RU2308349C2 - Method for manufacturing molds of machines for continuous casting of billets - Google Patents

Method for manufacturing molds of machines for continuous casting of billets Download PDF

Info

Publication number
RU2308349C2
RU2308349C2 RU2005134768/02A RU2005134768A RU2308349C2 RU 2308349 C2 RU2308349 C2 RU 2308349C2 RU 2005134768/02 A RU2005134768/02 A RU 2005134768/02A RU 2005134768 A RU2005134768 A RU 2005134768A RU 2308349 C2 RU2308349 C2 RU 2308349C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grooves
parts
copper
cladding
steel
Prior art date
Application number
RU2005134768/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005134768A (en
Inventor
Михаил Яковлевич Бровман (RU)
Михаил Яковлевич Бровман
Виктор Алексеевич Николаев (RU)
Виктор Алексеевич Николаев
Original Assignee
Михаил Яковлевич Бровман
Виктор Алексеевич Николаев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Яковлевич Бровман, Виктор Алексеевич Николаев filed Critical Михаил Яковлевич Бровман
Priority to RU2005134768/02A priority Critical patent/RU2308349C2/en
Publication of RU2005134768A publication Critical patent/RU2005134768A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2308349C2 publication Critical patent/RU2308349C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, namely continuous casting of metals.
SUBSTANCE: method comprises steps of forming inner lining and parts of mold body having grooves on their surfaces. Grooves are formed by inclination angle relative to said surfaces and then body parts and lining are mutually compressed. At plastic deforming, material of lining partially fills inclined grooves whose inclination angles are in range 45 -70°. Protrusions arranged over grooves are also formed in lining in parts of body.
EFFECT: lowered consumption of copper, increased useful life period of molds, enhanced conditions for cooling ingots.
4 cl, 8 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к черной и цветной металлургии и может быть использовано на металлургических заводах и в литейных цехах машиностроительных заводов для изготовления кристаллизаторов машин непрерывного литья стали и цветных металлов.The invention relates to ferrous and non-ferrous metallurgy and can be used in metallurgical plants and in foundries of engineering plants for the manufacture of molds for continuous casting of steel and non-ferrous metals.

В промышленности для непрерывного литья металлов применяют составные сборные кристаллизаторы, включающие наружный корпус из стали и внутреннюю облицовку из меди; иногда из ее сплавов: бронзы, латуни (см. патент США № 4299267, НКИ 164-502, МКИ В22D 27/02).In industry, for continuous casting of metals, composite precast molds are used, including an outer steel casing and an inner copper lining; sometimes from its alloys: bronze, brass (see US patent No. 4299267, NKI 164-502, MKI B22D 27/02).

Медную облицовку выполняют в виде замкнутой трубы, гильзы или в виде отдельных плит. При этом в медной облицовке или в наружном корпусе выполняют отверстия для подачи охлаждающей воды.Copper cladding is performed in the form of a closed pipe, sleeve or in the form of individual plates. At the same time, holes for supplying cooling water are made in the copper cladding or in the outer casing.

Крепление медной облицовки к стальному корпусу с помощью шпилек возможно только при толщине указанной облицовки свыше 30-40 мм. Применение такой облицовки из меди или ее сплавов приводит к появлению в ней значительных термических напряжений, что способствует ускорению износа облицовки, ее остаточным деформациям и значительно уменьшает долговечность кристаллизаторов.The fastening of the copper cladding to the steel casing with the help of studs is possible only with the thickness of the specified cladding over 30-40 mm. The use of such a cladding made of copper or its alloys leads to the appearance of significant thermal stresses in it, which helps to accelerate the wear of the cladding, its permanent deformations and significantly reduces the durability of the molds.

Ближайшим аналогом данного способа является способ по патенту США № 4949773 МКИ5, В22D 11/04; НКИ 164-91, принятому за прототип. Способ предусматривает нанесение на внутренних поверхностях деталей стального корпуса пазов, затем заполнение данных пазов воском. После соединения медной облицовки с деталями корпуса шпильками или сваркой воск удаляют из пазов нагреванием кристаллизатора в специальной печи.The closest analogue of this method is the method according to US patent No. 4949773 MKI5, B22D 11/04; NKI 164-91, adopted as a prototype. The method involves applying grooves on the inner surfaces of the parts of the steel body, then filling these grooves with wax. After connecting the copper cladding with the body parts with studs or welding, the wax is removed from the grooves by heating the mold in a special furnace.

Для того чтобы можно было уменьшить толщину медной облицовки и за счет этого уменьшить в ней термические напряжения, улучшить теплопередачу от слитка к охлаждающей жидкости (воде), применяют различные механические устройства, болты, клинья, сварку облицовки с корпусом электродами или взрывом в специальных камерах. Но сварная биметаллическая конструкция, основой которой является соединение стали и меди, при нагревах и охлаждениях в процессе литья приводит к значительным термическим напряжениям и развитию трещин в сварных швах.In order to reduce the thickness of the copper cladding and thereby reduce thermal stresses in it, improve heat transfer from the ingot to the coolant (water), various mechanical devices, bolts, wedges, welding the cladding with the body with electrodes or explosion in special chambers are used. But a welded bimetallic structure, the basis of which is the connection of steel and copper, during heating and cooling during casting leads to significant thermal stresses and the development of cracks in the welds.

Соединение медной облицовки со стальным корпусом склеиванием или совместной прокаткой стального и медного листов не обеспечивает надежного соединения, а появление зазоров и трещин на контактных поверхностях является опасным ввиду возможности протекания воды.The connection of the copper cladding to the steel case by gluing or joint rolling of steel and copper sheets does not provide a reliable connection, and the appearance of gaps and cracks on the contact surfaces is dangerous due to the possibility of water leakage.

Данный способ направлен на решение технической задачи - обеспечить возможность надежного соединения медной облицовки с деталями стального корпуса при обеспечении возможности уменьшения толщины указанной облицовки, что даст возможность уменьшить расход меди и повысить долговечность кристаллизаторов машин непрерывного литья металлов.This method is aimed at solving the technical problem - to provide the possibility of reliable connection of the copper cladding with the details of the steel case while providing the possibility of reducing the thickness of the specified cladding, which will make it possible to reduce copper consumption and increase the durability of the molds of continuous metal casting machines.

Эта техническая задача решается за счет того, что пазы на поверхностях стальных деталей корпуса кристаллизатора выполняют наклонными к поверхностям деталей корпуса в противоположных направлениях, при этом соединение деталей корпуса с внутренней их облицовкой осуществляют сжатием их с пластической деформацией облицовки и частичным заполнением ее материалом указанных пазов в деталях корпуса. Кроме того, наклонные пазы выполняют с углами наклона к их поверхности, равными 45-70°.This technical problem is solved due to the fact that the grooves on the surfaces of the steel parts of the mold body are inclined to the surfaces of the body parts in opposite directions, while the connection of the body parts with their inner lining is carried out by compressing them with plastic deformation of the lining and partially filling it with the material of these grooves in body parts. In addition, inclined grooves are performed with angles of inclination to their surface equal to 45-70 °.

На поверхностях деталей внутренней облицовки выполняют выступы и располагают их над соответствующими пазами в деталях корпуса, при этом ширина выступа составляет 0,85-0,95 ширины соответствующего паза; пазы на поверхностях деталей корпуса выполняют симметрично относительно нормали, проходящей через центр детали, при этом углы наклона соответствующих пазов равны и ориентированы в противоположных направлениях.On the surfaces of the parts of the inner lining, protrusions are made and placed above the corresponding grooves in the details of the housing, the width of the protrusion being 0.85-0.95 of the width of the corresponding groove; the grooves on the surfaces of the body parts are symmetrically relative to the normal passing through the center of the part, while the angles of inclination of the corresponding grooves are equal and oriented in opposite directions.

Именно указанные отличительные признаки способа обеспечивают решение технической задачи и имеется прямая причинно-следственная связь между отличительными признаками и решением задачи.It is these distinctive features of the method that provide the solution to the technical problem and there is a direct causal relationship between the distinguishing features and the solution to the problem.

Для деталей внутренней облицовки кристаллизатора термические напряжения при упругой деформации равны:For parts of the inner lining of the mold thermal stresses during elastic deformation are equal to:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Е - модуль упругости материала стенки;where E is the modulus of elasticity of the wall material;

α - ее коэффициент линейного термического удлинения;α is its coefficient of linear thermal elongation;

Δt - перепад температур по толщине стенки, равный:Δt is the temperature difference across the wall thickness equal to:

Figure 00000003
Figure 00000003

где q - удельный тепловой поток в стационарном режиме;where q is the specific heat flux in the stationary mode;

δ - толщина стенки;δ is the wall thickness;

λ - коэффициент теплопроводности ее материала.λ is the coefficient of thermal conductivity of its material.

В результате получаем величину термических напряжений, равную:As a result, we obtain the value of thermal stresses equal to:

Figure 00000004
Figure 00000004

Приняв, например, для меди E=1,5·105 МПа; α=10-5 гр-1; q=3·106 Вт/м2 (величина удельного теплового потока у мениска, где она максимальна); δ=2,5·10-2 м; λ=300 Вт/м·гр (для меди), получим по формуле (3):Having taken, for example, for copper, E = 1.5 · 10 5 MPa; α = 10 −5 g -1 ; q = 3 · 10 6 W / m 2 (the value of the specific heat flux at the meniscus, where it is maximum); δ = 2.5 · 10 -2 m; λ = 300 W / m · g (for copper), we obtain by the formula (3):

Figure 00000005
Figure 00000005

Это - значительные напряжения, которые могут с учетом концентрации напряжений вблизи угловых точек, например при использовании кристаллизаторов с рифлеными (волнистыми) поверхностями, привести к появлению пластических деформаций. Далее, при циклических нагрузках от разливки к разливке возможно накопление остаточных деформаций и искажение формы кристаллизатора.These are significant stresses, which, taking into account the stress concentration near corner points, for example, when using molds with corrugated (wavy) surfaces, can lead to the appearance of plastic deformations. Further, during cyclic loads from casting to casting, accumulation of residual deformations and distortion of the mold shape are possible.

В последние годы в связи с широким применением технологии разливки сталей «под уровень» с защитой мениска шлаковыми или экзотермическими смесями кристаллизаторы выходят из строя не из-за износа их стенок, а ввиду остаточных деформаций, коробления, искажения профиля (чаще у мениска, где тепловой поток максимальный). Иногда возникают термические усталостные трещины. Уменьшение в данном примере толщины слоя медной облицовки с 2,5·10-2 м до 1,2·10-2 м уменьшает термические напряжения и деформации в 2,08 раз, т.е. до 90 МПа, но и это - высокие напряжения.In recent years, due to the widespread use of “under-level” steel casting technology with meniscus protection by slag or exothermic mixtures, crystallizers fail not due to wear of their walls, but due to permanent deformations, warping, and profile distortion (more often in meniscus, where the heat maximum flow). Sometimes thermal fatigue cracks occur. The decrease in the thickness of the copper cladding layer in this example from 2.5 · 10 -2 m to 1.2 · 10 -2 m reduces thermal stresses and strains by 2.08 times, i.e. up to 90 MPa, but this is also high voltage.

Известно, что уменьшение толщины медной облицовки уменьшает в ней термические напряжения и улучшает охлаждение слитка. В монографии Ф.Н.Тавадзе, М.Я.Бровмана, Ш.Д.Рамишвили и В.Х.Римена «Основные направления развития процесса непрерывного литья» (Москва: «Наука», 1982. - 217 с.) указано: «Для достижения большой скорости теплоотдачи стенки кристаллизатора должны быть тонкими и водоохлаждаемыми. Однако при чрезмерном снижении толщины стенок их жесткость уменьшается, вследствие чего эффективный срок службы кристаллизатора сокращается» (см. стр.79 указанной монографии).It is known that reducing the thickness of the copper lining reduces thermal stresses in it and improves cooling of the ingot. In the monograph by F.N. Tavadze, M.Ya. Brovman, Sh.D. Ramishvili and V.Kh. Rimen “The main directions of development of the continuous casting process” (Moscow: “Nauka”, 1982. - 217 pp.) It says: “ To achieve a high heat transfer rate, the walls of the mold must be thin and water-cooled. However, with an excessive decrease in the wall thickness, their rigidity decreases, as a result of which the effective life of the mold is reduced ”(see page 79 of this monograph).

Известные способы изготовления кристаллизаторов позволяют для литья стальных слябов применять медные плиты толщиной не менее 20-40 мм (в зависимости от размеров кристаллизатора). При этом перепады температур по толщине стенок согласно формуле (2) равны:

Figure 00000006
Known methods for the manufacture of molds allow casting steel slabs to use copper plates with a thickness of at least 20-40 mm (depending on the size of the mold). In this case, the temperature differences along the wall thickness according to the formula (2) are equal to:
Figure 00000006

а термические напряжения σ=150-300 МПа.and thermal stresses σ = 150-300 MPa.

Для сортовых слитков малых сечений удается применять гильзовые кристаллизаторы с толщиной медной стенки 6-15 мм.For high-grade ingots of small sections it is possible to use shell molds with a copper wall thickness of 6-15 mm.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить толщину медной облицовки до 1,5-2,5 мм при обеспечении ее плотного соединения с поверхностью стального корпуса и высокой жесткости конструкции. Совместное сжатие деталей корпуса и облицовки с заполнением металлом облицовки части площади наклонных пазов на поверхности корпуса обеспечивает их плотное соединение и высокую жесткость и надежность, которую не могут обеспечить ни соединение шпильками, ни сварка электродами или давлением, ни склеивание указанных деталей.The proposed method allows to reduce the thickness of the copper cladding to 1.5-2.5 mm while ensuring its tight connection with the surface of the steel casing and high structural rigidity. The joint compression of the body parts and the cladding with the metal of the cladding filling part of the area of the inclined grooves on the surface of the body ensures their tight connection and high rigidity and reliability, which can not be provided by studs, welding by electrodes or pressure, or gluing of these parts.

Особенностью способа является то, что определенное выполнение и расположение пазов позволяет прочно, надежно соединить медную и стальную части кристаллизатора, обеспечить высокую жесткость медной облицовки. Соединение деталей сжатием с пластической деформацией меди и частичным заполнением ею пазов в стальной детали позволяет уменьшить расход меди и затраты на изготовление кристаллизаторов.A feature of the method is that the specific design and location of the grooves allows you to firmly, reliably connect the copper and steel parts of the mold, to ensure high rigidity of the copper lining. The combination of parts by compression with plastic deformation of copper and partial filling of the grooves in it with a steel part reduces the consumption of copper and the cost of manufacturing molds.

Соединение облицовки со стальным корпусом, достигаемое реализацией предлагаемого способа, является прочным и надежным даже при весьма малой толщине облицовки. Способ не приводит к появлению больших остаточных напряжений и короблению, что всегда возможно при соединении деталей сваркой.The connection of the cladding with the steel casing, achieved by the implementation of the proposed method, is strong and reliable even with a very small thickness of the cladding. The method does not lead to the appearance of large residual stresses and warping, which is always possible when connecting parts by welding.

Устройство для реализации способа иллюстрируется чертежами (см. фиг.1-8); при этом на фиг.1, 2 показаны схемы выполнения двух операций при реализации способа, на фиг.3 - схема реализации способа с выполнением выступа на внутренней поверхности облицовки на ее участке, расположенном над пазом в стальной детали корпуса. На фиг.4 показано расположение участка облицовки с выступом на ее поверхности, расположенной над поверхностью стального корпуса, а на фиг.5 - схема заполнения паза материалом участка облицовки после ее пластической деформации. На фиг.6 показана поверхность детали стального корпуса кристаллизатора, предназначенного для литья слябов, а на фиг.7 и 8 сечения по плоскостям А-А и В-В, указанным на фиг.6.A device for implementing the method is illustrated by drawings (see figures 1-8); while figure 1, 2 shows a diagram of two operations during the implementation of the method, figure 3 is a diagram of the implementation of the method with the protrusion on the inner surface of the cladding in its area located above the groove in the steel part of the body. Figure 4 shows the location of the cladding section with a protrusion on its surface located above the surface of the steel casing, and Fig. 5 shows a diagram of filling the groove with the material of the cladding section after its plastic deformation. FIG. 6 shows the surface of a part of a steel mold body for casting slabs, and FIGS. 7 and 8 are cross-sections along planes A-A and B-B shown in FIG. 6.

Здесь приняты следующие обозначения. Деталь облицовки 1, выполненная из меди или ее сплавов, должна быть соединена с деталью стального корпуса 2, причем эта деталь может быть выполнена цельной или составной и расположена в наружном несущем корпусе 3. На поверхности детали 2 выполнены наклонные пазы 4 и 5, здесь же расположено уплотнение 6 и пазы 7, 8.The following notation is accepted here. The cladding part 1 made of copper or its alloys should be connected to the part of the steel casing 2, and this part can be made integral or composite and located in the outer bearing casing 3. On the surface of the part 2 inclined grooves 4 and 5 are made, here seal 6 and grooves 7, 8 are located.

Операцию сжатия с пластической деформацией детали облицовки выполняют с помощью плиты пресса 9. На детали медной облицовки может быть выполнен выступ 10 (на любой из двух поверхностей указанной детали облицовки). В торцевой части кристаллизатора выполнен наклонный паз 11, а паз 12 предназначен для подачи охлаждающей воды в кристаллизатор.The compression operation with plastic deformation of the cladding part is performed using the press plate 9. A protrusion 10 can be performed on the part of the copper cladding (on either of the two surfaces of the specified cladding part). An inclined groove 11 is made in the end part of the mold, and the groove 12 is for supplying cooling water to the mold.

Приведем пооперационное описание способа. Первая операция заключается в изготовлении деталей 1 облицовки из меди (или ее сплавов) и деталей корпуса 2, например, из проката. Эти детали после соединения должны быть установлены в корпус 3, образуя одну из четырех стенок кристаллизатора прямоугольного сечения. Детали 2 можно изготавливать также ковкой либо сваркой. Деталь 2 в данном примере состоит из двух половин, подвергаемых механообработке.Here is the operational description of the method. The first operation consists in the manufacture of cladding parts 1 from copper (or its alloys) and parts of the housing 2, for example, from rolled metal. After connection, these parts must be installed in the housing 3, forming one of the four walls of the rectangular mold. Parts 2 can also be made by forging or welding. Detail 2 in this example consists of two halves subjected to machining.

Вторая операция заключается в том, что на поверхности С детали 2 изготавливают фрезерованием (или строганием) наклонные пазы 4 и 5. После обработки соединяют две половины детали 2, причем в плоскости разъема находится резиновый уплотнитель. Симметрично относительно плоскости O1-O2 (фиг.1), пазам 4 и 5 расположены пазы 7, 8. Они также наклонные, углы наклона пазов 4 и 8, 5 и 7 равны по абсолютной величине (по модулю) и противоположны по направлению. Именно такое расположение пазов обеспечивает прочное соединение деталей 1 и 2 при натяжении детали 1 (создание в ней растягивающих напряжений является полезным; когда эта деталь нагревается в процессе эксплуатации кристаллизатора, растягивающие напряжения в ней уменьшаются).The second operation consists in the fact that inclined grooves 4 and 5 are made by milling (or planing) on the surface C of the part 2. After processing, the two halves of the part 2 are connected, with a rubber sealant in the plane of the connector. Symmetrically relative to the plane O 1 -O 2 (figure 1), grooves 4 and 5 are grooves 7, 8. They are also inclined, the angles of inclination of the grooves 4 and 8, 5 and 7 are equal in absolute value (modulo) and opposite in direction . It is this arrangement of grooves that ensures a firm connection of parts 1 and 2 when tensioning part 1 (creating tensile stresses in it is useful; when this part is heated during operation of the mold, tensile stresses in it are reduced).

Третья операция состоит в том, что деталь 1 укладывают на деталь 2 по плоскости С и соединяют их совместным сжатием с пластической деформацией детали облицовки 1 и частичным заполнением ею пазов 4, 5 и 7, 8 в детали 2. Сжатие осуществляют плитой пресса 9. Однако можно осуществить эту пластическую деформацию также совместной прокаткой либо осуществлять обжатие отдельных участков по плоскости С последовательно, чтобы уменьшить величину усилия в каждой отдельной стадии деформации. Симметрия расположения пазов относительно плоскости O1-O2 обеспечивает положительный эффект.The third operation consists in the fact that the part 1 is laid on the part 2 along the plane C and connected by joint compression with plastic deformation of the cladding part 1 and its partial filling of the grooves 4, 5 and 7, 8 in the part 2. Compression is carried out by the press plate 9. However, it is possible to carry out this plastic deformation also by joint rolling, or to compress individual sections along plane C in order to reduce the amount of force in each individual stage of deformation. The symmetry of the arrangement of the slots relative to the plane O 1 -O 2 provides a positive effect.

Пазы на поверхности стальной детали 2 выполняют симметрично относительно центра детали, т.е. плоскости O1-O2 (фиг.1, 2) с противоположным направлением углов, т.е. углы наклона пазов 4 и 8, а также 5 и 7 равны и противоположны по знаку, что и обеспечивает прочное соединение деталей 1 и 2. Углы между боковыми поверхностями пазов и поверхностью контакта медной и стальной деталей 1 и 2 - это углы α (фиг.3, 4), которые принимают равными 45-70°, так что угол между стенками пазов и нормалью к поверхности контакта деталей 1, 2 (нормали к плоскости O1-O2 (фиг.4)) равен β=20-45°.The grooves on the surface of the steel part 2 are performed symmetrically with respect to the center of the part, i.e. plane O 1 -O 2 (figure 1, 2) with the opposite direction of the angles, i.e. the angles of inclination of the grooves 4 and 8, as well as 5 and 7, are equal and opposite in sign, which ensures a firm connection of the parts 1 and 2. The angles between the side surfaces of the grooves and the contact surface of the copper and steel parts 1 and 2 are the angles α (Fig. 3, 4), which are taken equal to 45-70 °, so that the angle between the walls of the grooves and the normal to the contact surface of the parts 1, 2 (normal to the plane O 1 -O 2 (figure 4)) is β = 20-45 ° .

Известное в технике применение пазов, а также соединение деталей сжатием не позволяет обеспечить уменьшение толщины медной облицовки и высокую прочность (и плотность) соединения, что обеспечивается только при использовании указанных отличительных признаков.The use of grooves known in the art, as well as the joining of parts by compression, does not make it possible to reduce the thickness of the copper cladding and the high strength (and density) of the joint, which is ensured only when using these distinguishing features.

Если принять угол α менее нижнего предела, т.е. меньше 45°, то затекание металла в наклонные пазы не будет происходить по всему сечению, поскольку такой процесс потребует большей мощности, чем течение вдоль поверхности контакта стальной и медной деталей (деталей 1 и 2), а реализовываться будет тот процесс течения, который требует меньшей мощности (см., например, Джонсон В., Кудо X. Механика процесса выдавливания металла. - М.: Металлургия, 1965. - 176 с.; Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. - М.: Металлургия, 1980. - 688 с.).If we take an angle α less than the lower limit, i.e. less than 45 °, the flow of metal into inclined grooves will not occur over the entire cross section, since such a process will require more power than the flow along the contact surface of steel and copper parts (parts 1 and 2), and the flow process that requires less power (see, for example, Johnson V., Kudo X. Mechanics of metal extrusion. - M .: Metallurgy, 1965. - 176 p .; Kolmogorov V.L. Mechanics of metal forming. - M: Metallurgy, 1980. - 688 p.).

Если же принять угол α более верхнего предела, равного 70°, то низким будет величина угла наклона поверхностей пазов к нормали к поверхности контакта медной и стальной деталей, что не обеспечит плотного сцепления этих деталей, особенно в условиях попеременного нагрева и охлаждения; в таких условиях находится стенка кристаллизатора при ее эксплуатации на машинах непрерывного литья металлов, когда она подвергается при разливке стали нагреву (до 250-300°С в районе мениска жидкой стали) и охлаждению в период между плавками.If we take an angle α of more than the upper limit equal to 70 °, then the angle of inclination of the groove surfaces to the normal to the contact surface of the copper and steel parts will be low, which will not ensure tight adhesion of these parts, especially in conditions of alternating heating and cooling; under such conditions, the mold wall is located during its operation on continuous metal casting machines, when it is heated during casting (up to 250-300 ° C in the area of the meniscus of liquid steel) and cooled between melt times.

Следовательно, снижение эксплутационных качеств кристаллизатора происходит и при превышении верхнего предела углов α, и при уменьшении их менее нижнего предела, что доказывает оптимальность указанного диапазона углов.Therefore, a decrease in the performance of the crystallizer occurs both when the upper limit of the angles α is exceeded, and when they are less than the lower limit, which proves the optimality of the specified range of angles.

Вариантом реализации способа является выполнение на поверхности детали облицовки 1 выступов, т.е. локальных утолщений, расположенных над соответствующими пазами в деталях стального корпуса 2. Эти выступы 10 могут быть расположены и на поверхности детали 1, противоположной поверхности контакта с деталью 2, т.е. на поверхности Е (см. фиг.3), либо на поверхности, граничащей с поверхностью С детали 1 (см. фиг.4). Ширину кольца выступа b1 (фиг.4) в этом случае выполняют несколько меньшей, чем ширина паза у поверхности С, что после реализации пластической деформации обеспечивает хорошее заполнение паза (см. фиг.5). На фиг.5 показана ширина паза у поверхности С, равная b2, и принимаютAn embodiment of the method is the execution on the surface of the cladding part 1 of the protrusions, i.e. local bulges located above the corresponding grooves in the details of the steel casing 2. These protrusions 10 can also be located on the surface of the part 1, opposite the contact surface with the part 2, i.e. on surface E (see FIG. 3), or on a surface adjacent to surface C of part 1 (see FIG. 4). The width of the protrusion ring b 1 (Fig. 4) in this case is performed slightly less than the width of the groove at surface C, which, after plastic deformation is realized, ensures good filling of the groove (see Fig. 5). Figure 5 shows the width of the groove at surface C, equal to b 2 , and take

b1=(0,85-0,95)·b2.b 1 = (0.85-0.95) b 2 .

Если принять ширину выступа меньшей, чем 0,85·b2, то возможно возникновение зазора между стенками паза и металлом облицовки, заполнившим часть паза после пластической деформации детали облицовки. Поскольку предусмотрено, что в паз подается вода для охлаждения стенок кристаллизатора, то наличие таких зазоров недопустимо - оно может вызвать протекание воды в кристаллизатор. Но нельзя принимать ширину выступа b1 большей чем 0,95·b2, поскольку это может привести к несовпадению положения выступов и некоторых пазов. Тогда после пластической деформации часть металла выступов не попадет в паз в детали 2, а останется в виде складки между деталями 1 и 2, что снизит прочность сцепления этих деталей и может нарушить герметичность.If the width of the protrusion is less than 0.85 · b 2 , then a gap may occur between the walls of the groove and the cladding metal that fills part of the groove after plastic deformation of the cladding part. Since it is provided that water is supplied into the groove to cool the walls of the mold, the presence of such gaps is unacceptable - it can cause water to leak into the mold. But you can not take the width of the protrusion b 1 greater than 0.95 · b 2 , as this can lead to a mismatch of the position of the protrusions and some grooves. Then, after plastic deformation, a part of the metal of the protrusions will not fall into the groove in the part 2, but will remain in the form of a fold between the parts 1 and 2, which will reduce the adhesion strength of these parts and may violate the tightness.

Указанное подтверждает оптимальность предложенного интервала соотношения между величинами b1 и b2. Боковые поверхности пазов 4, 5, 7, 8, а также 11 вблизи торцевых поверхностей выполнены не параллельными, а наклонными под углами 5-10°; следовательно, пазы выполнены сужающимися по увеличении их глубины. Это обеспечивает более плотное соединение деталей облицовки при их совместном сжатии с деталями корпуса.The above confirms the optimality of the proposed interval of the relationship between the values of b 1 and b 2 . The lateral surfaces of the grooves 4, 5, 7, 8, as well as 11 near the end surfaces are made not parallel, but inclined at angles of 5-10 °; therefore, the grooves are made tapering by increasing their depth. This provides a more tight connection of the cladding parts when they are jointly compressed with the body parts.

Выступы 10 можно при изготовлении сформировать механической обработкой, но при этом будет большей величина отходов со стружкой. Лучше изготовлять детали 1 с выступами на их поверхности ковкой или прокаткой. Для некоторых сплавов меди возможно потребуется обработка после нагрева до 700-900°С. Совместное сжатие деталей 1 и 2 также может быть осуществлено после нагрева в зависимости от выбора материала.The protrusions 10 can be formed by machining during manufacture, but there will be a larger amount of waste with chips. It is better to manufacture parts 1 with protrusions on their surface forged or rolled. Some copper alloys may require processing after heating to 700-900 ° C. Joint compression of parts 1 and 2 can also be carried out after heating, depending on the choice of material.

В данном кристаллизаторе пазы в деталях корпуса служат для решения не одной, а двух задач: во-первых, они являются каналами для подачи воды, а во-вторых, именно эти каналы обеспечивают плотное и надежное соединение внутренней облицовки, обычно выполненной из меди или ее сплавов, и стального корпуса.In this mold, the grooves in the details of the case serve to solve not one, but two tasks: firstly, they are channels for supplying water, and secondly, these channels provide a tight and reliable connection of the inner lining, usually made of copper or copper alloys, and steel casing.

Все пазы после пластической деформации деталей 1 облицовки заполнены материалом облицовки лишь частично, как показано на фиг.5 (а также фиг.7 и 8). Оставшаяся незаполненной часть пазов образует каналы, по которым циркулирует вода, необходимая для охлаждения кристаллизатора. При этом вода, протекающая со скоростью не менее 2,5-3,0 м/с, контактирует не только со стальным корпусом, но и непосредственно с поверхностями облицовки в пазах, что обеспечивает интенсивное охлаждение и кристаллизатора, и формируемого в нем слитка.All the grooves after plastic deformation of the cladding parts 1 are only partially filled with the cladding material, as shown in FIG. 5 (as well as in FIGS. 7 and 8). The remaining unfilled part of the grooves forms channels through which water is circulated, which is necessary for cooling the mold. At the same time, water flowing at a speed of at least 2.5-3.0 m / s contacts not only with the steel body, but also directly with the facing surfaces in the grooves, which provides intensive cooling of both the mold and the ingot formed in it.

Соединение деталей облицовки и корпуса будет оптимальным, если пазы выполнены симметрично относительно нормали к поверхности контакта, проходящей через центр стенки или участка поверхности, т.е. относительно плоскости O1-O2, показанной на фиг.1, 2.The connection of the details of the cladding and the body will be optimal if the grooves are made symmetrically relative to the normal to the contact surface passing through the center of the wall or surface area, i.e. relative to the plane O 1 -O 2 shown in figures 1, 2.

Конечно, сцепление будет достигнуто и при иных углах пазов, если только они не одинаковы по направлению. Но при симметричном расположении, когда углы наклона соответствующих пазов в каждой их паре равны по величине и ориентированы в противоположных направлениях (от плоскости O1-O2), обеспечивается равномерное растяжение тонкой детали облицовки 1, что и создает ее плотное прижатие к детали 2. Если выполнить пазы с наклоном, направленным к плоскости O1-O2, то после пластической деформации облицовки 1 может возникнуть напряжение сжатия, которое не способствует плотному контакту деталей 1 и 2. Это может привести к отслоению детали 1 при малой ее толщине и к потере устойчивости.Of course, adhesion will also be achieved at different groove angles, unless they are the same in direction. But with a symmetrical arrangement, when the inclination angles of the corresponding grooves in each pair are equal in magnitude and oriented in opposite directions (from the plane O 1 -O 2 ), uniform stretching of the thin part of the cladding 1 is ensured, which creates its tight pressing against the part 2. If the grooves run obliquely directed plane to the O 1 -O 2, then after plastic deformation of the lining 1 can be compression stress, which does not contribute to the tight contact parts 1 and 2. This may cause delamination of the part 1 with its small tol loss of stability.

Наклонное расположение пазов с противоположными их направлениями по разные стороны от плоскости симметрии детали 2 обеспечивает герметичность и плотность соединения. Однако можно, помимо этого, применить и обычные известные уплотнения, например резиновые шнуры, по контуру медной пластины.The inclined arrangement of the grooves with their opposite directions on opposite sides of the symmetry plane of the part 2 ensures tightness and tightness of the connection. However, you can, in addition, apply conventional well-known seals, such as rubber cords, along the contour of a copper plate.

Данный способ открывает возможность использовать для облицовки кристаллизаторов не обязательно медь, но и другие материалы (латуни, бронзы и даже стали или алюминиевые сплавы). Стали имеют коэффициент теплопроводности, приблизительно в 10 раз меньший, чем медь, и для обеспечения одинаковых тепловых потоков лист стали должен быть примерно в 10 раз тоньше, чем медный лист. Вместо медных листов толщиной 10-20 мм надо применять стальные листы 1-2 мм, что при известных способах невозможно. Данный способ позволяет применять листы толщинами даже до 0,5 мм с выступами на их поверхности.This method opens up the possibility of using not only copper, but also other materials (brass, bronze, and even steel or aluminum alloys) for facing the molds. Steels have a thermal conductivity coefficient that is approximately 10 times smaller than copper, and to ensure uniform heat fluxes, the steel sheet should be approximately 10 times thinner than the copper sheet. Instead of copper sheets with a thickness of 10-20 mm, it is necessary to use steel sheets of 1-2 mm, which is impossible with the known methods. This method allows the use of sheets even up to 0.5 mm thick with protrusions on their surface.

Четвертая операция является завершающей и она состоит в механической обработке поверхности Е, являющейся рабочей поверхностью кристаллизатора. Ее подвергают, например, полированию, чтобы обеспечить требуемую точность размеров и чистоту поверхности. В некоторых случаях возможным окажется исключить эту операцию, использовать накатку поверхности Е роликом.The fourth operation is final and it consists in machining the surface E, which is the working surface of the mold. It is subjected, for example, to polishing to ensure the required dimensional accuracy and surface cleanliness. In some cases, it will be possible to exclude this operation, to use the knurling of surface E with a roller.

Можно после соединения медной облицовки 1 со стальной опорной деталью 2 дополнительно нанести на поверхность Е меди покрытие, используя, например, алитирование, хромирование или любую другую из известных технологических операций нанесения покрытий.After connecting the copper cladding 1 with the steel supporting part 2, it is possible to additionally coat the surface E of the copper using, for example, aluminizing, chromium plating or any other known coating process.

Приведем конкретный пример реализации способа. Применяем способ для кристаллизатора машины непрерывного литья стальных слитков сечением 170×170 мм. Каждая стенка кристаллизатора имеет ширину 200 мм, при этом в стальной пластине 2 выполнен прямоугольный паз размерами сечения 18×25 мм - вдоль плоскости симметрии и четыре наклонных паза 4, 5 и 7, 8 размерами сечения 20 мм - ширина паза (внизу) и 25 мм - глубина паза. Угол наклона боковых стенок пазов 5 и 7 к плоскости С составляет 60 и 65° (сужение паза вниз составляет 5°), а пазов 4 и 8 - 45 и 50°. Пазы 4 и 8, 5 и 7 выполняют симметрично относительно плоскости симметрии O1-O2 с противоположными направлениями углов наклона пазов. На медной заготовке 1 выполняют выступы шириной, равной ширине пазов в детали 2, т.е. 20 мм, высотой 7 мм, после чего накладывают заготовку 1 толщиной (без учета выступов) 5 мм и подвергают обе детали совместной деформации сжатия. Медь детали 1 при этом в процессе пластической деформации заполняет частично пазы в детали 2 на глубину 7 мм, обеспечивая плотное соединение деталей 1 и 2. Площадь сечения в каждом из пазов канала для воды составит 20×(25-7)=20×18 мм. Площадь сечения паза равна 2×1,8=3,6 см2 или 3,6·10-4 м2. Всего в стенке имеется пять пазов общей площадью сечения F=3,6·5·10-4=1,80·10-3 м2. Расход воды на один метр периметра сечения отливки необходимо (по опытным данным) принимать равным 90-100 м3/час. Приняв расход равным: Q=100(4·0,17)=68 м3/час, на каждую из четырех стенок получим расход: Q1=0,25·Q=17 м3/час. С запасом, равным 1,3, примем расход равным Q2=22,1 м3/час или

Figure 00000007
С учетом этого определим скорость воды в пазах
Figure 00000008
Такая скорость движения воды допустима (она не должна быть менее 2,5-3,0 м/с) и обеспечит эффективное охлаждение кристаллизатора.We give a specific example of the implementation of the method. We apply the method for the mold of the continuous casting machine of steel ingots with a section of 170 × 170 mm. Each mold wall has a width of 200 mm, while in the steel plate 2 a rectangular groove is made with dimensions of a section 18 × 25 mm — along the plane of symmetry and four inclined grooves 4, 5 and 7, 8 with dimensions of a cross section of 20 mm — groove width (bottom) and 25 mm - groove depth. The angle of inclination of the side walls of the grooves 5 and 7 to the plane C is 60 and 65 ° (the narrowing of the groove down is 5 °), and the grooves 4 and 8 are 45 and 50 °. The grooves 4 and 8, 5 and 7 are performed symmetrically with respect to the plane of symmetry O 1 -O 2 with opposite directions of the slope angles. On the copper billet 1, protrusions are made with a width equal to the width of the grooves in the part 2, i.e. 20 mm, a height of 7 mm, after which a blank 1 is applied with a thickness of 5 mm (excluding protrusions) and subjected to both parts of the joint compression deformation. In this process, the copper of part 1 partially fills the grooves in part 2 to a depth of 7 mm during plastic deformation, providing a tight connection of parts 1 and 2. The cross-sectional area in each of the grooves of the water channel will be 20 × (25-7) = 20 × 18 mm . The cross-sectional area of the groove is 2 × 1.8 = 3.6 cm 2 or 3.6 · 10 -4 m 2 . In total, there are five grooves in the wall with a total cross-sectional area of F = 3.6 · 5 · 10 -4 = 1.80 · 10 -3 m 2 . The water consumption per meter of the perimeter of the cross section of the casting must (according to experimental data) be taken equal to 90-100 m 3 / hour. Taking the flow rate equal: Q = 100 (4 · 0.17) = 68 m 3 / h, we obtain the flow rate for each of the four walls: Q 1 = 0.25 · Q = 17 m 3 / h. With a margin of 1.3, we take the flow rate equal to Q 2 = 22.1 m 3 / hour or
Figure 00000007
With this in mind, we determine the speed of water in the grooves
Figure 00000008
Such a water velocity is permissible (it should not be less than 2.5-3.0 m / s) and will provide effective cooling of the mold.

Обжатие детали 1 совместно с деталью 2 осуществляют до толщины медной детали 1, равной h=2,5 мм. Среднее удельное давление при этом равно:Compression of part 1 together with part 2 is carried out to a thickness of copper part 1 equal to h = 2.5 mm The average specific pressure is equal to:

Figure 00000009
Figure 00000009

где b - ширина пластины, равная b=50 мм;where b is the width of the plate, equal to b = 50 mm;

σт - предел текучести меди.σ t - yield strength of copper.

Считаем, что на один паз приходится одна четвертая полной ширины стенки. С учетом изложенного удельное давление равно:We believe that one fourth accounts for one full-width wall. Given the above, the specific pressure is equal to:

Figure 00000010
Figure 00000010

а при σ=300 МПа р=1800 МПа.and at σ = 300 MPa, p = 1800 MPa.

При полной ширине 200 мм и длине деформируемого участка, равной 200 мм, усилие составит:With a total width of 200 mm and a length of the deformable section equal to 200 mm, the force will be:

Р=р·0,2·0,2=0,04·1800=72 МНP = p · 0.2 · 0.2 = 0.04 · 1800 = 72 MN

и для последовательного сжатия пластины длиной 0,8 м за четыре стадии (участками по 0,2 м) потребуется пресс усилием Р=80 МН.and for successive compression of a plate 0.8 m long in four stages (0.2 m sections), a press of P = 80 MN is required.

Можно использовать и пресс меньшей мощности, осуществляя деформацию участками меньшей длины. Деталь 2 можно выполнить не составной из двух частей, как показано на фиг.1 и 2, а цельной из поковки или проката.A smaller press can also be used by deforming in sections of shorter length. Part 2 can be performed not a composite of two parts, as shown in figures 1 and 2, but an integral of forgings or rolled products.

Составная деталь 2 сложнее при изготовлении, но допускает более легкую разборку стенки, например, после износа медной облицовки 1 для ее отделения от стальной детали 2. Меньшая толщина медной детали 1 (2-3 мм) позволит уменьшить в ней значительно перепады температуры, повысить стойкость и долговечность, обеспечит равномерное охлаждение слитка. В то же время в пазах, в которых протекает вода, толщина меди выше, что обеспечивает надежность изделия.Composite part 2 is more difficult to manufacture, but allows for easier disassembly of the wall, for example, after the wear of the copper cladding 1 to separate it from the steel part 2. The smaller thickness of the copper part 1 (2-3 mm) will significantly reduce temperature drops and increase resistance and durability, will provide uniform cooling of the ingot. At the same time, in the grooves in which water flows, the thickness of the copper is higher, which ensures the reliability of the product.

Применение способа обеспечивает уменьшение расхода меди в 3-8 раза и повышение долговечности кристаллизаторов, а также интенсивное охлаждение слитков.The application of the method provides a reduction in copper consumption by 3-8 times and an increase in the durability of the molds, as well as intensive cooling of the ingots.

Claims (4)

1. Способ изготовления кристаллизаторов машин непрерывного литья металлов, включающий выполнение пазов на поверхностях стальных деталей корпуса и соединение деталей корпуса с внутренней облицовкой из меди или ее сплавов, отличающийся тем, что пазы выполняют наклонными к поверхностям деталей корпуса в противоположных направлениях, при этом соединение деталей корпуса с внутренней облицовкой осуществляют сжатием их с пластической деформацией облицовки и частичным заполнением материалом облицовки указанных пазов в деталях корпуса.1. A method of manufacturing molds of continuous metal casting machines, including making grooves on the surfaces of the steel parts of the housing and connecting the housing parts to the inner lining of copper or its alloys, characterized in that the grooves are inclined to the surfaces of the housing parts in opposite directions, the connection of the parts the case with the inner lining is carried out by compressing them with plastic deformation of the cladding and partial filling of the specified grooves in the details of the case with the cladding material. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пазы выполняют с углами наклона, равными 45-70°.2. The method according to claim 1, characterized in that the grooves are performed with tilt angles equal to 45-70 °. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхности внутренней облицовки выполняют выступы и располагают их над соответствующими пазами в деталях корпуса, при этом ширина выступа составляет 0,85-0,95 ширины соответствующего паза.3. The method according to claim 1, characterized in that on the surface of the inner lining perform protrusions and place them above the corresponding grooves in the details of the housing, while the width of the protrusion is 0.85-0.95 of the width of the corresponding groove. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пазы на поверхностях деталей корпуса выполняют симметрично относительно нормали, проходящей через центр детали, при этом углы наклона соответствующих пазов равны и ориентированы в противоположных направлениях.4. The method according to claim 1, characterized in that the grooves on the surfaces of the parts of the body are symmetrically relative to the normal passing through the center of the part, while the angles of inclination of the corresponding grooves are equal and oriented in opposite directions.
RU2005134768/02A 2005-11-10 2005-11-10 Method for manufacturing molds of machines for continuous casting of billets RU2308349C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005134768/02A RU2308349C2 (en) 2005-11-10 2005-11-10 Method for manufacturing molds of machines for continuous casting of billets

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005134768/02A RU2308349C2 (en) 2005-11-10 2005-11-10 Method for manufacturing molds of machines for continuous casting of billets

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005134768A RU2005134768A (en) 2007-05-20
RU2308349C2 true RU2308349C2 (en) 2007-10-20

Family

ID=38163858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005134768/02A RU2308349C2 (en) 2005-11-10 2005-11-10 Method for manufacturing molds of machines for continuous casting of billets

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2308349C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005134768A (en) 2007-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4610548B2 (en) Tubular mold for continuous casting
RU2316408C2 (en) Liquid-cooled mold
JP4659706B2 (en) Continuous casting mold
EP1847622A1 (en) Method of manufacturing a stave cooler for a metallurgical furnace and a resulting stave cooler
KR100828978B1 (en) A furnace with a cooling element
KR20090045111A (en) Liquid cooled mold for continuous casting metal
RU2308349C2 (en) Method for manufacturing molds of machines for continuous casting of billets
US4702299A (en) Mold for continuous casting and method of making
JP4808196B2 (en) Continuous casting mold
US3295172A (en) Continuous casting mold
JP5180876B2 (en) Continuous casting mold
AU672336B2 (en) Casting roll for an installation for continuously casting on one or between two rolls
AU715085B2 (en) Continuous casting mould
CN1187147C (en) Ingot mould for the continuous casting of steel into billet and cogged ingot formats
CN104399917A (en) Gradual cambered chamfered mold with enhanced water cooling structure and design method
JP2891319B2 (en) Plain bearings for rolls in continuous molten metal plating baths
JP2005199348A (en) Cast-rolling facility
EP1716941B1 (en) Water-cooling mold for metal continuous casting
KR101182118B1 (en) Casting roll
JP2010188399A (en) Mold for continuous casting
DE50312745D1 (en) CONTINUOUS COOLANT FOR LIQUID METALS, ESPECIALLY FOR LIQUID STEEL
FR2565137A1 (en) DISCONTINUOUS CASTING COVER OF FUSION METALS
JP2002035897A (en) Cooling drum for continuous casting
JPS5970441A (en) Assembled casting mold for continuously casting metal
JP5525925B2 (en) Continuous casting mold

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081111