SU1740125A1 - Устройство дл непрерывного лить крупных слитков из алюминиевых сплавов - Google Patents

Abstract

Использование: область металлургии, непрерывное литье алюминиевых слитков. Сущность изобретени ; устройство снабжено металлическим кольцом 5 с конусными внутренней и наружной поверхност ми, в котором установлен графитовый кристаллизатор 4, толщина стенок которого со стороны входа в него равна 2,5-4,0 толщины стенок со стороны выхода, а толщина станки кольца 5 составл ет 0,57-0.40 средней толщины стенки кристаллизатора 4. 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности, к процессам производства слитков высокого качества из простых и сложнолегированных алюминиевых сплавов.

Известны устройства для непрерывной «разливки алюминиевых сплавов, содержащие кристаллизатор, графитовую вставку с вводом смазочно-воздушной смеси, теплоизоляционную насадку, позволяющие получать слитки больших диаметров.

Однако эти устройства не гарантируют получение качественных слитков из алюминиевых сплавов вследствие контакта кристаллизующегося металла с атмосферой и подачи на поверхность кристаллизации смеси смазки и воздуха. При этих условиях в металле слитка возможны оксидные включения, газовые раковины и пористость.

Известно устройство для непрерывной разливки алюминиевых сплавов, содержащее кристаллизатор и тонкую графитовую вставку цилиндрической формы по всей его высоте, исключающую необходимость подачи смазочно-воздушной смеси.

Недостатком конструкции является равномерная толщина графитовой вставки, которая недостаточно эффективна в обеспечении рациональной интенсивности теплоотвода по высоте кристаллизатора, что неблагоприятно отражается на качестве поверхности слитка.

Конструкция устройства весьма трудоемка в обеспечении плотного контакта графитовой вставки с поверхностью кристаллизатора путем запрессовки или горячей посадки и последующей механической ее расточки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для непрерывной разливки алюминиевых сплавов, содержащее графитовый кристаллизатор, теплоизоляционную насадку, установленную на кристаллизатор, распределительную коробку. Графитовый кристаллизатор на большей части высоты имеет цилиндрическую форму, а в нижней части имеет конический срез. Конусность стенки графитового кристаллизатора в нижней его части способствует интенсификации охлаждения слитка благодаря уменьшающемуся тепловому сопротивлению графитовой стенки и подводу водяного охлаждения непосредственно на нижний срез кристаллизатора.

Недостатком конструкции кристаллизатора является неизменная толщина стенки графитового кристаллизатора на 50-65% его высоты, что не обеспечивает плавного увеличения интенсивности теплоотвода по высоте слитка и неблагоприятно отражается на качестве поверхности слитка.

Равномерная толщина стенки графитового кристаллизатора при условии уменьшения температуры поверхности слитка к нижней части кристаллизатора обуславливает интенсивный теплоотвод в верхней части кристаллизатора и замедленный теплоотвод в его средней части. В нижней конической части кристаллизатора интенсивность теплообмена возрастает за счет уменьшения теплового сопротивления стенки графитового кристаллизатора.

При чрезмерно интенсивном теплоотводе в верхней части кристаллизатора формируются менисковые дефекты, способствующие образованию кольцевых углублений на поверхности слитка. В месте соединения кристаллизатора с теплоизоляционной насадкой создаются условия для более интенсивного охлаждения расплава, которые усугубляются осевой подачей горячего металла. На кромке кристаллизатора при этом могут образовываться настыли, которые являются причиной образования вертикальных штриховых борозд разной длины. '

Замедленный теплоотвод в средней части кристаллизатора приводит к смещению верхней границы лунки жидкого металла ниже нижнего среза кристаллизатора, вследствие чего возможен местный прорыв жидкого металла на поверхность слитка. Кроме того, непосредственный контакт наружной поверхности графитового кристал-: лизатора с водой, а также отсутствие металлического каркаса снижают механическую прочность графитовой стенки и в целом ресурс работы кристаллизатора.

Цель изобретения - повышение качества поверхности слитков и ресурса работы кристаллизатора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для непрерывного литья крупных слитков из алюминиевых сплавов, содержащее графитовый кристаллизатор, выполненный с цилиндрической внутренней и конусной наружной поверхностью рабочих стенок с сужением к выходу из него, теплоизоляционную насадку с отверстием для подачи металла в кристаллизатор, снабжено металлическим кольцом с конусными внутренней и наружной поверхностями, в котором установлен графитовой кристаллизатор, толщина стенок которого со стороны входа в него равна 2,5-4,0 толщины стенок со стороны выхода, а толщина стенки кольца составляет 0,57-0,40 средней толщины стенки кристаллизатора.

Необходимый теплоотвод из зоны кристаллизации осуществляется благодаря высокой теплопроводности графитового кристаллизатора и его наружной конусности, обеспечивающей плотный контакт с тепловоспринимающей поверхностью металлического кольца.

Интенсивность теплоотвода при прочих равных условиях существенно зависит от теплового сопротивления графитового кристаллизатора, изменяющегося по высоте вследствие конусности стенки.

При постоянном внутреннем диаметре необходимая конусность наружной поверхности графитовой стенки и плавное увеличение интенсивности теплоотвода к тепловоспринимающёй поверхности металлического кольца определяются соотношением толщины графитовой стенки кристаллизатора в верхней и нижней его частях.

Согласно технологии непрерывной разливки алюминиевых сплавов для предотвращения прорыва жидкого металла на поверхность слитка, получения чистой его поверхности верхний уровень лунки незатвердевшего расплава не должен выходить за пределы нижнего среза кристаллизатора, а интенсивность теплообмена в нем должна обеспечить формирование прочной корочки.

Это условие выполняется при толщине· стенок графитового кристаллизатора со стороны входа в него, равной 2,5-4,0 толщины стенок со стороны выхода/! толщине стенки металлического кольца, . составляющей 0,57-0,40 средней толщины стенки кристаллизатора. '

При толщине стенок кристаллизатора со стороны входа в него более 4 толщины стенок со стороны выхода и толщине стенки металлического кольца менее 0.40 средней толщины стенки кристаллизатора интенсивность теплопередачи через графитовую стенку в верхней части кристаллизатора уменьшается, верхняя граница лунки спускается к нижнему срезу кристаллизатора, что способствует уменьшению толщины твердой корочки металла, низкая прочность которой приводит к образованию на поверхности слитка поперечных надрывов, наплывов и, в конечном итоге, прорыву жидкого металла.

При толщине стенок кристаллизатора со стороны входа в него менее 2.5 толщины стенок со стороны выхода и толщине стенки металлического кольца более 0.57 средней толщины стенки кристаллизатора интенсивность теплообмена в верхней части кристаллизатора увеличивается, глубина лунки уменьшается, ее верхняя граница располагается на уровне верхнего среза кристаллизатора. что способствует образованию поверхностных кольцеобразных борозд, не5 слитин, неоднородности структуры, настылей и вертикальных борозд.

Проведенные исследования и анализ технических решений позволяют сделать вывод; что совокупность отличительных 10 признаков устройства для непрерывного литья круглых слитков из алюминиевых сплавов: графитовый кристаллизатор с наружной конической поверхностью по всей его высоте с толщиной стенок hi со стороны 15. входа, равной 2,5-4,0 толщины стенок h₂ со стороны выхода, конусное металлическое кольцо с толщиной стенки Н₂, равной 0,570,40 средней толщины стенки Hi графитового кристаллизатора^ соответствует 20 критериям изобретения.

На чертеже изображено устройство в разрезе.

Устройство содержит теплоизоляционную насадку 1, графитовый кристаллизатор 25 2, вставленный в металлическое кольцо 3, патрубки 4 и 5 подвода воды, корпус 6.

Устройство работает следующим образом.

Подготовленный в миксере металл по30 ступает в распределительную коробку через узел предварительного регулирования подачи. Далее через центральное отверстие тепловой насадки 1 расплав подается в гра. фитовый кристаллизатор 2 на поддон, за35 крывающий выход из кристаллизатора в пусковой период. В процессе полунепрерывного литья металл подается в головную часть слитка. Кристаллизатор охлаждается . водой, поступающей через патрубки 4 и 5 в 40 корпус 6.

Пример. Конструкция устройства, опробована при разливке алюминиевых слитков диаметром d. равном 100-200 мм, со скоростью вытяжки 2 мм/с..

Теплоизоляционная насадка изготовлена из низкотеплопроводного асботермосиликата. Кристаллизатор высотой Н = 70 мм выполнен из высокотеплопроводного графита марки МП Г-6с толщиной стенки в ниж50 ней части, равной 5 мм. Металлическое конусное кольцо толщиной 5 мм выполнено из сплава Д 16. На основе экспериментальных данных температура слитка возле стенки кристаллизатора в верхней его части 55 составила 650° С, а в нижней части 400° С.

Температура металлического кольца со стороны охлаждающей воды принята равной 30° С.

Результаты расчетов соотношений тепловых сопротивлений стенок графитового кристаллизатора и металлического кольца, а также соотношений тепловых потоков в нижней и верхней частях устройства, характеризующих интенсивность теплоотвода при различном соотношении толщины графитовой стенки со стороны входа и выхода из кристаллизатора, приведены в таблице.

Из приведенных данных видно, что высокое качество поверхности слитка получается при толщине стенок графитового кристаллизатора со стороны входа, равной 2,5-4,0 толщины стенок со стороны выхода, что адекватно характеризуется отношением hi/h2. При этом.толщина металлического кольца составляет соответственно 0,57-0,40 средней толщины стенки графитового кристаллизатора. Тепловой поток, проходящий через нижнюю часть кристаллизатора, превышает тепловой поток в верхней части в 1,10-1,66 раза. Это соотношение практически не изменяется при разливе слитков диаметром от 100 до 200 мм.

Для прототипа при тех же соотношениях тепловых сопротивлений и тепловых потоков должна быть больше высота кристаллизатора из-за более высокой его теплоизолированности вследствие равномерной толщины цилиндрической стенки кристаллизатора на 50-65% его высоты. При большой высоте кристаллизатора выше вероятность поверхностных дефектов слитка.

Таким образом, предлагаемое устройство для непрерывного литья крупных слитков из алюминиевых сплавов позволяет повысить качество поверхности слитков. Повышение качества поверхности уменьшает трещинообразование при формировании слитков и последующей, их обработке особенно из сложнолегированных сплавов. Срок службы графитового кристаллизатора увеличивается,поскольку исключается его непосредственный контакт с охлаждающей 10 водой.

Claims (1)

1. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

   Устройство для непрерывного литья 15 крупных слитков из алюминиевых сплавов, содержащее графитовый кристаллизатор, теплоизоляционную насадку с отверстием для подачи металла в кристаллизатор, при этом кристаллизатор выполнен с цилиндри20 ческой внутренней и конусной наружной поверхностью рабочих стенок с сужением к выходу из кристаллизатора, отличающееся тем, что. с целью повышения качества поверхности слитков и увеличения ресурса 25 работы устройства, оно снабжено металлическим кольцом с конусными внутренней и наружной поверхностями, графитовый кристаллизатор установлен в металлическом кольце, при этом толщина стенок кристалли30 затора со стороны входа в него составляет 2,5-4,0 толщины стенок со стороны выхода, а толщина стенки кольца составляет 0,570,40 средней толщины стенки кристаллизатора.

   Качество поверхности слитков в зависимости от. конструктивных особенностей устройства дпв непрерывной разливки и интенсивности тсппооте.одл с поверхности кристаллизатора

   Лизнет р слити/, d, ah'* Т(itwp'Ha г саситовой стенки, нн h < + Иг Толщина кольца ,М.м Нг , Тепловое сопротивление кристаллизатора (μ·Κ/8τ) ·10^ ....... ^q нКТ ^q Мрх ¹ Характеристика *| поверхности 1 слитка Верх ¹¹ ( НиЭ h.i Верх к. Низ r₂ kj_ г 1 ϋθ 5 5' 1 5 5 1,00 935730 895265 1,05 0,62 Кольцеобразные· уг- 10 5' 2 7,5 5 С, 66 15 49355 895265 1 ,62 0.9б публения, вертикальнее борозлы 12,5 5 2,5 8,75 s .0.57 1633303 . 895265 1,89 1,12 Pt иная 15 5 3 10 5 0,50 1923011 895265 2,15 1,28 . . 20 5 ь 12,5 5 0,40 о,зз 2367914 895265 2,64 1,57 _||_ 25 5 5 15 5 2781199 895265 3,11 1,85 Поперечные маг.рывы 30 5 6 17,5 ' ' 5 0,28 3168526 895264 3,55 2,11 Наплывы zoo ъ ’ 5 1 5 5 1 ,00 583711 562739 1,05 0,59 Кольцеобразные углуб- 10 5 2 7,5 5 0,66 766891 562739 1,65 0,98 лския,вертикальные б«>^_ роэды *2,5 Г 2,5 8,75 5 0,57 S04I69 562739 1,95 1,16 Ровная 1^г> 5 3 10 5 0,50 1037135 562739 2,24 1,33 20 4 12,5 5 0,40 1295978 562 733 2,79 1 ,66 25 5 5 15 5 6,33 1555818 562739 3,34 1,9Э Поперечное на.^рывы 30 5 6 1?,5 5 0,?Я 1782398 562739 3,85 2,2? Кнм'ыны ·