Способ непрерывного литья заготовок и устройство для его осуществления

 

Использование: металлургия, процесс получения заготовок из распыляемого металла. Сущность: распыление металла в кристаллизатор с одновременным обжатием смеси, последующей калибровкой поверхности заготовки и ее непрерывным вытягиванием. Для повышения прочности получаемой заготовки одновременно с распылением расплава в центр кристаллизатора осуществляют подачу проволоки из металла, однородного распыливаемому. Для обеспечения различных физических свойств получаемой заготовки одновременно с распылением расплава в центр кристаллизатора осуществляют подачу проволоки из металла, инородного распыливаемому. Для сокращения производственного цикла получения заготовки и упрощения конструкции устройства оно снабжено кристаллизатором с перемещающимися наклонными и вертикальными гранями, барабаном для подачи проволоки и распылителем, выполненным в виде конуса с образующей, параллельной наклонным граням, на которой равномерно на заданной высоте расположены отверстия для выпуска жидкого металла. Для повышения надежности работы устройства вовнутрь стакана вставлена полая тепловая труба. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности для получения непрерывнолитых заготовок из распыляемого металла.

Известен способ изготовления металлических лент, заключающийся в распылении металла на подвижную полосу, перемещающуюся с большой скоростью, с одновременным охлаждением полосы распыленной водой [1] Недостатком известного способа является получение только металлических сверхзакаленных лент.

Наиболее близким к предложенному способу является способ непрерывного литья заготовок, включающий распыливание в кристаллизаторе жидкого металла, подачу в кристаллизатор инертного газа, обжатие напыленного слоя, калибровку поверхности заготовки и ее непрерывное вытягивание [2] Недостатком известного способа [2] является возможность получения только полых трубных заготовок с ограниченной толщиной стенки, так как обжатие напыленного слоя осуществляется между стенками формообразователя и перемещающимися вертикально вниз приводным валом с симметрично закрепленными на нем раскатными роликами. Увеличение толщины напыленного слоя приводит к низкой прочности стенки заготовки за счет недостаточных давлений обжатия.

Заявляемый способ направлен на создание высокопроизводительного и ресурсосберегающего процесса получения заготовки из распыляемого металла.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа заключается в снижении затрат электроэнергии и материалов, необходимых для получения заготовок; повышении производительности процесса; улучшении качества поверхности и внутренней структуры получаемой заготовки; получении заготовок произвольной формы и толщины.

Заявляемый способ характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: распыливание в кристаллизаторе жидкого металла; подача в кристаллизатор инертного газа; обжатие напыленного слоя; калибровка поверхности заготовки и ее непрерывное вытягивание.

Отличительные признаки: подача в кристаллизатор проволоки; обжатие распыленного слоя металла и проволоки.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Дополнительная подача в центр кристаллизатора проволоки позволяет производить на ней равномерное обжатие распыляемого металла, что уменьшает необходимую мощность привода установки (кристаллизатора) и повышает прочность заготовки. Уменьшение мощности привода кристаллизатора при введении проволоки обеспечивается за счет меньшей толщины деформации распыляемого металла по сравнению с получением заготовки такой же толщины без подачи проволоки. Кроме этого, введение в центр кристаллизатора проволоки уменьшает вероятность ликвационных процессов, связанных с различием температур металла в центре кристаллизатора и в пристеночных слоях. Дополнительное охлаждение распыляемого металла за счет подачи проволоки в центр кристаллизатора позволяет увеличить скорость разливки, то есть повышает производительность устройства.

Подача в кристаллизатор проволоки с насечкой увеличивает силы ее сцепления с распыленным металлом, что дополнительно повышает прочность заготовки.

Подача в центр кристаллизатора проволоки из металла, однородного распыливаемому, позволяет получать изделия повышенной прочности с одинаковыми физическими свойствами по сечению заготовки.

Подача в центр кристаллизатора проволоки из металла, инородного распыляемому, позволяет получать изделия с различными физическими свойствами по сечению заготовки.

Для реализации заявляемого способа заявляется устройство, уровень техники которого известен [1, 2] Известное устройство для получения металлических лент из распыляемого металла [1] содержит форсунку, бесконечную полосу, вращающуюся на двух роликах, устройство для охлаждения полосы водой, механизм привода роликов и поддержания лент от провисания.

Недостаток устройства [1] заключается, прежде всего, в невозможности получения изделия, отличного от тонких закаленных лент, по причине отсутствия устройства для прессования распыляемого металла. Кроме того, необходимо строгое соблюдение технологии литья, заключающееся в точном регулировании и поддержании температуры распыляемого металла, положения форсунки относительно вращающейся с определенной скоростью полосы и расстояния до нее, определенный расход охлаждающей воды. Невыполнение одного из перечисленных параметров может привести к расслоению получаемой заготовки (ленты) за счет переохлаждения распыляемого металла и получению ленты различной толщины в продольном и поперечном сечениях.

Наиболее близким к предложенному устройству является установка для получения трубных заготовок [2] содержащая разливочную емкость и стакан с распылителем, установленным в рабочей полости кристаллизатора, при этом грани кристаллизатора выполнены с возможностью перемещения.

Недостатком известной установки [2] является возможность получения на ней только труб различного диаметра. Кроме этого, недостатком установки является отсутствие возможности регулировать степень обжатия напыленного слоя частиц металла.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого устройства, заключается в сокращении производственного цикла получения заготовки; упрощении конструкции устройства; экономии электроэнергии и материалов; повышении надежности работы устройства.

Заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: емкость с металлом; стакан с распылителем; кристаллизатор.

Отличительные признаки: барабан для подачи проволоки; пара вертикальных граней кристаллизатора с возможностью возвратно-поступательного движения; противоположная пара граней кристаллизатора выполнена с возможностью вращательного движения и имеет в верхней части наклонный участок; распылитель выполнен в виде конуса, на поверхности которого равномерно расположены отверстия для распыления металла; образующая конуса параллельна граням кристаллизатора на его наклонном участке; высота участка с отверстиями h и величина заглубления в кристаллизатор H выбраны по соотношению (H-h)/H=0,2 ^oC 0,3; полная тепловая труба внутри стакана.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Использование барабана с проволокой обеспечивает непрерывную подачу с заданной скоростью в кристаллизатор.

Выполнение пары вертикальных граней кристаллизатора с возможностью возвратно-поступательного движения исключает приваривание распыленного слоя жидкости металла к граням и уменьшает усилие, необходимое для проталкивания вниз кристаллизатора. При этом улучшается качество наружной поверхности заготовки.

Выполнение противоположной пары граней кристаллизатора с возможностью вращательного движения с наклонным в верхней части участком обеспечивает условие захвата, обжатия и проталкивания распыленного слоя металла и проволоки вниз кристаллизатора. При этом отпадает необходимость наличия дополнительного механизма для вытягивания заготовки и повышается надежность работы устройства.

Выполнение распылителя в виде конуса с образующей параллельной граням на его наклонном участке и равномерно расположенными на ней отверстиями позволяет реализовать равномерное распыливание металла в кристаллизаторе за счет одинакового расстояния L от отверстий распылителя до поверхности наклонных граней. При одинаковой скорости истечения жидкости металла из отверстий распылителя получаем одинаковое время t достижения струями (каплями) жидкого металла наклонных граней кристаллизатора. Соответственно в равной степени происходит охлаждение капель и одинаковая кинетическая энергия E их удара о стенку , где m масса капли металла; скорость капли.

Высота участка с отверстиями h связана с величиной заглубления H распылителя в кристаллизатор соотношением (H-h)/H=0,2 0,3. Уменьшение отношения (H-h)/H<0,2 может привести к разбрызгиванию металла за пределы кристаллизатора и к переохлаждению капель расплава, истекающих из отверстий в верхней части распылителя. Разбрызгивание металла особенно проявляется при незначительной глубине погружения распылителя H<70 мм и сравнительно больших диаметрах отверстий d>3 мм.

Увеличение отношения (H-h)/H>0,3 приводит к нерациональному использованию емкости кристаллизатора, что уменьшает время контакта металла с поверхностью граней и, как результат, меньшая производительность устройства. Установка во внутрь стакана полой тепловой трубы [3] обеспечивает необходимую термостабилизацию поддержание одинаковой температуры металла в разливочной емкости, стакане и распылителе. Обеспечение равенства температур металла в разливочной емкости и распылителе исключает забивание в нем отверстий кристаллизующимся расплавом, то есть обеспечивает постоянный расход металла в кристаллизатор и заданную производительность устройства при высокой надежности его работы. Кроме этого, тепловая труба с установленным на ней конусным клапаном в разливочной емкости одновременно позволяет выполнять функции стопора. Дополнительно к этому изготовление тепловой цилиндрической полой трубы позволяет пропускать через нее в кристаллизатор проводку и инертный газ, которые дополнительно подогреваются в ней.

На фиг. 1 приведен внешний вид заявляемого устройства, на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Заявляемое устройство состоит из барабана 1 для подачи проволоки с придерживающими направляющими роликами 2, разливочной емкости 3, клапана 4 для перекрытия выходного отверстия в разливочной емкости 3, стакана 5 для подвода жидкого металла к распылителю 8 с отверстиями 9 для выпуска расплава, полой тепловой трубы 6 с проволокой 7, кристаллизатора 10 с подвижными вертикальными 11 и наклонными 12 гранями. В нижней части распылителя 8 имеется отверстие, соизмеримое с диаметром проволоки 7 и предназначенное для ее прохода. Полая тепловая труба 6 проходит через всю высоту стакана 5 и разливочную емкость 3. В верхней части тепловая труба 6 крепится к подъемному механизму, расположенному на разливочной емкости 3. Для одновременного выполнения функций стопора на наружной поверхности тепловой трубы 6 расположен клапан 4, перекрывающий выходное отверстие в емкости 3. Нижняя часть тепловой трубы 6 без зазора устанавливается на внутренней конусной поверхности распылителя 8, что исключает заливание металлом отверстия в нижней части распылителя.

Перед началом разливки металла проволока 7 заводится через тепловую трубу 6 в кристаллизатор 10. В разливочную емкость 3 жидкий металл заливается с определенным перегревом, необходимым для разогрева и запуска тепловой трубы 6 на всей ее длине. Металл в разливочной емкости 3 не должен переохлаждаться ниже температуры, при которой существенно уменьшается вязкость расплава и увеличивается вероятность забивания закристаллизовавшимся металлом отверстий 9 распылителя 8. По мере разогрева трубы 6 происходит разогрев стакана 5 с распылителем 8. После достижения ими определенной температуры, исключающей кристаллизацию разливаемого металла на их внутренней поверхности, устройство готово к разливке. Стакан 5 с насадком-распылителем 8 располагается на необходимой глубине H в кристаллизаторе 10.

Способ осуществляется заявляемым устройством следующим образом.

Включается привод барабана 1 с подачей проволоки 7 между роликами 2 через тепловую трубу 6 в кристаллизатор 10. Одновременно включают подачу инертного газа в кристаллизатор через полость трубы 6 и привод вертикальных 11 и наклонных 12 граней кристаллизатора 10. Поднимают стопор тепловую трубу 6 с клапаном 3. При этом жидкий металл из разливочной емкости 3 поступает в стакан 5 с распылителем 8 и далее через отверстия 9 в нем в виде тонких струй (капель) на рабочие поверхности граней 11 и 12 кристаллизатора 10. Инертный газ, выходящий через центральное отверстие в распылителе 8, защищает распыляемый металл от окисления воздухом. При этом грани 11 совершают возвратно-поступательное движение, а грани 12 сложное вращательное движение с обжатием распыляемого металла вокруг проволоки 7 и выталкиванием образующейся заготовки из кристаллизатора 10.

Список использованных источников 1. Заявка Франции N 2519891, кл. B 22 D 11/06, опублик. 22.07.83.

2. А. с. СССР N 511995, опублик. 30.04.76.

3. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. Семена М.Г. Герщуни А.Н. Зарипов В.К. К. Вища школа. Головное изд-во, 1984, с. 215.

Формула изобретения

1. Способ непрерывного литья заготовок, включающий распыливание в кристаллизаторе жидкого металла, подачу в кристаллизатор инертного газа, обжатие распыленного металла, калибровку поверхности заготовки и ее непрерывное вытягивание, отличающийся тем, что дополнительно в центр кристаллизатора подают проволоку с насечкой и одновременно обжимают распыленный слой металла и проволоки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подают проволоку из металла, однородного распыливаемому.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подают проволоку из металла, инородного распыливаемому.

4. Устройство для непрерывного литья заготовок, содержащее разливочную емкость, стакана с распылителем и кристаллизатор, отличающееся тем, что оно снабжено барабаном для подачи проволоки, пара вертикальных граней кристаллизатора выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения, а противоположная пара граней кристаллизатора выполнена с возможностью вращательного движения и имеет в верхней части наклонный участок, распылитель выполнен в виде конуса, на поверхности которого равномерно расположены отверстия для распыливания металла, а его образующая параллельна граням кристаллизатора на его наклонном участке, при этом высота участка с отверстиями h и высота заглубления распылителя в кристаллизатор H выбраны по соотношению (H h)/H 0,2 0,3.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что вовнутрь стакана дополнительно вставлена полая тепловая труба.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2