WO2018128593A1 - Method for producing an ingot, and device for the implementation thereof - Google Patents

Method for producing an ingot, and device for the implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
WO2018128593A1
WO2018128593A1 PCT/UA2018/000001 UA2018000001W WO2018128593A1 WO 2018128593 A1 WO2018128593 A1 WO 2018128593A1 UA 2018000001 W UA2018000001 W UA 2018000001W WO 2018128593 A1 WO2018128593 A1 WO 2018128593A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mold
ingot
melt
metal
filling
Prior art date
Application number
PCT/UA2018/000001
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Юрий Пантелеевич ПУСТОВАЛОВ
Игорь Валентинович ^apnynoribj].^^ 87549 УКРАИНА САГИРОВ
Original Assignee
Юрий Пантелеевич ПУСТОВАЛОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Пантелеевич ПУСТОВАЛОВ filed Critical Юрий Пантелеевич ПУСТОВАЛОВ
Publication of WO2018128593A1 publication Critical patent/WO2018128593A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/09—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure
    • B22D27/13—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure making use of gas pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture

Definitions

  • the invention relates to the metallurgy of ferrous and non-ferrous metals and can be used to obtain ingots for siphon casting or casting from above.
  • a known method of casting an ingot [see Ukrainian patent Ns 26120, M. cl. B22D 27/04, publ. 06/07/99. Bull. Ns 3], including the casting of metal in the molds and crystallization of the ingot with sealing of the shrink cavity after 0.1-0.3 time of complete solidification of the ingot.
  • This method does not allow to ensure high surface quality of the ingot due to the contact of the melt with oxygen in the air, which constantly enters the molds during casting.
  • B22D 7/10 of 05.17.88 which includes casting metal into ingot molds and crystallizing an ingot using melt replenishment until the solidification of the metal in the ingot is complete.
  • the disadvantage of this method is the inability to ensure the quality of the surface and core of the ingot. This is due to the fact that during casting the metal melt is in contact with oxygen in the air, which constantly enters the molds during the casting process and thereby reduces the surface quality of the ingot. In this case, replenishment of the ingot with liquid metal during the casting process (filling the mold with metal) makes the ingot casting time longer, contributes to the development of segregation and deterioration of the quality of the core of the ingot.
  • a device for implementing this method is also a prototype for the device proposed in the claimed invention.
  • the prototype device includes a pallet with one or more molds installed on it, a sprue system connected to the molds, a container for the melt supplying ingot, a refrigerator located at the top of each mold. The capacity for the supply ingot of the melt is located above the upper point of the resulting ingot and is associated with each of the molds.
  • the basis of the claimed invention is the task to improve the method of obtaining the ingot and the device for its implementation, by performing additional steps, using new modes of obtaining the ingot, the use of additional structural elements, their specific relative location.
  • the aim of the invention is to improve the surface quality of the ingot and the macrostructure of the metal, without compromising the quality of the core of the ingot.
  • the protective gas is supplied to the mold through a gas supply pipe, so that its lower cut is inside the mold below the level of the melt filling, and the moment of contact of the lower cut Melt tubes are determined by the pressure jump in the gas pipeline.
  • the total passage section of all openings for the exit of gases from the mold is associated with the average horizontal section of the mold, with the rate of melt elevation, and with the feed rate of the protective gas during casting and is determined by the ratio:
  • the surface of the refrigerator in contact with the melt is made in the form of an extension or part of a mold that defines the shape of the head of the ingot.
  • the refrigerator is arranged to be placed at a predetermined level in height of the mold.
  • a heater is located in the formation zone of the lower part of the ingot.
  • the surface quality of the ingot is greatly affected by the oxidation of its surface with atmospheric oxygen. Also, during the oxidation of the melt in the mold with atmospheric oxygen during casting, the surface of the ingot deteriorates. Therefore, the total passage section of the holes and gaps in the upper part of the mold should be less than the cross section of the mold. Then, when filling with metal, and especially when supplying gases to the molds during the casting process, increased pressure is created over the melt in the molds. Gas escapes from the mold under pressure, which prevents diffusion of atmospheric air into the mold.
  • the device when filling the mold with a melt, the device should provide a gas pressure in it sufficient to prevent atmospheric oxygen from entering the mold. This is achieved by manufacturing the top of the mold (or connected to the mold of the refrigerator) in such a way that the total bore of all the gas outlet openings from the mold does not exceed a certain value, which is associated with the flow of melt entering the mold and the flow of protective gas supplied to mold. Then the minimum necessary excessive gas pressure in the mold and a sufficient gas flow rate at the outlet of the mold.
  • the lower boundary of the total cross-sectional area of all gas outlet openings, as claimed in claim 9, provides for the fulfillment of the object of the invention at a minimum pouring speed without supplying protective gas during the casting.
  • the lower boundary of the total flow cross-section of all openings for the exit of gases leaving the mold is determined by the condition that the exhaust gases should not create a pressure in the mold exceeding the pressure of the liquid melt in the gate system.
  • the ratio of the total flow cross-section of all openings for the exit of gases from the mold, at the maximum rate of filling with metal and the supply of protective gas, should not exceed 0.1 cross-sections of the mold, since at high values of this indicator it is difficult to freeze the sealed plug in the upper part of the ingot. If there is no supply of protective gas to the mold and when the mold is filled with metal about 0.2 t / min, the total flow area of all openings for the exit of gases from the mold should be selected within the limits of 0.00001 - 0.001 of the horizontal cross-sectional area of the mold.
  • the mold is filled with metal in a protective gas medium.
  • reducing agents which can be metals that are more active than iron (aluminum, magnesium, etc.), carbon-containing substances (coke, charcoal, sawdust, other organic substances), which are placed before casting in the mold in the required quantity (a sufficient mass of the reducing agent used is much less than the mass of the currently used heat insulation mixtures).
  • the reducing agent heats up and reacts with atmospheric oxygen.
  • air oxygen is transferred into a bound state and cannot oxidize the melt.
  • the amount of metal oxide or carbon monoxide formed does not significantly affect the quality of the ingot.
  • the reaction products pass into the gas phase and are removed from the mold during casting, without affecting the quality of the ingot.
  • the supply of a gaseous reducing agent to the mold of combustion products in the air allows the mold to be filled with a gas mixture containing no oxygen, and consisting of the remaining components of the air, as well as CO, COg, water. Oxygen-containing components in the mixture are few.
  • the supply of protective gas to the mold during filling with metal allows one to additionally increase the pressure of the protective gas in the mold, increase the rate of gas exit and thereby more reliably prevent the ingress of oxygen into the mold and its contact with the melt.
  • any non-oxidizing gas that does not react with the metal that spills can be air from which oxygen, nitrogen, argon, another inert gas, a reducing gas, for example, ⁇ , and, in some cases, a weak oxidizing agent, ⁇ , are removed.
  • shielding gas can be supplied to each ingot mold separately, or collectively, through an opening in one of the ingot molds, or through an opening in each ingot mold, or through a center one.
  • Shielding gas may be supplied to the mold during casting through an opening in the upper part of the mold or in the refrigerator.
  • the place of introduction of the shielding gas may be a hole in the bottom of the inverted deaf-ingot mold, an opening in the upper part of the blank mold or in a special refrigerator connected to the mold, or in the refrigerator lying on the upper end of the mold.
  • the main condition for this technique is the displacement of air by shielding gas, and the prevention of air ingress into the mold during casting.
  • the tube must be lowered into the mold below a predetermined level of mold filling with metal so that the gas leaving the mold through the stoppers (through holes for the gases to escape from the mold) does not mix with the protective gas that is supplied through the gas supply pipe.
  • the tube may be buried to the bottom of the mold.
  • the gas supply pipe for this should be buried 50 - 300 mm below the specified mold fill level.
  • the jet of supplied gas at the outlet of the tube enters the gaseous medium and does not encounter much resistance.
  • the gas jet enters a dense medium and the pressure in the gas supply system rises sharply. This can be easily detected using a pressure gauge or due to the exit of the gas stream from the valve, which is triggered when the set pressure is exceeded. This can also be fixed by the appearance of dust above the supports (through holes for the exit of gases from the mold).
  • the most important condition of the proposed technology is the presence of ferrostatic pressure in the mold at the time the ingot begins to form — immediately after the mold is filled with melt. It is the ferrostatic pressure that makes it possible to compensate for the loss of the melt in the upper part of the ingot during crystallization of the melt and ensures the tightness of the shrink cavity formed later.
  • a certain shape of the head of the ingot is usually necessary - it is held by the manipulator and the ingot is turned during forging.
  • an extension extension a refrigerator of the corresponding shape and size, for contacting the surface of the melt with the refrigerator, made in the form of an extension or part of the mold that forms the head of the ingot.
  • such a head has the necessary shape, high-quality surface, and the minimum required size, and it can also be forged, since this part of the ingot will have good surface quality and good macrostructure, and the shrink cavity in the ingot is welded . All this allows to reduce the loss of metal in the edge compared to conventional ingots.
  • a replaceable gas supply tube in the upper part of the mold to supply protective gas.
  • the lower end of the tube can be installed at the required height, below a given level of mold filling with metal. Then, when the melt approaches the gas supply point, the lower end of the tube is located under the melt layer.
  • the pressure in the gas supply tube increases sharply, which is an indicator of the melt level being at a certain level. Another indicator is the dust exit from the supports (through holes for the exit of gases from the mold).
  • the method can be implemented with siphon casting and with casting from above.
  • FIG. 1 casting of steel (melt) with a siphon, fed through a gating system, from a tank located above the center with a protective gas supply.
  • the head of the ingot may be flat or have the necessary shape and size.
  • the lower part of the vessel for feeding the melt ingot can be located both above and below the level of filling the mold with metal.
  • FIG. 2 casting of steel (melt) with a siphon or from above with feeding through the sprue system from the tank located above the center (option 1), or from the tank located above the mold (option 2).
  • FIG. 3 casting of steel (melt) with a siphon with make-up through the gating system from a tank located above the center. Refrigerators are made with the possibility of their placement inside the mold at the required level.
  • FIG. 4 casting of steel (melt) with a siphon with feeding through the gating system due to a profitable extension installed on the pallet of a conventional mold with profit.
  • the device has a capacity for the melt 1 (Fig. 1-4), interfaced with the help of the gating system 2 with molds 4 (without a profitable extension) mounted on the pallet 3.
  • the top of the mold 5 is either a blank bottom of an inverted deaf mold or a refrigerator lid, mounted on the upper end of the through mold.
  • the bottom of the deep-sea mold or the refrigerator lid may be flat or have the shape and dimensions necessary for further use, for example, for capture by the manipulator during forging.
  • In the upper part of the mold there are supports - through holes for the exit of gas, as well as an opening for introducing a gas supply tube through which protective gas is supplied to the mold.
  • a separate container (lined or ceramic, mainly insulated) installed on the center 6, or made as a unit with the center (Fig. 1, 2, 3) can be used.
  • the container can be placed above the mold (Fig. 2) and connected to the mold by the gate system.
  • the role of the gate system, which feeds the ingot at the beginning of crystallization, can be performed by siphon wiring when the container is located above the center, or a glass when the container is located above the mold that is fed.
  • the capacity for supplying the melt ingot, according to the proposed method, during siphon casting, can also be part of the profitable extension of another mold (to obtain an ingot with profit) installed on the same pallet and connected to it by siphon wiring (Fig. 4). Moreover, part of the profitable extension that feeds the ingot obtained by the proposed method is located above the upper edge of the fed ingot, and the bottom profit of the fed ingot is lower than the upper edge of the same ingot.
  • the highest quality metal crystallizes at the surface of the ingot.
  • segregation processes develop, which leads to the appearance in the axial zone of positive and negative segregations - zones with a low and high content of harmful impurities.
  • the area of high segregation in a hot-deformed metal can lead to delamination and other defects of the ingot.
  • the proposed technical solution is the development of the prototype method.
  • the proposed technical solution provides for the transfer of liquids to the bottom of the ingot. This is achieved by warming the lower part when cooling the top of the ingot and by feeding it with a melt supplied under ferrostatic pressure for a certain time after filling the mold. Warming of the lower part of the ingot creates a heat center in this area, which, due to convective mixing of the melt in the ingot, which crystallizes, improves the quality of the hardened metal macrostructure and reduces segregation, and also moves the bottom of the shrinkage cavity to the bottom of the ingot.
  • the bottom of the shrink cavity can be moved to a different level, including the bottom of the ingot. In the latter case, after rolling, the liquids remain in the bottom edge.
  • the method is as follows.
  • shielding gas can be supplied during the casting. You can use shielding gas only during casting without first filling the molds before casting. During casting, shielding gas can be supplied to all molds or to one or two molds on a pallet. The latter option is useful for determining the time when the melt reaches a certain height of the mold filling with metal.
  • ingots of steel of grade 55 were cast into deep-bloomed ingot molds with supports (through holes for the exit of gases from the ingot mold), as well as into ingots expanding downward with lids-coolers. Lids-coolers were made with different numbers and total cross-sections of openings for the exit of gases.
  • a tube is installed in the additional hole of the refrigerator lid to determine the pressure in the mold. At the other end of the tube is a pressure gauge.
  • Example 1 Obtaining ingots according to the proposed technology was carried out without the use of mixtures of heaters in the molds.
  • a central and inverted five-ton deep-sea mold was placed on a single pallet without a profitable extension.
  • the cross section of the mold in the wide part is 730x660 mm, in the narrow part - 598x518 mm, the height of the ingot is 1960 mm.
  • the hole in the bottom of the mold has a diameter of 110 mm (in the experiment, the bottom of the inverted mold is a refrigerator for the top of the ingot).
  • a steel cylinder with a hole along an axis with a diameter of 50 mm was hermetically installed in the bottom hole of the mold.
  • He installed an oxygen (gas-supplying) tube with a diameter of 18 mm, on which a cardboard tube with a diameter of 45 mm was put on and the space between the tubes was filled with a heat insulator.
  • the cross section for the exit of gases was 3.7 cm 2 with a cross section of the mold in the upper part - 3100 cm 2 , i.e. the cross section for the exit of gases was 0.0012 of the cross-sectional horizontal section of the mold.
  • the lower end of the oxygen (gas supply) tube was placed 200 mm below a predetermined level of filling the mold with the melt.
  • Argon was connected through a tee and a valve was installed that operates at an overpressure in the system above 0.05 atm.
  • the mold was filled with argon and argon continued to be fed during casting.
  • the time for filling the mold with metal was 4 minutes. After the mold was filled with metal to the gas supply tube, the argon supply was stopped, the melt flow was reduced, and the mold and the center were filled for 1 min.
  • the ingot was rolled into circles with a diameter of 270 mm. Head trim was 0.5%, bottom trim was 4%, yield was 93% by weight of molten steel cast into the mold. Control of ultrasonic testing along the entire length of the rental did not reveal defects.
  • the analysis of the templates selected at the levels of 0.5%, 48% and 96% showed a high quality of the macrostructure of rolled products. The rolled surface is good - smooth, without defects - better than in ingots of the same heat, spilled under mixtures. The quality of the metal in the middle of the ingot is better than that of ingots of the same heat, cast under mixtures using a profitable extension.
  • Nitrogen, carbon dioxide, flue gases from the complete and incomplete combustion of natural gas with afterburning at the exit of the mold were used as a protective gas, creating a protective atmosphere by placing aluminum powder in the amount of 45 g per ton of melt, or coke dust or activated carbon in the amount of 32 g of carbon per ton of melt.
  • Shielding gas (argon) was fed through the center into all the molds together and then, in one or two ingots on the pallet, argon was additionally fed during the casting process, and argon was also fed into each mold separately.
  • Argon was supplied only before casting (the moment the melt level approached a predetermined distance to the refrigerator was fixed by the appearance of smoke or using a special float), argon was fed before casting and during casting.
  • a container for a melt supplying ingot the lower part of which is located below a predetermined filling level (metal in the mold), and the upper part is higher than the metal filling level in it (above the upper level of the obtained ingot) did not degrade the quality of the ingot compared to using the container, which is completely located above the metal fill level in the mold.
  • the melt filling rate of the mold during casting of the ingot body was 100 mm / min for the first two ingots, and 250 mm / min for the other two. At a fill level 150 mm below the upper fill point, the molds reduced the jet. Heating for rolling was carried out according to existing technology.
  • the ingots were rolled into circles with a diameter of 270 mm.
  • the proposed set of features allows us to solve the problem.
  • the proposed method and device for its implementation can improve the quality of the metal surface in comparison with the prototype, without compromising the quality of the core of the ingot.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

Field of use: metallurgy of ferrous and non-ferrous metals, for the production of metal ingots by downhill or uphill casting. Essence of the invention: a method for producing an ingot, which involves filling an ingot mould with metal, freezing the melt in the upper portion of the ingot mould under ferrostatic pressure, and crystallising the ingot. As the ingot mould is filled with metal, a superatmospheric pressure of the gaseous environment is generated therein over the melt, in the range of 1 - 300,000 Pa. A device for implementing said method comprises a bottom plate (3) with one or more ingot moulds (4) arranged thereupon, a gating system (2), and a vessel (1) connected to said ingot moulds (4) for the melt to be fed to an ingot, as well as a cooling device (7) that has one or more openings (8) for discharging gases and that is arranged in the upper portion of the mould (4). The total flow passage of all the openings for discharging gases from the mould (4) is 0.00001 - 0.1 of the area of the horizontal section of the mould. Technical result: improving the quality of the surface of the metal without detriment to the quality of the ingot core.

Description

Способ получения слитка и устройство для его осуществления  A method of obtaining an ingot and a device for its implementation
Область техники Technical field
Изобретение касается металлургии черных и цветных металлов и может быть использовано при получении слитков при сифонной разливке или разливке сверху.  The invention relates to the metallurgy of ferrous and non-ferrous metals and can be used to obtain ingots for siphon casting or casting from above.
Известный уровень техники  Prior art
Известен способ отливки слитка [см. патент Украины Ns 26120, М. кл. B22D 27/04, опубл. 07.06.99. Бюл. Ns 3], включающий разливку металла в изложницы и кристаллизацию слитка с герметизацией усадочной полости через 0,1-0,3 времени полного затвердевания слитка.  A known method of casting an ingot [see Ukrainian patent Ns 26120, M. cl. B22D 27/04, publ. 06/07/99. Bull. Ns 3], including the casting of metal in the molds and crystallization of the ingot with sealing of the shrink cavity after 0.1-0.3 time of complete solidification of the ingot.
Этот способ не позволяет обеспечить высокое качество поверхности слитка из-за контакта расплава с кислородом воздуха, который постоянно поступает в изложницы в ходе разливки.  This method does not allow to ensure high surface quality of the ingot due to the contact of the melt with oxygen in the air, which constantly enters the molds during casting.
Известен способ отливки слитка [заявка на авт. свид. СССР Ns 4426342/02, A known method of casting an ingot [application for ed. testimonial. USSR Ns 4426342/02,
B22D 7/10 от 17.05.88], включающий разливку металла в изложницы и кристаллизацию слитка с использованием подпитки расплавом до полного затвердевания металла в слитке. Недостатком способа является невозможность обеспечения качества поверхности и сердцевины слитка. Это связано с тем, что в ходе разливки расплав металла контактирует с кислородом воздуха, который постоянно поступает в изложницы в течение процесса разливки и тем самым снижает качество поверхности слитка. При этом подпитка слитка жидким металлом в течение процесса разливки (заполнения изложницы металлом) делает время отливки слитка длиннее, способствует развитию ликвации и ухудшению качества сердцевины слитка. B22D 7/10 of 05.17.88], which includes casting metal into ingot molds and crystallizing an ingot using melt replenishment until the solidification of the metal in the ingot is complete. The disadvantage of this method is the inability to ensure the quality of the surface and core of the ingot. This is due to the fact that during casting the metal melt is in contact with oxygen in the air, which constantly enters the molds during the casting process and thereby reduces the surface quality of the ingot. In this case, replenishment of the ingot with liquid metal during the casting process (filling the mold with metal) makes the ingot casting time longer, contributes to the development of segregation and deterioration of the quality of the core of the ingot.
Известен способ получения слитка, принятый в качестве прототипа, включающий заполнение изложницы металлом, замораживание расплава в верхней части изложницы под ферростатичным давлением и кристаллизацию слитка [см. патент Украины 55822 А, М. кл. B22D 7/00, опубл. 15.04.2003]. При этом осуществляется подпитка расплавом до полного затвердевания металла в изложнице. Устройство для осуществления этого способа является также прототипом для предлагаемого в заявляемом изобретении устройства. Устройство-прототип включает поддон с установленными на нем одной или несколькими изложницами, литниковую систему, соединенную с изложницами, емкость для питающего слиток расплава, холодильник, размещенный в верхней части каждой изложницы. Емкость для питающего слиток расплава расположена выше верхней точки получаемого слитка и связана с каждой из изложниц. A known method of producing an ingot, adopted as a prototype, comprising filling the mold with metal, freezing the melt in the upper part of the mold under ferrostatic pressure and crystallization of the ingot [see Ukrainian patent 55822 A, M. cl. B22D 7/00, publ. 04/15/2003]. In this case, the melt is fed to the complete solidification of the metal in the mold. A device for implementing this method is also a prototype for the device proposed in the claimed invention. The prototype device includes a pallet with one or more molds installed on it, a sprue system connected to the molds, a container for the melt supplying ingot, a refrigerator located at the top of each mold. The capacity for the supply ingot of the melt is located above the upper point of the resulting ingot and is associated with each of the molds.
Недостатком указанного способа и устройства является то, что они не позволяют обеспечить высокое качество поверхности слитка, поскольку поверхность расплава при заполнении изложницы контактирует с атмосферным воздухом и окисляется, создавая предпосылки для появления на слитке поверхностных дефектов.  The disadvantage of this method and device is that they do not allow to ensure high quality of the surface of the ingot, since the surface of the melt, when filling the mold, is in contact with atmospheric air and oxidized, creating the prerequisites for the appearance of surface defects on the ingot.
Сущность изобретения  SUMMARY OF THE INVENTION
В основу заявляемого изобретения поставлена задача усовершенствовать способ получения слитка и устройство для его осуществления, путем выполнения дополнительных действий, использования новых режимов получения слитка, применения дополнительных конструктивных элементов, их определенным взаимным расположением. Целью изобретения является повышение качества поверхности слитка и макроструктуры металла, без ухудшения качества сердцевины слитка.  The basis of the claimed invention is the task to improve the method of obtaining the ingot and the device for its implementation, by performing additional steps, using new modes of obtaining the ingot, the use of additional structural elements, their specific relative location. The aim of the invention is to improve the surface quality of the ingot and the macrostructure of the metal, without compromising the quality of the core of the ingot.
Поставленная задача решается следующим образом:  The problem is solved as follows:
1. В известном способе получения слитка, включающем заполнение изложницы металлом, замораживание расплава в верхней части изложницы под ферростатичным давлением и кристаллизацию слитка, согласно изобретению, при заполнении металлом в изложнице над расплавом создают избыточное давление  1. In the known method for producing an ingot, comprising filling the mold with metal, freezing the melt in the upper part of the mold under ferrostatic pressure and crystallizing the ingot, according to the invention, when the metal is filled in the mold above the melt, an excess pressure is created
газовой среды в пределах 1 - 300000 Па. gas medium in the range of 1 - 300000 Pa.
2. В способе по п. 1, согласно изобретению, заполнение изложницы металлом ведут в среде защитного газа.  2. In the method according to claim 1, according to the invention, the mold is filled with metal in a shielding gas medium.
3. В способе по п. 2, согласно изобретению, в качестве защитного газа используют инертный газ, или азот, или углекислый газ, или газ-восстановитель, или воздух, из которого удален кислород. 4. В способе по одному из пунктов 2 или 3, согласно изобретению, к началу заполнения изложницы металлом в нее подают защитный газ. 3. In the method according to claim 2, according to the invention, an inert gas, or nitrogen, or carbon dioxide, or a reducing gas, or air, from which oxygen is removed, is used as a protective gas. 4. In the method according to one of paragraphs 2 or 3, according to the invention, shielding gas is supplied to it by the time the mold is filled with metal.
5. В способе по одному из пунктов 2, или 3, согласно изобретению, в процессе заполнения изложницы металлом в нее подают защитный газ.  5. In the method according to one of paragraphs 2, or 3, according to the invention, in the process of filling the mold with metal, protective gas is supplied to it.
6. В способе по одному из пунктов 2 или 3, согласно изобретению, в изложнице до начала разливки (заполнения изложницы металлом) размещают вещество, которое при контакте с расплавом и/или нагревании реагирует с кислородом воздуха, в результате чего в изложнице образуется защитный газ. 6. In the method according to one of paragraphs 2 or 3, according to the invention, a substance is placed in the mold prior to casting (filling the mold with metal), which reacts with atmospheric oxygen upon contact with the melt and / or heating, resulting in the formation of a protective gas in the mold .
7. В способе по п. 5, согласно изобретению, в ходе разливки (заполнения изложницы металлом) подачу защитного газа в изложницу ведут через газоподводящую трубку, размещенную так, что ее нижний срез находится внутри изложницы ниже уровня налива расплава, а момент контакта нижнего среза трубки с расплавом определяют по скачку давления в газопроводе.  7. In the method according to claim 5, according to the invention, during casting (filling the mold with metal), the protective gas is supplied to the mold through a gas supply pipe, so that its lower cut is inside the mold below the level of the melt filling, and the moment of contact of the lower cut Melt tubes are determined by the pressure jump in the gas pipeline.
8. В способе по п. 4, согласно изобретению, при сифонной разливке заполнение изложниц защитным газом перед разливкой (заполнением изложниц металлом) осуществляют через центровую.  8. In the method according to claim 4, according to the invention, during siphon casting, the filling of molds with protective gas before casting (filling molds with metal) is carried out through the center.
9. В устройстве для осуществления способа по п. 1, включающем поддон с установленными на нем одной или несколькими изложницами, литниковую систему, соединенную с изложницами, емкость для питающего слиток расплава, холодильник в верхней части каждой изложницы, согласно изобретению, суммарное проходное сечение всех отверстий для выхода газов из изложницы связано со средним горизонтальным сечением изложницы, со скоростью поднятия расплава, и со скоростью подачи защитного газа в ходе разливки и определяется соотношением:  9. In the device for implementing the method according to claim 1, comprising a pallet with one or more molds installed on it, a gating system connected to the molds, a container for a melt supply ingot, a refrigerator in the upper part of each mold, according to the invention, the total passage section of all openings for the exit of gases from the mold is associated with the average horizontal section of the mold, with the rate of melt elevation, and with the feed rate of the protective gas during casting and is determined by the ratio:
0,002 * (V* * SM + WR) < SB < 30 * (VM * SM + WR) где: SB - суммарное проходное сечение всех отверстий для выхода газов из изложницы, м2, 0.002 * (V * * S M + W R ) <S B <30 * (V M * S M + W R ) where: S B - total flow area of all openings for the exit of gases from the mold, m 2 ,
SM - среднее горизонтальное сечение изложницы, м2,SM - average horizontal section of the mold, m 2 ,
ы - скорость поднятия расплава, м/с,  s - melt raising rate, m / s,
WR - скорость подачи защитного газа в ходе разливки, м3/с, (WR > 0). 10. В устройстве для осуществления способа по п. 1, включающем поддон с установленными на нем одной или несколькими изложницами, литниковую систему и связанную с изложницами емкость для питающего слиток расплава, холодильник с одним или несколькими отверстиями для выхода газов, расположенный в верхней части изложницы, согласно изобретению, суммарное проходное сечение всех отверстий для выхода газов из изложницы составляет 0,00001 - 0,1 площади горизонтального сечения изложницы. W R - protective gas feed rate during casting, m 3 / s, (W R > 0). 10. In the device for implementing the method according to claim 1, comprising a pallet with one or more molds installed on it, a gating system and a container for a feeding melt ingot connected to the molds, a refrigerator with one or more openings for the exit of gases located in the upper part of the mold , according to the invention, the total flow area of all openings for the exit of gases from the mold is 0.00001 - 0.1 of the horizontal cross-sectional area of the mold.
11. В устройстве по одному из пунктов 9 или 10, согласно изобретению, нижняя часть емкости для питающего слиток расплава расположена ниже, а уровень заполнения расплава в ней выше верхнего уровня получаемого слитка.  11. In the device according to one of paragraphs 9 or 10, according to the invention, the lower part of the vessel for supplying the melt ingot is lower, and the level of filling of the melt in it is higher than the upper level of the obtained ingot.
12. В устройстве по одному из пунктов 9 или 10, согласно изобретению, контактирующая с расплавом поверхность холодильника выполнена в виде надставки или части изложницы, задающей форму головы слитка.  12. In the device according to one of paragraphs 9 or 10, according to the invention, the surface of the refrigerator in contact with the melt is made in the form of an extension or part of a mold that defines the shape of the head of the ingot.
13. В устройстве по одному из пунктов 9 или 10, согласно изобретению, холодильник выполнен с возможностью размещения на заданном уровне по высоте изложницы.  13. In the device according to one of paragraphs 9 or 10, according to the invention, the refrigerator is arranged to be placed at a predetermined level in height of the mold.
14. В устройстве по одному из пунктов 9 или 10, согласно изобретению, в верхней части изложницы расположена сменная газоподводящая трубка для подачи защитного газа, нижний конец которой находится внутри изложницы.  14. In the device according to one of paragraphs 9 or 10, according to the invention, in the upper part of the mold there is a replaceable gas supply pipe for supplying protective gas, the lower end of which is inside the mold.
15. В устройстве по одному из пунктов 9 или 10, согласно изобретению, в зоне формирования нижней части слитка расположен утеплитель. 15. In the device according to one of paragraphs 9 or 10, according to the invention, a heater is located in the formation zone of the lower part of the ingot.
Известно, что на качество поверхности слитка большое влияние оказывает окисление его поверхности кислородом воздуха. Также, при окислении расплава в изложнице атмосферным кислородом в процессе разливки происходит ухудшение поверхности слитка. Поэтому суммарное проходное сечение отверстий и зазоров в верхней части изложницы должно быть меньше, чем сечение изложницы. Тогда при заполнении металлом, а тем более при подаче газов в изложницы в процессе разливки, создается повышенное давление над расплавом в изложницах. Происходит выход газа из изложницы под давлением, что препятствует диффузии атмосферного воздуха в изложницу. Таким образом, повышенное давление газов в изложнице препятствует контакту расплава с атмосферным кислородом, что предотвращает окисление поверхности металла и образование поверхностных дефектов на слитках, например, из-за заворота корочек. Наличие воздуха в изложнице до начала разливки без его поступления в процессе разливки не имеет решающего воздействия на поверхность слитка, поскольку 1 тонна расплава замещает в изложнице 140 л воздуха с содержанием кислорода 21% (около 30 л кислорода на 1 т стали). Учитывая, что попадая в изложницу расплав быстро нагревает воздух, который там находится, до 1000- 150043 и при этом 80-90% воздуха выходит из изложницы, не имея контакта с расплавом, а оставшийся воздух, способен окислить в ходе разливки менее 15 г железа на 1 тонну слитка. It is known that the surface quality of the ingot is greatly affected by the oxidation of its surface with atmospheric oxygen. Also, during the oxidation of the melt in the mold with atmospheric oxygen during casting, the surface of the ingot deteriorates. Therefore, the total passage section of the holes and gaps in the upper part of the mold should be less than the cross section of the mold. Then, when filling with metal, and especially when supplying gases to the molds during the casting process, increased pressure is created over the melt in the molds. Gas escapes from the mold under pressure, which prevents diffusion of atmospheric air into the mold. Thus, the increased gas pressure in the mold prevents the contact of the melt with atmospheric oxygen, which prevents oxidation of the metal surface and the formation of surface defects on ingots, for example, due to inversion of crusts. The presence of air in the mold before casting without entering it during casting does not have a decisive effect on the surface of the ingot, since 1 ton of melt replaces 140 liters of air with 21% oxygen content (about 30 liters of oxygen per 1 ton of steel) in the mold. Given that getting into the mold, the melt quickly heats the air that is there, up to 1000-150043 and at the same time 80-90% of the air leaves the mold without contact with the melt, and the remaining air is able to oxidize less than 15 g of iron during casting per 1 ton of ingot.
Предварительное удаление из газовой фазы изложницы кислорода, или его замещение на инертный газ, устраняет проблему окисления поверхности формируемого слитка в процессе разливки.  Preliminary removal of the mold of oxygen from the gas phase, or its substitution with an inert gas, eliminates the problem of oxidation of the surface of the formed ingot during casting.
В процессе заполнения изложницы расплавом давление газов в ней должно превышать атмосферное на 1 - 300000 Па. При избыточном давлении менее 1 Па в изложницу попадает атмосферный кислород, что приводит к окислению расплава и ухудшению поверхности слитка. При избыточном давлении более 300000 Па давление газов в изложнице может превысить давление расплава на входе в изложницу, что приведет к прекращению заполнения изложницы расплавом, а также может выдавить расплав из литниковой системы. После окончания разливки допускается наличие некоторого количества газов над слитком, формирующихся при наличии ферростатичного давления в литниковой системе и достаточном количестве питающего слиток расплава.  In the process of filling the mold with the melt, the gas pressure in it should exceed atmospheric by 1 - 300000 Pa. At an excess pressure of less than 1 Pa, atmospheric oxygen enters the mold, which leads to oxidation of the melt and deterioration of the surface of the ingot. At an overpressure of more than 300,000 Pa, the gas pressure in the mold can exceed the melt pressure at the inlet to the mold, which will lead to the termination of the mold filling with the melt, and can also squeeze the melt out of the gate system. After the casting is completed, a certain amount of gases above the ingot is allowed, which are formed in the presence of ferrostatic pressure in the gating system and a sufficient amount of melt supplying the ingot.
Для достижения оптимального режима отливки слитка, по предлагаемой технологии, при заполнении изложницы расплавом устройство должно обеспечивать давление газов в ней, достаточное для предотвращения попадания внутрь изложницы атмосферного кислорода. Это достигается изготовлением верха изложницы (или соединенного с изложницей холодильника) таким образом, чтобы суммарное проходное сечение всех отверстий для выхода газов из изложницы, не превышало определенной величины, которая связана с расходом расплава, поступающего в изложницу, и с расходом защитного газа, подаваемого в изложницу. Тогда обеспечивается минимально необходимое избыточное давление газов в изложнице и достаточная скорость газового потока на выходе из изложницы. Нижняя граница суммарного проходного сечения всех отверстий для выхода газов, заявленная в п. 9 формулы изобретения, обеспечивает выполнение задачи изобретения при минимальной скорости разливки без подачи защитного газа в ходе разливки. Верхняя граница суммарного проходного сечения всех отверстий для выхода газов, заявленная в п. 9 формулы, обеспечивает выполнение задачи изобретения при максимальной скорости разливки и с максимальным расходом защитного газа в ходе разливки, что может потребоваться при необходимости барботажа защитного газа через слой расплава, например, с целью насыщения металла азотом. To achieve the optimal casting mode of the ingot, according to the proposed technology, when filling the mold with a melt, the device should provide a gas pressure in it sufficient to prevent atmospheric oxygen from entering the mold. This is achieved by manufacturing the top of the mold (or connected to the mold of the refrigerator) in such a way that the total bore of all the gas outlet openings from the mold does not exceed a certain value, which is associated with the flow of melt entering the mold and the flow of protective gas supplied to mold. Then the minimum necessary excessive gas pressure in the mold and a sufficient gas flow rate at the outlet of the mold. The lower boundary of the total cross-sectional area of all gas outlet openings, as claimed in claim 9, provides for the fulfillment of the object of the invention at a minimum pouring speed without supplying protective gas during the casting. The upper boundary of the total cross-sectional area of all gas outlet openings, as claimed in claim 9, ensures the fulfillment of the object of the invention at the maximum pouring speed and with the maximum shielding gas flow during the casting, which may require sparging of the shielding gas through the melt layer, for example, in order to saturate the metal with nitrogen.
Нижняя граница суммарного проходного сечения всех отверстий для выхода газов, отходящих из изложницы, определяется условием, что отходящие газы не должны создавать в изложнице давление, превышающее давление жидкого расплава в литниковой системе.  The lower boundary of the total flow cross-section of all openings for the exit of gases leaving the mold is determined by the condition that the exhaust gases should not create a pressure in the mold exceeding the pressure of the liquid melt in the gate system.
Отношение суммарного проходного сечения всех отверстий для выхода газов из изложницы, при максимальной скорости заполнения металлом и подаче защитного газа, не должно составлять более 0,1 сечения изложницы, поскольку при больших значениях этого показателя осложняется замораживание герметичной пробки в верхней части слитка. При отсутствии подачи защитного газа в изложницу и при скорости заполнения изложницы металлом около 0,2 т/мин суммарное проходное сечение всех отверстий для выхода газов из изложницы, следует выбирать в пределах 0,00001 - 0,001 площади горизонтального сечения изложницы.  The ratio of the total flow cross-section of all openings for the exit of gases from the mold, at the maximum rate of filling with metal and the supply of protective gas, should not exceed 0.1 cross-sections of the mold, since at high values of this indicator it is difficult to freeze the sealed plug in the upper part of the ingot. If there is no supply of protective gas to the mold and when the mold is filled with metal about 0.2 t / min, the total flow area of all openings for the exit of gases from the mold should be selected within the limits of 0.00001 - 0.001 of the horizontal cross-sectional area of the mold.
При значении вышеупомянутого соотношения ниже 0,00001 при разливке создается высокое давление внутри изложницы, что существенно усложняет разливку и может привести к твердению расплава до заполнения изложницы. В результате этого может произойти снижение выхода годного продукта и ухудшение качества слитка из-за прекращения его питания расплавом, которое необходимо для реализации предлагаемого технического решения.  If the value of the above ratio is below 0.00001, high pressure is created inside the mold during casting, which greatly complicates the casting and can lead to hardening of the melt before filling the mold. As a result of this, a decrease in the yield of the product and deterioration in the quality of the ingot due to the termination of its supply with the melt, which is necessary for the implementation of the proposed technical solution, can occur.
Для предотвращения контакта расплава с кислородом воздуха, в соответствии с предлагаемым техническим решением, заполнение изложницы металлом ведут в среде защитного газа. Возможны следующие приемы. 1. Связывание кислорода воздуха реакцией с восстановителями, в качестве которых могут выступать металлы, более активные, чем железо (алюминий, магний и др.), углеродосодержащие вещества (кокс, древесный уголь, опилки, другие органические вещества), которые размещаются до разливки в изложнице в необходимом количества (достаточная масса используемого восстановителя значительно меньше, чем масса используемых в настоящее время смесей утеплителей). При заполнении расплавом восстановитель нагревается и реагирует с кислородом воздуха. Таким образом, кислород воздуха переводится в связанное состояние и не может окислять расплав. Количество образующегося оксида металла или оксида углерода, существенно не влияет на качество слитка. При использовании углесодержащих веществ продукты реакции переходят в газовую фазу и удаляются из изложницы при разливке, не ухудшая качество слитка. To prevent contact of the melt with atmospheric oxygen, in accordance with the proposed technical solution, the mold is filled with metal in a protective gas medium. The following tricks are possible. 1. The binding of air oxygen by reaction with reducing agents, which can be metals that are more active than iron (aluminum, magnesium, etc.), carbon-containing substances (coke, charcoal, sawdust, other organic substances), which are placed before casting in the mold in the required quantity (a sufficient mass of the reducing agent used is much less than the mass of the currently used heat insulation mixtures). When filled with a melt, the reducing agent heats up and reacts with atmospheric oxygen. Thus, air oxygen is transferred into a bound state and cannot oxidize the melt. The amount of metal oxide or carbon monoxide formed does not significantly affect the quality of the ingot. When using carbon-containing substances, the reaction products pass into the gas phase and are removed from the mold during casting, without affecting the quality of the ingot.
2. Подача в изложницу продуктов сгорания в воздухе газообразного восстановителя позволяет заполнить изложницу газовой смесью, не содержащей кислорода, и состоящей из остальных компонентов воздуха, а также СО, СОг, воды. Кислородсодержащих компонентов в смеси немного.  2. The supply of a gaseous reducing agent to the mold of combustion products in the air allows the mold to be filled with a gas mixture containing no oxygen, and consisting of the remaining components of the air, as well as CO, COg, water. Oxygen-containing components in the mixture are few.
3. Подача в изложницу защитного газа перед разливкой позволяет удалить из изложницы воздух и создать в ней неокислительную атмосферу.  3. The supply of protective gas to the mold before casting allows you to remove air from the mold and create a non-oxidizing atmosphere in it.
4. Подача защитного газа в изложницу, в процессе заполнения металлом, позволяет дополнительно поднять давление защитного газа в изложнице, увеличить скорость выхода газов и тем самым надежнее предотвратить попадание кислорода в изложницу и его контакт с расплавом.  4. The supply of protective gas to the mold during filling with metal allows one to additionally increase the pressure of the protective gas in the mold, increase the rate of gas exit and thereby more reliably prevent the ingress of oxygen into the mold and its contact with the melt.
В качестве защитного газа можно использовать любой неокислительный газ, который не реагирует с металлом, который разливается. Это может быть воздух, из которого удален кислород, азот, аргон, другой инертный газ, газ- восстановитель, например, СО, а в некоторых случаях слабый окислитель - СОг.  As a shielding gas, you can use any non-oxidizing gas that does not react with the metal that spills. It can be air from which oxygen, nitrogen, argon, another inert gas, a reducing gas, for example, СО, and, in some cases, a weak oxidizing agent, СОг, are removed.
При использовании газа-восстановителя, в целях безопасности, необходимо заранее заполнить изложницу инертным или углекислым газом, а затем заполнять восстановителем и дожигать газы на выходе из изложницы. Защитный газ перед разливкой может подаваться в каждую изложницу отдельно, или во все вместе, через отверстие в одной из изложниц, или через отверстие в каждой изложнице, либо через центровую. When using a reducing gas, for safety reasons, it is necessary to pre-fill the mold with inert or carbon dioxide, and then fill it with the reducing agent and burn the gases at the exit of the mold. Before casting, shielding gas can be supplied to each ingot mold separately, or collectively, through an opening in one of the ingot molds, or through an opening in each ingot mold, or through a center one.
Защитный газ в ходе разливки может подаваться в изложницу через отверстие в верхней части изложницы или в холодильнике.  Shielding gas may be supplied to the mold during casting through an opening in the upper part of the mold or in the refrigerator.
Местом введения защитного газа может выступать отверстие в дне перевернутой глуходонной изложницы, отверстие в верхней части глухой изложницы или в специальном холодильнике, соединенном с изложницей, либо в лежащем на верхнем торце изложницы холодильнике. Основным условием этого приема является вытеснение воздуха защитным газом, и предотвращение попадания воздуха внутрь изложницы при разливке.  The place of introduction of the shielding gas may be a hole in the bottom of the inverted deaf-ingot mold, an opening in the upper part of the blank mold or in a special refrigerator connected to the mold, or in the refrigerator lying on the upper end of the mold. The main condition for this technique is the displacement of air by shielding gas, and the prevention of air ingress into the mold during casting.
Трубку необходимо опустить внутрь изложницы ниже заданного уровня заполнения изложницы металлом, чтобы газ, выходящий из изложницы через выпоры (сквозные отверстия для выхода газов из изложницы), не смешивался с защитным газом, который подается через газоподающую трубку. Для предотвращения смешивания потоков газов, подаваемых и отходящих, трубку желательно заглубить более, чем на 50 мм ниже заданного уровня заполнения изложницы металлом. При использовании защитного газа с низкой плотностью трубка может быть заглублена до дна изложницы. Для предотвращения ударного действия расплава на холодильник и выброса расплава из изложницы, желательно остановить поток металла за 200 - 50 мм до подхода уровня расплава до заданного уровня заполнения изложницы. Газоподводящая трубка для этого должна быть заглублена на 50 - 300 мм ниже заданного уровня заполнения изложницы. До контакта расплава с трубкой струя подаваемого газа на выходе из трубки попадает в газовую среду и не встречает большого сопротивления. При контакте расплава с газоподводящей трубкой, газовая струя попадает в плотную среду и давление в газоподводящей системе, резко возрастает. Это легко зарегистрировать с помощью манометра или за счет выхода газового потока из клапана, который срабатывает при превышении заданного давления. Также это можно зафиксировать по появлению пыли над выпорами (сквозными отверстиями для выхода газов из изложницы). Важнейшим условием предлагаемой технологии является наличие ферростатичного давления в изложнице в момент начала формирования слитка - сразу после заполнения изложницы расплавом. Именно ферростатичное давление позволяет компенсировать потерю расплава в верхней части слитка при кристаллизации расплава и обеспечивает герметичность формируемой позднее усадочной полости. The tube must be lowered into the mold below a predetermined level of mold filling with metal so that the gas leaving the mold through the stoppers (through holes for the gases to escape from the mold) does not mix with the protective gas that is supplied through the gas supply pipe. To prevent mixing of the flow of gases supplied and exhausted, it is desirable to deepen the tube more than 50 mm below a predetermined level of mold filling with metal. When using shielding gas with a low density, the tube may be buried to the bottom of the mold. To prevent the shock action of the melt on the refrigerator and ejection of the melt from the mold, it is advisable to stop the metal flow 200 to 50 mm before the melt reaches the predetermined mold fill level. The gas supply pipe for this should be buried 50 - 300 mm below the specified mold fill level. Before the melt comes into contact with the tube, the jet of supplied gas at the outlet of the tube enters the gaseous medium and does not encounter much resistance. When the melt comes into contact with the gas supply tube, the gas jet enters a dense medium and the pressure in the gas supply system rises sharply. This can be easily detected using a pressure gauge or due to the exit of the gas stream from the valve, which is triggered when the set pressure is exceeded. This can also be fixed by the appearance of dust above the supports (through holes for the exit of gases from the mold). The most important condition of the proposed technology is the presence of ferrostatic pressure in the mold at the time the ingot begins to form — immediately after the mold is filled with melt. It is the ferrostatic pressure that makes it possible to compensate for the loss of the melt in the upper part of the ingot during crystallization of the melt and ensures the tightness of the shrink cavity formed later.
Для создания ферростатичного давления после наполнения изложницы необходимо подкачивать расплав до перемерзания литников (литниковой системы). Это можно делать медленно, доливая расплав в центровую, или заполнив емкость необходимым количеством дополнительного расплава. Важным условием питания слитка, отлитого по предлагаемому техническому решению, является наличие расплава выше верхнего торца слитка. При этом расположение нижней части такой емкости для питающего слиток расплава не имеет значения и может быть как ниже, так и выше заданного уровня заполнения изложницы металлом. Расположение нижней части такой емкости ниже заданного уровня заполнения изложницы металлом, упрощает ее крепления.  To create a ferrostatic pressure after filling the mold, it is necessary to pump the melt until the gates (the gating system) freeze. This can be done slowly, adding to the center melt, or filling the tank with the necessary amount of additional melt. An important condition for the nutrition of the ingot cast according to the proposed technical solution is the presence of a melt above the upper end of the ingot. Moreover, the location of the lower part of such a container for the melt supplying the ingot does not matter and can be either lower or higher than the specified level of mold filling with metal. The location of the lower part of such a tank below a given level of mold filling with metal, simplifies its fastening.
При получении поковок из кузнечных слитков обычно необходима определенная форма головы слитка - ее держат манипулятором и поворачивают слиток во время ковки. Для получения необходимой формы головы слитка целесообразно сделать надставку-удлинитель - холодильник соответствующей формы и размеров, для контакта поверхности расплава с холодильником, выполненный в виде надставки или части изложницы, которая формирует голову слитка. В отличие от прибыльной надставки, применяемой в обычных слитках, такая голова имеет необходимую форму, качественную поверхность, и минимальный необходимый размер, а также ее можно проковывать, поскольку эта часть слитка будет иметь хорошее качество поверхности и хорошую макроструктуру, а усадочная полость в слитке заваривается. Все это позволяет снизить потери металла в обрезь по сравнению с обычными слитками.  When receiving forgings from blacksmith ingots, a certain shape of the head of the ingot is usually necessary - it is held by the manipulator and the ingot is turned during forging. To obtain the necessary shape of the head of the ingot, it is advisable to make an extension extension — a refrigerator of the corresponding shape and size, for contacting the surface of the melt with the refrigerator, made in the form of an extension or part of the mold that forms the head of the ingot. Unlike the profitable extension used in conventional ingots, such a head has the necessary shape, high-quality surface, and the minimum required size, and it can also be forged, since this part of the ingot will have good surface quality and good macrostructure, and the shrink cavity in the ingot is welded . All this allows to reduce the loss of metal in the edge compared to conventional ingots.
При отливке слитков возможны случаи, когда целесообразно иметь большой набор слитков по массе. Чтобы не увеличивать парк изложниц делают заполнение изложниц металлом на разную высоту. При фиксированной высоте расположения холодильника такой эффект не достигается, что может привести к снижению выхода годного продукта из-за невозможности использования части слитка для прокатки (немерные подкаты). Эта задача решается использованием холодильников, которые можно разместить внутри изложницы на заданной высоте. When casting ingots, there may be cases when it is advisable to have a large set of ingots by weight. In order not to increase the stock of molds, molds are filled with metal at different heights. With a fixed height of the refrigerator, this effect is not achieved, which can lead to reduced yield of the product due to the inability to use part of the ingot for rolling (unmeasured rolls). This problem is solved using refrigerators that can be placed inside the mold at a given height.
Для подачи защитного газа удобно использовать сменную газоподводящую трубку в верхней части изложницы. Нижний конец трубки можно устанавливать на необходимой высоте, ниже заданного уровня заполнения изложницы металлом. Тогда при подходе расплава к месту подвода газа нижний конец трубки располагается под слоем расплава. Давление в газоподводящей трубке резко возрастает, что является индикатором нахождения уровня расплава на определенном уровне. Другим индикатором является выход пыли из выпоров (сквозных отверстий для выхода газов из изложницы).  It is convenient to use a replaceable gas supply tube in the upper part of the mold to supply protective gas. The lower end of the tube can be installed at the required height, below a given level of mold filling with metal. Then, when the melt approaches the gas supply point, the lower end of the tube is located under the melt layer. The pressure in the gas supply tube increases sharply, which is an indicator of the melt level being at a certain level. Another indicator is the dust exit from the supports (through holes for the exit of gases from the mold).
Примеры реализации изобретения Examples of the invention
Способ может быть реализован при сифонной разливке и при разливке сверху.  The method can be implemented with siphon casting and with casting from above.
Для реализации способа предложены варианты устройств, некоторые из которых представлены на фигурах 1 , 2, 3, 4.  To implement the method proposed device options, some of which are presented in figures 1, 2, 3, 4.
Фиг. 1 - разливка стали (расплава) сифоном с подпиткой через литниковую систему, из емкости, расположенной над центровой с подачей защитного газа. Голова слитка может быть плоской или иметь необходимую форму и размеры.  FIG. 1 - casting of steel (melt) with a siphon, fed through a gating system, from a tank located above the center with a protective gas supply. The head of the ingot may be flat or have the necessary shape and size.
Нижняя часть емкости для питающего слиток расплава может быть расположена как выше, так и ниже уровня заполнения изложницы металлом.  The lower part of the vessel for feeding the melt ingot can be located both above and below the level of filling the mold with metal.
Фиг. 2 - разливка стали (расплава) сифоном или сверху с подпиткой через литниковую систему из емкости, расположенной над центровой (вариант 1), или из емкости, расположенной над изложницей (вариант 2).  FIG. 2 - casting of steel (melt) with a siphon or from above with feeding through the sprue system from the tank located above the center (option 1), or from the tank located above the mold (option 2).
Фиг. 3 - разливка стали (расплава) сифоном с подпиткой через литниковую систему из емкости, расположенной над центровой. Холодильники изготовлены с возможностью их размещения внутри изложницы на необходимом уровне. Фиг. 4 - разливка стали (расплава) сифоном с подпиткой через литниковую систему за счет прибыльной надставки, установленной на поддоне обычной изложницы с прибылью. FIG. 3 - casting of steel (melt) with a siphon with make-up through the gating system from a tank located above the center. Refrigerators are made with the possibility of their placement inside the mold at the required level. FIG. 4 - casting of steel (melt) with a siphon with feeding through the gating system due to a profitable extension installed on the pallet of a conventional mold with profit.
На всех фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.  In all figures, the same elements are denoted by the same positions.
Устройство имеет емкость для расплава 1 (фиг. 1-4), сопряженную с помощью литниковой системы 2 с изложницами 4 (не имеющими прибыльной надставки), установленными на поддоне 3. Верхом изложницы 5 является или глухое дно перевернутой глуходонной изложницы или крышка-холодильник, установленная на верхнем торце сквозной изложницы. Дно глуходонной изложницы или крышка- холодильник может быть плоским или иметь форму и размеры, необходимые для дальнейшего использования, например, для захвата манипулятором при ковке. В верхней части изложницы расположены выпоры - сквозные отверстия для выхода газа, а также отверстие для ввода газоподводящей трубки, через которую в изложницу подают защитный газ.  The device has a capacity for the melt 1 (Fig. 1-4), interfaced with the help of the gating system 2 with molds 4 (without a profitable extension) mounted on the pallet 3. The top of the mold 5 is either a blank bottom of an inverted deaf mold or a refrigerator lid, mounted on the upper end of the through mold. The bottom of the deep-sea mold or the refrigerator lid may be flat or have the shape and dimensions necessary for further use, for example, for capture by the manipulator during forging. In the upper part of the mold there are supports - through holes for the exit of gas, as well as an opening for introducing a gas supply tube through which protective gas is supplied to the mold.
В качестве емкости для питающего слиток расплава может использоваться отдельная емкость (футерованная или керамическая, преимущественно утепленная), установленная на центровой 6, или изготовлена как одно целое с центровой (фиг.1, 2, 3). Также емкость может быть размещена над изложницей (рис. 2) и соединена с изложницей литниковой системой. Роль литниковой системы, которая питает слиток в начале кристаллизации, может выполнять сифонная проводка при расположении емкости над центровой, или стакан при расположении емкости над изложницей, которую питают.  As a container for feeding the melt ingot, a separate container (lined or ceramic, mainly insulated) installed on the center 6, or made as a unit with the center (Fig. 1, 2, 3) can be used. Also, the container can be placed above the mold (Fig. 2) and connected to the mold by the gate system. The role of the gate system, which feeds the ingot at the beginning of crystallization, can be performed by siphon wiring when the container is located above the center, or a glass when the container is located above the mold that is fed.
Емкостью для питающего слиток расплава, по предлагаемому способу, при сифонной разливке также может быть часть прибыльной надставки другой изложницы (для получения слитка с прибылью), установленная на том же поддоне и соединенная с ним сифонной проводкой (фиг. 4). При этом часть прибыльной надставки, которая питает слиток, получаемый по предлагаемому способу, расположена выше верхнего края питаемого слитка, а низ прибыли питаемого слитка - ниже верхнего края того же слитка.  The capacity for supplying the melt ingot, according to the proposed method, during siphon casting, can also be part of the profitable extension of another mold (to obtain an ingot with profit) installed on the same pallet and connected to it by siphon wiring (Fig. 4). Moreover, part of the profitable extension that feeds the ingot obtained by the proposed method is located above the upper edge of the fed ingot, and the bottom profit of the fed ingot is lower than the upper edge of the same ingot.
При использовании холодильников 7 (фиг. 3), с возможностью их размещения внутри изложницы на необходимом уровне, выполняется надежное уплотнение зазора между изложницей и холодильником из расчета обеспечения необходимого суммарного проходного сечения отверстий, через которые выходят газы из изложниц. Также обеспечивается надежное крепление крышки с отверстиями 8 холодильника 7 к изложнице 5. When using refrigerators 7 (Fig. 3), with the possibility of their placement inside the mold at the required level, reliable sealing the gap between the mold and the refrigerator in order to ensure the required total bore of the holes through which the gases exit the molds. It also provides reliable fastening of the cover with holes 8 of the refrigerator 7 to the mold 5.
Большое значение для качества слитка имеет однородность сердцевины. Of great importance for the quality of the ingot is the uniformity of the core.
При затвердевании слитка наиболее качественный металл кристаллизуется у поверхности слитка. С перемещением фронта кристаллизации в центр развиваются ликвационные процессы, что приводит к появлению в осевой зоне положительной и отрицательной ликваций - зон с пониженным и повышенным содержанием вредных примесей. Область высокой ликвации в горячедеформированном металле может привести к расслоению и другим недостаткам слитка. When the ingot solidifies, the highest quality metal crystallizes at the surface of the ingot. With the crystallization front moving to the center, segregation processes develop, which leads to the appearance in the axial zone of positive and negative segregations - zones with a low and high content of harmful impurities. The area of high segregation in a hot-deformed metal can lead to delamination and other defects of the ingot.
В слитках, имеющих прибыльную часть, положительная ликвация наблюдается в виде ликвационной лунки, расположенной на несколько сантиметров ниже дна усадочной раковины. Это связано с тем, что фронт кристаллизации в осевой части слитка движется снизу вверх и последняя порция жидкого металла затвердевает вблизи прибыльной части, где находится последняя порция жидкого металла.  In ingots having a profitable part, positive segregation is observed in the form of a segregation hole located a few centimeters below the bottom of the shrink shell. This is due to the fact that the crystallization front in the axial part of the ingot moves from bottom to top and the last portion of the liquid metal solidifies near the profitable part, where the last portion of the liquid metal is located.
В слитках с холодильником в верхней части (прототип) ликвация существенно ниже, чем в слитках с прибылью из-за отсутствия теплового центра в верхней части слитка. Однако при разливке стали с высоким содержанием ликвационных элементов на дне усадочной полости (на высоте около 40% от верха слитка) могут скапливаться ликваты. При малом количестве ликватов на дне полости при прокатке слитка полость заваривается, но в прокате (поковке) может наблюдаться небольшая рыхлость. При большой ликвации в слитке (если много ликвационных элементов в металле, большое сечение слитка и, следовательно, длительный процесс кристаллизации) на дне усадочной полости скапливаются ликваты, ухудшая макроструктуру металлопроката или поковки.  In bullion with a refrigerator in the upper part (prototype), segregation is significantly lower than in bullion with profit due to the lack of a heat center in the upper part of the ingot. However, when casting steel with a high content of liquation elements at the bottom of the shrink cavity (at an altitude of about 40% of the top of the ingot), liquids can accumulate. With a small number of liquids at the bottom of the cavity during rolling of the ingot, the cavity is welded, but a little friability may be observed at the box office (forging). With large segregation in the ingot (if there are a lot of segregation elements in the metal, a large cross-section of the ingot and, therefore, a long crystallization process), liquates accumulate at the bottom of the shrinkage cavity, worsening the macrostructure of the rolled metal or forging.
Для того, чтобы ликваты не скапливались в средней части слитка и не ухудшали макроструктуру проката (поковки) их следует вывести в головную обрезь. В прототипе проводят удаление ликватов с середины слитка в его головную часть. Это достигается переворачиванием слитка на угол не менее 70 градусов за определенное время до момента его полного затвердевания, чтобы жидкие ликваты стекли к голове (головной части) слитка и после прокатки (или ковки) их можно было удалить вместе с головной частью слитка. In order for the liquids not to accumulate in the middle part of the ingot and not to worsen the macrostructure of rolled products (forgings), they should be brought into the head edge. In the prototype, liquids are removed from the middle of the ingot to its head. This is achieved by turning the ingot at an angle of at least 70 degrees for a certain time until it is completely solidified so that liquid liquids flow to the head (head part) of the ingot and after rolling (or forging) they can be removed together with the head part of the ingot.
Предлагаемое техническое решение является развитием способа- прототипа.  The proposed technical solution is the development of the prototype method.
В предлагаемом техническом решении предусматривается переместить ликваты в донную часть слитка. Это достигается за счет утепления нижней части при охлаждении верха слитка и подпиткой его расплавом, подаваемым под ферростатичным давлением в течение определенного времени после заполнения изложницы. Утепление нижней части слитка создает в этой области тепловой центр, который за счет конвективного перемешивания расплава в слитке, который кристаллизуется, способствует повышению качества макроструктуры затвердевшего металла и снижению ликвации, а также перемещает низ усадочной полости к дну слитка. В зависимости от соотношения высоты и горизонтального сечения слитка, а также от места расположения, теплопроводности и высоты слоя утеплителя дно усадочной полости можно переместить на разный уровень, включая дно слитка. В последнем случае после прокатки ликваты остаются в донной обрези.  The proposed technical solution provides for the transfer of liquids to the bottom of the ingot. This is achieved by warming the lower part when cooling the top of the ingot and by feeding it with a melt supplied under ferrostatic pressure for a certain time after filling the mold. Warming of the lower part of the ingot creates a heat center in this area, which, due to convective mixing of the melt in the ingot, which crystallizes, improves the quality of the hardened metal macrostructure and reduces segregation, and also moves the bottom of the shrinkage cavity to the bottom of the ingot. Depending on the ratio of the height and horizontal section of the ingot, as well as on the location, thermal conductivity and height of the insulation layer, the bottom of the shrink cavity can be moved to a different level, including the bottom of the ingot. In the latter case, after rolling, the liquids remain in the bottom edge.
В результате этого, не увеличивая количество донной обрези можно существенно повысить качество макроструктуры проката.  As a result of this, without increasing the number of bottom trimmings, it is possible to significantly improve the quality of the rolled metal macrostructure.
Способ осуществляют следующим образом.  The method is as follows.
На поддоне устанавливают одну или несколько изложниц без прибыльных надставок с размещенными в их верхней части холодильниками с выпорами.  On the pallet, one or more molds are installed without profitable extensions with refrigerators with supports placed in their upper part.
Расплав заливают с избытком через литниковую систему в установленные на поддоне одну или несколько изложниц, под ферростатичным давлением замораживают верхнюю часть слитка, который формуется, при одновременной подаче в тело слитка через литниковую систему расплава из емкости, уровень заполнения расплава в которой расположен выше верхней точки получаемого слитка. При поднятии уровня расплава над ним создается избыточное давление газов вследствие прохождения тех газов, которые отходят через выпоры (сквозные отверстия для выхода газов из изложницы). The melt is poured in excess through the gating system into one or more molds mounted on the pallet, under the ferrostatic pressure the upper part of the ingot is frozen, which is molded, while the ingot is fed into the body through the gating system from the tank, the melt filling level in which is located above the upper point of the obtained ingot. When the melt level rises above it, excess pressure is created gases due to the passage of those gases that escape through the supports (through holes for the exit of gases from the mold).
Для улучшения качества поверхности до разливки дополнительно через центровую или через отверстия в верхней части изложниц (или в холодильниках) заполняют изложницы защитным газом или помещают в изложницу вещество, которое при высокой температуре реагирует с кислородом. Для реакции с кислородом, находящимся в изложнице, используют 0,8-1,2 от стехиометрического количества такого вещества. Дополнительно можно подавать защитный газ в ходе разливки. Можно использовать защитный газ только при разливке без предварительного заполнения изложниц до разливки. В процессе разливки можно подавать защитный газ во все изложницы или в одну- две изложницы на поддоне. Последний вариант полезен для определения времени достижения расплавом определенной высоты заполнения изложницы металлом.  To improve the quality of the surface before casting, additionally through the center or through the holes in the upper part of the molds (or in refrigerators) fill the molds with protective gas or put into the mold a substance that reacts with oxygen at high temperature. For the reaction with oxygen in the mold, 0.8-1.2 of the stoichiometric amount of such a substance is used. Additionally, shielding gas can be supplied during the casting. You can use shielding gas only during casting without first filling the molds before casting. During casting, shielding gas can be supplied to all molds or to one or two molds on a pallet. The latter option is useful for determining the time when the melt reaches a certain height of the mold filling with metal.
Наиболее эффективным с точки зрения качества слитка является способ разливки, который предусматривает заполнение изложницы защитным газом до разливки через центровую, подачу защитного газа под небольшим давлением в ходе разливки в 1-2 изложницы (для определения времени заполнения изложниц металлом до определенного уровня), прекращение подачи защитного газа после контакта расплава с газоподводящей трубкой, или холодильником.  The most effective from the point of view of the quality of the ingot is the casting method, which involves filling the mold with shielding gas before casting through the center, supplying protective gas under low pressure during casting to 1-2 molds (to determine the time for filling molds with metal to a certain level), stopping the feed shielding gas after contact of the melt with a gas supply pipe, or a refrigerator.
В условиях действующего металлургического производства были проведены испытания способа и устройства, которые заявляются.  Under the conditions of the current metallurgical production, tests of the method and device have been carried out, which are claimed.
С электросталеплавильной печи емкостью 150 т отлили слитки стали марки 55, массой по 5 тонн, в расширяющиеся книзу глуходонные изложницы с выпорами (сквозными отверстиями для выхода газов из изложницы), а также в изложницы, расширяющиеся книзу с крышками-холодильниками. Крышки- холодильники выполнялись с разным количеством и суммарным сечением отверстий для выхода газов. В дополнительное отверстие крышки-холодильника установлена трубка для определения давления в изложнице. На другом конце трубки размещен манометр.  From an electric steel furnace with a capacity of 150 tons, ingots of steel of grade 55, weighing 5 tons each, were cast into deep-bloomed ingot molds with supports (through holes for the exit of gases from the ingot mold), as well as into ingots expanding downward with lids-coolers. Lids-coolers were made with different numbers and total cross-sections of openings for the exit of gases. A tube is installed in the additional hole of the refrigerator lid to determine the pressure in the mold. At the other end of the tube is a pressure gauge.
Получение слитков по предлагаемой технологии проводили без использования смесей утеплителей в изложницах. Пример 1. Obtaining ingots according to the proposed technology was carried out without the use of mixtures of heaters in the molds. Example 1
На одноместном поддоне разместили центровую и перевернутую пятитонную глуходонные изложницу без прибыльной надставки. Поперечное сечение изложницы в широкой части составляет 730x660 мм, в узкой части - 598x518 мм, высота слитка - 1960 мм. Отверстие в дне изложницы имеет диаметр 110 мм (в эксперименте дно перевернутой изложницы является холодильником для верха слитка). В отверстие дна изложницы герметично установили стальной цилиндр с отверстием вдоль оси диаметром 50 мм. У него установили кислородную (газопрдводящую) трубку диаметром 18 мм, на которую надели картонную трубку диаметром 45 мм и пространство между трубками заполнили теплоизолятором. Сечение для выхода газов равнялось 3,7 см2 при сечении изложницы в верхней части - 3100 см2, т.е. сечение для выхода газов составило 0,0012 от площади поперечного горизонтального сечения изложницы. Нижний конец кислородной (газоподводящей) трубки разместили на 200 мм ниже заданного уровня заполнения изложницы расплавом. Через тройник подключили аргон и установили клапан, срабатывающий при избыточном давлении в системе выше 0,05 атм. За 5 минут до разливки заполнили изложницу аргоном и продолжали подавать аргон при разливке. Время наполнения изложницы металлом составило 4 минуты. После заполнения изложницы металлом до газоподающей трубки подачу аргона прекратили, уменьшили поток расплава и в течение 1 мин заполнили изложницу и центровую. A central and inverted five-ton deep-sea mold was placed on a single pallet without a profitable extension. The cross section of the mold in the wide part is 730x660 mm, in the narrow part - 598x518 mm, the height of the ingot is 1960 mm. The hole in the bottom of the mold has a diameter of 110 mm (in the experiment, the bottom of the inverted mold is a refrigerator for the top of the ingot). A steel cylinder with a hole along an axis with a diameter of 50 mm was hermetically installed in the bottom hole of the mold. He installed an oxygen (gas-supplying) tube with a diameter of 18 mm, on which a cardboard tube with a diameter of 45 mm was put on and the space between the tubes was filled with a heat insulator. The cross section for the exit of gases was 3.7 cm 2 with a cross section of the mold in the upper part - 3100 cm 2 , i.e. the cross section for the exit of gases was 0.0012 of the cross-sectional horizontal section of the mold. The lower end of the oxygen (gas supply) tube was placed 200 mm below a predetermined level of filling the mold with the melt. Argon was connected through a tee and a valve was installed that operates at an overpressure in the system above 0.05 atm. 5 minutes before casting, the mold was filled with argon and argon continued to be fed during casting. The time for filling the mold with metal was 4 minutes. After the mold was filled with metal to the gas supply tube, the argon supply was stopped, the melt flow was reduced, and the mold and the center were filled for 1 min.
После кристаллизации слитка и нагрева его в колодцах по существующей технологии, слиток прокатали на круги диаметром 270 мм. Головная обрезь составила 0,5%, донная обрезь - 4%, выход годного проката составил 93% от массы жидкой стали, разлитой в изложницу. Контроль УЗК по всей длине проката не выявил дефектов. Анализ темплетов, отобранных на уровнях 0,5%, 48% и 96% показал высокое качество макроструктуры проката. Поверхность проката хорошая - гладкая, без дефектов - лучше, чем в слитках той же плавки, разлитых под смесями. Качество металла середины слитка лучше, чем у слитков той же плавки, разлитых под смесями с применением прибыльной надставки.  After crystallization of the ingot and heating it in wells according to the existing technology, the ingot was rolled into circles with a diameter of 270 mm. Head trim was 0.5%, bottom trim was 4%, yield was 93% by weight of molten steel cast into the mold. Control of ultrasonic testing along the entire length of the rental did not reveal defects. The analysis of the templates selected at the levels of 0.5%, 48% and 96% showed a high quality of the macrostructure of rolled products. The rolled surface is good - smooth, without defects - better than in ingots of the same heat, spilled under mixtures. The quality of the metal in the middle of the ingot is better than that of ingots of the same heat, cast under mixtures using a profitable extension.
Для определения влияния режимов разливки (давление газов в изложнице при разливке, варианты использования защитного газа), а также учитывая характеристики изложницы и холодильника, провели ряд экспериментов аналогично примеру 1 со следующими особенностями. To determine the effect of pouring modes (gas pressure in the mold during casting, options for using shielding gas), and also considering characteristics of the mold and the refrigerator, conducted a series of experiments analogously to example 1 with the following features.
В качестве защитного газа использовали азот, углекислый газ, дымовые газы от полного и неполного сгорания природного газа с дожиганием на выходе из изложницы, создавали защитную атмосферу, помещая на дно изложницы алюминиевый порошок в количестве 45 г на тонну расплава, или коксовую пыль или активированный уголь в количестве 32 г углерода на тонну расплава. Подачу защитного газа (аргона) проводили через центровую во все изложницы вместе и затем, в один или два слитка на поддоне, дополнительно подавали аргон в процессе разливки, а также подавали аргон в каждую изложницу раздельно. Подавали аргон только перед разливкой (момент приближения уровня расплава на заданное расстояние к холодильнику фиксировали по появлению дыма или с помощью специального поплавка), подавали аргон перед разливкой и в ходе разливки.  Nitrogen, carbon dioxide, flue gases from the complete and incomplete combustion of natural gas with afterburning at the exit of the mold were used as a protective gas, creating a protective atmosphere by placing aluminum powder in the amount of 45 g per ton of melt, or coke dust or activated carbon in the amount of 32 g of carbon per ton of melt. Shielding gas (argon) was fed through the center into all the molds together and then, in one or two ingots on the pallet, argon was additionally fed during the casting process, and argon was also fed into each mold separately. Argon was supplied only before casting (the moment the melt level approached a predetermined distance to the refrigerator was fixed by the appearance of smoke or using a special float), argon was fed before casting and during casting.
Во всех случаях поверхность проката была не хуже, чем в слитках той же плавки, разлитых под смесями, а выход годного сортового проката был не ниже 90-93%.  In all cases, the surface of the rolled products was no worse than in ingots of the same melting spilled under mixtures, and the yield of long products was not lower than 90-93%.
Для выявления влияния избыточного давления газов в изложнице на качество поверхности слитка и проката были проведены следующие эксперименты.  To identify the effect of excess gas pressure in the mold on the surface quality of the ingot and rolled, the following experiments were carried out.
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
Для определения влияния суммарного проходного сечения всех отверстий для выхода газов на качество поверхности проведена серия экспериментов, в которых суммарное сечение отверстий для выхода газов изменялось в заявленных в формуле изобретения пределах, при этом в ходе разливки в изложницы с разной скоростью подавали защитный газ. Из результатов эксперимента видно, что хорошее качество поверхности слитков достигается при наличии в изложнице в ходе разливки избыточного давления в заявленных в данном техническом решении пределах. Необходимое избыточное давление в изложнице в процессе разливки достигается уменьшением сечения отверстий для выхода газов, увеличением скорости разливки или повышением расхода защитного газа при разливке. A series of experiments was carried out to determine the effect of the total bore of all gas exit openings on the surface quality. of which the total cross section of the gas outlet openings varied within the limits stated in the claims, while protective gas was supplied to the molds at different speeds during casting. From the results of the experiment it can be seen that good surface quality of the ingots is achieved if the mold in the mold during casting has excess pressure within the limits stated in this technical solution. The necessary overpressure in the mold during the casting process is achieved by reducing the cross section of the gas outlet openings, increasing the casting speed, or increasing the shielding gas flow rate during casting.
При суммарном проходном сечении отверстий для выхода газов за пределами, заявленными в п. 10 формулы изобретения, наблюдалось ухудшение качества металла по сравнению со слитками, отлитыми в соответствии с предлагаемым техническим решением. При выходе за заявленные в п. 9 формулы изобретения пределы соотношений наблюдалось ухудшение качества металла по сравнению со слитками, отлитыми по предлагаемому техническому решению. В обоих случаях, при уменьшении ниже минимального заявленного суммарного проходного сечения всех отверстий для выхода газов, из изложницы выходили недоливки, в которых после пластической деформации оказывалось расслоение, а при превышении максимального заявленного значения суммарного проходного сечения всех отверстий для выхода газов из изложницы ухудшалась качество поверхности слитков.  When the total cross section of the gas outlet openings outside the limits stated in paragraph 10 of the claims, there was a deterioration in the quality of the metal compared to ingots cast in accordance with the proposed technical solution. When going beyond the limits of the ratios stated in claim 9, the deterioration of the quality of the metal was observed in comparison with ingots cast according to the proposed technical solution. In both cases, with a decrease below the minimum declared total cross-sectional area of all gas outlet openings, underfillings emerged from the mold in which delamination occurred after plastic deformation, and when the maximum declared cross-sectional value of the total cross-sectional area of all gas outlet openings was exceeded, surface quality deteriorated ingots.
При работе в установленных пределах качество металла оказывалось более высоким, чем у слитков, полученных по способу-прототипу, и у слитков с прибылью.  When working within the established limits, the quality of the metal turned out to be higher than that of the ingots obtained by the prototype method, and the ingots with profit.
Использование в эксперименте емкости для питающего слиток расплава, нижняя часть которой расположена ниже заданного уровня заполнения (металла в изложнице), а верхняя часть - выше уровня заполнения металла в ней (выше верхнего уровня получаемого слитка) не ухудшило качество слитка по сравнению с использованием емкости, которая полностью расположена выше уровня заполнения металла в изложнице.  Using in the experiment a container for a melt supplying ingot, the lower part of which is located below a predetermined filling level (metal in the mold), and the upper part is higher than the metal filling level in it (above the upper level of the obtained ingot) did not degrade the quality of the ingot compared to using the container, which is completely located above the metal fill level in the mold.
Применение в эксперименте надставок и изложниц, позволяющих сформировать необходимую форму и размеры головы слитка, не ухудшило качество слитка и одновременно позволило брать их манипулятором при ковке, а также не помешало делать из этой части слитка пригодные для употребления поковки. The use of extensions and molds in the experiment, allowing to form the necessary shape and dimensions of the head of the ingot, did not worsen the quality of the ingot and at the same time allowed them to be taken by the manipulator during forging, and it also did not hinder to make forgings suitable for consumption from this part of the ingot.
Расположение холодильников внутри изложницы, с возможностью их перемещения по высоте и фиксации на заданном уровне, не ухудшило качество поверхности и макроструктуру слитков, при условии соблюдения основных параметров заявляемого изобретения.  The location of the refrigerators inside the mold, with the possibility of their movement in height and fixation at a given level, did not impair the surface quality and macrostructure of the ingots, subject to the basic parameters of the claimed invention.
Утепление донной части слитка на 50-100% дало повышение качества макроструктуры проката по сравнению со слитками, разлитыми в соответствии со способом-прототипом без переворачивания изложниц.  Warming of the bottom of the ingot by 50-100% gave an increase in the quality of the rolled metal macrostructure compared to ingots cast in accordance with the prototype method without turning over the molds.
В качестве примера исполнения способа по прототипу отлили 4 слитка. Пятитонную расширенную книзу изложницу с поперечным горизонтальным сечением 3000 см2 накрыли плитой-холодильником с выпором 70x300 мм. Выпор необходим, чтобы видеть процесс поднятия металла и вовремя уменьшить струю. Разливка велась без смесей утеплителей. В ходе разливки избыточное давление газов в изложнице было менее 1 Па. As an example of the execution of the method according to the prototype, 4 ingots were cast. A five-ton mold extended from top to bottom with a horizontal horizontal cross section of 3000 cm 2 was covered with a fridge-plate with an outlet of 70x300 mm. A boost is necessary to see the process of raising the metal and to reduce the flow in time. Casting was carried out without mixes of heaters. During casting, the excess gas pressure in the mold was less than 1 Pa.
Скорость заполнения расплавом изложницы при разливке тела слитков составила для первых двух слитков 100 мм/мин, для двух других - 250 мм/мин. При уровне заполнения на 150 мм ниже верхней точки заполнения изложницы уменьшили струю. Нагрев под прокатку проводили по существующей технологии.  The melt filling rate of the mold during casting of the ingot body was 100 mm / min for the first two ingots, and 250 mm / min for the other two. At a fill level 150 mm below the upper fill point, the molds reduced the jet. Heating for rolling was carried out according to existing technology.
Слитки прокатали на круги диаметром 270 мм.  The ingots were rolled into circles with a diameter of 270 mm.
Прокат из отлитых по способу-прототипу слитков имел дефекты поверхности. Поверхность слитков была значительно хуже, чем у слитков, разлитых в соответствии с предлагаемым техническим решением. Качество металла середины слитка почти такое же, как и у слитков, полученных по предлагаемому техническому решению, но значительно лучше, чем у слитков той же плавки, разлитых под смесями с применением прибыльной надставки.  Rolled from ingots cast according to the prototype method had surface defects. The surface of the ingots was significantly worse than that of the ingots cast in accordance with the proposed technical solution. The quality of the metal of the middle of the ingot is almost the same as that of the ingots obtained by the proposed technical solution, but much better than the ingots of the same melting, cast under mixtures using a profitable extension.
Технический результат  Technical result
Таким образом, предлагаемая совокупность признаков позволяет решить поставленную задачу. Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют улучшить качество поверхности металла по сравнению с прототипом, не ухудшая качество сердцевины слитка.  Thus, the proposed set of features allows us to solve the problem. The proposed method and device for its implementation can improve the quality of the metal surface in comparison with the prototype, without compromising the quality of the core of the ingot.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ получения слитка, включающий заполнение изложницы металлом, замораживание расплава в верхней части изложницы под ферростатичным давлением и кристаллизацию слитка, отличающийся тем, что при заполнении металлом в изложнице над расплавом создают избыточное давление газовой среды в пределах 1 - 300 ООО Па. 1. A method of producing an ingot, including filling the mold with metal, freezing the melt in the upper part of the mold under ferrostatic pressure and crystallizing the ingot, characterized in that when the metal is filled in the mold above the melt, an excess pressure of the gaseous medium is created in the range of 1 - 300 000 Pa.
2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что заполнение изложницы металлом ведут в среде защитного газа.  2. The method according to claim 1, characterized in that the mold is filled with metal in a protective gas medium.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве защитного газа используют инертный газ, или азот, или углекислый газ, или газ-восстановитель, или воздух, из которого удален кислород. 3. The method according to p. 2, characterized in that the inert gas or nitrogen or carbon dioxide or a reducing gas or air from which oxygen is removed is used as a protective gas.
4. Способ по одному из пунктов 2 или 3, отличающийся тем, что к началу заполнения изложницы металлом в нее подают защитный газ.  4. The method according to one of paragraphs 2 or 3, characterized in that by the beginning of the filling of the mold with metal, protective gas is supplied to it.
5. Способ по одному из пунктов 2, или 3, отличающийся тем, что в процессе заполнения изложницы металлом в нее подают защитный газ. 5. The method according to one of paragraphs 2, or 3, characterized in that in the process of filling the mold with metal, protective gas is supplied to it.
6. Способ по одному из пунктов 2 или 3, отличающийся тем, что в изложнице до начала разливки (заполнения изложницы металлом) размещают вещество, которое при контакте с расплавом и/или нагревании реагирует с кислородом воздуха, в результате чего в изложнице образуется защитный газ.  6. The method according to one of paragraphs 2 or 3, characterized in that a mold is placed in the mold before casting (filling the mold with metal), which reacts with atmospheric oxygen upon contact with the melt and / or heating, resulting in the formation of a protective gas in the mold .
7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в ходе заполнения изложницы металлом подачу защитного газа в изложницу ведут через газоподводящую трубку, размещенную так, что ее нижний срез находится внутри изложницы ниже уровня заполнения расплава, а момент контакта нижнего среза трубки с расплавом определяют по скачку давления в газопроводе.  7. The method according to p. 5, characterized in that during the filling of the mold with metal, the protective gas is supplied to the mold through a gas supply tube placed so that its lower cut is inside the mold below the melt filling level, and the moment of contact of the lower cut of the tube with the melt determined by the pressure jump in the gas pipeline.
8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что при сифонной разливке заполнение изложниц защитным газом перед заполнением изложниц металлом осуществляют через центровую.  8. The method according to p. 4, characterized in that during siphon casting, the filling of the molds with protective gas before filling the molds with metal is carried out through the center.
9. Устройство для осуществления способа по п. 1 , включающее поддон с установленными на нем одной или несколькими изложницами, литниковую систему, соединенную с изложницами, емкость для питающего слиток расплава, холодильник в верхней части каждой изложницы, отличающееся тем, что суммарное проходное сечение всех отверстий для выхода газов из изложницы связано со средним горизонтальным сечением изложницы, со скоростью поднятия расплава, и со скоростью подачи защитного газа в ходе разливки и определяется соотношением: 9. The device for implementing the method according to claim 1, comprising a pallet with one or more molds installed on it, a gating system connected to the molds, a container for a melt supply ingot, a refrigerator in the upper part of each mold, characterized in that the total flow area of all openings for the exit of gases from the mold is associated with the average horizontal section of the mold, with the rate of melt elevation, and with the feed rate of the protective gas during casting and is determined by the ratio:
5 0,002 * (V„ * SH + WR) < SB <30 * (V„ * S„ + WR) 5 0.002 * (V „* SH + W R ) <S B <30 * (V„ * S „+ W R )
где: SB - суммарное сечение всех отверстий для выхода газов из изложницы, м2, where: S B is the total cross-section of all openings for the exit of gases from the mold, m 2 ,
SM - среднее горизонтальное сечение изложницы, м2, S M - the average horizontal section of the mold, m 2 ,
VM - скорость поднятия расплава, м/с, VM - melt elevation rate, m / s,
0 WR - скорость подачи защитного газа в ходе разливки, м3/с, (WR > 0). 0 W R - protective gas feed rate during casting, m 3 / s, (W R > 0).
10. Устройство для осуществления способа по п. 1 , включающее поддон с установленными на нем одной или несколькими изложницами, литниковую систему и связанную с изложницами емкость для питающего слиток расплава, холодильник с одним или несколькими отверстиями для выхода газов,S расположенный в верхней части изложницы, отличающееся тем, что суммарное проходное сечение всех отверстий для выхода газов из изложницы составляет 0,00001 - 0,1 площади горизонтального сечения изложницы.  10. A device for implementing the method according to claim 1, comprising a pallet with one or more molds installed on it, a gating system and a container for a feeding melt ingot connected to the molds, a refrigerator with one or more openings for the exit of gases, S located in the upper part of the mold , characterized in that the total flow area of all openings for the exit of gases from the mold is 0.00001 - 0.1 of the horizontal cross-sectional area of the mold.
11. Устройство по одному из пунктов 9 или 10, отличающееся тем, что нижняя часть емкости для питающего слиток расплава расположена ниже, а уровень0 заполнения расплава в ней выше верхнего уровня получаемого слитка.  11. The device according to one of paragraphs 9 or 10, characterized in that the lower part of the vessel for supplying the melt ingot is lower, and the level 0 of filling the melt in it is higher than the upper level of the obtained ingot.
12. Устройство по одному из пунктов 9 или 10, отличающееся тем, что контактирующая с расплавом поверхность холодильника выполнена в виде надставки или части изложницы, задающей форму головы слитка. 12. The device according to one of paragraphs 9 or 10, characterized in that the surface of the refrigerator in contact with the melt is made in the form of an extension or part of a mold specifying the shape of the head of the ingot.
13. Устройство по одному из пунктов 9 или 10, отличающееся тем, что5 холодильник выполнен с возможностью размещения на заданном уровне по высоте изложницы. 13. The device according to one of paragraphs 9 or 10, characterized in that 5 the refrigerator is arranged to be placed at a predetermined level in height of the mold.
14. Устройство по одному из пунктов 9 или 10, отличающееся тем, что в верхней части изложницы расположена сменная газоподводящая трубка для подачи защитного газа, нижний конец которой находится внутри изложницы. 14. The device according to one of paragraphs 9 or 10, characterized in that in the upper part of the mold there is a replaceable gas supply pipe for supplying protective gas, the lower end of which is inside the mold.
0 15. Устройство по одному из пунктов 9 или 10, отличающееся тем, что в зоне формирования нижней части слитка расположен утеплитель. 0 15. The device according to one of paragraphs 9 or 10, characterized in that a heater is located in the zone of formation of the lower part of the ingot.
PCT/UA2018/000001 2017-01-04 2018-01-03 Method for producing an ingot, and device for the implementation thereof WO2018128593A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201700192 2017-01-04
UA201700192 2017-01-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018128593A1 true WO2018128593A1 (en) 2018-07-12

Family

ID=62791123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2018/000001 WO2018128593A1 (en) 2017-01-04 2018-01-03 Method for producing an ingot, and device for the implementation thereof

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018128593A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU406629A1 (en) * 1971-07-12 1973-11-21 В. Т. Сладкоштеев, А. Г. Котин, В. Г. Литвиненко , В. И. Шевченко Украинский научно исследовательский институт металлов DEVICE FOR CASTING PREPARATIONS UNDER ADJUSTABLE PRESSURE
SU498092A1 (en) * 1974-01-10 1976-01-05 Научно-Исследовательский Институт Специальных Способов Литья The method of producing castings
UA55822C2 (en) * 2002-07-02 2005-02-15 Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Фірма "Уніком" Method and device for production an ingot

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU406629A1 (en) * 1971-07-12 1973-11-21 В. Т. Сладкоштеев, А. Г. Котин, В. Г. Литвиненко , В. И. Шевченко Украинский научно исследовательский институт металлов DEVICE FOR CASTING PREPARATIONS UNDER ADJUSTABLE PRESSURE
SU498092A1 (en) * 1974-01-10 1976-01-05 Научно-Исследовательский Институт Специальных Способов Литья The method of producing castings
UA55822C2 (en) * 2002-07-02 2005-02-15 Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Фірма "Уніком" Method and device for production an ingot

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101428335B (en) Continuous casting method for producing round blank with diameter larger than Phi800m on straight continuous casting machine
US3125440A (en) Tlbr b
CN102248136A (en) Pouring and breakout preventing technological method for continuous casting
JP2002120050A (en) Method for producing oxygen-free copper wire rod with belt and wheel type continuous casting and rolling method for producing copper alloy wire rod
US2882571A (en) Method of casting metals
US9643241B2 (en) Continuous casting method
JP6228524B2 (en) Continuous casting method
KR102222442B1 (en) Continuous casting method
JP5965186B2 (en) Continuous casting method
JP6323973B2 (en) Continuous casting method
WO2018128593A1 (en) Method for producing an ingot, and device for the implementation thereof
EP3040138B1 (en) Continuous casting method
US3760862A (en) Method for casting steel ingots
CN107326258B (en) A kind of following minor diameter Ductile iron bar of diameter 25mm and preparation method thereof
US10022785B2 (en) Method of continuous casting
JP2004009064A (en) Method for producing continuously cast slab
EP0922511B1 (en) Process for the continuous casting of molten steel to form high-quality billets or blooms
KR101400037B1 (en) Continuous casting method
RU2151661C1 (en) Apparatus for producing ingots from metals and alloys
RU2311257C1 (en) Ingot producing method and apparatus for performing the same
KR101175631B1 (en) System for refining continuous casting materials and method thereof
Bailey et al. Metal Melting, Alloying and Casting in Practice
RU1792795C (en) Method and device for obtaining killed ingots
UA55822A (en) method and device for production an ingot
SU712193A1 (en) Method of making ingots

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18736530

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18736530

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1