RU2761373C2

RU2761373C2 - Method for continuous workpiece casting and device for its implementation

Info

Publication number: RU2761373C2
Application number: RU2019122944A
Authority: RU
Inventors: Олег Степанович Лехов; Александр Викторович Михалев; Дамир Харасович Билалов
Original assignee: Олег Степанович Лехов
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2021-12-07
Also published as: RU2019122944A3; RU2019122944A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method for continuous workpiece casting includes the supply of metal into a non-detachable crystallizer, closely docked with a detachable one, the formation of a workpiece with a liquid core in the non-detachable crystallizer, the formation of several workpieces with jumpers by separating protrusions of the detachable crystallizer, and the separation of these workpieces after the detachable crystallizer. In the non-detachable crystallizer, sidewalls of which are made in the form of a semicircle with a radius equal to half the thickness of a crystallizer cavity, a workpiece with round side surfaces containing a shell and a liquid phase, the thickness of which is 10-15% of the thickness of the workpiece, is formed. The formation of workpieces in the detachable crystallizer is carried out in two stages: by separating protrusions of pin walls in the direction perpendicular to the axis of movement of the workpiece, walls of the shell are closed, and the liquid phase is excluded with the formation of jumpers, and then each workpiece is simultaneously compressed in two mutually perpendicular directions with the exclusion of the liquid phase from them.

EFFECT: increase in the stability of casting of several workpieces is provided, which leads to the improvement in their quality.

2 cl, 5 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывному литью заготовок.The invention relates to metallurgy, namely to continuous casting of billets.

Известен способ получения сортовых заготовок из сляба, включающий его деформирование и разделение двумя синхронно перемещающимися по замкнутой траектории бойками с разделяющими выступами, в котором разделение сляба на ряд заготовок производят одновременно с обжатием разделяемых участков сляба по двум взаимно перпендикулярным направлениям (А.С. №1352761, B23D 23/10, 1985).There is a known method of obtaining high-quality billets from a slab, including its deformation and separation by two strikers with dividing protrusions moving synchronously along a closed trajectory, in which the slab is divided into a number of billets simultaneously with the compression of the divided sections of the slab in two mutually perpendicular directions (AS No. 1352761 , B23D 23/10, 1985).

Одним из недостатков данного способа является недостаточно хорошее качество получаемых из непрерывнолитого сляба сортовых заготовок, поскольку ликвационный слой сляба остается в центральной и боковых зонах сортовой заготовки.One of the disadvantages of this method is the insufficiently good quality of the billets obtained from the continuously cast slab, since the liquation layer of the slab remains in the central and lateral zones of the billet.

Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому изобретению является способ непрерывного литья заготовок (патент RU №2658761, опубл. 17.05.2018), выбранный за прототип, заключающийся в том что способ непрерывного литья заготовок, включает подачу металла в неразъемный кристаллизатор вплотную состыкованный с разъемным, формирование заготовки с жидкой сердцевиной в разъемном кристаллизаторе и одновременное вытягивание ее из разъемного кристаллизатора, формирование разделяющими выступами разъемного кристаллизатора нескольких заготовок, соединенных перемычками, осуществляют в два этапа, на первом осуществляют разделяющими выступами калиброванных стенок в направлении перпендикулярном оси движения слитка смыкание широких стенок оболочки и исключение жидкой фазы с образованием перемычек, на втором- одновременное обжатие каждой заготовки по двум взаимноперпендикулярным направлениям, с последующим разделением на отдельные заготовки после кристаллизатора.The closest in technological essence to the proposed invention is a method of continuous casting of billets (patent RU No. 2658761, publ. 05/17/2018), chosen as a prototype, which consists in the fact that the method of continuous casting of billets includes the supply of metal into a one-piece mold closely butted with a split one, the formation of a workpiece with a liquid core in a split mold and its simultaneous pulling out of a split mold, the formation of several workpieces connected by bridges by separating protrusions of a split mold is carried out in two stages, at the first stage, the separating protrusions of the calibrated walls in the direction perpendicular to the axis of movement of the ingot, the closure of the wide walls of the shell and exclusion of the liquid phase with the formation of bridges, on the second - the simultaneous reduction of each billet in two mutually perpendicular directions, followed by division into separate billets after the mold.

Одним из недостатков данного способа является невозможность при сравнительно небольших толщинах оболочки с жидкой фазой получить из нее несколько заготовок заданных размеров. Как показали результаты теоретического исследования при формировании разделяющими выступами широких стенок-бойков трех заготовок сечением 70×70 мм из оболочки с жидкой фазой толщиной 20 мм и сечением 100×315 мм происходит только смыкание широких стенок оболочки с вытеснением жидкой фазы без образования трех заготовок (фиг. 1, результаты расчета с использованием прикладного пакета ANSYS).One of the disadvantages of this method is the impossibility, with relatively small thicknesses of the shell with the liquid phase, to obtain from it several blanks of given dimensions. As shown by the results of a theoretical study, when the separating protrusions of wide striker walls form three blanks with a cross section of 70 × 70 mm from a shell with a liquid phase 20 mm thick and a cross section of 100 × 315 mm, only the wide walls of the shell close together with the displacement of the liquid phase without the formation of three blanks (Fig. 1, calculation results using the ANSYS application package).

Недостатком данного способа также является получение нескольких заготовок из оболочки с жидкой фазой прямоугольного сечения, что требует иметь в устройстве дополнительно состыкованные с широкими стенками две боковые стенки разъемного кристаллизатора с вырезами, что усложняет конструкцию устройства, а из-за износа контактных поверхностей широких и узких стенок в зоне стыка образуются зазоры, в которые происходит затекание металла с образованием заусенцев па поверхностях заготовок, что снижает их качество.The disadvantage of this method is also the production of several blanks from a shell with a liquid phase of rectangular cross-section, which requires that the device additionally docked with wide walls two side walls of a split mold with cutouts, which complicates the design of the device, and due to wear of the contact surfaces of wide and narrow walls in the joint zone, gaps are formed, into which the metal flows with the formation of burrs on the surfaces of the workpieces, which reduces their quality.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: повышение стабильности процесса непрерывного литья заготовок и как следствие улучшения их качества.The technical objective of the invention is to eliminate the indicated disadvantages, namely, to increase the stability of the continuous casting process of billets and, as a consequence, to improve their quality.

Техническая задача достигается тем, что в способе непрерывного литья заготовок, включающем подачу металла в неразъемный кристаллизатор, вплотную состыкованный с разъемным, формирование заготовки с оболочкой и жидкой сердцевиной в неразъемном кристаллизаторе и одновременное вытягивание ее из неразъемного кристаллизатора, формирование разделяющими выступами разъемного кристаллизатора нескольких заготовок, соединенными перемычками, осуществляемое в два этапа, на первом из которых разделяющими выступами стенок-бойков разъемного кристаллизатора, в направлении, перпендикулярном оси движения заготовки, осуществляют смыкание стенок оболочки и исключение жидкой фазы с образованием перемычек, а на втором этапе - одновременное обжатие каждой заготовки по двум взаимноперпендикулярным направлениям, и разделение соединенных перемычками заготовок на отдельные заготовки после выхода из разъемного кристаллизатора, отличающийся тем, что в неразъемном кристаллизаторе боковые стенки которого выполняют в виде полукруга с радиусом, равным половине толщины полости кристаллизатора, формируют заготовку с круглыми боковыми поверхностями, содержащую оболочку и жидкую фазу, толщина которой составляет 10-15% от толщины заготовки, при этом разделяющими выступами стенок-бойков разъемного кристаллизатора формируют несколько заготовок, соединенных перемычками, с одновременным обжатием каждой из упомянутых заготовок по двум взаимноперпендикулярным направлениям с исключением из них жидкой фазы.The technical task is achieved by the fact that in the method of continuous casting of billets, including the supply of metal into a one-piece mold, closely docked with a split mold, the formation of a blank with a shell and a liquid core in a one-piece mold and simultaneous pulling it out of the one-piece mold, the formation of several blanks by separating protrusions of a split mold, connected by jumpers, carried out in two stages, in the first of which, with the dividing protrusions of the striker walls of the split mold, in the direction perpendicular to the axis of movement of the workpiece, the walls of the shell are closed and the liquid phase is eliminated with the formation of bridges, and at the second stage, the simultaneous compression of each workpiece along two mutually perpendicular directions, and the division of the bridged blanks into separate blanks after leaving the split mold, characterized in that in the one-piece mold, the side walls of which are made in Idea of a semicircle with a radius equal to half the thickness of the mold cavity, a billet with round side surfaces is formed, containing a shell and a liquid phase, the thickness of which is 10-15% of the billet thickness, while separating protrusions of the striker walls of a split mold form several billets connected by bridges , with simultaneous compression of each of the above-mentioned blanks in two mutually perpendicular directions with the exclusion of the liquid phase from them.

При обжатии каждой заготовки с жидкой фазой по двум взаимноперпендикулярным направлениям происходит перемешивание и вытеснение жидкой фазы из каждой заготовки, что предотвращает образование ликвационной зоны в каждой заготовке и способствует улучшению качества заготовок.When reducing each billet with a liquid phase in two mutually perpendicular directions, mixing and displacement of the liquid phase from each billet occurs, which prevents the formation of a liquation zone in each billet and improves the quality of the billets.

Кроме того, наличие жидкой фазы толщиной 10-15% от толщины заготовки обеспечивает получение нескольких заготовок заданных размеров, что повышает стабильность процесса непрерывного литья. Также формирование раздедяющими выступами стенок-бойков заготовок осуществляют из заготовки с полукруглыми боковыми поверхностями (фигура 1), что в сравнении с заготовкой с плоскими боковыми поверхностями позволяет существенно уменьшить обжатия при формировании двух сторон квадратной заготовки из полукруглой боковой поверхности заготовки, а также исключить из конструкции устройства две боковые стенки сборного кристаллизатора и предотвратить образование заусенцев на поверхностях заготовок, что способствует улучшению их качества.In addition, the presence of a liquid phase with a thickness of 10-15% of the billet thickness ensures the production of several billets of specified dimensions, which increases the stability of the continuous casting process. Also, the formation of striking protrusions of the striker walls of the workpieces is carried out from a workpiece with semicircular side surfaces (figure 1), which, in comparison with a workpiece with flat side surfaces, can significantly reduce the reduction in the formation of two sides of a square workpiece from a semicircular side surface of the workpiece, and also exclude from the design devices two side walls of the precast mold and prevent the formation of burrs on the surfaces of the blanks, which contributes to improving their quality.

Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому изобретению является устройство непрерывного литья заготовок, принятое за прототип, заключающийся в том, что в устройстве непрерывного литья заготовок, содержащее неразъемный кристаллизатор, размещенный перед разъемным, механизм качания каждой широкой стенки представляет собой суппорт, установленный на двух параллельных горизонтальных эксцентриковых валах с синхронным приводом их перемещения, каждая широкая стенка разъемного кристаллизатора имеет увеличивающиеся в направлении непрерывного литья разделяющие выступы, а узкие стенки разъемного кристаллизатора имеют вырезы, принимающие на выходе из кристаллизатора форму боковой поверхности заготовки.The closest in technological essence to the proposed invention is a device for continuous casting of billets, taken as a prototype, which consists in the fact that in a device for continuous casting of billets containing a one-piece mold placed in front of a split one, the swing mechanism of each wide wall is a support mounted on two parallel horizontal eccentric shafts with a synchronous drive for their movement, each wide wall of the split mold has separating protrusions increasing in the direction of continuous casting, and the narrow walls of the split mold have cutouts that take the shape of the side surface of the billet at the outlet of the mold.

Недостатком данного устройства является наличие в нем двух дополнительных боковых стенок разъемного кристаллизатора, состыкованных с широкими стенками, что усложняет конструкцию устройства, а из-за износа их контактных поверхностей в зоне стыка образуются зазоры, в которые происходит затекание металла с образованием заусенцев на поверхностях заготовок, что снижает их качество.The disadvantage of this device is the presence in it of two additional side walls of a split mold, docked with wide walls, which complicates the design of the device, and due to wear of their contact surfaces, gaps are formed in the joint zone, into which metal flows with the formation of burrs on the surfaces of the workpieces, which reduces their quality.

Также недостатком данного устройства является то, что неразъемный кристаллизатор имеет плоские боковые стенки, что при формировании заготовок из прямоугольной оболочки с жидкой фазой приводит к увеличению обжатий и образованию заусенцев на поверхностях двух крайних заготовок, что снижает их качество.Also, the disadvantage of this device is that the one-piece mold has flat side walls, which, when forming blanks from a rectangular shell with a liquid phase, leads to an increase in reductions and the formation of burrs on the surfaces of the two extreme blanks, which reduces their quality.

Поставленная задача также достигается тем, что в устройстве непрерывного литья заготовок содержащее неразъемный кристаллизатор, размещенный перед разъемным, механизм качания боковых стенок кристаллизаторов, представляющий собой суппорты, установленные каждый на двух параллельных горизонтальных эксцентриковых валах с синхронным приводом их перемещения, при этом на стенках-бойках разъемного кристаллизатора выполнены разделяющие выступы, размеры которых выполнены увеличивающимися в направлении непрерывного литья, отличающееся тем, что боковые стенки неразъемного кристаллизатора выполнены в виде полукруга с радиусом, равным половине толщины полости кристаллизатора, а калибровка разделяющих выступов стенок-бойков разъемного кристаллизатора выполнена с обеспечением при сведенном положении стенок-бойков образования закрытой полости и получения одновременно нескольких заготовок, соединенных перемычками, на выходе из упомянутой закрытой полости.The task is also achieved by the fact that in the device for continuous casting of billets containing a one-piece mold, located in front of the split one, a swing mechanism for the side walls of the molds, which is a slide, each mounted on two parallel horizontal eccentric shafts with a synchronous drive for their movement, while on the walls-strikers of the split mold, separating protrusions are made, the dimensions of which are made increasing in the direction of continuous casting, characterized in that the side walls of the one-piece mold are made in the form of a semicircle with a radius equal to half the thickness of the mold cavity, and the calibration of the separating protrusions of the striker walls of the split mold is made with the the position of the striker walls to form a closed cavity and simultaneously obtain several blanks connected by bridges at the exit from the said closed cavity.

Объединение двух технических решений в одной заявке обусловлено единым изобретательским замыслом.The combination of two technical solutions in one application is due to a single inventive concept.

При проведении патентно-информационных исследований заявляемые совокупности признаков выявлены не были, поэтому можно предположить, что заявляемые технические решения соответствуют критерию «изобретательский уровень»When conducting patent information research, the claimed sets of features were not identified, so it can be assumed that the claimed technical solutions meet the criterion of "inventive step"

На фигуре 2 изображено устройство для непрерывного литья заготовок, а на фигуре 3 показан способ непрерывного литья заготовок.Figure 2 shows a device for continuous casting of billets, and figure 3 shows a method of continuous casting of billets.

Устройство (фигура 2) состоит из водоохлаждаемого неразъемного кристаллизатора 1 и двух подвижных суппортов 2 и 3 разъемного кристаллизатора. Каждый суппорт установлен на двух эксцентриковых валах: второй на 4 и 5, третий на 6 и 7. К суппорту 2 крепится стенка-боек 8 с разделяющими выступами 9, к суппорту 3 крепится стенка-боек 10 с разделяющими выступами 11. Калибровка разделяющих выступов стенок-бойков 8 и 10 выполнена таким образом, что при сведенном положении стенок - бойков 8 и 10 они в совокупности образуют закрытую полость разъемного кристаллизатора, которая обеспечивает на выходе из разъемного кристаллизатора одновременное получение нескольких заготовок заданного сечения, соединенных перемычками. Синхронное вращение эксцентриковых валов 4, 5, 6 и 7 осуществляется от любого известного привода. Вытягивание заготовки из сборного кристаллизатора осуществляется с помощью стенок-бойков 8 и 10 при продольном разделении заготовки и тянущего устройства на холостом ходу.The device (figure 2) consists of a water-cooled one-piece crystallizer 1 and two movable supports 2 and 3 of a split crystallizer. Each caliper is installed on two eccentric shafts: the second on 4 and 5, the third on 6 and 7. The striker wall 8 with dividing protrusions 9 is attached to the caliper 2, the striker wall 10 with dividing protrusions 11 is attached to the caliper 3. - strikers 8 and 10 are made in such a way that when the walls are reduced - strikers 8 and 10, they together form a closed cavity of the split mold, which provides at the exit from the split mold the simultaneous production of several blanks of a given section, connected by jumpers. Synchronous rotation of eccentric shafts 4, 5, 6 and 7 is carried out from any known drive. Pulling the billet out of the precast mold is carried out with the help of striker walls 8 and 10 with longitudinal separation of the billet and the pulling device at idle speed.

Сущность способа непрерывного литья заготовок заключается в следующем (фигура 3).The essence of the method of continuous casting of billets is as follows (figure 3).

Жидкий металл 12 заливается в неразъемный водоохлаждаемый кристаллизатор 1, который совершает синхронные возвратно-поступательные движения. За счет отвода тепла водоохлаждаемыми стенками неразъемного кристаллизатора 1 образуется замкнутая оболочка заданного периметра 13 с жидкой фазой 12. Далее оболочка 13 с жидкой фазой 12 с помощью тянущего устройства подается в разъемный кристаллизатор. При этом на оболочку 13 начинают воздействовать разделяющие выступы стенок-бойков 8 и 10, высота которых постепенно увеличивается в направлении непрерывного литья. По мере продвижения оболочки 13 с жидкой фазой 12 через разделяющие выступы стенок-бойков 8 и 10 разъемного кристаллизатора происходит формирование сортовых заготовок. По мере продвижения заготовок с жидкой фазой происходит под действием поверхностей разделяющих выступов стенок-бойков 8 и 10 одновременное обжатие каждой заготовки по двум взаимно перпендикулярным направлениям с исключением жидкой фазы и образование заготовок 14, соединенных перемычками. Разделение заготовок, соединенных перемычками, на отдельные заготовки осуществляется после их выхода из кристаллизатора.Liquid metal 12 is poured into a one-piece water-cooled crystallizer 1, which performs synchronous reciprocating movements. Due to the removal of heat by the water-cooled walls of the one-piece crystallizer 1, a closed shell of a given perimeter 13 with a liquid phase 12 is formed. Further, the shell 13 with a liquid phase 12 is fed into the split crystallizer by means of a pulling device. In this case, the dividing protrusions of the striker walls 8 and 10 begin to act on the shell 13, the height of which gradually increases in the direction of continuous casting. As the shell 13 with the liquid phase 12 moves through the separating protrusions of the striker walls 8 and 10 of the split mold, billets are formed. As the workpieces with the liquid phase advance, under the action of the surfaces of the separating protrusions of the striker walls 8 and 10, each workpiece is simultaneously compressed in two mutually perpendicular directions with the exclusion of the liquid phase and the formation of workpieces 14 connected by bridges. The separation of the workpieces connected by bridges into separate workpieces is carried out after they leave the mold.

ПРИМЕР (для опытной установки ОАО "Уральский трубный завод):EXAMPLE (for a pilot plant of OJSC Ural Pipe Plant):

В устройстве непрерывного литья заготовок отливаются три сортовые заготовки из углеродистой стали Ст. 3 сечением 70*70 мм, соединенные перемычками. Размеры полости кристаллизатора в верхней части 100*315 мм. Высота неразъемного кристаллизатора 1000 мм, длина бойковой части с разделяющими выступами 150 мм, угол наклона грани разделяющих выступов к вертикали 15°. Высота раздедяющего выступа на выходе из кристаллизатора 48 мм. Скорость выхода заготовок из кристаллизатора 0,3 м/мин. Толщина перемычек между сортовыми заготовками 4 мм. На фиг. 4 изображена стенка - боек с разделяющими выступами, а на фиг. 5 показано объемное изображение трех сортовых заготовок, соединенных перемычками.In the device for continuous casting of billets, three billets are cast from carbon steel St. 3 with a section of 70 * 70 mm, connected by jumpers. The dimensions of the mold cavity in the upper part are 100 * 315 mm. The height of the one-piece mold is 1000 mm, the length of the striker part with dividing projections is 150 mm, the angle of inclination of the face of the dividing projections to the vertical is 15 °. The height of the stripping protrusion at the outlet of the mold is 48 mm. The exit speed of blanks from the mold is 0.3 m / min. The thickness of the bridges between the billets is 4 mm. FIG. 4 shows a wall - a firing pin with separating protrusions, and in Fig. 5 shows a three-dimensional view of three billets connected by bridges.

Таким образом, заявляемые технические решения позволяют повысить стабильность процесса непрерывного литья нескольких заготовок и как следствие улучшить их качество.Thus, the proposed technical solutions make it possible to increase the stability of the continuous casting process of several blanks and, as a consequence, improve their quality.

Claims

1. The method of continuous casting of billets, including the supply of metal into a one-piece mold, closely docked with a split mold, the formation of a blank with a shell and a liquid core in a one-piece mold and simultaneous pulling it out of the one-piece mold, the formation of several blanks by separating protrusions of the split mold, connected by jumpers, carried out in two stage, at the first of which the dividing protrusions of the walls-strikers of the split mold in the direction perpendicular to the axis of movement of the workpiece, close the walls of the shell and exclude the liquid phase with the formation of bridges, and at the second stage - simultaneous compression of each workpiece in two mutually perpendicular directions, and the separation of the connected bridges of blanks into separate blanks after leaving the split mold, characterized in that in a one-piece mold, the side walls of which are made in the form of a semicircle with a radius equal to half the thickness of the mold cavity, a billet with round lateral surfaces is formed, containing a shell and a liquid phase, the thickness of which is 10-15% of the thickness of the billet, while separating protrusions of the striker walls of the split mold form several billets connected by jumpers, with simultaneous compression of each of the mentioned blanks in two mutually perpendicular directions with the exclusion of the liquid phase from them.

2. A device for continuous casting of billets, containing a one-piece mold, located in front of the split mold, a swing mechanism for the side walls of the molds, which is a support, each mounted on two parallel horizontal eccentric shafts with a synchronous drive for their movement, while separating protrusions are made on the striker walls of the split mold , the dimensions of which are made increasing in the direction of continuous casting, characterized in that the side walls of the one-piece mold are made in the form of a semicircle with a radius equal to half the thickness of the cavity of the mold, and the calibration of the separating protrusions of the walls-strikers of the split mold is made with the provision of formation at the reduced position of the striker walls closed cavity and simultaneously receiving several blanks connected by bridges at the exit from the said closed cavity.