium. - M. Metallurgy, 1974, p. 124-142). The essence of the method consists in transporting liquid metal in a crucible to a casting conveyor, installing the crucible in a rotary shaft of the conveyor, and casting the metal into the mold directly from the crucible by smoothly tilting it around an axis passing through the toe of the crucible. Metal casting using an electromagnetic pump is also used. In this case, the metal is transported from the mixer through the metal path of the pump to the casting conveyor, and casting into the molds is carried out directly from the drain pipe of the metal path of the pump. In both cases, the metal is poured into the empty molds of the molds, moving along the upper track of the conveyor from its falling end to the discharge end, where the crystallized metal, which has taken the form of the mold, falls out of it and is sent for further processing.
Устройство для осуществления данного способа содержит ряд изложниц, установленных вдоль бесконечного конвейера, системы транспортировки (тигель с металлом или металлотракт электромагнитного насоса), системы заливки (поворотная шахта, сливной патрубок металлотракта), система охлаждения и кристаллизации (движение изложниц с металлом по верхней дорожке конвейера с заданной скоростью) жидкого металла. A device for implementing this method contains a number of molds installed along an endless conveyor, a transportation system (crucible with metal or metal path of an electromagnetic pump), a casting system (rotary shaft, drain pipe of a metal path), a cooling and crystallization system (movement of molds with metal along the upper track of the conveyor at a given speed) of liquid metal.
Однако способ и устройство по прототипу имеют один существенный недостаток - струя металла, падающая в изложницы с высоты 100-150 мм, имеет турбулентный режим течения и, захватывая защитный газ, заносит его внутрь уже залитого в изложницы металла. Пузырьки газа, всплывая на поверхность расплава, приводят к вспениванию металла и его повышенному окислению. Сразу же после заполнения изложницы пену с поверхности металла удаляют вручную специальными снималками. На данной операции постоянно задействован один человек, а безвозвратные потери металла с пеной достигают 2,9-2,5% от массы слитого металла. Тем не менее, даже очень чистый съем пены не позволяет избежать дефектов на слитке, которые возникают из-за турбулентности струи металла, т.к. в месте заливки в металле остается оксидная пленка, а структура металла характеризуется повышенной рыхлостью вследствие избыточного газосодержания. However, the prototype method and device have one significant drawback - the metal jet falling into the molds from a height of 100-150 mm, has a turbulent flow regime and, capturing the protective gas, brings it into the metal already poured into the molds. Bubbles of gas floating up to the surface of the melt lead to foaming of the metal and its increased oxidation. Immediately after filling the mold, the foam from the metal surface is removed manually with special snapshots. One person is constantly involved in this operation, and the irretrievable loss of metal with foam reaches 2.9-2.5% of the mass of the fused metal. Nevertheless, even a very clean removal of foam does not allow to avoid defects on the ingot that arise due to turbulence of the metal stream, since the oxide film remains in the place of pouring in the metal, and the metal structure is characterized by increased friability due to excessive gas content.
Задача изобретения направлена на снижение образования пены при заливке металла в литейные формы. The objective of the invention is aimed at reducing the formation of foam when pouring metal into casting molds.
Технический результат проявляется в улучшении качества слитка по внешнему виду и чистоте излома, а также в исключении ручного труда при удалении пены при разливке металла. The technical result is manifested in the improvement of the quality of the ingot in appearance and purity of the fracture, as well as in the elimination of manual labor when removing foam during metal casting.
Данная задача решается тем, что предложен способ литья металлических слитков, включающий транспортировку и заливку жидкого металла в литейные формы, охлаждение и кристаллизацию металла в них, новым является то, что перед подачей заливаемого металла в литейные формы его предварительно пропускают через внешнее постоянное магнитное поле, при этом величину индукции внешнего постоянного магнитного поля задают из условия:
где В - индукция внешнего постоянного магнитного поля, Тл;
А1- эмпирический коэффициент (А=43,5);
V - скорость движения жидкого металла в патрубке, м/с;
ρ - плотность жидкого металла, кг/м3;
χ - электропроводность жидкого металла, (Ом•м)-1;
η - динамическая вязкость жидкого металла, Па•с.This problem is solved by the fact that the proposed method of casting metal ingots, including the transportation and pouring of liquid metal into casting molds, cooling and crystallization of metal in them, new is that before feeding the cast metal into casting molds it is preliminarily passed through an external constant magnetic field, the magnitude of the induction of an external constant magnetic field is set from the condition:
where B is the induction of an external constant magnetic field, T;
And 1 is an empirical coefficient (A = 43.5);
V is the velocity of the liquid metal in the pipe, m / s;
ρ is the density of the liquid metal, kg / m 3 ;
χ is the electrical conductivity of the liquid metal, (Ohm • m) -1 ;
η - dynamic viscosity of liquid metal, Pa • s.
Кроме того, внешнее постоянное магнитное поле направляют перпендикулярно скорости движения металла в сливном патрубке. In addition, an external constant magnetic field is directed perpendicular to the speed of movement of the metal in the drain pipe.
Для осуществления данного способа предложено устройство для литья металлических слитков, содержащее литейные формы системы транспортировки, заливки, охлаждения и кристаллизации жидкого металла, новым является то, что оно дополнительно снабжено промежуточной емкостью, установленной перед литейными формами и снабженной одним или более сливным патрубком, и источником внешнего постоянного магнитного поля, размещенного в зоне расположения сливного патрубка, при этом сливной патрубок выполнен длиной, определяемой из условия:
l>A2Vρ/χB2,
где l - длина сливного патрубка, находящаяся во внешнем постоянном магнитном поле, м;
А2 - эмпирический коэффициент (А=60);
V - скорость движения жидкого металла в патрубке, м/с;
ρ - плотность жидкого металла, кг/м3;
χ - электропроводность жидкого металла, (Ом•м)-1;
В - индукция внешнего магнитного поля, Тл.To implement this method, a device is proposed for casting metal ingots containing molds of a system for transporting, casting, cooling and crystallizing liquid metal, it is new that it is additionally equipped with an intermediate tank installed in front of the molds and equipped with one or more drain nozzles, and a source external permanent magnetic field located in the area of the drain pipe, while the drain pipe is made in length, determined from the condition:
l> A 2 Vρ / χB 2 ,
where l is the length of the drain pipe located in an external constant magnetic field, m;
And 2 is an empirical coefficient (A = 60);
V is the velocity of the liquid metal in the pipe, m / s;
ρ is the density of the liquid metal, kg / m 3 ;
χ is the electrical conductivity of the liquid metal, (Ohm • m) -1 ;
In - the induction of an external magnetic field, T.
Кроме того, сливной патрубок выполнен из немагнитного материала. In addition, the drain pipe is made of non-magnetic material.
Выбор заявляемых условий в предлагаемом способе обусловлен следующим. Для того чтобы исключить пенообразование металла в литейной форме, необходимо струю заливаемого металла ламинизировать. В этом случае струя не будет захватывать пузырьки воздуха или газа и заносить их под уровень уже залитого металла, что исключит образование пены в литейной форме. Однако в реальных условиях ламинизировать струю заливаемого металла практически невозможно. Единственный выход - это максимально уменьшить высоту падения струи металла так, чтобы за время падения она не успела захватить достаточное количество пузырьков газа, необходимое для пенообразования. Такая высота зависит от множества факторов (диаметра струи, ее скорости, прочности оксидной пленки, исходного газосодержания в металле и т.д.) и, как правило, не превышает 50 мм. В то же время известно (см., например, кн. Брановер Г.Г., Цинобер А.Б. - Магнитная гидродинамика несжимаемых сред. - М., Наука, 1970, - c. 380), что магнитное поле повышает гидродинамическую устойчивость течения и создает принципиальную возможность получения устойчивого ламинарного течения при сколь угодно больших числах Рейнольдса. Этот эффект обусловлен тем, что магнитное поле, с одной стороны, приводит к быстрому затуханию возмущений в потоке жидкости за счет джоулевой диссипации энергии, а с другой стороны - за счет изменения профиля осредненной скорости. В результате изменяется (уменьшается) скорость течения и повышается его гидродинамическая устойчивость, т.е. поток ламинизируется. The choice of the claimed conditions in the proposed method is due to the following. In order to exclude foaming of the metal in the mold, it is necessary to laminate the stream of pouring metal. In this case, the jet will not capture air or gas bubbles and bring them under the level of the already poured metal, which will prevent the formation of foam in the mold. However, in real conditions it is practically impossible to laminate a stream of poured metal. The only way out is to minimize the height of the fall of the metal jet so that during the fall it does not have time to capture a sufficient number of gas bubbles needed for foaming. This height depends on many factors (the diameter of the jet, its speed, the strength of the oxide film, the initial gas content in the metal, etc.) and, as a rule, does not exceed 50 mm. At the same time, it is known (see, for example, Prince Branover GG, Zinober AB - Magnetic hydrodynamics of incompressible media. - M., Nauka, 1970, p. 380) that the magnetic field increases the hydrodynamic stability flow and creates the fundamental possibility of obtaining a stable laminar flow at arbitrarily large Reynolds numbers. This effect is due to the fact that the magnetic field, on the one hand, leads to the rapid damping of perturbations in the fluid flow due to Joule energy dissipation, and on the other hand, due to a change in the profile of the averaged velocity. As a result, the flow velocity changes (decreases) and its hydrodynamic stability increases, i.e. the stream is laminated.
В магнитной гидродинамике в качестве одного из основных критериев, характеризующих режим течения электропроводящей жидкости в магнитном поле, используют отношение безразмерных чисел Рейнольдса (Re = Vlρ/η и Гартмана 
где l - характерный размер.In magnetic hydrodynamics, the ratio of dimensionless Reynolds numbers (Re = Vlρ / η and Hartmann) is used as one of the main criteria characterizing the flow regime of an electrically conductive fluid in a magnetic field
where l is the characteristic size.
При этом в случае, когда это отношение меньше некоторого критического числа, течение является ламинарным. Moreover, in the case when this ratio is less than a certain critical number, the flow is laminar.
Re/Ha≤(Re/Ha)кр=А1 (2)
Экспериментально установлено, что течение струи жидкого металла во внешнем магнитном поле, направленном перпендикулярно скорости движения металла в сливном патрубке, является ламинарным. В литейной форме не происходит пенообразования, если эмпирический коэффициент А1=43,5. Используя формулы 1 и 2, легко получить,
Таким образом, для предотвращения пенообразования металла в литейной форме необходимо заливаемый металл предварительно пропустить через внешнее постоянное магнитное поле, направленное перпендикулярно скорости движения металла в сливном патрубке. При этом величина индукции внешнего постоянного магнитного поля (В) должна превышать величину 
Жидкий металл перед обработкой в магнитном поле должен принять форму сплошной струи, движущейся с определенной скоростью. Для этого устройство содержит промежуточную емкость, снабженную одним или более сливным патрубком. Металл в емкости поддерживают на заданном уровне, вследствие чего он в виде сплошной струи заданного диаметра движется с требуемой скоростью в сливных патрубках. Патрубки располагают в рабочих зонах источника внешнего постоянного магнитного поля. Причем магнитное поле направляют перпендикулярно скорости движения металла в сливных патрубках. Экспериментально установлено, что только в том случае, когда индукция внешнего постоянного магнитного поля превышает величину 
It was experimentally established that the flow of a jet of liquid metal in an external magnetic field directed perpendicular to the speed of movement of the metal in the drain pipe is laminar. In the mold, no foaming occurs if the empirical coefficient A 1 = 43.5. Using formulas 1 and 2, it is easy to obtain
Thus, in order to prevent foaming of the metal in the mold, it is necessary to pre-pass the metal through an external constant magnetic field directed perpendicular to the speed of the metal in the drain pipe. In this case, the magnitude of the induction of the external constant magnetic field (B) must exceed the value
Liquid metal before processing in a magnetic field should take the form of a continuous jet moving at a certain speed. To this end, the device comprises an intermediate tank equipped with one or more drain pipes. The metal in the tank is maintained at a given level, as a result of which it moves in the form of a continuous jet of a given diameter at the required speed in the drain pipes. The nozzles are located in the working areas of the external constant magnetic field source. Moreover, the magnetic field is directed perpendicular to the speed of movement of the metal in the drain pipes. It was experimentally established that only if the induction of an external constant magnetic field exceeds
Экспериментально установлено, что струя металла при выходе из патрубка сохраняет ламинарный режим течения, при этом она растягивается в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля, и сплющивается вдоль магнитного поля. Причем в сравнении с аналогичным методом литья, но без магнитного поля скорость струи металла снижается примерно в два раза. В результате давление и удельная сила удара падающей струи на дно литейной формы или на поверхность уже залитого металла в сравнении с аналогом без поля уменьшается примерно в четыре раза, т.к. давление и сила удара пропорциональна скорости струи в квадрате. Учитывая отсутствие аэрации струи в связи с ее ламинарностью, в литейной форме не происходит пенообразования. It was experimentally established that a metal stream at the exit from the nozzle maintains a laminar flow regime, while it stretches in the direction perpendicular to the direction of the magnetic field and is flattened along the magnetic field. Moreover, in comparison with a similar casting method, but without a magnetic field, the speed of the metal stream is reduced by about half. As a result, the pressure and specific force of the impact of the incident jet to the bottom of the mold or to the surface of the already poured metal in comparison with the analogue without a field decreases by about four times, because pressure and impact force are proportional to the speed of the jet squared. Given the lack of aeration of the jet due to its laminarity, foaming does not occur in the mold.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного способа и устройства, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам способа и устройства для литья металлических слитков. Определение из перечня выявленных аналога-прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения. An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed method and device, made it possible to establish that the applicant did not find analogues characterized by features identical to all the essential features of the casting method and device metal ingots. The definition from the list of identified analogue of the prototype as the closest in the set of features allowed us to identify the set of essential in relation to perceived by the applicant the technical result of the distinguishing features set forth in the claims.
Следовательно, предложенные способ и устройство для литья металлических слитков соответствует условию "новизна". Therefore, the proposed method and device for casting metal ingots meets the condition of "novelty."
Для проверки соответствия изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявить признаки, совпадающие с отличительными от выбранного прототипа признаками изобретения. Результаты поиска показали, что заявленное устройство не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники. Изобретение основано на новой совокупности действий, размещения деталей и новой совокупности выполнения деталей. Следовательно, заявленное устройство соответствует условию "изобретательский уровень". To verify compliance of the invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the features of the invention that are distinctive from the selected prototype. The search results showed that the claimed device does not follow explicitly from the prior art for a specialist. The invention is based on a new set of actions, placement of parts and a new set of parts. Therefore, the claimed device meets the condition of "inventive step".
На чертеже показана принципиальная схема устройства для литья металлических слитков. Устройство содержит литейные формы 1, систему транспортировки жидкого металла 2, систему заливки жидкого металла 3, систему охлаждения и кристаллизации жидкого металла 4, промежуточную емкость 5, сливной патрубок 6, источник создания внешнего постоянного магнитного поля 7. The drawing shows a schematic diagram of a device for casting metal ingots. The device comprises casting molds 1, a liquid metal transportation system 2, a liquid metal pouring system 3, a liquid metal cooling and crystallization system 4, an intermediate container 5, a drain pipe 6, a source of creating an external constant magnetic field 7.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
С помощью системы транспортировки 2 жидкий металл подают в промежуточную емкость 5, из которой металл по сливному патрубку 6 поступает в литейные формы 1. Причем, если магнитное поле отсутствует, то течение металла в сливном патрубке будет турбулентным, струя при выходе из патрубка разрушается за счет аэрации и захватывания пузырьков газа, ее диаметр по мере удаления от патрубка увеличивается и при ударе о дно литейной формы в последней образуется пена. После заполнения формы пену необходимо убрать, что практически можно сделать только вручную. Using the transportation system 2, the liquid metal is fed into the intermediate vessel 5, from which the metal enters the molds 1 through the drain pipe 6. Moreover, if there is no magnetic field, the metal flow in the drain pipe will be turbulent, the jet at the exit from the pipe is destroyed due to aeration and entrainment of gas bubbles, its diameter increases with distance from the nozzle, and when it hits the bottom of the mold, foam forms in the latter. After filling out the form, the foam must be removed, which can be done only manually.
При наличии магнитного поля величиной 
Пример работы способа литья металлических слитков
Экспериментальную проверку работоспособности способа и устройства проводили на опытно-промышленной установке. Установка смонтирована около шахтной тигельной печи сопротивления СМТ-3 емкостью на 3 т жидкого магния и представляет платформу, на которой смонтированы все основные элементы оборудования. В качестве литейных форм 1 использованы стандартные чугунные изложницы, предназначенные для отливки 12-ти кг слитков (чушек) магния. В качестве источника внешнего постоянного магнитного поля 7 использованы специально разработанные и изготовленные электромагниты постоянного тока. Конструкция электромагнитов позволяет регулировать ширину рабочего зазора между полюсами электромагнитов и с учетом изменения тока в обмотках величину индукции магнитного поля. Всего в опытах использовали три электромагнита, которые отличались друг от друга мощностью и геометрическими параметрами магнитопроводов. В первую очередь сечением по высоте, т.е. могли создавать однородное магнитное поле различной высоты 1, в частности использовались электромагниты с 1, равной 0,05, 0,07 и 0,10 м. Промежуточная емкость 5 выполнена в виде корыта цилиндрической формы, рассчитанного на 50 кг расплава. В центральной части дна корыта расположено входное отверстие сливного патрубка 6, снабженного запорным клапаном. Сливной патрубок 6 выполнен цилиндрической формы и изготовлен из немагнитного материала - нержавеющей стали. Разогрев емкости 5 и сливного патрубка 6 осуществляли с помощью электропечи специальной конструкции, чугунных изложниц - заливкой небольших порций металла. Подачу жидкого металла в емкость осуществляли из печи СМТ-3 с помощью литейных ковшей. Охлаждение и кристаллизацию металла проводили в чугунных изложницах на платформе после их удаления из зоны заливки.An example of the method of casting metal ingots
An experimental verification of the operability of the method and device was carried out at a pilot plant. The installation is mounted near the SMT-3 resistance crucible shaft furnace with a capacity of 3 tons of liquid magnesium and represents a platform on which all the basic elements of the equipment are mounted. As casting molds 1, standard cast-iron molds used for casting 12 kg of ingots (ingots) of magnesium were used. As a source of external constant magnetic field 7, specially designed and manufactured direct current electromagnets are used. The design of the electromagnets allows you to adjust the width of the working gap between the poles of the electromagnets and taking into account the change in the current in the windings, the magnitude of the magnetic field induction. In total, three electromagnets were used in the experiments, which differed from each other in the power and geometric parameters of the magnetic cores. First of all, the height section, i.e. could create a uniform magnetic field of various heights 1, in particular, electromagnets with 1 equal to 0.05, 0.07 and 0.10 m were used. The intermediate container 5 is made in the form of a cylindrical trough designed for 50 kg of melt. In the central part of the bottom of the trough is located the inlet of the drain pipe 6, equipped with a shut-off valve. The drain pipe 6 is made of a cylindrical shape and made of non-magnetic material - stainless steel. The heating of the tank 5 and the drain pipe 6 was carried out using a special design electric furnace, cast-iron molds — by pouring small portions of the metal. Liquid metal was supplied to the tank from the SMT-3 furnace using casting ladles. The metal was cooled and crystallized in cast iron molds on the platform after they were removed from the casting zone.
Всего проведено свыше 50 опытов, в которых изменяли ширину рабочего зазора (расстояние между полюсами) электромагнитов, ток в обмотках, величину индукции магнитного поля, линейный размер однородного магнитного поля по вертикали, геометрические параметры сливных патрубков (диаметр и длину), начальную температуру изложниц и металла и т.д. Процесс истечения металла из сливных патрубков и заполнения им литейных форм фиксировали с помощью кинокамеры и цифрового фотоаппарата, результаты заносили в компьютер и подробно анализировали. Также подробному анализу подвергали внешний вид полученных слитков и их излом. В результате выполненных исследований установлено, что из всего объема проанализированных факторов решающее влияние на процесс оказывают вышеприведенные заявляемые факторы и области их применения. In total, more than 50 experiments were conducted in which the width of the working gap (the distance between the poles) of the electromagnets was changed, the current in the windings, the magnitude of the magnetic field induction, the linear size of the uniform magnetic field vertically, the geometric parameters of the drain pipes (diameter and length), the initial temperature of the molds and metal etc. The process of the outflow of metal from the drain pipes and filling the molds with it was recorded using a movie camera and a digital camera, the results were entered into a computer and analyzed in detail. The appearance of the obtained ingots and their fracture were also subjected to detailed analysis. As a result of the studies, it was found that out of the total volume of the analyzed factors, the aforementioned claimed factors and their application areas have a decisive influence on the process.
Ниже приведен характерный пример реализации предлагаемого способа. Below is a typical example of the implementation of the proposed method.
Пример. Example.
В тигле печи сопротивления СМТ-3 приготовили магний рафинировочный марки МГ-90 по ГОСТ 804-93. Прогрели промежуточную емкость 5 и сливной патрубок 6 диаметром 36•3 до темно-красного свечения, изложницу 1 - до 120oС, подали в емкость 5 разливочным ковшом расплавленный магний, открыли запорный клапан и произвели контрольный слив металла. Слив металла проходил очень бурно, струя после выхода из патрубка имела турбулентный характер течения. В момент удара струи о дно изложницы создался бурный водоворот, часть металла выплеснулась из изложницы. От начала и до конца заливки в изложнице наблюдалось бурное образование пены. Общее время (τ) слива составило 5 сек, масса (М) слитого металла 8,6 кг. Зная внутреннее сечение патрубка (s=30 мм) и плотность жидкого магния (ρ=1560 кг/м3), легко найти среднюю скорость движения металла в патрубке (V)
V = M/sρV (5)
Оценка по формуле (5) дала V=1,56 м/сек. После проведения контрольного слива провели оценку параметров процесса, необходимых для получения ламинарной струи и предотвращения образования пены металла в изложнице. Первоначально решили, что для снижения силы удара струи о дно изложницы в четыре раза, необходимо снизить скорость струи в два раза. Следовательно, расчетная скорость металла в патрубке составила Vp=V/2=0,78 м/сек. Для ламинизации потока при такой скорости необходимо внешнее постоянное магнитное поле с величиной индукции, не меньшей чем
Учитывая, что для жидкого магния χ = 3,61•106 (Ом•м)-1, η = 1,1•10-3 Па•с, ρ = 1,56•103 кг/м3 и А1=43,5, a Vp=0,78 м/сек, получили В>0,44 Тл. При этом поле такой величины должно воздействовать на жидкий металл, движущийся в сливном патрубке, на длине пути, не меньшей чем
l≥A2Vpρ/χB2.
Учитывая, что А2= 60,0, получили 1=0,074 м. По полученным результатам (В>0,44 Тс и 1=0,074 м) для опыта был выбран наиболее мощный электромагнит с 1=0,10 м.In the crucible of a resistance furnace SMT-3, magnesium refining grade MG-90 was prepared according to GOST 804-93. The intermediate tank 5 and drain pipe 6 with a diameter of 36 • 3 were warmed up to a dark red glow, the mold 1 to 120 o C, molten magnesium was fed into the tank 5 with a casting ladle, the shut-off valve was opened and the metal was drained. The metal was drained very violently, the stream after leaving the nozzle had a turbulent flow pattern. At the time of the impact of the jet on the bottom of the mold a turbulent whirlpool created, part of the metal spilled out of the mold. From the beginning to the end of the pouring, rapid foam formation was observed in the mold. The total discharge time (τ) was 5 seconds, the mass (M) of the fused metal was 8.6 kg. Knowing the internal section of the nozzle (s = 30 mm) and the density of liquid magnesium (ρ = 1560 kg / m 3 ), it is easy to find the average metal velocity in the nozzle (V)
V = M / sρV (5)
Evaluation by the formula (5) gave V = 1.56 m / s. After conducting a control drain, we evaluated the process parameters necessary to obtain a laminar jet and prevent the formation of metal foam in the mold. Initially, it was decided that in order to reduce the impact force of the jet on the mold bottom by four times, it is necessary to reduce the speed of the jet by half. Therefore, the calculated metal velocity in the nozzle was V p = V / 2 = 0.78 m / s. For laminating the flow at this speed, an external constant magnetic field with an induction value of no less than
Given that for liquid magnesium χ = 3.61 • 10 6 (Ohm • m) -1 , η = 1.1 • 10 -3 Pa • s, ρ = 1.56 • 10 3 kg / m 3 and A 1 = 43.5, a V p = 0.78 m / s, obtained B> 0.44 T. In this case, a field of this magnitude should act on the liquid metal moving in the drain pipe at a path length not less than
l≥A 2 V p ρ / χB 2 .
Given that A 2 = 60.0, we obtained 1 = 0.074 m. Based on the results obtained (B> 0.44 Tc and 1 = 0.074 m), the most powerful electromagnet with 1 = 0.10 m was chosen for the experiment.
Опыт проводили на том же металле, что и контрольный слив. Использовали ту же промежуточную емкость 5 со сливным патрубком 6 и ту же изложницу 1. Отличие состояло лишь в том, что после прогрева оборудования убрали нагреватели и подвели к сливному патрубку 6 полюса электромагнита, образовав вокруг патрубка рабочую зону размерами 100•50•40 мм, т.е. расстояние между полюсами - 40 мм, высота рабочей зоны и, соответственно, длина сливного патрубка l= 0,10 м. В обмотку электромагнита подали постоянный ток и создали в рабочей зоне постоянное магнитное поле индукцией 0,47 Тл. Промежуточную емкость 5 заполнили жидким магнием, имеющим температуру 700oC, открыли запорный клапан и произвели слив металла. Струя металла на выходе из сливного патрубка была ламинарная, сплющенная вдоль направления магнитного поля и растянутая в направлении, перпендикулярном полю. Слив проходил спокойно, пены и брызг в изложнице не наблюдалось. Время слива - 10,5 сек, масса слитого металла - 8,9 кг. Расчет по формуле (5) показал, что скорость течения металла в сливном патрубке составила 0,77 м/с.The experiment was carried out on the same metal as the control drain. We used the same intermediate tank 5 with drain pipe 6 and the same mold 1. The only difference was that after heating the equipment, the heaters were removed and brought to the drain pipe 6 of the electromagnet pole, forming around the pipe a working area of 100 • 50 • 40 mm, those. the distance between the poles is 40 mm, the height of the working area and, accordingly, the length of the drain pipe l = 0.10 m. A direct current was applied to the electromagnet winding and a constant magnetic field was created in the working area by induction of 0.47 T. The intermediate container 5 was filled with liquid magnesium having a temperature of 700 ° C., the shut-off valve was opened and the metal was drained. The metal stream at the outlet of the drain pipe was laminar, flattened along the direction of the magnetic field and stretched in the direction perpendicular to the field. Drain went quietly, foam and spray in the mold were not observed. The discharge time is 10.5 seconds, the mass of the fused metal is 8.9 kg. The calculation by the formula (5) showed that the metal flow rate in the drain pipe was 0.77 m / s.
Анализ внешнего вида и излома чушек показал, что чушка, полученная по предлагаемому способу, имела хороший внешний вид и чистый излом. Это позволяет исключить из технологического процесса ручную операцию съемам пены и значительно повысить качество отливок по внешнему виду и чистоте излома. Analysis of the appearance and fracture of ingots showed that the ingot obtained by the proposed method had a good appearance and a clean fracture. This eliminates the manual operation of removing the foam from the process and significantly improves the quality of the castings in appearance and fracture purity.
Claims (4)
где В - индукция внешнего постоянного магнитного поля, Тл;
A1- эмпирический коэффициент (А= 43,5);
V - скорость движения жидкого металла в патрубке, м/с;
ρ - плотность жидкого металла, кг/м3;
χ - электропроводность жидкого металла, (Ом•м)-1;
η - динамическая вязкость жидкого металла, Па•с.1. The method of casting metal ingots, including the transportation and pouring of liquid metal into casting molds, cooling and crystallization of metal in them, characterized in that before feeding the cast metal into the casting molds it is preliminarily passed through an external constant magnetic field, while the magnitude of the external constant induction the magnetic field is set from the condition
where B is the induction of an external constant magnetic field, T;
A 1 is an empirical coefficient (A = 43.5);
V is the velocity of the liquid metal in the pipe, m / s;
ρ is the density of the liquid metal, kg / m 3 ;
χ is the electrical conductivity of the liquid metal, (Ohm • m) -1 ;
η - dynamic viscosity of liquid metal, Pa • s.
I>A2Vρ/χB2,
где I - длина сливного патрубка, находящаяся во внешнем постоянном магнитном поле, м;
А2 - эмпирический коэффициент (А= 60),
V - скорость движения жидкого металла в патрубке, м/с;
ρ - плотность жидкого металла, кг/м3;
χ - электропроводность жидкого металла, (Ом•м)-1 ;
В - индукция внешнего магнитного поля, Тл.3. A device for casting metal ingots containing casting molds, systems for transporting, casting, cooling and crystallizing liquid metal, characterized in that it is equipped with an intermediate tank installed in front of the casting molds and equipped with one or more drain nozzles, and a source of external constant magnetic field located in the area of the drain pipe, while the drain pipe is made in a length determined from the condition
I> A 2 Vρ / χB 2 ,
where I is the length of the drain pipe located in an external constant magnetic field, m;
And 2 is an empirical coefficient (A = 60),
V is the velocity of the liquid metal in the pipe, m / s;
ρ is the density of the liquid metal, kg / m 3 ;
χ is the electrical conductivity of the liquid metal, (Ohm • m) -1 ;
In - the induction of an external magnetic field, T.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002111067A RU2216427C1 (en) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | Method for casting metallic ingots and apparatus for performing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002111067A RU2216427C1 (en) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | Method for casting metallic ingots and apparatus for performing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002111067A RU2002111067A (en) | 2003-10-20 |
| RU2216427C1 true RU2216427C1 (en) | 2003-11-20 |
Family
ID=32027746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002111067A RU2216427C1 (en) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | Method for casting metallic ingots and apparatus for performing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2216427C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10835954B2 (en) | 2014-05-21 | 2020-11-17 | Novelis Inc. | Mixing eductor nozzle and flow control device |
-
2002
- 2002-04-24 RU RU2002111067A patent/RU2216427C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| БРАНОВЕР Г.Г., ЦИНОБЕР А.Б. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред. - М.: Наука, 1970, с.380. * |
| ВЯТКИН И.П. и др. Рафинирование и литье первичного магния. - М.: Металлургия, 1974, с.124-142. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10835954B2 (en) | 2014-05-21 | 2020-11-17 | Novelis Inc. | Mixing eductor nozzle and flow control device |
| US11383296B2 (en) | 2014-05-21 | 2022-07-12 | Novelis, Inc. | Non-contacting molten metal flow control |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100710714B1 (en) | Method and Apparatus for Controlling Flow of Molten Steel in Mold, and Method for Producing Continuous Castings | |
| Cho et al. | Electromagnetic effects on solidification defect formation in continuous steel casting | |
| KR100939699B1 (en) | Treating molten metals by moving electric arc | |
| Dojka et al. | Optimized gating system for steel castings | |
| TW461834B (en) | Clean metal nucleated cast article | |
| JPH02284750A (en) | Method for continuously casting steel using static magnetic field | |
| JP5245800B2 (en) | Continuous casting mold and steel continuous casting method | |
| RU2216427C1 (en) | Method for casting metallic ingots and apparatus for performing the same | |
| Crowley et al. | Cleanliness improvement using a turbulence suppressing tundish impact pad | |
| JP3988538B2 (en) | Manufacturing method of continuous cast slab | |
| KR20150002095A (en) | Continuous casting apparatus and the method thereof | |
| Iqbal | Gating design criteria for sound casting | |
| Wang et al. | Effects of low-frequency electromagnetic field on the surface quality of 7050 aluminum alloy ingots during the hot-top casting process | |
| Wang | Aluminum alloy ingot casting and continuous processes | |
| Hackl et al. | Innovative Flow Control Refractory Products for the Continuous Casting Process | |
| Hao et al. | Improvement of casting speed and billet quality of direct chill cast aluminum wrought alloy with combination of slit mold and electromagnetic coil | |
| JP4220848B2 (en) | Tundish for continuous casting of steel with heating function | |
| JP7397499B2 (en) | Molten metal casting method using impact pad in tundish | |
| JP2011212716A (en) | Continuous casting method of steel cast slab | |
| US20050034840A1 (en) | Method and apparatus for stirring and treating continuous and semi continuous metal casting | |
| JP4830240B2 (en) | Method and apparatus for continuous casting of steel | |
| RU2048973C1 (en) | Method of casting metals | |
| JPH09168845A (en) | Method for continuously casting molten metal free of inclusion and blow hole and apparatus therefor | |
| JP2003220453A (en) | Steel continuous casting method | |
| Ray et al. | Evaluation of Sub Entry Nozzle Design for Bloom Casting Based on Mathematical Modeling |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090425 |