Кристаллизатор для горизонтального непрерывного литья заготовок

Область использования: металлургия цветных металлов. Заявляемое устройство может быть использовано при получении отливок методом горизонтального непрерывного или полунепрерывного литья из первичных и вторичных металлов различных профилей, в т.ч. полых, преимущественно из меди и ее сплавов. Сущность изобретения: формирование профиля отливок производится в графитовом кристаллизаторе, наружные боковые поверхности которого охлаждаются через контакт с внутренней поверхностью охлаждающей рубашки, преимущественно медной, посредством равномерной подачи воды под давлением одинаковой температуры в полость рубашки через душирующее устройство.

Техническое решение относится к цветной металлургии, преимущественно к производству меди и ее сплавов и может быть использовано в изготовлении сплошных и полых профилей при горизонтальном непрерывном литье.

В современной литературе получение различных профилей отливок осуществляется методами полунепрерывного и непрерывного литья периодическим вытягиванием из расплава посредством затравки и последующим формированием заданного профиля.

Известно техническое решение кристаллизатора для непрерывного литья заготовок, раскрытое в документе SU 1202696 A1, B22D 11/00, 13.04.1984, где кристаллизатор для непрерывного горизонтального литья заготовок содержит охлаждаемый кожух и графитовую втулку с конической посадочной поверхностью для кожуха. При этом, кристаллизатор снабжен дополнительным охлаждаемым кожухом, установленным с зазором с возможностью перемещения относительно графитовой втулки. Посадочная поверхность графитовой втулки выполнена с обратной конусностью 1,2-1,75 конусности посадочной поверхности для кожуха. Схема такого охлаждения графитового кристаллизатора приведена на Фиг.1, где 1 - графитовый кристаллизатор, 2 - медная охлаждающая гильза, 3 - стальной корпус.

Одним из существенных недостатков такого кристаллизатора расплава в различные профили, например круглые, является неравномерная структура в поперечном сечении отливки. В области попадания воды в рубашку в сечении отливки, в силу законов кристаллизации, образуется мелкозернистая структура. В процессе охлаждения воды ее температура повышается и в области истечения воды из рубашки. В сечении отливки формируется грубозернистая структура (см. Фиг.2). Разнозернистость в поперечном сечении отливки обуславливает неравномерность механических свойств структурных составляющих, химическую неоднородность по сечению, локализованную пористость по коротким и длинным границам кристаллитов, а также различное состояние поверхности отливки в силу не одинакового теплосъема с адекватных частей поверхности. Последнее обстоятельство является причиной обрыва отливки в кристаллизаторе из-за различного состояния поверхности и увеличении сил трения при вытягивании отливки из кристаллизатора. Эти факторы отрицательно сказываются на качестве изделий, полученных из таких отливок, при последующей механической обработке, обработке давлением и эксплуатационных характеристиках.

Техническими результатами заявляемого решения являются: повышение качества отливки за счет устранения структурной неоднородности в поперечном сечении отливки и достижения равномерности химического состава по сечению, улучшение механической обработки и обработки давлением, повышение эксплуатационных характеристик изделий, полученных из этих отливок.

Результат достигается за счет того, что в известном узле охлаждения графитового кристаллизатора поток воды, втекающий в охлаждающую рубашку, разделяется специальным душирующим устройством на определенное количество струй, которые с одинаковой температурой и давлением попадают на всю контактную поверхность внутренней полости рубашки. Данная конструкция обеспечивает равномерное охлаждение металлической заготовки. Затем вода из-под душирующего устройства через отводящий патрубок удаляется в оборотную систему.

На Фиг.3 изображена схема узла охлаждения графитового кристаллизатора, где:

1 - графитовый кристаллизатор, 2 - медная охлаждающая гильза, 3 - стальной корпус, 4 - душирующее устройство.

На Фиг.4 представлена макроструктура поперечного сечения отливки, кристаллизованной в графитовой втулке-кристаллизаторе с применением душирующего устройства. Она выгодно отличается равномерностью, в соответствии с законами, кристаллизации величиной зерна и свободна от недостатков упомянутых ранее. Предлагаемый кристаллизатор может монтироваться к любому накопителю расплавленного металла.

Описание заявляемого технического решения

Кристаллизатор для горизонтального непрерывного литья заготовок состоит из: стального корпуса, водоохлаждаемой, например медной гильзы, душирующего элемента, который располагается в пространстве между корпусом и гильзой, в которой расположена графитовая втулка. При этом душирующим элементом может служить перфорированный металлический цилиндр из термостойкого материала.

Суммарная площадь сечений перфорированных отверстий в цилиндре может быть меньше или равна площади сечения подводящего патрубка. Площадь сечения отводящего патрубка может быть меньше или равна суммарной площади сечения подводящего патрубка. Площадь сечения отводящего патрубка может быть больше или равна суммарной площади перфорированных отверстий душирующего элемента. Подбор размеров сечений отверстий в душирующем элементе должен обеспечивать создание избыточного давления над поверхностью перфорированного цилиндра, а соотношение сечений отводящего парубка и суммарной площади сечений отверстий перфорированного цилиндра должно обеспечивать свободное истечение воды из-под поверхности перфорированного цилиндра.

Пример: Использование кристаллизатора с душирующим устройством позволило повысить качество отливок и увеличить выпуск продукции с 60 до 150 т в месяц с одного кристаллизатора. При этом производились отливки методом горизонтального непрерывного литья: медь марок М1, М2, М3, бронзы БрОЦС 5-5-5 диаметром от 30 до 130 мм, труба латунная ЛМЦАЖКС размером 30-50×60-80 мм.

1. Кристаллизатор для горизонтального непрерывного литья заготовок, содержащий стальной корпус, подводящие и отводящие патрубки, медную водоохлаждаемую гильзу и расположенную в ней графитовую втулку, отличающийся тем, что он снабжен душирующим элементом, расположенным в пространстве между корпусом и гильзой.

2. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что душирующий элемент выполнен в виде перфорированного металлического цилиндра из термостойкого материала.

3. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что суммарная площадь сечений перфорированных отверстий меньше или равна площади сечения подводящего патрубка.

4. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что площадь сечения отводящего патрубка больше или равна суммарной площади перфорированных отверстий душирующего элемента.