RU2547089C2

RU2547089C2 - Method for continuous casting of round bars and device for its realisation

Info

Publication number: RU2547089C2
Application number: RU2013127106/02A
Authority: RU
Inventors: Станислав Станиславович Пережогин
Original assignee: Станислав Станиславович Пережогин
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2015-04-10
Also published as: RU2013127106A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and may be used in continuous casting of bars at plants of vertical type. The device comprises a crystalliser with a gas cooling jacket and a working bushing with gas nozzles connected with the gas jacket. Gas nozzles are arranged in rows along the axis of the bushing in staggered order so that areas of their output cross sections are partially closed in horizontal planes. Cooling gas is supplied to the side surface of the formed bar in the form of a circular field under pressure, exceeding the metal pressure. The circular field of the cooling gas is formed during rotation of the working bushing with nozzles.

EFFECT: invention provides for increased speed of casting.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для непрерывного литья слитков на установках вертикального типа.The invention relates to metallurgy and can be used for continuous casting of ingots in vertical plants.

Известен способ непрерывного или полунепрерывного литья, включающий заливку расплава в кристаллизаторы скольжения различного конструктивного исполнения, выполняющие роль формообразователя отливки (см. Труболитейное производство. Хахалин Б.Д. и др. «Металлургия», 1977, с.153).The known method of continuous or semi-continuous casting, including pouring the melt into the molds of various designs, performing the role of the casting mold (see Pipe foundry. Khakhalin B.D. and other "Metallurgy", 1977, p.153).

Основным недостатком способа непрерывного литья в кристаллизаторы скольжения является контакт жидкого металла со стенками кристаллизатора, проявляющийся в налипании твердеющего расплава к рабочим втулкам (стенкам) кристаллизатора, их короблению, сложность управления процессом кристаллизации вследствие действия усадочных процессов при формировании слитков. Мероприятия, к которым относятся: смазка стенок кристаллизатора, изменение их геометрии, возвратно-поступательное движение кристаллизатора, периодическое вытягивание заготовок, не устранили основного недостатка способа литья в кристаллизаторы скольжения - наличие контакта расплава с охлаждаемой формообразующей рабочей втулкой (стенкой) кристаллизатора.The main disadvantage of the continuous casting method in slip molds is the contact of liquid metal with the walls of the mold, manifested in the sticking of the solidifying melt to the working sleeves (walls) of the mold, their warping, the difficulty of controlling the crystallization process due to the action of shrinkage processes during the formation of ingots. Activities that include: lubricating the walls of the mold, changing their geometry, reciprocating motion of the mold, periodically pulling the workpieces, did not eliminate the main drawback of the method of casting into sliding molds - the presence of contact of the melt with a cooled mold-forming working sleeve (wall) of the mold.

Наиболее близким по условиям формирования слитков к заявляемому способу является способ непрерывного литья отливок заданного сечения с использованием электромагнитного поля индуктора, выполняющего роль бесконтактного формообразователя боковой жидкой зоны отливки, которая подвергается интенсивному (принудительному) охлаждению, а охлаждающую среду подают на боковую поверхность слитка вблизи жидкой зоны на расстоянии, обеспечивающем расположение фронта кристаллизации на поверхности слитка в пределах высоты индуктора (см. а.с. СССР №437331, кл. B22D 11/00, 1966).Closest to the conditions of forming ingots to the claimed method is a method of continuous casting of castings of a given cross section using an electromagnetic field of an inductor acting as a contactless former of the side liquid zone of the casting, which is subjected to intensive (forced) cooling, and the cooling medium is fed to the side surface of the ingot near the liquid zone at a distance that ensures the location of the crystallization front on the surface of the ingot within the height of the inductor (see AS USSR No. 437331, CL B22D 11/00, 1966).

Недостатками существующего способа литья в электромагнитный кристаллизатор являются: низкая скорость литья, которая лимитируется скоростью продвижения фронта кристаллизации вверх по оси слитка в направлении жидкой зоны, а процесс перехода металла из жидкого состояния в жидко-твердое и затем в твердое происходит в пределах достаточно узкой зоны; высокая стоимость оборудования и оснастки, включающие в себя мощные преобразователи частоты, сложные в изготовлении индукторы; повышенный расход электроэнергии.The disadvantages of the existing method of casting in an electromagnetic mold are: low casting speed, which is limited by the rate of advancement of the crystallization front up the axis of the ingot in the direction of the liquid zone, and the process of metal transition from a liquid state to a liquid-solid and then to solid occurs within a fairly narrow zone; high cost of equipment and accessories, including powerful frequency converters, inductors difficult to manufacture; increased power consumption.

Цель изобретения: увеличение скорости литья, снижение затрат на оборудование, оснастку и электроэнергию.The purpose of the invention: increasing the speed of casting, reducing the cost of equipment, equipment and electricity.

В заявляемом способе бесконтактное формообразование жидкого металла осуществляется под действием напора газа, создаваемого по всей площади боковой поверхности расплава со стороны рабочей втулки кристаллизатора и образующего поле напора газа. В способе использован эффект динамического давления (скоростного напора) газа, выходящего под давлением из какого-либо канала или сопла. Высоту металла в газонапорном кристаллизаторе поддерживают на постоянном уровне в пределах зоны действия поля напора газа. Вытягивание слитка производят с постоянной скоростью.In the inventive method, the non-contact shaping of the liquid metal is carried out under the action of a gas pressure generated over the entire area of the side surface of the melt from the side of the working sleeve of the mold and forming a gas pressure field. The method uses the effect of dynamic pressure (high-pressure head) of a gas exiting under pressure from a channel or nozzle. The height of the metal in the gas-pressure mold is maintained at a constant level within the zone of action of the gas pressure field. The ingot is drawn at a constant speed.

Теоретически, воздействие напора газа на поверхность жидкого металла можно рассматривать как воздействие на жидкость, близкую к идеальной, т.е. без учета вязкости и поверхностного натяжения, а температуру газа иметь равной температуре жидкого металла.Theoretically, the effect of gas pressure on the surface of a liquid metal can be considered as an effect on a liquid close to ideal, i.e. excluding viscosity and surface tension, and the gas temperature should be equal to the temperature of the liquid metal.

На рисунках 1, 2, 3, 3а схематично показан механизм формообразования различных поверхностей при воздействии на жидкость скоростным напором струй газа. На рисунке 1 изображено образование углубления на поверхности жидкости 3 в сосуде 1 при воздействии напора газа, выходящего из неподвижного сопла 2. На данной площади образуется постоянное поле напора газа, которое относится к стационарным полям физической величины.Figures 1, 2, 3, 3a schematically show the mechanism of the formation of various surfaces when exposed to a liquid with a high-pressure head of gas jets. Figure 1 shows the formation of a recess on the surface of the liquid 3 in the vessel 1 when exposed to a gas pressure exiting the stationary nozzle 2. A constant gas pressure field is formed in this area, which refers to stationary fields of a physical quantity.

На рисунке 2 изображено образование кольцевого углубления на поверхности жидкости 3 при воздействии напора газа, создаваемого соплом 2, которое вращается вокруг оси 4. Из рисунка видно, что максимальная глубина лунки S образуется в месте действия напора газа. При перемещении струи газа с прежней позиции глубина лунки начинает уменьшаться под действием архимедовых сил до момента, когда струя газа вновь вернется на эту позицию и восстановит углубление в жидкости до прежнего размера. Чем выше скорость вращения струи газа по окружности, тем меньше разница глубин S и S₁ по периметру кольцевого углубления. Таким образом создается поле напора газа, которое с течением времени изменяется во всех точках образовавшегося углубления от нуля до максимального значения и относится к нестационарным полям.Figure 2 shows the formation of an annular recess on the surface of the liquid 3 when exposed to the gas pressure generated by the nozzle 2, which rotates around axis 4. It can be seen from the figure that the maximum depth of the hole S is formed at the site of the gas pressure. When a gas stream moves from a previous position, the depth of the hole begins to decrease under the action of Archimedean forces until the gas stream returns to this position and restores the recess in the liquid to its previous size. The higher velocity gas jet rotation circumferentially, the less the difference the depth S ₁ and S on the perimeter of the annular recess. Thus, a gas pressure field is created, which changes over time at all points of the formed recess from zero to a maximum value and refers to non-stationary fields.

На рисунке 3 изображено образование сужения жидкости 3 цилиндрической формы в сосуде 1 при воздействии напора газа, создаваемого соплом 2 щелевидной формы, либо соплами, расположенными на втулке 5 в одном ряду в шахматном порядке по ее высоте (фиг. 3а), которая вращается вокруг оси. За счет быстрого вращения втулки 5 напор газа из сопел 2 создает кольцевое поле напора газа в образовавшейся полости 4. Кроме того, в полости 4 поддерживается постоянный градиент давления газа по высоте сформированного столба жидкости.Figure 3 shows the formation of a narrowing of the liquid 3 of a cylindrical shape in the vessel 1 when exposed to a gas pressure generated by a slit-shaped nozzle 2, or nozzles located on the sleeve 5 in the same row in a checkerboard pattern along its height (Fig. 3a), which rotates around an axis . Due to the rapid rotation of the sleeve 5, the gas pressure from the nozzles 2 creates an annular gas pressure field in the formed cavity 4. In addition, a constant gas pressure gradient along the height of the formed liquid column is maintained in the cavity 4.

Для бесконтактного формообразования жидкого металла в виде цилиндра необходимо создать кольцевое поле напора газа, превышающее давление жидкого металла. Решение задачи создания кольцевого поля напора газа - в быстром перемещении струй газа по всей площади боковой поверхности формирующегося слитка. С этой целью предусмотрено вращение рабочей втулки кристаллизатора, которая имеет один или более рядов сопел, расположенных вдоль оси втулки в шахматном порядке с целью частичного перекрытия их площадей в горизонтальных плоскостях. При достаточно быстром вращении рабочей втулки, струи газа охватывают всю площадь боковой поверхности формирующегося слитка, удерживая расплав в форме цилиндра. Одновременно с формообразованием происходит охлаждение расплава потоками газа и формирование корочки кристаллизующегося металла, которая растет по мере прохождения через зону поля напора газа, после чего формирующийся слиток подвергается прямому охлаждению жидкостью для обеспечения необходимой скорости продвижения фронта кристаллизации. За счет увеличения зоны охлаждения может быть значительно увеличена скорость вытягивания слитка, а использование маломощного привода вращения рабочей втулки кристаллизатора по сравнению с использованием дорогостоящего электротехнического оборудования и оснастки с высоким потреблением электроэнергии приводит к снижению затрат на производство слитков.For non-contact forming of liquid metal in the form of a cylinder, it is necessary to create an annular gas pressure field exceeding the pressure of the liquid metal. The solution to the problem of creating an annular gas pressure field is in the rapid movement of gas jets over the entire area of the side surface of the forming ingot. For this purpose, rotation of the mold working sleeve is provided, which has one or more rows of nozzles arranged staggered along the axis of the sleeve in order to partially overlap their areas in horizontal planes. With a sufficiently rapid rotation of the working sleeve, gas jets cover the entire area of the side surface of the forming ingot, holding the melt in the shape of a cylinder. Simultaneously with the shaping, the melt is cooled by gas flows and a crust of crystallizing metal is formed, which grows as it passes through the zone of the gas pressure field, after which the formed ingot is subjected to direct liquid cooling to provide the necessary speed of advancement of the crystallization front. Due to the increase in the cooling zone, the ingot pulling speed can be significantly increased, and the use of a low-power rotation drive of the mold working sleeve in comparison with the use of expensive electrical equipment and equipment with high energy consumption leads to a reduction in the cost of producing ingots.

Известно устройство для непрерывного вертикального литья круглых слитков, содержащее кристаллизатор с рубашкой охлаждения, кольцевой спрейер и механизм вытягивания (см. Герман Э. «Непрерывное литье», М., 1961, с.232). Недостатком данного устройства для осуществления заявляемого способа, позволяющего обеспечить бесконтактное формообразование и охлаждение расплава, является невозможность вращения рабочей стенки (втулки) кристаллизатора, неподвижно закрепленной в корпусе кристаллизатора.A device for continuous vertical casting of round ingots, comprising a mold with a cooling jacket, an annular sprayer and a pulling mechanism (see Herman E. "Continuous casting", M., 1961, s.232). The disadvantage of this device for implementing the inventive method, which allows for non-contact shaping and cooling of the melt, is the inability to rotate the working wall (sleeve) of the mold, fixedly mounted in the mold body.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в устройстве для непрерывного вертикального литья круглых слитков, содержащем кристаллизатор с рубашкой охлаждения, кольцевой спрейер и вытягивающий механизм, в заявленном способе рабочая втулка кристаллизатора соосно установлена на подшипниках в корпус кристаллизатора и имеет привод вращения шкива, установленного на хвостовике втулки, а в стенке втулки на рабочей части имеются отверстия, выполняющие роль сопел и расположенные вдоль оси втулки в одном ряду в шахматном порядке или другим количеством рядов таким образом, что площади их поперечных сечений перекрываются друг с другом в горизонтальных плоскостях, или рабочая втулка имеет одну или более сквозных вертикальных щелей, выполняющих роль сопел.The stated technical problem is solved due to the fact that in the device for continuous vertical casting of round ingots containing a mold with a cooling jacket, an annular sprayer and a pulling mechanism, in the inventive method, the mold working sleeve is coaxially mounted on bearings in the mold housing and has a pulley rotation drive installed on the shank of the sleeve, and in the wall of the sleeve on the working part there are holes that act as nozzles and are located along the axis of the sleeve in the same row in a checkerboard pattern or other number of rows, so that the area of their cross-sections overlap with each other in horizontal planes, or a working sleeve has one or more through vertical slots that act as nozzles.

На рисунке 4 изображено устройство для непрерывного литья круглых слитков, где: 1 - корпус кристаллизатора, 2 - сопла, 3 - жидкий металл, 4 - зона кольцевого поля охлаждающего газа, 5 - рабочая втулка, 6 - подшипник, 7 - шкив, 8 - спрейер, 9 - слиток, 10 - вытягивающее устройство, 11 - патрубок подачи жидкого газа, 12 - газовая рубашка кристаллизатора, 13 - заливочное устройство. Figure 4 shows a device for continuous casting of round ingots, where: 1 - mold body, 2 - nozzles, 3 - liquid metal, 4 - zone of the annular field of cooling gas, 5 - working sleeve, 6 - bearing, 7 - pulley, 8 - sprayer, 9 - ingot, 10 - drawing device, 11 - pipe for supplying liquid gas, 12 - gas jacket of the mold, 13 - filling device.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Вводится затравка (не показана) в рабочую втулку 5. Включается подача сжатого газа через патрубок 11 в газовую рубашку 12 кристаллизатора и привод вращения рабочей втулки 5 кристаллизатора через шкив 7. Сжатый газ из газовой рубашки 12 через сопла 2 под напором выходит во внутреннюю полость рабочей втулки 5, образуя кольцевое поле напора газа 4. Затем открывается подача расплава на затравку из заливочного устройства 13. По достижении уровня металла необходимой высоты в зоне напора газа 4 рабочей втулки 5, приводится в действие вытягивающий механизм 10 и открывается подача воды в спрейер 8. Непрерывно поступающий расплав попадает в кольцевое поле напора газа 4 и удерживается этим полем в форме цилиндра, одновременно охлаждаясь потоком этого газа. По мере опускания расплава, зарождается и увеличивается корочка кристаллизующегося металла. На выходе из кристаллизатора поверхность формирующегося слитка 9 подвергается прямому охлаждению жидкостью из кольцевого спрейера 8. В процессе литья поддерживается постоянный уровень металла в кристаллизаторе заливочным устройством 13.A seed (not shown) is introduced into the working sleeve 5. The supply of compressed gas through the pipe 11 to the gas mold 12 of the mold and the rotation drive of the working sleeve 5 of the mold through the pulley 7 are turned on. Compressed gas from the gas jacket 12 through the nozzles 2 flows into the internal cavity of the working sleeve 5, forming an annular field of gas pressure 4. Then, the melt supply to the seed from the filling device 13 is opened. Upon reaching the metal level of the required height in the gas pressure zone 4 of the working sleeve 5, a pulling mechanism is activated 10 and the water supply to the sprayer 8 is opened. A continuously incoming melt enters the annular field of the gas pressure 4 and is held in this field in the form of a cylinder, while being cooled by the flow of this gas. As the melt sinks, the crust of crystallizing metal nucleates and increases. At the exit from the mold, the surface of the formed ingot 9 is subjected to direct cooling by liquid from the annular sprayer 8. During the casting process, a constant level of metal in the mold is maintained by the casting device 13.

Claims

1 . A method of continuous casting of round ingots, including retaining the melt in predetermined casting circuits, forced cooling of the metal by supplying a cooling medium to the side surface of the forming ingot, maintaining a layer of liquid metal over the crystallized part of the round ingot, characterized in that the holding of liquid metal in the given casting circuits and its cooling is carried out by an annular field of cooling gas created by supplying cooling gas through nozzles made in a vertical rotating hydrochloric working axis bushing of the mold, at a pressure above the pressure of the metal, and then output from the ingot mold is carried direct its cooling liquid.
2 . A device for continuous casting of round ingots, comprising a mold with a gas cooling jacket and a working sleeve and a mechanism for drawing a round ingot, characterized in that gas nozzles are made in the working sleeve connected to the gas cooling jacket of the mold and staggered in rows along the axis of the sleeve, In this case, the areas of the output cross sections of the nozzles are partially overlapped in horizontal planes, and the working sleeve is mounted in a fixed mold housing on bearings with possible NOSTA rotation about a vertical axis by an actuator, the apparatus is provided with an annular sprayer for direct cooling of the ingot.