RU2761835C1

RU2761835C1 - Device for continuous casting and deformation of flat billets

Info

Publication number: RU2761835C1
Application number: RU2021120676A
Authority: RU
Inventors: Анастасия Михайловна Сергеева; Николай Сергеевич Ловизин
Priority date: 2021-07-14
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2021-12-13

Abstract

FIELD: metal casting.

SUBSTANCE: invention relates to continuous casting of metal. The device for continuous casting and deformation of flat billets contains a movable composite mold mounted on drive shafts with eccentric bushings, containing two strikers with end surfaces and side walls. The surface of the first striker, mounted on the drive shaft with an eccentric bushing, providing the movement of the striker corresponding to a low-frequency vibration with an amplitude of (0.5-1) mm and a frequency of (40-50) Hz, is made vertical. The end surface of the second striker contains inclined and vertical sections. Eccentric bushings on the drive shafts of the strikers are installed in coordination with each other with the possibility of rotation in opposite directions and providing reciprocating motion towards each other.

EFFECT: improvement of the quality of the obtained blanks is ensured.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при непрерывной разливке металла с одновременной его деформацией.The invention relates to metallurgy and can be used for continuous casting of metal with its simultaneous deformation.

Известно устройство для непрерывного литья заготовок с вертикальным расположением кристаллизатора, описанное в патенте RU № 2463126 и принятое за прототип. Устройство включает подвижный составной кристаллизатор, крепящийся на четырех приводных валах, содержащий два бойка, на первом из которых торцевая поверхность выполнена вертикальной, а на втором - в виде наклонного и вертикального участков, и пару боковых вертикальных стенок, плотно прилегающих к бойкам и выполненных с возможностью возвратно-поступательного движения от приводных валов через эксцентриковые втулки. Known device for continuous casting of billets with a vertical arrangement of the mold, described in patent RU No. 2463126 and taken as a prototype. The device includes a movable composite crystallizer mounted on four drive shafts, containing two strikers, on the first of which the end surface is made vertical, and on the second - in the form of inclined and vertical sections, and a pair of side vertical walls, tightly adjacent to the strikers and made with the possibility reciprocating motion from the drive shafts through eccentric bushings.

Недостатком известного устройства является низкая скорость массопереноса расплава (перемешивание расплава), содержащегося во внутренней области кристаллизатора. Этот недостаток, из-за неподвижности одного из бойков, замедляет процесс возникновения центров кристаллизации и формирования мелкозернистой структуры металлоизделий, что приводит к снижению механических свойств получаемых заготовок (прочности на разрыв и пластичности), тем самым снижает эффективность работы устройства. The disadvantage of the known device is the low rate of mass transfer of the melt (mixing of the melt) contained in the inner region of the crystallizer. This drawback, due to the immobility of one of the strikers, slows down the process of the formation of crystallization centers and the formation of a fine-grained structure of metal products, which leads to a decrease in the mechanical properties of the resulting blanks (tensile strength and plasticity), thereby reducing the efficiency of the device.

Задачей заявляемого изобретения является оказание низкочастотного вибрационного воздействия на находящийся в кристаллизаторе расплав за счет конструкции кристаллизатора. Такое воздействие приводит к повышению механических характеристик (прочности на разрыв и пластичности) металлоизделий, получаемых на устройстве для непрерывного литья и деформации плоских заготовок, в результате формирования в расплаве мелкозернистой структуры, как возникновения в нем лавинообразного образования центров кристаллизации.The objective of the claimed invention is to provide a low-frequency vibration effect on the melt in the mold due to the mold design. This effect leads to an increase in the mechanical characteristics (tensile strength and plasticity) of metal products obtained on a device for continuous casting and deformation of flat blanks, as a result of the formation of a fine-grained structure in the melt, as the appearance of an avalanche-like formation of crystallization centers in it.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в оказание низкочастотного вибрационного воздействия на находящийся в кристаллизаторе расплав за счет конструкции кристаллизатора.The technical result achieved during the implementation of the claimed invention is to provide a low-frequency vibration effect on the melt in the mold due to the mold design.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для непрерывного литья и деформации плоских заготовок, содержащим подвижный составной кристаллизатор, установленный на приводных валах, содержащий два бойка с торцевыми поверхностями, на первом из которых выполнена торцевая вертикальная поверхность, на втором бойке, установленном на приводном валу с эксцентриковой втулкой, торцевая поверхность выполнена в виде наклонного и вертикального участков, установленных на приводных валах с эксцентриковыми втулками пару боковых стенок, предусмотрены следующие отличия: боек с торцевой вертикальной поверхностью установлен на приводном валу с эксцентриковой втулкой, эксцентриситет которой выполнен с возможностью обеспечения движения бойка с амплитудой (0,5-1) мм и частотой колебаний (40-50) Гц, при этом эксцентриковые втулки на приводных валах бойков установлены с возможностью вращения навстречу друг другу, боковые стенки выполнены с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. The specified technical result is achieved by the fact that in a device for continuous casting and deformation of flat billets, containing a movable composite mold mounted on drive shafts, containing two strikers with end surfaces, on the first of which an end vertical surface is made, on the second striker mounted on the drive a shaft with an eccentric sleeve, the end surface is made in the form of an inclined and vertical sections mounted on drive shafts with eccentric bushings, a pair of side walls, the following differences are provided: a firing pin with an end vertical surface is installed on a drive shaft with an eccentric sleeve, the eccentricity of which is made with the possibility of movement a striker with an amplitude (0.5-1) mm and a vibration frequency (40-50) Hz, while the eccentric bushings on the striker drive shafts are installed with the ability to rotate towards each other, the side walls are made to move in a vertical plane ...

Заявляемое устройство характеризуется совокупностью следующих существенных признаков:The claimed device is characterized by a combination of the following essential features:

Ограничительные признаки:Restrictive signs:

- устройство для непрерывного литья и деформации плоских заготовок, содержащее,- a device for continuous casting and deformation of flat blanks, containing,

- подвижный составной кристаллизатор, установленный на приводных валах,- movable composite crystallizer mounted on drive shafts,

- содержащий два бойка с торцевыми поверхностями,- containing two strikers with end surfaces,

- на первом из которых выполнена торцевая вертикальная поверхность,- on the first of which an end vertical surface is made,

- на втором бойке, установленном на приводном валу с эксцентриковой втулкой, торцевая поверхность выполнена в виде наклонного и вертикального участков,- on the second striker, installed on the drive shaft with an eccentric sleeve, the end surface is made in the form of an inclined and vertical sections,

- установленных на приводных валах с эксцентриковыми втулками пару боковых стенок. - a pair of side walls mounted on drive shafts with eccentric bushings.

Отличительные признаки:Features:

- боёк с торцевой вертикальной поверхностью установлен на приводном валу с эксцентриковой втулкой,- the striker with a vertical end surface is mounted on the drive shaft with an eccentric bushing,

- эксцентриситет которой выполнен с возможностью обеспечения движения бойка с амплитудой (0,5-1) мм и частотой колебаний (40-50) Гц,- the eccentricity of which is made with the possibility of ensuring the movement of the striker with an amplitude (0.5-1) mm and a vibration frequency (40-50) Hz,

- эксцентриковые втулки на приводных валах бойков установлены с возможностью вращения навстречу друг другу,- eccentric bushings on the drive shafts of the strikers are installed with the ability to rotate towards each other,

- боковые стенки выполнены с перемещения в вертикальной плоскости.- the side walls are made to move in a vertical plane.

Благодаря тому, что в совокупности с ограничительными признаками боёк с торцевой вертикальной поверхностью установлен на приводном валу с эксцентриковой втулкой и эксцентриситет втулки отличен от эксцентриситета втулки вала, на котором установлен боек, торцевая поверхность которого состоит из наклонной и вертикальной поверхности, боек с вертикальной торцевой поверхностью оказывает низкочастотное вибрационное воздействие на расплав, находящийся в кристаллизаторе. Низкочастотное вибрационное воздействие на расплав способствует увеличению скорости массопереноса и инициирует возникновение вторичных центров кристаллизации, как результата дробления первично кристаллизованных дендритов и их распределения по всему объему жидкой фазы металла. Due to the fact that, together with the limiting features, the striker with a vertical end surface is mounted on the drive shaft with an eccentric bushing and the eccentricity of the bushing differs from the eccentricity of the shaft sleeve on which the striker is installed, the end surface of which consists of an inclined and vertical surface, the striker with a vertical end surface has a low-frequency vibration effect on the melt in the mold. Low-frequency vibration action on the melt promotes an increase in the rate of mass transfer and initiates the emergence of secondary crystallization centers as a result of crushing of the primary crystallized dendrites and their distribution throughout the volume of the liquid metal phase.

При установлении бойка с вертикальной торцевой поверхностью на приводной вал с эксцентриковой втулкой, имеющей эксцентриситет, обеспечивающий движение бойка соответствующее низкочастотному вибрационному с амплитудой (0,5-1) мм и частотой (40-50) Гц, на расплав, находящийся в кристаллизаторе, оказывается низкочастотное вибрационное воздействие. Низкочастотное вибрационное воздействие способствует повышению скорости массопереноса расплава, содержащегося в кристаллизаторе. Перемещение слоев жидкой фазы расплава друг относительно друга способствует, в результате сил трения, отламыванию (дроблению) первично закристаллизованных кристаллов (дендритов), а также их перемещению по всему объему расплава, содержащемуся в кристаллизаторе, тем самым инициируя процесс возникновения вторичных центров кристаллизации. В результате перемещения вторичных центров кристаллизации по всему объему расплава в кристаллизаторе, реализуется процесс объемной кристаллизации, результатом которого является формирование мелкозернистой структуры и как следствие повышение механических свойств готовых металлоизделий (повышение прочности на разрыв и пластичности).When a striker with a vertical end surface is installed on a drive shaft with an eccentric sleeve having an eccentricity, which ensures the movement of the striker corresponding to a low-frequency vibration with an amplitude of (0.5-1) mm and a frequency of (40-50) Hz, the melt in the mold turns out to be low-frequency vibration impact. Low-frequency vibration action increases the rate of mass transfer of the melt contained in the crystallizer. The displacement of the layers of the liquid phase of the melt relative to each other contributes, as a result of frictional forces, to the breaking off (crushing) of the primary crystallized crystals (dendrites), as well as their movement throughout the volume of the melt contained in the crystallizer, thereby initiating the process of the emergence of secondary crystallization centers. As a result of the movement of secondary crystallization centers throughout the volume of the melt in the crystallizer, the process of bulk crystallization is realized, the result of which is the formation of a fine-grained structure and, as a consequence, an increase in the mechanical properties of finished metal products (increase in tensile strength and plasticity).

Вышеописанный процесс обеспечивается тем, что бойки установлены на эксцентриковых валах, имеющих различные эксцентриситеты, с возможностью двигаться навстречу друг другу, причем боек с вертикальной торцевой поверхностью установлен на эксцентриковом валу с эксцентриситетом, обеспечивающим его движение соответствующее низкочастотному вибрационному с амплитудой (0,5-1) мм и частотой (40-50) Гц.The above process is ensured by the fact that the strikers are mounted on eccentric shafts having different eccentricities, with the ability to move towards each other, and the striker with a vertical end surface is installed on an eccentric shaft with an eccentricity that ensures its movement corresponds to a low-frequency vibration with an amplitude of (0.5-1 ) mm and frequency (40-50) Hz.

Создавать движение бойка с амплитудой менее 0,5 мм не целесообразно, так как не будет оказываться эффективное воздействие на расплав в кристаллизаторе, создавать движение с амплитудой более 1 мм также не целесообразно, так как такая амплитуда может привести к поломке оборудования.It is not advisable to create a movement of the striker with an amplitude of less than 0.5 mm, since there will be no effective effect on the melt in the mold, creating a movement with an amplitude of more than 1 mm is also not advisable, since such an amplitude can lead to equipment breakdown.

Создавать движение бойка с частотой менее 40 Гц не целесообразно, так как не будет оказываться эффективное воздействие на расплав в кристаллизаторе, создавать движение с частотой более 50 Гц также не целесообразно, так как такая частота может привести к поломке оборудования.It is not advisable to create a movement of the striker with a frequency of less than 40 Hz, since there will be no effective effect on the melt in the mold, creating a movement with a frequency of more than 50 Hz is also not advisable, since such a frequency can lead to equipment breakdown.

Вертикальная торцевая поверхность первого бойка обеспечивает большую зону контакта торцевой поверхности бойка с расплавом, содержащимся во внутреннем объеме кристаллизатора, и обеспечивает высокую скорость массопереноса (перемешивания). Это приводит к лавинообразному возникновению центров кристаллизации, формированию мелкозернистой структуры металлоизделий, что приводит к увеличению прочности на разрыв у получаемых металлоизделий и их пластичности, тем самым повышает эффективность работы устройства.The vertical end surface of the first striker provides a large contact zone of the end surface of the striker with the melt contained in the inner volume of the mold, and provides a high rate of mass transfer (mixing). This leads to an avalanche-like appearance of crystallization centers, the formation of a fine-grained structure of metal products, which leads to an increase in the tensile strength of the resulting metal products and their plasticity, thereby increasing the efficiency of the device.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен вид устройства сверху, на фиг. 2 изображено сечение А-А фиг.1 .The essence of the claimed invention is illustrated by drawings , where Fig. 1 shows a top view of the device; FIG. 2 shows a section A-A of Fig. 1.

Устройство для непрерывного литья и деформации плоских заготовок включает подвижный составной кристаллизатор, содержащий подвижные бойки 1 и 2 с закрепленными на них элементами системы охлаждения и профилирования, которые не указаны на фигурах 1 и 2, делящие кристаллизатор на зоны кристаллизации, обжатия, интенсивной пластической деформации и калибровки. На бойке 1 торцевая поверхность 3 выполнена вертикальной, а на бойке 2 торцевая поверхность 4 состоит из наклонного участка 5 и вертикального участка 6. Две боковые стенки 7 также являются частями составного кристаллизатора. Подвижные бойки 1, 2 и боковые стенки 7 соединены с приводными валами 8 с эксцентриковыми втулками 9. Неподвижные опорные плиты 10 через плоские подшипники 11 качения нажимными винтами 12 прижимают стенки 7 к боковым поверхностям бойков, обеспечивая герметичность стыков между составляющими кристаллизатора при действии распорных усилий деформируемого металла. Стойки станины крепятся к фундаменту болтами и жестко фиксируются относительно друг друга боковыми стенками станины 13. Эксцентриковые втулки 9 имеют эксцентрики 14 и 15, отличные друг от друга, причем эксцентрики 15 обеспечивают движение бойка 1, соответствующее низкочастотному вибрационному с амплитудой (0,5-1) мм и частотой (40-50) Гц. The device for continuous casting and deformation of flat billets includes a movable composite mold containing movable strikers 1 and 2 with elements of the cooling and profiling system fixed on them, which are not indicated in Figures 1 and 2, dividing the mold into zones of crystallization, reduction, severe plastic deformation and calibration. On the striker 1, the end surface 3 is vertical, and on the striker 2, the end surface 4 consists of an inclined section 5 and a vertical section 6. Two side walls 7 are also parts of a composite mold. Movable strikers 1, 2 and side walls 7 are connected to drive shafts 8 with eccentric bushings 9. Fixed base plates 10 through flat rolling bearings 11 by pressing screws 12 press the walls 7 to the lateral surfaces of the strikers, ensuring the tightness of the joints between the mold components under the action of the expansion forces of the deformable metal. The uprights of the bed are attached to the foundation with bolts and rigidly fixed relative to each other by the side walls of the bed 13. Eccentric bushings 9 have eccentrics 14 and 15 that are different from each other, and the eccentrics 15 provide the movement of the striker 1 corresponding to a low-frequency vibration with an amplitude (0.5-1 ) mm and frequency (40-50) Hz.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

Перед заливкой в кристаллизатор расплавленного металла в его калибрующей части устанавливается «затравка», например асбестовый шнур, которая не позволяет вытекать жидкому металлу. Далее из промежуточного разливочного ковша жидкий металл заливается в кристаллизатор. Пространство кристаллизатора ограничено, с одной стороны подвижными бойками 1 и 2, с другой стороны боковыми стенками 7 с передней и задней стороны кристаллизатора. После заливки жидкого металла включается привод установки, при этом происходит вращение валов 8 с эксцентриками, имеющими эксцентриситеты 14 и 15, подвижные бойки 1 и 2 приходят в движение, причем характер движения бойка 1 соответствует низкочастотному вибрационному, а боёк 2 движется навстречу бойку 1. Одновременно с включением привода установки осуществляется непрерывная подача жидкого металла в кристаллизатор для обеспечения непрерывного процесса работы устройства. При этом движение бойков организованно таким образом, что торцевой поверхностью 3 бойка 1, оказывается на расплав низкочастотное вибрационное воздействие, а торцевой поверхностью 4 бойка 2 осуществляется циклический захват, обжатие металла с последующим интенсивным пластическим деформированием после его кристаллизации, причем при обжатии заготовки создаются такие значения сил трения между поверхностью заготовки и стенками 7, которые полностью исключают преждевременное проскальзывание заготовки в направлении ее выхода. Одновременно с бойками 1 и 2 работают боковые стенки 7, которые имеют возможность движения вверх-вниз вдоль оси разливки металла и обеспечивающие продвижение заготовки вдоль оси разливки в направлении выхода заготовки (вниз), когда боек 2 разведен. Такое движение подвижных бойков 1 и 2, боковых стенок 7 обеспечивает деформацию закристаллизовавшегося металла и выход готового металлоизделия вниз. Для обеспечения герметичности стыков между составляющими кристаллизатора при действии распорных усилий деформируемого металла используются неподвижные опорные плиты 10, которые через плоские подшипники 11 качения нажимными винтами 12 прижимают стенки 7 к боковым поверхностям бойков. Before pouring molten metal into the mold, a "seed" is installed in its calibrating part, for example, an asbestos cord, which does not allow liquid metal to flow out. Then, from the tundish, liquid metal is poured into the mold. The space of the mold is limited, on the one hand, by the movable strikers 1 and 2, on the other side by the side walls 7 from the front and rear sides of the mold. After pouring liquid metal, the installation drive is turned on, while the shafts 8 with eccentrics having eccentricities 14 and 15 rotate, movable strikers 1 and 2 start to move, and the nature of the movement of striker 1 corresponds to a low-frequency vibration, and striker 2 moves towards striker 1. Simultaneously when the drive of the installation is switched on, a continuous supply of liquid metal is carried out into the mold to ensure the continuous operation of the device. In this case, the movement of the strikers is organized in such a way that the end surface 3 of the striker 1 turns out to be a low-frequency vibration effect on the melt, and the end surface 4 of the striker 2 carries out a cyclic grip, compression of the metal followed by severe plastic deformation after its crystallization, and during the compression of the workpiece, such values are created frictional forces between the surface of the workpiece and the walls 7, which completely exclude premature slippage of the workpiece in the direction of its exit. Simultaneously with strikers 1 and 2, side walls 7 operate, which have the ability to move up and down along the casting axis of the metal and provide advancement of the billet along the casting axis in the direction of the billet exit (downward) when the striker 2 is pulled apart. Such movement of movable strikers 1 and 2, side walls 7 provides deformation of the crystallized metal and the exit of the finished metal product downward. To ensure the tightness of the joints between the components of the mold under the action of the expansion forces of the deformable metal, stationary base plates 10 are used, which, through flat rolling bearings 11, press the walls 7 against the lateral surfaces of the strikers by means of pressure screws 12.

Claims

A device for continuous casting and deformation of flat billets, containing a movable composite mold mounted on drive shafts, containing two strikers with end surfaces, on the first of which an end vertical surface is made, and on the second striker, mounted on a drive shaft with an eccentric sleeve, an end surface made in the form of inclined and vertical sections, and a pair of side walls mounted on drive shafts with eccentric bushings, characterized in that the firing pin with a vertical end surface is mounted on the drive shaft with an eccentric bushing, the eccentricity of which ensures the movement of the striker with an amplitude of (0.5-1 ) mm and a vibration frequency (40-50) Hz, while the eccentric bushings on the drive shafts of the strikers are installed with the ability to rotate towards each other, and the side walls are made with the ability to move in a vertical plane.