RU2788042C1

RU2788042C1 - Device for vertical casting of cylindrical aluminum alloy ingots

Info

Publication number: RU2788042C1
Application number: RU2022123454A
Authority: RU
Inventors: Виктор Федорович Фролов; Леонид Петрович Трифоненков; Александр Геннадьевич Пелевин; Антон Ильич Баранов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Filing date: 2022-09-02
Publication date: 2023-01-16

Abstract

FIELD: foundry production.

SUBSTANCE: invention relates to the field of foundry production. The device for vertical casting of cylindrical aluminum alloy ingots contains a mold with a housing (1) and a cooling system, a pallet (11), a casting machine with a distribution tray (9) for supplying liquid metal to the primary and secondary cooling zones (14) and (15). For the passage of metal from the tray (9) into the filling zone and the primary cooling zone, there is a thermal nozzle (6) in the form of a truncated cone with a protrusion (19), a thermal bushing (10) and a graphite ring (5). The cooling system is located in the housing and is divided into a chamber (17) for the curtain distribution of the coolant and a chamber (18) for mixing the coolant. The chambers (17, 18) are connected by holes evenly distributed around the perimeter of the housing (1). The casting machine contains a casting table (3) with a bypass channel (2) for supplying coolant in its lower part connected to a barrier (4) for uniform distribution of coolant inside the housing (1).

EFFECT: ingot quality improvement is ensured by reducing the formation of surface defects.

8 cl, 8 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано для разливки жидкого металла, предпочтительно из алюминиевых сплавов, в цилиндрические слитки на вертикальных литейных машинах как полунепрерывного, так и непрерывного литья с прямым охлаждением слитков водой.The invention relates to metallurgy, in particular to foundry, and can be used for pouring liquid metal, preferably from aluminum alloys, into cylindrical ingots on vertical casting machines, both semi-continuous and continuous casting with direct cooling of the ingots with water.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время на литейных заводах для производства цилиндрических слитков широко используются литейные машины вертикального полунепрерывного литья с прямым охлаждением слитков водой с использованием кристаллизаторов различной конструкции. В последнее время нашли применение литейные машины с использованием кристаллизаторов с тепловыми насадками, графитовыми вставками, кристаллизаторов, оборудованными системами автоматической подачи смазки, подачи газа в зону образования мениска. Все эти решения дают эффект в повышении качества продукции и производительности литейных машин.At present, foundries for the production of cylindrical ingots widely use foundry machines for vertical semi-continuous casting with direct cooling of ingots with water using molds of various designs. Recently, casting machines have found application using molds with thermal nozzles, graphite inserts, molds equipped with automatic lubrication systems, gas supply to the meniscus formation zone. All these solutions have an effect in improving the quality of products and the productivity of casting machines.

Литейные машины для литья цилиндрических слитков обеспечивают литье одновременно большого количество слитков за счет установки рядами кристаллизаторов с распределением металла по общему коллектору равномерно на каждый слиток. Casting machines for casting cylindrical ingots provide simultaneous casting of a large number of ingots due to the installation of rows of molds with the distribution of metal over a common collector evenly for each ingot.

Жидкий металл заливается в кристаллизаторы через огнеупорные втулки, соединённые с общим коллектором и обеспечивающие одинаковый расход металла. В нижней части кристаллизатора устанавливается подвижная затравка (поддон), обеспечивающая первичное заполнение металла для начала формирования донной части слитка. При перемещении поддона относительно оси литья производится вытягивание формирующего слитка из кристаллизатора.Liquid metal is poured into the molds through refractory bushings connected to a common collector and providing the same metal consumption. A movable seed (tray) is installed in the lower part of the mold, which provides primary filling of the metal to start forming the bottom part of the ingot. When the pallet is moved relative to the casting axis, the forming ingot is pulled out of the mold.

Кристаллизация металла начинается при касании стенок кристаллизатора с образованием первичной корки, толщина которой будет зависеть от диаметра кристаллизатора, его высоты, скорости литья и расхода охлаждающей жидкости, поступающие по каналам стенок кристаллизатора с внутренней стороны. Кристаллизация, при которой формируются стенки будущего слитка без прямого контакта с охлаждающей жидкостью, называется основной или первичной. При вторичной кристаллизации производится окончательное формирование слитка за счет непосредственной подачи воды на поверхность стенок слитка. Metal crystallization begins when the walls of the mold touch with the formation of a primary crust, the thickness of which will depend on the diameter of the mold, its height, the casting speed and the flow rate of the coolant flowing through the channels of the mold walls from the inside. Crystallization, in which the walls of the future ingot are formed without direct contact with the coolant, is called the main or primary. During secondary crystallization, the final formation of the ingot is carried out due to the direct supply of water to the surface of the walls of the ingot.

Кристаллизация в зоне первичного охлаждения осуществляется жидким хладагентом в соответствии с известной ранней технологией, когда использованный хладагент направляется через общую камеру, в которой установлены кристаллизаторы, в камеру кристаллизатора, откуда по внутренним каналам кристаллизатора в зону вторичного охлаждения непосредственно на формирующиеся слиток. Камера кристаллизатора образуется сборкой из отдельных элементов с установкой промежуточных уплотнений обеспечивающих достаточную герметичность соединений. Тем не менее, даже если при установке кристаллизатора было обеспечено достаточное усилие для деформации уплотнений, со временем происходит их износ и утечки все равно могут происходить, что может привести к серьезным авариям и травмам на производстве.Crystallization in the primary cooling zone is carried out with a liquid coolant in accordance with the well-known early technology, when the used coolant is directed through a common chamber in which the molds are installed, into the mold chamber, from where, through the internal channels of the mold, into the secondary cooling zone directly onto the forming ingot. The mold chamber is formed by an assembly of individual elements with the installation of intermediate seals that provide sufficient tightness of the joints. However, even if sufficient force was applied during the installation of the mold to deform the seals, they wear out over time and leaks can still occur, which can lead to serious accidents and injuries at work.

Известны кристаллизаторы для вертикального литья слитков из алюминия и алюминиевых сплавов с применением указанных выше технических решений отечественных и зарубежных фирм, например, Wagstaff, Hycast, JASPER GmbH, Norsk Hydro ASA и другие.Known molds for vertical casting of ingots of aluminum and aluminum alloys using the above technical solutions of domestic and foreign firms, such as Wagstaff, Hycast, JASPER GmbH, Norsk Hydro ASA and others.

В патенте US 4597432, опубликован 01.07.1986, описано и показано оборудование указанного выше типа, в котором воду при утечке через уплотнения отводят вверх к верхней стороне камеры, в которой смонтированы кристаллизаторы, где просочившаяся вода сливается в сторону от жидкого металла. Такое решение хотя и обеспечивает отвод утечек воды от горячих частей кристаллизатора, которые могут быть разрушены при контакте с водой, но не исключает наличие таких случаев при неправильной установке уплотнений. Также такое устройство не содержит системы предупреждения в случае появления утечек или решения проблемы простоя между операциями литья слитков.US Pat. No. 4,597,432, published 07/01/1986, describes and shows equipment of the above type, in which water, when leaking through seals, is diverted upwards to the upper side of the chamber in which the molds are mounted, where the leaked water drains away from the liquid metal. This solution, although it ensures the removal of water leaks from the hot parts of the mold, which can be destroyed by contact with water, but does not exclude the occurrence of such cases if the seals are installed incorrectly. Also, such a device does not contain a warning system in case of leaks or a solution to the problem of downtime between ingot casting operations.

В патенте US 4693298, опубликован 15.09.1987, описано устройство для литья металлов с контролируемым прямым охлаждением слитка во время литья. В устройстве кристаллизатор содержит литейную камеру, футерованную проницаемыми элементами для подачи масла, имеет литник для подачи расплава, зону первичного охлаждения литейной камеры и зону вторичного охлаждения, которая расположена непосредственно ниже первичной зоны охлаждения и в которой предусмотрено прямое охлаждение слитка водой. Устройство также снабжено дополнительным контуром для подачи сжатого воздуха, канал которого соединяется с каналом подачи охлаждающей жидкости, поступающей в зону вторичного охлаждения. При подаче сжатого воздуха происходит выброс воды в зону вторичного охлаждения, тем самым срывается паровая рубашка на поверхности отливаемого слитка и улучшается охлаждение. US Pat. No. 4,693,298, published September 15, 1987, describes a device for casting metals with controlled direct cooling of an ingot during casting. In the device, the mold contains a casting chamber lined with permeable elements for oil supply, has a gate for melt supply, a primary cooling zone of the casting chamber and a secondary cooling zone, which is located directly below the primary cooling zone and in which direct cooling of the ingot with water is provided. The device is also equipped with an additional circuit for supplying compressed air, the channel of which is connected to the channel for supplying coolant entering the secondary cooling zone. When compressed air is supplied, water is ejected into the secondary cooling zone, thereby breaking the steam jacket on the surface of the cast ingot and improving cooling.

Недостатком данного устройства является то, что подаваемый в систему воздух выдавливает воду не только в сторону отливаемого слитка, но и в камеру, откуда поступает вода. Повторное заполнение каналов водой занимает некоторое время, которое отливаемый слиток не будет охлаждаться.The disadvantage of this device is that the air supplied to the system squeezes out water not only towards the cast ingot, but also into the chamber from which water enters. Refilling the channels with water takes some time, which the cast ingot will not cool.

В патенте RU 113685, опубликован 27.02.2012, указывается, что для расширения диапазона регулирования интенсивности охлаждения слитка, увеличения скорости теплопередачи и отвода тепла через стенку кристаллизатора, улучшения качества литой поверхности слитка - увеличения корочки на поверхности слитка, уменьшения поверхностных ликвационных наплывов и глубины залегания неслитин (или глубинное окончание ликвационных полос) кристаллизатор выполнен с уменьшенной конусностью, а корпус выполнен с наличием камеры приемки и распределения охлаждающей жидкости, изолированных и концентрично расположенных относительно друг друга кольцевой камеры начального охлаждения и кольцевой камеры дополнительного охлаждения, при этом поступление охлаждающей жидкости в камеру начального охлаждения осуществляется посредством отдельных подводящих каналов через камеру приемки и распределения охлаждающей жидкости, а нижний торец камеры начального охлаждения и камеры дополнительного охлаждения образуется общим съемным вкладышем, в котором выполнены кольцевой пояс выпускных отверстий камеры начального охлаждения и кольцевой пояс выпускных отверстий камеры дополнительного охлаждения. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для непрерывного вертикального литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов, содержащем кристаллизатор, корпус с охлаждающими камерами, подводящими и отводящими охлаждающими каналами, систему подвода жидкой смазки, в корпусе выполнены камера приема и распределения охлаждающей жидкости, и изолированные и концентрично расположенные относительно друг друга кольцевая камера начального охлаждения и кольцевая камера дополнительного охлаждения. При этом устройство снабжено подводящими каналами для поступления охлаждающей жидкости в камеру начального охлаждения через камеру приема и распределения охлаждающей жидкости, двумя патрубками для подачи охлаждающей жидкости в камеру приема и распределения охлаждающей жидкости и двумя патрубками для подачи охлаждающей жидкости в камеру дополнительного охлаждения, нижний торец камеры начального охлаждения и камеры дополнительного охлаждения образован общим съемным вкладышем, в котором выполнены кольцевой пояс выпускных отверстий камеры начального охлаждения и кольцевой пояс отверстий камеры дополнительного охлаждения. In patent RU 113685, published on February 27, 2012, it is indicated that in order to expand the range of regulation of the intensity of cooling of the ingot, increase the rate of heat transfer and heat removal through the wall of the mold, improve the quality of the cast surface of the ingot - increase the crust on the surface of the ingot, reduce surface segregation influxes and depth of occurrence non-clay (or deep end of segregation bands) the mold is made with a reduced taper, and the body is made with a chamber for receiving and distributing coolant, an annular chamber for initial cooling and an annular chamber for additional cooling that are isolated and concentrically located relative to each other, while the flow of coolant into the chamber initial cooling is carried out through separate supply channels through the coolant receiving and distribution chamber, and the lower end of the initial cooling chamber and the additional cooling chamber is formed by a common removable an insert in which an annular belt of outlet holes of the initial cooling chamber and an annular belt of outlet holes of the additional cooling chamber are made. The problem is solved by the fact that in a device for continuous vertical casting of cylindrical ingots from aluminum alloys, containing a mold, a housing with cooling chambers, inlet and outlet cooling channels, a system for supplying liquid lubricant, a chamber for receiving and distributing coolant is made in the housing, and isolated and an annular initial cooling chamber and an annular additional cooling chamber concentrically located relative to each other. At the same time, the device is equipped with inlet channels for supplying coolant to the initial cooling chamber through the coolant receiving and distribution chamber, two pipes for supplying coolant to the coolant receiving and distributing chamber, and two pipes for supplying coolant to the additional cooling chamber, the lower end of the chamber of initial cooling and additional cooling chamber is formed by a common removable insert, in which an annular belt of outlet holes of the initial cooling chamber and an annular belt of holes of the additional cooling chamber are made.

В указанной полезной модели не решен вопрос стабилизации теплового баланса кристаллизатора, что снижает качество отливаемых слитков и значительно уменьшает скорость литья, тем самым производительность литейных машин с такими кристаллизаторами низкая.In this utility model, the issue of stabilization of the heat balance of the mold is not resolved, which reduces the quality of the cast ingots and significantly reduces the casting speed, thereby the productivity of casting machines with such molds is low.

Из патента RU 100931, опубликован 10.01.2011, известно устройство для литья слитков круглого сечения из алюминия и алюминиевых сплавов, содержащее кристаллизатор первичной зоны охлаждения, зону вторичного прямого охлаждения слитка водой, которая поступает из отверстий, расположенных в нижней части кристаллизатора и перемещаемый поддон, при этом воду в кристаллизатор подают по патрубкам, последовательно расположенным и установленным под углом 30° к цилиндрической образующей поверхности, при этом отношение высоты сечения отверстия патрубка к ширине 3,5:1,0. Утверждается, что предлагаемая конструкция устройства предотвращает возможное образование паровых пробок, местных возмущений жидкости в кристаллизаторе, что способствует повышению скорости движения жидкости, равномерному отводу тепла от поверхности кристаллизатора и снижению вероятности образования горячих и холодных трещин при литье слитков из алюминиевых сплавов. Однако, в данном устройстве также не решена проблема стабилизации теплового баланса кристаллизатора, что существенно влияет на качество отливаемых слитков.From patent RU 100931, published on January 10, 2011, a device for casting round ingots from aluminum and aluminum alloys is known, containing a mold of the primary cooling zone, a zone of secondary direct cooling of the ingot with water that comes from holes located in the lower part of the mold and a movable pallet, at the same time, water is supplied to the mold through nozzles arranged in series and set at an angle of 30° to the cylindrical generatrix, while the ratio of the height of the section of the nozzle opening to the width is 3.5:1.0. It is argued that the proposed design of the device prevents the possible formation of vapor locks, local perturbations of the liquid in the mold, which helps to increase the speed of the liquid, uniform heat removal from the surface of the mold and reduce the likelihood of hot and cold cracks when casting aluminum alloy ingots. However, this device also does not solve the problem of stabilization of the heat balance of the mold, which significantly affects the quality of cast ingots.

Известны также кристаллизаторы Компании «JASPER», представленные на официальном сайте jasper-gmbh.de, недостатком которых является то, что хоть они и установлены сверху литейного стола и их тепловая насадка не граничит с водой, но из-за конструкции литейной оснастки лотки для раздачи жидкого расплава в кристаллизаторы необходимо снимать при каждой замене кристаллизатора. В результате данной операции часть керамического уплотнения (волокно) приходится убирать, это приводит к попаданию уплотнения в расплав и затем в кристаллизатор, что в последствии может приводить к браку отливаемого слитка.Also known are the molds of the JASPER Company, presented on the official website jasper-gmbh.de, the disadvantage of which is that although they are installed on top of the casting table and their thermal nozzle does not border on water, but due to the design of the casting equipment, the distribution trays liquid melt into the molds must be removed at each replacement of the mold. As a result of this operation, a part of the ceramic seal (fiber) has to be removed; this leads to the seal getting into the melt and then into the mold, which can subsequently lead to rejection of the cast ingot.

Известно техническое решение по патенту RU 2268105, опубликован 20.01.2006, в котором описано устройство для охлаждения прямоточного кристаллизатора установки для полунепрерывной разливки металла, в частности, алюминия, содержащее, по меньшей мере, один кристаллизатор, открытый сверху, смонтированный в раме, объединенной с водораспределительным коробом, и перемещаемый поддон, закрывающий кристаллизатор снизу в начале каждой стадии операции. При этом кристаллизатор содержит литейную камеру, футерованную проницаемыми элементами для подачи масла и/или газа, имеет литник для подачи расплава, зону первичного охлаждения литейной камеры и зону вторичного охлаждения, которая расположена непосредственно ниже первичной зоны охлаждения и в которой предусмотрено прямое охлаждение слитка водой. Также устройство снабжено отдельным контуром повторного охлаждения кристаллизатора, содержащим по меньшей мере один охлаждающий канал в стенке кристаллизатора и систему трубопроводов для подачи и отвода охладителя. Устройство дополнительно снабжено отдельным контуром повторного охлаждения кристаллизатора, содержащим по меньшей мере один охлаждающий канал в стенке кристаллизатора, два уплотнительных кольца, установленных над охлаждающим каналом и/или камерой охлаждения, и канал или просверленное отверстие, выполненное между уплотнительными кольцами, проходящее сквозь стенку водораспределительного короба и предназначенное для отвода воды, протекающей за первое из уплотнительных колец. Кроме того, в RU2268105 описано более усовершенствованная конструкция установки кристаллизатора отличающемся, например, от патента US 4597432 тем, что в канале, отводящем воду при утечке хладагента из камеры кристаллизатора установлен датчик для определения утечки воды, соединённый с просверленным отверстием, выполненным между уплотнительными кольцами, и источником света или звуковым сигналом для генерации предупредительного сигнала об утечке. A technical solution is known according to patent RU 2268105, published on January 20, 2006, which describes a device for cooling a direct-flow mold of a plant for semi-continuous casting of metal, in particular aluminum, containing at least one mold, open at the top, mounted in a frame combined with a water distribution box, and a movable tray that closes the mold from below at the beginning of each stage of the operation. In this case, the mold contains a casting chamber lined with permeable elements for supplying oil and/or gas, has a gate for supplying the melt, a primary cooling zone of the casting chamber and a secondary cooling zone, which is located directly below the primary cooling zone and in which direct cooling of the ingot with water is provided. The device is also equipped with a separate mold recooling circuit containing at least one cooling channel in the mold wall and a piping system for supplying and discharging the coolant. The device is additionally provided with a separate mold re-cooling circuit containing at least one cooling channel in the mold wall, two sealing rings installed above the cooling channel and/or cooling chamber, and a channel or drilled hole made between the sealing rings, passing through the wall of the water distribution box and designed to drain water flowing past the first of the sealing rings. In addition, RU2268105 describes a more advanced design of the mold installation, which differs, for example, from US patent 4597432 in that a sensor for detecting water leakage is installed in the channel that drains water when the refrigerant leaks from the mold chamber, connected to a drilled hole made between the sealing rings, and a light source or sound signal to generate a leak warning signal.

Недостатками данной конструкции кристаллизатора является установка дополнительного контура для охлаждения стенок кристаллизатора после завершения литья. Контур для повторного охлаждения каждого кристаллизатора подводится и отводится по отдельному трубопроводу с внешней стороны стенки каждого кристаллизатора и ошибочно предполагается, что это обеспечит более ускоренную выемку слитков после завершения литья, так как нет необходимости ждать остывания стенок кристаллизатора. Но на самом деле все известные технологии литья цилиндрических слитков обеспечивают выемку слитков только после кристаллизации металла в донной части, при этом стенки кристаллизаторов не нагреваются до такой степени, чтобы влиять на время нахождения слитков в литейной машине. Также недостатком в данной конструкции кристаллизатора является установка двойного комплекта уплотнительных колец, с просверленным отверстием для каждого кристаллизатора, обеспечивающего отвод воды сквозь стенку водораспределительного короба прямо наружу с боковой стороны рамы установки для разливки, что усложняет конструкцию, как и установка резистивного датчика для определения утечки воды, соединённого с просверленным отверстием. The disadvantages of this design of the mold is the installation of an additional circuit for cooling the walls of the mold after casting. The recooling circuit for each mold is brought in and out via a separate piping from the outside of the wall of each mold, and it is erroneously assumed that this will provide faster withdrawal of the ingots after casting is completed, since there is no need to wait for the walls of the mold to cool. But in fact, all known technologies for casting cylindrical ingots provide for the removal of ingots only after the metal has crystallized in the bottom part, while the walls of the molds do not heat up to such an extent as to affect the residence time of the ingots in the casting machine. Also a disadvantage in this mold design is the installation of a double set of O-rings, with a drilled hole for each mold, ensuring that water is drained through the wall of the water box directly outward from the side of the casting machine frame, which complicates the design, as well as the installation of a resistive sensor to detect water leakage. connected to a drilled hole.

Известное техническое решение по патенту RU 2268105, являющееся наиболее близким по технической сущности, выбрано за прототип.Known technical solution according to patent RU 2268105, which is the closest in technical essence, is chosen as a prototype.

Предлагаемое изобретение на кристаллизатор для вертикального литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов имеет следующие технические отличия от прототипа: The present invention for a mold for vertical casting of aluminum alloy cylindrical ingots has the following technical differences from the prototype:

– подача охлаждающей жидкости из стола литейной машины в кристаллизатор реализована таким образом, что отсутствует риск попадания охлаждающей жидкости в расплав металла. Это реализовано с помощью перепускного канала, который передаёт охлаждающую жидкость из стола литейной машины в корпус кристаллизатора, в отличие от прототипа, где подача охлаждающей жидкости происходит напрямую из стола литейной машины через корпус кристаллизатора с промежуточным уплотнением;– the supply of coolant from the table of the casting machine to the mold is implemented in such a way that there is no risk of coolant getting into the metal melt. This is implemented using a bypass channel that transfers the coolant from the casting table to the mold body, in contrast to the prototype, where the coolant is supplied directly from the casting table through the mold body with an intermediate seal;

– кольцо, прижимающее тепловую насадку, выполнено из высокоуглеродистой стали. В прототипе имеется тепловая насадка, так называемая «утеплённая прибыльная надставка», которая не крепится к кристаллизатору, а зажимается между раздаточным желобом («металлический коллектор») и кристаллизатором; – the ring pressing the thermal nozzle is made of high-carbon steel. The prototype has a thermal nozzle, the so-called "insulated profitable extension", which is not attached to the mold, but is clamped between the dispensing chute ("metal collector") and the mold;

– для равномерного распределения воды и теплоотвода в кристаллизаторе, камера охлаждающей жидкости разделена на две камеры: камера смешения охлаждающей жидкости и камера шторного распределения охлаждающей жидкости. В прототипе эта камера выполнена в промежуточном пространстве между стенкой кристаллизатора и водораспределительного короба рамы (литейного стола). В отличие от прототипа в заявляемом кристаллизаторе эта камера выполнена внутри корпуса кристаллизатора, и соединена с литейным столом перепускным каналом;– for uniform water distribution and heat removal in the mold, the coolant chamber is divided into two chambers: the coolant mixing chamber and the curtain coolant distribution chamber. In the prototype, this chamber is made in the intermediate space between the wall of the mold and the water distribution box of the frame (casting table). Unlike the prototype in the inventive mold, this chamber is made inside the mold housing, and is connected to the casting table by a bypass channel;

– конструкция тепловой насадки для стабилизации теплового баланса в кристаллизаторе выполнена в виде усеченного конуса с цилиндрическим выступом 19 (фиг. 7);- the design of the heat nozzle for stabilizing the heat balance in the mold is made in the form of a truncated cone with a cylindrical protrusion 19 (Fig. 7);

– графитовое кольцо выполнено с углубленной канавкой для смазки.– the graphite ring is made with a deep groove for lubrication.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Основной задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства (повышение качества выпускаемой продукции, снижение времени подготовки к производству слитков, и снижение затрат на приобретение хранение и обслуживание) с применением менее затратных технических решений за счет: The main objective of the invention is to expand the technological capabilities of the device (improving the quality of products, reducing the preparation time for the production of ingots, and reducing the cost of purchasing storage and maintenance) using less expensive technical solutions due to:

– массива и собственной конструкции тепловой насадки, выполненной на основании расчёта теплового баланса для каждого типоразмера отливаемого слитка, что стабилизирует тепло, снижает потери тепла по оси литья при формировании слитка и переходе литейных параметров от старта до рабочей скорости литья для каждого типоразмера отливаемого слитка;– an array and its own design of a thermal nozzle, made on the basis of the calculation of the heat balance for each standard size of the cast ingot, which stabilizes heat, reduces heat loss along the axis of the casting during the formation of the ingot and the transition of casting parameters from the start to the operating speed of the casting for each standard size of the cast ingot;

– конструкции графитового кольца и распределения смазки по углубленной канавке, где открывается возможность применять графитовые кольца с разной плотностью. Углубление канавки уменьшает слой материала графитового кольца, который необходимо преодолеть смазочному материалу. Данное решение позволяет получать равномерное распределение смазочного материала вдоль зоны первичного охлаждения, в то время как графитовое кольцо может быть произведено с различной или с не равномерной плотностью;- the design of the graphite ring and the distribution of the lubricant along the deepened groove, where it is possible to use graphite rings with different densities. Deepening the groove reduces the layer of graphite ring material that the lubricant needs to overcome. This solution allows to obtain a uniform distribution of the lubricant along the primary cooling zone, while the graphite ring can be produced with different or non-uniform density;

– вторичного шторного охлаждения, что дает более равномерный теплоотвод от слитка, уменьшая образование поверхностных дефектов.– secondary curtain cooling, which provides a more uniform heat removal from the ingot, reducing the formation of surface defects.

Предложено новое устройство для вертикального литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов, а также соответствующее устройство кристаллизатора с системой охлаждения для вертикального литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов.A new device for vertical casting of cylindrical ingots from aluminum alloys is proposed, as well as a corresponding device for a mold with a cooling system for vertical casting of cylindrical ingots from aluminum alloys.

Техническим результатом изобретения является повышение качества поверхности слитков и структуры их корковой зоны в связи с усовершенствованным охлаждением слитков при литье, и безопасность использования кристаллизатора при литье с одновременным охлаждением.The technical result of the invention is to improve the quality of the surface of the ingots and the structure of their cortical zone in connection with the improved cooling of the ingots during casting, and the safety of using the mold during casting with simultaneous cooling.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which show:

Фиг. 1 – характерный вид ликвационного наплыва на поверхности слитка сплава 6026, диаметром 308 мм в разрезе, литьё на другой оснастке (было).Fig. 1 - a characteristic view of the segregation influx on the surface of an alloy 6026 ingot, 308 mm in diameter in section, casting on a different tooling (was).

Фиг. 2 – характерный вид ликвационного наплыва на поверхности слитка сплава 6026, диаметром 308 мм в разрезе, литьё на кристаллизаторе представленной конструкции (стало).Fig. 2 - a characteristic view of the segregation influx on the surface of an alloy 6026 ingot, with a diameter of 308 mm in section, casting on a mold of the presented design (became).

Фиг. 3 – характерный вид микроструктуры зоны обратной сегрегации (ISZ) слитка из сплава 6026, диаметром 308 мм, где, литьё на другой оснастке (было).Fig. 3 - a characteristic view of the microstructure of the inverse segregation zone (ISZ) of an alloy 6026 ingot, 308 mm in diameter, where, casting on a different tooling (was).

Фиг. 4 – характерный вид микроструктуры зоны обратной сегрегации (ISZ) слитка из сплава 6026, диаметром 308 мм, где, литьё на кристаллизаторе представленной конструкции (стало).Fig. 4 - a characteristic view of the microstructure of the inverse segregation zone (ISZ) of an alloy 6026 ingot, with a diameter of 308 mm, where casting on a mold of the presented design (became).

Фиг. 5 – продольный разрез кристаллизатора.Fig. 5 - longitudinal section of the mold.

Фиг. 6 – выносной элемент А фиг. 5 в увеличенном масштабе.Fig. 6 - remote element A of Fig. 5 on an enlarged scale.

Фиг. 7 – выносной элемент Б фиг. 5 (конструкция тепловой насадки по заявляемому устройству).Fig. 7 – remote element B of fig. 5 (design of a thermal nozzle according to the claimed device).

Фиг. 8 – конструкция тепловой насадки кристаллизатора по прототипу.Fig. 8 - design of the heat nozzle of the mold according to the prototype.

Как частный пример, при производстве цилиндрических слитков из сплавов серии 2ХХХ и 6ХХХ на машинах полунепрерывного литья вертикального типа и при использовании кристаллизаторов представленной конструкции качество поверхности слитков улучшилось. Высота ликвационных наплывов на поверхности слитков сплава 6026 диаметром 308 мм с содержанием висмута 0,6%, свинца 0,4% составила 0,4 - 2,1 мм. При этом при литье того же сплава на другой литейной оснастке высота ликвационных наплывов была от 2 до 8 мм. Характерный вид ликвационных наплывов в разрезе показан на фиг. 1 и фиг. 2 (на чертежах изображено усреднённое значение). Оценка качества микроструктуры в области поверхности слитков показала, что зона обратной сегрегации (сокращенно на англ. ISZ) составила 0,9 - 2,4 мм (было от 2,5 до 12 мм), характерная микроструктура приведена на фиг. 3 и фиг. 4. As a particular example, in the production of cylindrical ingots from alloys of the 2ХХХ and 6ХХХ series on vertical semi-continuous casting machines and using the molds of the presented design, the surface quality of the ingots has improved. The height of segregation influxes on the surface of ingots of alloy 6026 with a diameter of 308 mm with a content of bismuth 0.6%, lead 0.4% was 0.4 - 2.1 mm. At the same time, when casting the same alloy on another casting equipment, the height of segregation influxes was from 2 to 8 mm. A typical cross-sectional view of segregation influxes is shown in Fig. 1 and FIG. 2 (the drawings show the average value). An assessment of the quality of the microstructure in the area of the surface of the ingots showed that the reverse segregation zone (abbreviated in English. ISZ) was 0.9 - 2.4 mm (it was from 2.5 to 12 mm), a characteristic microstructure is shown in Fig. 3 and FIG. four.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для литья цилиндрических слитков, содержащее по меньшей мере один кристаллизатор с корпусом, который может быть выполнен разборным, и системой охлаждения, поддон, закрывающий кристаллизатор снизу, литейную машину с раздаточным лотком для подачи жидкого металла, зону первичного охлаждения жидкого металла и зону вторичного охлаждения жидкого металла, расположенную ниже зоны первичного охлаждения, согласно заявляемому изобретению, содержит тепловую насадку с тепловой втулкой, выполненную с возможностью прохождения жидкого металла от раздаточного лотка в зону первичного охлаждения, при этом система охлаждения размещена в корпусе кристаллизатора и разделена на камеру шторного распределения охлаждающей жидкости и камеру смешения охлаждающей жидкости, при этом упомянутые камеры соединены между собой посредством отверстий, равномерно распределенных по периметру корпуса кристаллизатора, а литейная машина снабжена литейным столом и по меньшей мере одним перепускным каналом подачи охлаждающей жидкости, размещенным в нижней части литейного стола и соединенным с барьером, выполненным с возможностью равномерного распределения охлаждающей жидкости внутри корпуса кристаллизатора, при этом тепловая насадка выполнена в виде усеченного конуса с цилиндрическим выступом. The technical result is achieved due to the fact that the device for casting cylindrical ingots, containing at least one mold with a housing that can be made collapsible, and a cooling system, a tray that closes the mold from below, a casting machine with a dispensing tray for supplying liquid metal, a zone primary cooling of liquid metal and a zone of secondary cooling of liquid metal, located below the primary cooling zone, according to the claimed invention, contains a thermal nozzle with a thermal sleeve, made with the possibility of passing liquid metal from the dispensing tray to the primary cooling zone, while the cooling system is located in the mold housing and is divided into a cooling liquid curtain distribution chamber and a cooling liquid mixing chamber, wherein said chambers are interconnected by means of holes evenly distributed along the perimeter of the mold body, and the casting machine is equipped with a casting table and at least one coolant bypass channel located in the lower part of the casting table and connected to a barrier made with the possibility of uniform distribution of the coolant inside the mold body, while the thermal nozzle is made in the form of a truncated cone with a cylindrical protrusion.

Способствуют достижению технического результата следующие дополнительные признаки:The following additional features contribute to the achievement of the technical result:

Тепловая насадка может быть выполнена из теплоизоляционного материала, армированного керамическими волокнами со связующим материалом, имеющего высокую прочность, выдерживающего термоудары, имеющего низкую теплопроводность, такой материал не смачивается расплавом алюминия и его сплавами.The heat nozzle can be made of a heat-insulating material reinforced with ceramic fibers with a binder material that has high strength, withstands thermal shocks, has low thermal conductivity, such material is not wetted by aluminum melt and its alloys.

Тепловая втулка может быть выполнена заодно с раздаточным лотком с возможностью съема и замены разборного корпуса кристаллизатора без необходимости снятия раздаточного лотка с литейного стола литейной машины. The thermal sleeve can be made integral with the dispensing tray with the possibility of removing and replacing the collapsible mold body without the need to remove the dispensing tray from the casting table of the casting machine.

Устройство графитового кольца с углубленной канавкой для подачи смазки и размещенное непосредственно под тепловой насадкой таким образом, что нижняя горизонтальная поверхность тепловой насадки образует выступ на расстояние не менее чем 0,1 мм и не более чем 1 мм над верхней горизонтальной поверхностью графитового кольца. Выступ обеспечивает образование прочного мениска без разрыва пленки расплава.A graphite ring device with a deep groove for lubrication and placed directly under the heat nozzle in such a way that the lower horizontal surface of the heat nozzle forms a protrusion at a distance of not less than 0.1 mm and not more than 1 mm above the upper horizontal surface of the graphite ring. The protrusion ensures the formation of a strong meniscus without breaking the melt film.

Устройство может быть снабжено уплотнительными кольцами для соединения разборных частей корпуса кристаллизатора.The device can be equipped with sealing rings for connecting the collapsible parts of the mold body.

Кристаллизатор для вертикального литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов представляет собой отдельный разборный блок, распределяющий поданную в него охлаждающую жидкость равномерно вдоль периметра сформированного цилиндрического слитка с заданным расходом, обеспечивающим оптимальный теплоотвод с поверхности сформированного цилиндрического слитка, и позволяющий обеспечить требуемое качество поверхности. Блок кристаллизатора крепится к литейной машине таким образом, что раздача расплава через тепловую насадку не имеет контакта с охлаждающей жидкостью, и что при замене кристаллизатора демонтаж лотковой системы раздачи расплава не требуется, при этом форма тепловой насадки и графитового кольца позволяет не использовать подачу газа в зону первичной кристаллизации слитка.The mold for vertical casting of cylindrical ingots from aluminum alloys is a separate collapsible block that distributes the coolant supplied to it evenly along the perimeter of the formed cylindrical ingot at a given flow rate, ensuring optimal heat removal from the surface of the formed cylindrical ingot, and allowing to ensure the required surface quality. The mold block is attached to the casting machine in such a way that the melt distribution through the thermal nozzle does not have contact with the cooling liquid, and that when replacing the mold, dismantling of the melt distribution tray system is not required, while the shape of the thermal nozzle and graphite ring allows not to use gas supply to the zone primary crystallization of the ingot.

Краткое описание конструкцииBrief description of the design

На фиг. 5 показан продольный разрез кристаллизатора, на фиг. 6 показан выносной элемент А фиг. 5 в увеличенном масштабе, на фиг. 8 показана конструкция тепловой насадки кристаллизатора по прототипу, на фиг. 7 показан выносной элемент Б фиг. 5 (конструкция тепловой насадки по заявляемому устройству).In FIG. 5 shows a longitudinal section of the mold, FIG. 6 shows the extension A of FIG. 5 on an enlarged scale, in FIG. 8 shows the design of the heat nozzle of the mold according to the prototype, in Fig. 7 shows the extension B of FIG. 5 (design of a thermal nozzle according to the claimed device).

Кристаллизатор для вертикального литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов содержит следующие конструктивные элементы:A mold for vertical casting of aluminum alloy cylindrical ingots contains the following structural elements:

1 – разборный корпус кристаллизатора;1 - collapsible body of the mold;

2 – перепускной канал для передачи охлаждающей жидкости из стола литейной машины в корпус кристаллизатора;2 - bypass channel for transferring coolant from the table of the casting machine to the mold body;

3 – стол литейной машины; 3 – casting machine table;

4 – барьер;4 - barrier;

5 – графитовое кольцо с углубленной канавкой;5 - graphite ring with a deep groove;

6 – тепловая насадка;6 - thermal nozzle;

7 – уплотнительные кольца;7 - sealing rings;

8 – фиксирующая пластина;8 - fixing plate;

9 – раздаточный лоток;9 - distributing tray;

10 – тепловая втулка;10 - thermal sleeve;

11 – поддон (затравка);11 - pallet (seed);

12 – охлаждающая жидкость;12 - coolant;

13 – цилиндрический слиток;13 – cylindrical ingot;

14 – зона заливки и первичного охлаждения жидкого металла; 14 – zone of pouring and primary cooling of liquid metal;

15 – зона вторичного охлаждения, сформированного в зоне первичного охлаждения слитка; 15 – zone of secondary cooling formed in the zone of primary cooling of the ingot;

16 – канавка для распределения смазки;16 - groove for the distribution of lubricant;

17 – камера шторного распределения охлаждающей жидкости; 17 - camera curtain distribution of coolant;

18 – камера смешения охлаждающей жидкости; 18 – coolant mixing chamber;

19 – цилиндрический выступ тепловой насадки;19 - cylindrical protrusion of the thermal nozzle;

20 – зона образования мениска.20 - meniscus formation zone.

Разборный корпус 1 состоит из одной, двух или более частей, и образует внутри себя полость для распределения охлаждающей жидкости, а также зону для первичного и вторичного охлаждения металла.The collapsible body 1 consists of one, two or more parts, and forms inside a cavity for the distribution of coolant, as well as a zone for primary and secondary cooling of the metal.

Одна из частей разборного корпуса кристаллизатора 1 разделяет его на две камеры: камеру смешения охлаждающей жидкости 18 и камеру шторного распределения охлаждающей жидкости 17, где соединение этих двух камер выполнено в виде отверстий, размер которых определяется расчетом в зависимости от заданного технологией литья расхода охлаждающей жидкости, выполненных равномерно по периметру корпуса и обеспечивающих необходимый расход охлаждающей жидкости (м³/час), который задается технологией литья для каждого диаметра слитка (фиг. 6).One of the parts of the collapsible body of the mold 1 divides it into two chambers: the cooling liquid mixing chamber 18 and the cooling liquid curtain distribution chamber 17, where the connection of these two chambers is made in the form of holes, the size of which is determined by calculation depending on the cooling liquid flow rate specified by the casting technology, made evenly along the perimeter of the body and providing the required flow rate of the coolant (m ³ /hour), which is set by the casting technology for each diameter of the ingot (Fig. 6).

Перепускной канал 2 передает охлаждающую жидкость из стола литейной машины 3 в корпус кристаллизатора 1, что обеспечивает отсутствие вероятности контакта охлаждающей жидкости с жидким металлом, что в свою очередь обеспечивает безопасность использования кристаллизатора.The bypass channel 2 transfers the coolant from the table of the casting machine 3 to the body of the mold 1, which ensures that there is no possibility of contact between the coolant and liquid metal, which in turn ensures the safety of using the mold.

Барьер 4 равномерно распределяет охлаждающую жидкость внутри корпуса кристаллизатора 1.Barrier 4 evenly distributes the coolant inside the mold housing 1.

Графитовое кольцо 5 с углублённой канавкой 16 равномерно распределяет смазку по всей площади зоны первичного охлаждения.Graphite ring 5 with a deep groove 16 evenly distributes the lubricant over the entire area of the primary cooling zone.

Тепловая насадка 6 стабилизирует тепловой баланс при формировании слитка и переходе литейных параметров от старта до рабочей скорости литья.Thermal nozzle 6 stabilizes the heat balance during the formation of the ingot and the transition of casting parameters from the start to the operating casting speed.

Уплотнительные кольца 7 необходимы для дополнительного уплотнения составных частей корпуса кристаллизатора друг относительно друга. O-rings 7 are necessary for additional sealing of the components of the mold housing relative to each other.

Фиксирующая пластина 8 крепит тепловую насадку 6 к корпусу кристаллизатора.The fixing plate 8 fastens the thermal nozzle 6 to the mold body.

Раздаточный лоток 9 и тепловая втулка 10 подают жидкий металл в зону первичного охлаждения 14.The dispensing tray 9 and the thermal sleeve 10 supply liquid metal to the primary cooling zone 14.

Поддон (затравка) 11 предназначен для первоначального формирования донной части цилиндрического слитка и дальнейшего формирования самого цилиндрического слитка 13.The pallet (seed) 11 is intended for the initial formation of the bottom part of the cylindrical ingot and the further formation of the cylindrical ingot 13 itself.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

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

Жидкий металл (алюминиевый расплав) поступает из раздаточного лотка 9 через тепловую втулку 10 в зону первичного охлаждения 14 корпуса кристаллизатора с температурой выше температуры ликвидуса на 50-100°С, в зависимости от свойств и содержания легирующих элементов сплава. Перед заполнением кристаллизатора расплавом в корпус кристаллизатора 1 из стола литейной машины 3 через пропускной канал 2 подается охлаждающая жидкость, распределяемая равномерно внутри корпуса кристаллизатора посредством барьера 4, с минимальным расходом. Расход охлаждающей жидкости, выходящий из камеры шторного распределения 17, может определяться визуально по ее струям, которые должны образовать водяную шторку в зоне вторичного охлаждения 15. С помощью программного обеспечения для кристаллизатора устанавливаются режимы расхода подачи охлаждающей жидкости и смазки на графитовое кольцо 5, распределяемую равномерно через канавку 16, как перед началом литья, так и с выходом на рабочую скорость литья. Режим расхода смазки заключается в установке параметров: давление в системе подачи смазки, количество импульсов подачи смазки, время простоя между импульсами. Далее поддон 11 заводится в кристаллизатор до нижнего уровня графитового кольца 5. Для горячего запуска литейной машины поддон 11 вводится на расстояние 1-2 мм до нижнего уровня графитового кольца 5, а для холодного запуска на расстояние до 5 мм, но не более. После этого алюминиевый расплав начинают подавать в кристаллизатор. При заполнении кристаллизатора и тепловой насадки 6 кристаллизатора производится запуск литья на литейной машине. Литейная машина состоит из литейного стола 3 с распределяемой внутри неё охлаждаемой жидкостью 12, раздаточного лотка (желоба) 9, по которому подаётся расплавленный металл, кристаллизатора, литейной платформы, на которую крепится поддон (затравка) 11, кессон и различное вспомогательное оборудование. Liquid metal (aluminum melt) comes from the dispensing tray 9 through the thermal sleeve 10 to the primary cooling zone 14 of the mold body with a temperature higher than the liquidus temperature by 50-100°C, depending on the properties and content of alloying elements of the alloy. Before filling the mold with a melt, coolant is supplied to the mold body 1 from the table of the casting machine 3 through the passage channel 2, which is distributed evenly inside the mold body by means of a barrier 4, with a minimum flow rate. The flow rate of the coolant leaving the curtain distribution chamber 17 can be determined visually by its jets, which should form a water curtain in the secondary cooling zone 15. Using the software for the mold, the flow modes for supplying coolant and lubricant to the graphite ring 5 are set, distributed evenly through groove 16, both before the start of casting, and with access to the working speed of casting. The lubricant consumption mode consists in setting the parameters: pressure in the lubricant supply system, number of lubricant supply pulses, idle time between pulses. Next, the pallet 11 is inserted into the mold to the lower level of the graphite ring 5. For a hot start of the casting machine, the pallet 11 is inserted at a distance of 1-2 mm to the lower level of the graphite ring 5, and for a cold start at a distance of up to 5 mm, but no more. After that, the aluminum melt is fed into the mold. When filling the mold and the heat nozzle 6 of the mold, casting is started on the casting machine. The casting machine consists of a casting table 3 with a cooled liquid 12 distributed inside it, a dispensing tray (chute) 9 through which molten metal is supplied, a mold, a casting platform on which a tray (seed) 11 is attached, a caisson and various auxiliary equipment.

Управление литьём обеспечивается программным обеспечением по разработанным/заданным технологическим параметрам литья. Технологические параметры литья для каждого диаметра цилиндрического слитка 13 и вида сплава в программном обеспечении разделены на три стадии: «начало литья», «рабочий режим литья», «окончание литья».Casting control is provided by software according to the developed/specified technological parameters of casting. Technological casting parameters for each diameter of the cylindrical ingot 13 and the type of alloy in the software are divided into three stages: "casting start", "casting operating mode", "casting completion".

На стадии «начало литья», в зависимости от свойств сплава и температуры, расплав после заполнения кристаллизатора выдерживается несколько секунд до формирования донной части цилиндрического слитка 13, затем производится запуск платформы (на чертежах не показана), на которой крепится поддон 11 и начинается процесс литья. Параметры литья на стадии «начало литья» учитывают начальную скорость литья, расход охлаждающей жидкости, смазки, время литья для формирования донной части цилиндрического слитка 13 и время разгона скорости литья до рабочей скорости. В период «начало литья» расплав, находящийся между горизонтальной и вертикальной частью тепловой насадки 6, образует мениск и окисную пленку, которые переходят на графитовое кольцо 5 для первичного охлаждения образовавшегося цилиндрического слитка 13, при этом условия охлаждения и смазки, поступающей на слиток через канавку для распределения смазки 16, выполненную в графитовом кольце 5, устанавливаются такими, чтобы не было разрывов мениска (окисной пленки) и не было образования дефектов цилиндрического слитка 13 (неслитина, наплыв, трещина). At the “start of casting” stage, depending on the properties of the alloy and temperature, the melt after filling the mold is held for several seconds until the bottom part of the cylindrical ingot 13 is formed, then the platform is launched (not shown in the drawings), on which the tray 11 is attached and the casting process begins . Casting parameters at the "start of casting" stage take into account the initial casting speed, the consumption of coolant, lubricant, casting time to form the bottom part of the cylindrical ingot 13 and the acceleration time of the casting speed to the operating speed. During the “start of casting” period, the melt located between the horizontal and vertical parts of the thermal nozzle 6 forms a meniscus and an oxide film, which pass to the graphite ring 5 for primary cooling of the formed cylindrical ingot 13, while the conditions for cooling and lubrication entering the ingot through the groove for the distribution of the lubricant 16, made in the graphite ring 5, are installed in such a way that there are no meniscus ruptures (oxide film) and there is no formation of defects in the cylindrical ingot 13 (non-clay, influx, crack).

Образование дефектов цилиндрического слитка 13 напрямую связано с конструкцией кристаллизатора, тепловой насадки 6 и графитового кольца 5. При литье в кристаллизатор с графитовым кольцом 5 для исключения дефектов цилиндрического слитка 13 (неслитина, наплыв, трещина) учитывается расчет оптимального теплового баланса, выполненный известным методом конечных элементов, создаваемого конструкцией тепловой насадки 6, размерами графитового кольца 5, количеством проходящей через графитовое кольцо 5 смазки, и конструкцией зоны вторичного охлаждения 15 в кристаллизаторе. The formation of defects in the cylindrical ingot 13 is directly related to the design of the mold, heat nozzle 6 and graphite ring 5. When casting into a mold with a graphite ring 5, in order to eliminate defects in the cylindrical ingot 13 (non-clay, sag, crack), the calculation of the optimal heat balance, performed by the known method of finite elements created by the design of the thermal nozzle 6, the size of the graphite ring 5, the amount of lubricant passing through the graphite ring 5, and the design of the secondary cooling zone 15 in the mold.

Конструкция тепловой насадки в прототипе имеет вид, изображенный на фиг. 8, где h – высота тепловой насадки, а зона образования мениска показана позицией 20. Такая конструкция тепловой насадки имеет более тонкий слой теплоизоляционного материала h, что в свою очередь приводит к захолаживанию металла и к образованию разрыва мениска – в следствии чего появляются разрывы в плёнке и проливы. С увеличением толщины слоя теплоизоляционного материала тепловой насадки 6 за счет того, что насадка выполнена в виде усеченного конуса с цилиндрическим выступом 19, (фиг. 7, размер H), эта проблема уходит – более толстый слой теплоизоляционного материала ограничивает теплопередачу от холодных частей литейной машины к горячей части тепловой насадки, что предотвращает захолаживание жидкого металла при касании последнего с тепловой насадкой 6, что в свою очередь снижает риск образования разрыва мениска. При этом нижняя горизонтальная поверхность цилиндрического выступа 19 тепловой насадки 6 параллельна верхней горизонтальной плоскости графитового кольца 5 и выступает над ним на некоторое смещение (выступ) Δ равный, по меньшей мере 0,1 мм, но не более 1 мм, благодаря чему размер зоны образования мениска стремится к нулю, тогда как в прототипе она значительно больше. В прототипе это место показано радиусным переходом. Представленная конструкция тепловой насадки 6 предотвращает такие дефекты поверхности слитка, как неслитины и надиры.The design of the heat nozzle in the prototype has the form shown in Fig. 8, where h is the height of the thermal nozzle, and the meniscus formation zone is shown by position 20. This design of the thermal nozzle has a thinner layer of heat-insulating material h, which in turn leads to cooling of the metal and to the formation of a meniscus rupture - as a result of which tears appear in the film and straits. With an increase in the thickness of the layer of heat-insulating material of the thermal nozzle 6 due to the fact that the nozzle is made in the form of a truncated cone with a cylindrical protrusion 19 (Fig. 7, dimension H), this problem goes away - a thicker layer of heat-insulating material limits heat transfer from the cold parts of the casting machine to the hot part of the thermal nozzle, which prevents the cooling of the liquid metal when the latter touches the thermal nozzle 6, which in turn reduces the risk of meniscus rupture. In this case, the lower horizontal surface of the cylindrical protrusion 19 of the thermal nozzle 6 is parallel to the upper horizontal plane of the graphite ring 5 and protrudes above it by some offset (protrusion) Δ equal to at least 0.1 mm, but not more than 1 mm, due to which the size of the formation zone the meniscus tends to zero, while in the prototype it is much larger. In the prototype, this place is shown by a radius transition. The presented design of the thermal nozzle 6 prevents such surface defects of the ingot as non-clay and nadir.

Материал графит имеет различную проницаемость, которая варьируется как от марки графита, так и от способа изготовления изделия из него. От этого параметра зависит то, сколько смазки будет на поверхности графитового кольца в зоне первичного охлаждения. Если смазки будет недостаточно (из-за низкой проницаемости материала кольца) на поверхности слитка начинают образовываться дефекты, такие как наплывы, рванины и трещины. Для того, чтобы уменьшить влияние различности материалов и различности технологии изготовления изделия, была разработана новая конструкция графитового кольца с углублённой канавкой 5. Это позволяет снизить количество материала, которое необходимо преодолеть смазке, дополнительно увеличенная канавка улучшает распределение смазочного материала вдоль рабочей поверхности в зоне заливки и первичного охлаждения жидкого металла 14. Graphite material has different permeability, which varies both from the grade of graphite and from the method of manufacturing the product from it. This parameter determines how much lubricant will be on the surface of the graphite ring in the primary cooling zone. If there is not enough lubrication (due to the low permeability of the ring material), defects begin to form on the surface of the ingot, such as sagging, flaws and cracks. In order to reduce the influence of the difference in materials and the difference in the manufacturing technology of the product, a new design of the graphite ring with a deep groove 5 was developed. This reduces the amount of material that the lubricant needs to overcome, an additionally enlarged groove improves the distribution of the lubricant along the working surface in the pouring area and primary cooling of liquid metal 14.

В предложенной конструкции разборного корпуса кристаллизатора 1 охлаждение зоны заливки и первичного охлаждения жидкого металла 14 охлаждающей жидкостью снижено отдалением полости для распределения охлаждающей жидкости 12 от поверхности, где происходит заливка и первичное охлаждение (кристаллизация), что обеспечивает уменьшенный теплообмен между слитком и стенкой кристаллизатора 1. В то же время зона вторичного охлаждения 15 находится максимально близко к зоне первичного охлаждения 14, что позволяет уменьшить риск повторного расплавления (дефект «пролив расплава») свежеобразованной в зоне заливки и первичного охлаждения жидкого металла 14 корочки затвердевшего металла. In the proposed design of the collapsible body of the mold 1, the cooling of the pouring zone and the primary cooling of the liquid metal 14 by the coolant is reduced by moving the cavity for the distribution of the coolant 12 from the surface where the pouring and primary cooling (crystallization) takes place, which ensures reduced heat transfer between the ingot and the wall of the mold 1. At the same time, the secondary cooling zone 15 is located as close as possible to the primary cooling zone 14, which makes it possible to reduce the risk of re-melting ("melt spill" defect) of the crust of solidified metal freshly formed in the pouring and primary cooling zone of liquid metal 14.

К тому же шторная конструкция подачи охлаждающей жидкости 12 в зоне вторичного охлаждения 15 обеспечивает более равномерное её распределение, что обеспечивает постоянство (повторяемость) процесса литья и уменьшает корковую зону. In addition, the shutter design of the supply of coolant 12 in the secondary cooling zone 15 ensures its more uniform distribution, which ensures the constancy (repeatability) of the casting process and reduces the cortical zone.

Для каждого диаметра цилиндрического слитка 13 и вида сплава, для исключения образования дефектов, производится расчет параметров литья, которые взаимосвязаны с оптимальным тепловым балансом на стадии «начало литья».For each diameter of the cylindrical ingot 13 and the type of alloy, in order to exclude the formation of defects, the casting parameters are calculated, which are interconnected with the optimal heat balance at the “casting start” stage.

На стадии «рабочий режим литья», согласно технологическим параметрам управляемым программным обеспечением, образовавшиеся цилиндрические слитки 13 после стадии «начало литья» переходят в скоростной режим литья с учетом сохранения теплового баланса и исключения образования дефектов. Расплав, также находящийся между горизонтальной и вертикальной поверхностью тепловой насадки 6, продолжает образовывать надежный мениск и окисную пленку, которые переходят на графитовое кольцо 5 для первичного охлаждения образовавшегося слитка. С повышением скорости литья по программе увеличивается расход охлаждающей жидкости и смазки.At the "working mode of casting" stage, according to the technological parameters controlled by the software, the resulting cylindrical ingots 13 after the "start of casting" stage pass into the high-speed casting mode, taking into account the preservation of the heat balance and the elimination of the formation of defects. The melt, also located between the horizontal and vertical surface of the thermal nozzle 6, continues to form a reliable meniscus and an oxide film, which pass to the graphite ring 5 for primary cooling of the formed ingot. With an increase in the casting speed according to the program, the consumption of coolant and lubricant increases.

На стадии «окончание литья», согласно технологическим параметрам, управляемыми программным обеспечением, литье переводится в плавный, затихающий режим со снижением скорости литья, расхода охлаждающей жидкости и смазки. Литье останавливается по программе, расход смазки закрывается, подача воды остается на минимальном расходе для отжига литниковой части цилиндрического слитка 13 во избежание образования трещины. После окончания литья перед выемкой цилиндрического слитка 13 выжидают окончательной кристаллизации жидкого металла внутри корпуса кристаллизатора 1 и тепловой насадки 6, после чего убирают стол литейной машины 3 и вынимают цилиндрический слиток 13.At the “completion of casting” stage, according to the technological parameters controlled by the software, the casting is transferred to a smooth, damping mode with a decrease in the casting speed, coolant and lubricant consumption. The casting is stopped according to the program, the lubricant flow is closed, the water supply remains at a minimum flow rate for annealing the gating part of the cylindrical ingot 13 in order to avoid crack formation. After the end of casting, before removing the cylindrical ingot 13, they wait for the final crystallization of the liquid metal inside the body of the mold 1 and the heat nozzle 6, after which the table of the casting machine 3 is removed and the cylindrical ingot 13 is taken out.

Правовая охрана группы изобретений испрашивается для следующей совокупности признаков:Legal protection of a group of inventions is requested for the following set of features:

Устройство для вертикального литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов, содержащее по меньшей мере один кристаллизатор с корпусом (1) и системой охлаждения, поддон (11), закрывающий кристаллизатор снизу, литейную машину с раздаточным лотком (9) для подачи жидкого металла в зону первичного охлаждения жидкого металла (14) и зону вторичного охлаждения жидкого металла (15), расположенную ниже зоны первичного охлаждения, содержащее тепловую насадку (6) с тепловой втулкой (10) и опционально (т.е. может содержаться или отсутствовать) с графитовым кольцом (5), выполненную с возможностью прохождения жидкого металла от раздаточного лотка (9) в зону заливки и первичного охлаждения жидкого металла (14), при этом система охлаждения размещена в корпусе кристаллизатора (1) и разделена на камеру шторного распределения охлаждающей жидкости (17) и камеру смешения охлаждающей жидкости (18), при этом указанные камеры (17, 18) соединены между собой посредством отверстий, равномерно распределенных по периметру корпуса кристаллизатора (1), а литейная машина снабжена литейным столом (3) и по меньшей мере одним перепускным каналом (2) подачи охлаждающей жидкости (12), размещенным в нижней части литейного стола (3) и соединенным с барьером (4), выполненным с возможностью равномерного распределения охлаждающей жидкости внутри корпуса кристаллизатора (1), при этом тепловая насадка (6) выполнена в виде усеченного конуса с цилиндрическим выступом (19). A device for vertical casting of cylindrical ingots from aluminum alloys, containing at least one mold with a housing (1) and a cooling system, a tray (11) that closes the mold from below, a casting machine with a dispensing tray (9) for supplying liquid metal to the primary cooling zone liquid metal (14) and a zone of secondary cooling of liquid metal (15), located below the primary cooling zone, containing a thermal nozzle (6) with a thermal sleeve (10) and optionally (i.e. may be contained or absent) with a graphite ring (5 ), made with the possibility of passing liquid metal from the dispensing tray (9) to the zone of pouring and primary cooling of liquid metal (14), while the cooling system is located in the mold housing (1) and is divided into a cooling liquid curtain distribution chamber (17) and a chamber mixing of the coolant (18), while these chambers (17, 18) are interconnected by means of holes, evenly distributed x along the perimeter of the mold body (1), and the casting machine is equipped with a casting table (3) and at least one bypass channel (2) for supplying coolant (12) located in the lower part of the casting table (3) and connected to the barrier (4 ), made with the possibility of uniform distribution of the coolant inside the mold housing (1), while the thermal nozzle (6) is made in the form of a truncated cone with a cylindrical protrusion (19).

Тепловая насадка (6) предпочтительно выполнена из теплоизоляционного материала, армированного керамическими волокнами со связующим материалом. Цилиндрический выступ (19) тепловой насадки (6) предпочтительно выполнен соосно с цилиндрической поверхностью графитового кольца (5). Тепловая втулка (10) может быть выполнена заодно с раздаточным лотком (9) с возможностью съема и замены корпуса кристаллизатора (1) без необходимости снятия раздаточного лотка (9) с литейного стола (3) литейной машины. Графитовое кольцо (5) предпочтительно выполнено с углубленной канавкой для подачи смазки (16) и размещено непосредственно под тепловой насадкой (6) таким образом, что нижняя горизонтальная поверхность тепловой насадки (6) образует выступ над верхней горизонтальной поверхностью графитового кольца (5). Тепловая насадка (6) предпочтительно содержит фиксирующую пластину (8) для крепления тепловой насадки (6) на корпусе кристаллизатора (1). Устройство может быть снабжено уплотнительными кольцами (7) для соединения разборных частей корпуса кристаллизатора (1) при наличии таковых.The heat nozzle (6) is preferably made of a heat-insulating material reinforced with ceramic fibers with a binder material. The cylindrical protrusion (19) of the thermal nozzle (6) is preferably made coaxial with the cylindrical surface of the graphite ring (5). The thermal sleeve (10) can be made integral with the dispensing tray (9) with the possibility of removing and replacing the mold body (1) without the need to remove the dispensing tray (9) from the casting table (3) of the casting machine. The graphite ring (5) is preferably made with a deep groove for supplying lubricant (16) and is placed directly under the heat nozzle (6) in such a way that the lower horizontal surface of the heat nozzle (6) forms a protrusion above the upper horizontal surface of the graphite ring (5). The heat nozzle (6) preferably includes a fixing plate (8) for attaching the heat nozzle (6) to the mold body (1). The device can be equipped with sealing rings (7) for connecting the collapsible parts of the mold body (1), if any.

Устройство кристаллизатора с системой охлаждения для вертикального литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов, выполненное в виде отдельного блока, распределяющего поданную в него охлаждающую жидкость равномерно вдоль периметра сформированного цилиндрического слитка с заданным расходом, обеспечивающим оптимальный теплоотвод с поверхности сформированного цилиндрического слитка, при этом устройство кристаллизатора крепится к литейной машине таким образом, что раздача расплава через тепловую насадку не имеет контакта с охлаждающей жидкостью, система охлаждения размещена в корпусе кристаллизатора и разделена на камеру шторного распределения охлаждающей жидкости (17) и камеру смешения охлаждающей жидкости (18), при этом указанные камеры (17, 18) соединены между собой посредством отверстий, равномерно распределенных по периметру корпуса кристаллизатора. A mold device with a cooling system for vertical casting of cylindrical ingots from aluminum alloys, made in the form of a separate block that distributes the coolant supplied to it evenly along the perimeter of the formed cylindrical ingot at a given flow rate, ensuring optimal heat removal from the surface of the formed cylindrical ingot, while the mold device is attached to the casting machine in such a way that the distribution of the melt through the thermal nozzle does not have contact with the coolant, the cooling system is located in the mold housing and is divided into a curtain distribution chamber for the coolant (17) and a mixing chamber for the coolant (18), while these chambers ( 17, 18) are interconnected by means of holes evenly distributed along the perimeter of the mold body.

Claims

1. A device for vertical casting of cylindrical ingots from aluminum alloys, containing at least one mold with a housing (1) and a cooling system, a tray (11) that closes the mold from below, a casting machine with a dispensing tray (9) for supplying liquid metal to the zone primary cooling of liquid metal (14) and a zone of secondary cooling of liquid metal (15) located below the primary cooling zone, characterized in that it contains a thermal nozzle (6) with a thermal sleeve (10) and, optionally, with a graphite ring (5) , made with the possibility of passing liquid metal from the dispensing tray (9) to the zone of pouring and primary cooling of liquid metal (14), while the cooling system is located in the mold housing (1) and is divided into a cooling liquid curtain distribution chamber (17) and a mixing chamber coolant (18), while these chambers (17, 18) are interconnected by means of holes evenly distributed around the perimeter mold housing (1), and the casting machine is equipped with a casting table (3) and at least one bypass channel (2) for supplying coolant (12) located in the lower part of the casting table (3) and connected to a barrier (4) made with the possibility of uniform distribution of the coolant inside the mold housing (1), while the thermal nozzle (6) is made in the form of a truncated cone with a cylindrical protrusion (19).

2. The device according to claim. 1, characterized in that the thermal nozzle (6) is made of a heat-insulating material reinforced with ceramic fibers with a binder material.

3. The device according to claim. 1, characterized in that the cylindrical protrusion (19) of the thermal nozzle (6) is made coaxially with the cylindrical surface of the graphite ring (5).

4. The device according to claim 1, characterized in that the thermal sleeve (10) is made integral with the dispensing tray (9) with the possibility of removing and replacing the mold body (1) without the need to remove the dispensing tray (9) from the casting table (3) of the foundry cars.

5. The device according to claim 1, characterized in that the graphite ring (5) is made with a deep groove for supplying lubricant (16) and is placed directly under the heat nozzle (6) in such a way that the lower horizontal surface of the heat nozzle (6) forms a protrusion above the upper horizontal surface of the graphite ring (5).

6. The device according to claim. 1, characterized in that the thermal nozzle (6) contains a fixing plate (8) for fastening the thermal nozzle (6) on the mold body (1).

7. The device according to claim. 1, characterized in that it is equipped with sealing rings (7) for connecting the collapsible parts of the mold housing (1), if any.

8. A mold with a cooling system for vertical casting of cylindrical ingots from aluminum alloys, made in the form of a separate block, distributing the coolant supplied to it evenly along the perimeter of the formed cylindrical ingot at a given flow rate, ensuring optimal heat removal from the surface of the formed cylindrical ingot, characterized in that it is fixed to the casting machine in such a way that the distribution of the melt through the thermal nozzle does not have contact with the coolant, the cooling system is located in the mold body and is divided into a curtain coolant distribution chamber (17) and a coolant mixing chamber (18), while these chambers (17, 18) are interconnected by means of holes evenly distributed along the perimeter of the mold body.