SU1096021A1 - Кристаллизатор с теплопроводным слоем дл горизонтального и наклонного непрерывного лить и материал теплопроводного сло - Google Patents

Abstract

1. Кристаллизатор с теплопроводным слоем дл  горизонтального и наклонного непрерьшного лить , содержащий охлаждающую рубашку, вставную гильзу и расположенный между ними теплопроводный слой, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  качества отливки и производительности процесса путем улучшени  контакта гильзы с рубашкой, теплопроводный слой выполнен толщиной 0,05-0,5 толщины стенки гильзы, причем толщина от минимального значени  в верхней части и поперечного сечени  кристаллизатора постепенно увеличиваетс  на боковых стенках и достигает максимального значени  в нижней части поперечного сечени  кристаллизатора. 2. Материал теплопроводного сло , включающий медь, отличающийс   тем, что теплопроводный слой доg полнительно содержит олово, алюминий и кремнийорганическую жидкость при следующем соотношении компонентов, мае.%: Олово 2-20 Алюминий 15-90 Кремнийорганическа  2-70 жидкость Медь Остальное

Description

Изобретение, относитс  к металлургии , конкретнее к непрерывному литью металлов на установках горизонтального и наклонного типов.

Известны кристаллизаторы, в которых дл  обеспечени  равномерного охлаждени  графитовой втулки и предотвращени  проникновени  воды через нее наружна  поверхность графитовой втулки покрываетс  огнеупорным материалом с низким уровнем теплопроводности (используютс  материалы углеродистой или керамической группы) или toнким слоем серебра или меди толщиной 0,|013-6,5 мм 1 3 и 2 L

Основным недостатком этих изобретений  вл етс  то, что они не предотвращают смещени  теплового центра и потому не могут быть использованы дл  получени  отливок с однородными свойствами по сечению. Недостатками  вл ютс  также сложность их изготовлени  и применение дорогосто щих материалов

Наиболее близким к изобретению по технической сути и достигаемому эффекту  вл етс  горизонтальный кристаллизатор дл  непрерывной разливки j в котором дл  улучшени  качества слитка охлаждаема  поверхность формообразующей втулки выполнена с покрытием из высокотеплопроводного материала, например из меди, нанесенной электрическим способом. Кроме того, покрытие вьтолнено неодинаковой длины по образующей втулки: внизу оно короче, чем вверху З .

К недостатку этого кристаллизатора .следует отнести невозможность достиже ни  на практике плотного контакта между поверхностью формообразующей втулки и водоохлаждаемым корпусом, так как, с бдной стороны, невозможно нанести электролитическим способом покрытие заданной переменной толщины из-за того, что распре-деление металлического покрыти  по поверхности деталей никогда не бывает равномерным (на кромках и выступах толщина покрыти  значительно больше, чем во впадинах детали, а в глубоких пазах. и отверсти х покрыти  часто отсутствуют ) , с другой стороны, поверхность водоохлаждаемого корпуса коробитс  из-за неравномерного теплоотвода. Второй недостаток св зан с проблематичностью осуществлени  процесса вообще. При непрерьшном литье извлечение слитка происходит циклически. И периодически начальна  корка, образовавша с  по всему периметру кристаллизатора , перемещаетс  в следующу зону. В нижней части кристаллизатора начальна  корка образовыватьс  не будет. В этом случае отливка должна формироватьс  наклонными сло ми, что очень сложно.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества отливки и производительности процесса путем улучшени  контакта гильзы с рубашкой.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в кристаллизаторе с теплопроводным слоем дл  горизонтального и наклонного непрерывного лить , включающем охлаждающую рубашку, вставную гильзу и расположенный между ними теплопроводный слой на основе меди, теплопроводный слой вьтолнен толщиной 0,05-0,5 толщины стенки Гильзы, причем толщина от минимального значени  в верхней части и поперечного сечени  кристаллизатора постепенно увеличиваетс  на боковых стенках и достигает максимального значени  в нижней части поперечного сечени  кристаллизатора.

Материал теплопроводного сло , включающий медь, дополнительно содержит олово, алюминий и кремнийорганическую жидкость при следующем соотношении компонентов, мае.%:

2-20

Олово 15-90

Алюминий

Кремнийорганическа 

2-70

жидкость

Остальное

Медь Теплопроводный слой приведенного сечени  позвс л ет вьфовн ть тепЛоотвод по периметру отливки и тем самым способствовать равномерному затвердеванию слитка с нижней, верхней и боковых поверхностей, что, в конечном итоге, приводит к устранению смещени  теплового центра и повьшгению однородности структуры и свойств по сечению слитка. Слой в поперечном сечении кристаллизатора выполнен с постепенно измен ющейс  толщиной таким образом, что в верхней части он имеет минимальное или нулевое значение , а затем постепенно увеличиваетс  па боковых поверхност х и достигает своего максимального значени  в нижней части равного 0,05-0,3 толщины стенки гильзы. C.noit выполн етс  с постепенно измен ющг.ис-  толщиной, дл  равномерного уменьшени  скорости

затвердевани  слитка сверху до низа. Если толощна сло  будет измен тьс  неравномерно, то и теплоотвод будет осуществл тьс  неравномерно. Слой имеет максимальную толщину в нижней части кристаллизатора, так как именно здесь необходимо максимально уменьшить скорость затвердевани  чтобы она сравнилась со скоростью затвердевани  слитка в верхней и боковых част х кристаллизатора. Толщина сло  в нижней части кристаллизатора выбрана из услови  неравномерности затвердевани  по сечению слитка при горизонтальном и наклонном литье, обусловленной термоконвективным расслоением металла в кристаллизаторе и проседанием слитка на нижнюю грань кристаллизатора. Вьтолиение сло  толщиной менее 0,05 толщины стенки гильзы не полностью выравнивает затвердевание по верху и низу, а превышение величины 0,5 может привести к обратному, когда зпке сверху скорость затвердевани  станет выше, чем снизу.

Выбор теплопроводности сло  на боковых поверхност х в 1,5 и более раза выше теплопроводности сло  в нижней части кристаллизатора обусловлен тем, что выполнение сло  в нижней части кристаллизатора, теплопроводность которого менее чем в 1,5 оаза меньше теплопооволности сло на боковых поверхност х не обеспечи вает устранени  смещени  теплового центра отливки вследствие малого термического сопротивлени  такого сло .

На фиг.1-3 схематически изображены возможные варианты изготовлени  кристаллизатора, поперечные разрезы.

Кристаллизатор включает .вставную гильзу 1, теплопроводный слой 2, охлаждакицую рубашку 3 с каналом 4 дл  циркул ции охлаждающей жидкости. Теп лопроводный слой 2 в поперечном сечении выполнен с постепенно измен ющейс  толщиной от верха к низу кристаллизатора .Максимальную толщину равную 0,05-0,5 толщины стенки гильзы слой 2 имеет в нижней части кристаллизатора ,. На боковых поверхност х теплопроводный слой 2 имеет теплопроводность в 1,5 и более раза вьш1е,чем в нижней части кристаллизатора.

Кристаллизатор работает следующим образом.

Металлический расплав поступает в рабочую полость вставной гильзы 1, где происходит его намораживание в виде корочки. В нижней части гильзы, где наибольший теплопроводный слой, охлаждение отливки происходит с меньшей интенсивностью, чем на боковых поверхност х, где слой имеет большую теплопроводность. В свою очередь, на боковых поверхност х скорость затвердевани  ниже, чем в верхней части , где слой вообще отсутствует. Это приводит к вьфавниванию скорости затвердевани  по сечению отливки, устранению смещени  теплового центра и, в конечном итоге, к повышению однородности свойств непрерывной отливки.

Пример. Изготавливают кристаллизатор дл  отливки заготовки из чугуна СВ 15 салазок крупнопромышленного универсального станка ЗА64М. В поперечном сечении заготовка представл ет собой пр моугольник 250 112 мм. Гильзу изготавливают из графита МГ1. Толщина стенки гильзы 10мм Теплопроводный слой в нижней части имеет толщину 3 мм, а на боковых поверхност х измен етс  от 2 мм внизу до О вверху. Теплопроводность сло  на боковых поверхност х 80 Вт/м«град а в нижней части кристаллизатора 35 Вт/м«град. Слиток, полученный из этого кристаллизатора, имеет равномерную по сечению структуру и твердость .

Известны материалы, примен емые дл  теплопроводных слоев кристаллизаторов . В качестве таких материалов используют термостойкие составы, содержащие графитовый или металлический порошок.

Недостатком этих составов  вл етс  то, что в них присутствует вода. По этой причине их нельз  использовать в качестве сло  между графитовой sTvnкой и охлаждающей рубашкой, так как в процессе лить  в результате нагреза графитовой втулки будет происходит испарение влаги и вновь образование зазора между втулкой и рубашкой. Кроме того вода будет впитыватьс  в графит, что отрицательно скажетс  на его работоспособности и безопасности процесса.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  материал дл  теплопроводного сло  из меди 13 1 Недостаток этого материала, используемого в качестве теплопроводного сло  кристаллизатора, состоит в том, что им невозможно регулировать теплоотдачу на разных поверхност х кристаллизатора. Кроме того, гальваническим спосо бом невозможно нанести слой заданной , переменной толщины в поперечном сечении. Дл  устранени  этого недостатка материал теплопроводного сло , включающий медь, дополнительно соде жит олово, алюминий и кремнийоргани ческую жидкость при следующем соотношении компонентов, мас.%: Олово 2-20 Алюминий 15-90 Кремнийорганическа  жидкость 2-70 Медь Остальное Медь введена в состав сло  дл  обеспечени  заданной теплопроводнос ти. Необходимо примен ть медь в, вид порошка с размерами частиц 100160 мкм. Введение в состав сло  мед менее 5 мас.% не обеспечивает требуемой теплопроводности, особенно на боковых поверхност х, а увеличение ее содержани  более 80 мас.% ве дет резкому повышению теплопровод ности сло ,.что нежелательно в нижней части кристаллизатора. Олово введено в состав сло  дл  улучшени  его контакта с гильзой и охлаждающей рубашкой. Во врем  рабо ты кристаллизатора происходит расплавление олова и увеличение адгезии сло  к гильзе и охлаждающей рубашке Необходимо примен ть олово в виде порошка с размерами частиц 50-400 м Введение в состав сло  олова менее 2 мас.% не обеспечивает нужной адгезии . Увеличение содержани  олова более 20 мас.% ведет к снижению теплопроводности сло  и нецелесообразно с экономической точки зрени . Алюминий введен в состав дл  обе печени  заданной теплопроводности сло  и его однородности. Необходимо примен ть алюминиевую пудру, более мелкие частицы которой располагаютс между частицами меди и олова, чем и обеспечиваетс  однородность сло . Введение в состал менее 15 мас.% ал мини  не обесчи.мн|Шет заданной тепл пооводности г,, особенно в нижней 1 части кристаллизатора. Увеличение содержани  алюмини  более 90 мас.% ведет к резкому снижению теплопроводности сло , особенно на боковых поверхност х . Кремнийорганическа  жидкость введена в состав сло  дл  обеспечени  ему требуемой жидкотёкучести, подвижности во врем  работы кристаллизатора и заполн емости во воем  изготовлени  и сборки кристаллизатора. Введение в состав СЛОЯ кремнийорганической жидкости менее 2 мас.% не обеспечивает требуемой жидкотекучести подвижности заполн емости сло  что затрудн ет изготовление и сборку кристаллизатора. Увеличение содержани  кремнийорганической жидкости более 70 мас.% нецелесообразно , так как это ведет к резкому снижению теплопроводности сло , и затруднению сборки кристаллизатора ввиду повьппенной жидкотёкучести сло . Пример. Изготавливают кристаллизатор дл  отливки заготовки из чугуна СЧ 15 салазок крупношлифованного универсального станка ЗА64М. Гильзу кристаллизатора изготавливают из графита МГ1. Теплопроводный слой на боковых поверхност х содержит, %: медь 60; олово 10; алюминий 20 кремнийорганическую жидкость 10, что соответствует теплопроводности 80 Вт/м хград. Теплрпроводный слой в нижней части содержит, %: медь 40; олово 5} алкминий 35J кремнийорганическую жидкость 20 что соответствует теплопроводности 35 . Слиток, полученный из этого кристаллизатора,имеет по Сечению равномерную структуру и твердость. Использование предлагаемого кристаллизатора и вещества теплопроводного сло  обеспечивает устранение смещени  теплового центра и повышает однородность свойств по сечению непрерывной отливки. Испытани  кристаллизаторов , проведенные в литейном цехе Каунасского завода Центролит на установках непрерывного :лить  чугуна , показали эффективность предлагаемого устройства. В результате устранени  смещени  теплового центра повысилась стабильность процесса, уменьпшлось количество прорывов, повысилась производительность на 10-15%. Структура и твердость в верхней , боковой и нижней зонах заготовки одинаковы.

Claims (2)

1. Кристаллизатор с теплопроводным слоем для горизонтального и наклонного непрерывного литья, содержащий охлаждающую рубашку, вставную гильзу и расположенный между ними теплопроводный слой, отличаю щий с я тем, что, с целью повышения качества отливки И производительности процесса путем улучшения контакта гильзы с рубашкой, теплопроводный слой выполнен толщиной 0,05-0,5 толщины стенки гильзы, причем толщина от минимального значения в верхней · части и поперечного сечения кристаллизатора постепенно увеличивается на боковых стенках и достигает максимального значения в нижней части поперечного сечения кристаллизатора.

2. Материал теплопроводного слоя, включающий медь, отличающи йс я тем, что теплопроводный слой дополнительно содержит олово, алюминий и кремнийорганическую жидкость при следующем соотношении компонентов, мае.Z:

Олово 2-20 Алюминий 15-90 Кремнийор- ганическая жидкость 2-70 Медь Остальное