Способ получения непрерывных биметаллических деформированных заготовок из разливаемых металлов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к металлургии. Сущность изобретения состоит в том, что в кристаллизатор попеременно ведут заливку двух металлов до получения заготовки определенной длины. Уровень заливки первого жидкого металла доводят до максимального значения. Прекращают его подачу и выдавливают расплав в направлении разливки. Оголяют корочку вдоль стенок с наклонным верхним участком. Затем заливают второй жидкий металл в пространство между корочками. Дополнительно обжимают слой двух металлов. При прекращении заливки в кристаллизатор жидкого металла в момент оголения корочек скорость разливки уменьшают. После заполнения пространства между корочками вторым жидким металлом скорость разливки увеличивают до необходимых значений. Разливочная емкость состоит из двух камер с двумя средствами для дозирования металла и выполнена с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. Перед входом в кристаллизатор установлен оптический датчик уровня заливки расплава. Под кристаллизатором - датчик скорости движения заготовки и система автоматического регулирования процессом разливки. Изобретение позволяет повышать производительность процесса, получать заготовки произвольной формы и толщины, повышать прочность заготовок, повышать надежность работы устройства. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к непрерывной разливке с деформацией металлов.

Известен способ получения непрерывнолитых биметаллических заготовок (патент N 2086346 РФ, "Способ получения непрерывнолитых биметиллических заготовок и устройство для его осуществления", В.В.Стулов, В.И.Одиноков. Опубл. 10.08.97. Бюл. N 22), включающий заливку в кристаллизатор основного жидкого металла, формирование корочки на стенки кристаллизатора, подачу в кристаллизатор ленты из другого металла в твердом состоянии, затвердевание биметаллической заготовки, причем кристаллизатор выполняют с двумя парными вертикальными и двумя парными с наклонным верхним и вертикальным нижним участками, стенками, первым из которых сообщают возвратно-поступательное движение, а втором - вращательное движение, сформированную корочку разрушают на наклонных стенках кристаллизатора, ленту из другого металла подают после разрушения корочки и предварительного обжатия основного металла в двухфазном состоянии, затем осуществляют дополнительное обжатие двух слоев металлов в твердом состоянии, калибрование поверхности затвердевшей биметеллической заготовки и ее выталкивание из кристаллизатора.

Недостатком известного способа является необходимость предварительного получения ленты определенной толщины и ширины. Кроме этого, полученная биметаллическая заготовка имеет размеры, ограниченные рабочей полостью кристаллизатора при рассматривании от границы раздела двух металлов. Введение ленты повышает вероятность расслоения двух металлов.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа, заключается в повышении производительности процесса, получении заготовок произвольной формы и толщины, повышении прочности биметаллических заготовок.

Заявляемый способ характеризуется следующими существенными признаками. В кристаллизатор заливают жидкий металл. Формируют корочку на стенках кристаллизатора. Кристаллизатор выполнен с первой парой вертикальных стенок и второй парой стенок с наклонным верхним и вертикальным нижним участками. При этом первой паре стенок сообщают возвратно-поступательное движение, а второй паре - вращательное движение. Предварительно обжимают металл в двухфазном состоянии. Калибруют поверхность затвердевшей биметаллической заготовки и выталкивают ее из кристаллизатора. В кристаллизатор попеременно ведут заливку двух металлов в жидком состоянии до получения заготовки определенной длины. При этом уровень заливки предыдущего (первого) жидкого металла доводят до максимального значения с прекращением его подачи. Выдавливают расплав в направлении разливки с оголением корочек металла вдоль стенок второй пары с наклонным верхним участком. Заливают последующий (второй) жидкий металл в пространство между корочками. Дополнительно обжимают слои двух металлов. При прекращении заливки в кристаллизатор жидкого металла в момент оголения корочек скорость разливки уменьшают до значения И₁ = (0,5 - 0,8)И₀, где И₀ - первоначальная скорость разливки металла. После заполнения пространства между корочками последующим (вторым) жидким металлом скорость разливки увеличивают до необходимых значений.

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

Попеременная заливка в кристаллизатор двух металлов в жидком состоянии обеспечивает возможность получения биметаллических заготовок определенной длины от зоны соединения двух металлов и исключается необходимость предварительного получения металлических лент.

Доведение уровня заливки предыдущего (первого) жидкого металла до максимального значения с прекращением его подачи обеспечивает возможность получения корочки максимальной протяженности и толщины, что создает благоприятные условия для последующего протекания процесса.

Выдавливания расплава в направлении разливки с оголением корочек металла вдоль стенок второй пары с наклонным верхним участком обеспечивает возможность заливки в кристаллизатор последующего (второго) жидкого металла.

Заливка последующего (второго) жидкого металла в пространство между корочками ("чулок") обеспечивает надежный контакт жидкой и твердой фаз двух разных металлов и возможность получения биметаллического соединения.

Дополнительное обжатие слоев двух металлов в процессе работы кристаллизатора повышает прочность биметаллического соединения и обеспечивает возможность повышения производительности разливки.

Уменьшение скорости разливки до И₁ < 0,5 И_о (где И_о - первоначальная скорость разливки металла) при прекращении заливки в кристаллизатор жидкого металла в момент оголения корочек приводит к возможности переохлаждения выдавливаемого в направлении разливки расплава с уменьшением глубины (высоты) пространства между корочками, что ухудшает процесс дополнительного обжатия слоев двух металлов и уменьшает прочность биметаллического соединения.

Уменьшение скорости разливки до значений И₁ > 0,8 И₀ при прекращении заливки в кристаллизатор жидкого металла в момент оголения корочек приводит к возможности оплавления корочек последующим (вторым) заливаемым металлом (при условии более высокой температуры его кристаллизации по сравнению с предыдущим металлом), что также уменьшает прочность биметаллического соединения. Кроме этого, замена разливаемых металлов при скоростях разливки И₁ > 0,8 И₀ приводит к неравномерности заполнения пространства между корочками в более короткий промежуток времени, что также ухудшает прочность и качество биметаллического соединения.

Увеличение скорости разливки до необходимых значений после заполнения пространства ("чулка") между корочками последующим (вторым) жидким металлом обеспечивает получение качественной поверхности и внутренней структуры на всей длине заготовки от зоны соединения двух металлов.

Для реализации заявляемого способа заявляется устройство, уровень техники которого известен (Патент РФ N 2086346 РФ. Опубл. 10.08.97. Бюл. N 22). Известное устройство для получения непрерывнолитых биметаллических заготовок содержит разливочную емкость со средствами для дозирования металла, водоохлаждаемый кристаллизатор и ленту с механизмом ее подачи, причем кристаллизатор имеет две парные вертикальные стенки, выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения, и две парные стенки с наклонным верхним и вертикальным нижним участками, выполненные с возможностью вращательного движения и с щелевым отверстием в верхнем наклонном участке стенок.

Недостатки известного устройства заключаются в невозможности реализации попеременной заливки в кристаллизатор двух металлов в жидком состоянии и отсутствии автоматизированного регулирования скорости разливки заготовки.

Технический результат, полученный при осуществлении заявляемого устройства, заключается в повышении надежности работы устройства, управлении работой устройства и процессом разливки в широких пределах, уменьшении производительности цикла получения биметаллической заготовки.

Заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками. Разливочная емкость содержит средство для дозирования металла. Водоохлаждаемый кристаллизатор имеет пару вертикальных стенок, выполненных с возможностью возвратно-поступательного движения, и парой стенок с наклонным верхним и вертикальным нижним участками, выполненных с возможностью вращательного движения. Разливочная емкость состоит из двух камер с двумя средствами для дозирования металла и выполнена с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. Перед входом в кристаллизатор установлен оптический датчик скорости движения заготовки и система автоматического регулирования процессом разливки.

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

Изготовление разливочной емкости из двух камер с двумя средствами для дозирования металла позволяет заливать в камеры жидкие металлы с различными физическими свойствами и вести попеременную их заливку в кристаллизатор до получения заготовок определенной длины.

Выполнение разливочной емкости с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости позволяет центрировать каждую из двух камер при попеременной заливке в кристаллизатор жидких металлов.

Установка перед входом в кристаллизатор оптического датчика уровня заливки расплава позволяет непрерывно контролировать уровень жидкого металла в кристаллизаторе, что исключает переполнение рабочего пространства расплавом и обеспечивает своевременную заливку каждого из двух жидких металлов.

Установка под кристаллизатором датчика скорости движения заготовки позволяет непрерывно контролировать ее значение в процессе разливки и выполнении операций, связанных с заменой разливки жидких металлов.

Наличие системы автоматического регулирования процессом разливки позволяет регулировать скорости разливки металлов и поддерживать необходимый уровень заливки расплава.

На фиг. 1 показан внешний вид заявляемого устройства; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Заявляемое устройство на фиг. 1 и 2 состоит из разливочной емкости 1 с двумя камерами 2 и 3, средств для дозирования металла 4, оптического датчика 5 уровня заливки расплава, кристаллизатора 6 с первой парой вертикальных стенок 7 с водоохлаждаемым каналом 8 и второй парой стенок 9 с наклонным верхним участком 11 и вертикальным нижним участком 12, водоохлаждаемых каналов 13 и датчика скорости движения заготовки 14. Датчики 5 и 14 подключены в систему автоматического регулирования процессом разливки.

Пример осуществления способа Предварительно в кристаллизатор 6 устанавливается приспособление - затравка, предотвращающая выливание расплава. Центрируется камера 2 над кристаллизатором 6 и включается подача воды в водоохлаждаемые каналы 8 и 13 стенок 7 и 9. Расплав первого металла из камеры 2 в разливочной емкости 1 через средство для дозирования металла 4 поступает в кристаллизатор 6 и заполняет его. После достижения расплавом определенного уровня заливки кристаллизатор 6 включают в работу. При этом первая пара вертикальных стенок 7 совершает возвратно-поступательное движение с выталкиванием заготовки, а вторая пара стенок 9 совершает вращательное движение с обжатием металла на наклонном верхнем участке 11 и калиброванием поверхности заготовки на вертикальном нижнем участке 12. Оптический датчик 5 непрерывно контролирует уровень заливки расплава, а датчик 14 - скорость движения заготовки. После получения заготовки из первого металла определенной длины уровень заливки расплава доводят до максимального значения по показанию оптического датчика 5 и прекращают подачу расплава из камеры 2. После выдавливания расплава и оголения корочек заготовки вдоль стенок 9 второй пары система автоматического регулирования процессом разливки уменьшает скорость разливки. Одновременно с этим разливочная емкость 1 перемещается в горизонтальной плоскости вправо на фиг. 1 и центрируется камера 3 над кристаллизатором 6 с подачей второго (последующего жидкого металла через средство для дозирования металла 4 в пространство между корочками. После достижения расплавом второго металла определенного уровня заливки, контролируемого оптическим датчиком 5, система автоматического регулирования процессом увеличивает скорость разливки до необходимых значений. Дополнительное обжатие слоев двух металлов и получение биметаллического соединения обеспечивается на наклонном верхнем участке 11 стенок 9 второй пары, а калибрование поверхности соединения - на вертикальном нижнем участке 12. После получения биметаллического соединения и заготовки из второго металла определенной длины процесс повторяется.

Формула изобретения

1. Способ получения непрерывных биметаллических деформированных заготовок из разливаемых металлов, включающий заливку в кристаллизатор жидкого металла, формирование корочки на стенках кристаллизатора, выполненного с парой вертикальных стенок и парой стенок с наклонным верхним и вертикальным нижним участками, паре вертикальных стенок сообщают возвратно-поступательное движение, а паре наклонных в верхней части стенок - вращательное движение, предварительное обжатие металла в двухфазном состоянии, калибрование поверхности, затвердевание биметаллической заготовки и ее выталкивание из кристаллизатора, отличающийся тем, что в кристаллизатор попеременно ведут заливку двух металлов в жидком состоянии до получения заготовки определенной длины, при этом уровень заливки первого жидкого металла доводят до максимального значения, прекращают его подачу и выдавливают расплав в направлении разливки с оголением корочек вдоль стенок с наклонным верхним участком, затем осуществляют заливку второго жидкого металла в пространство между корочками и дополнительно обжимают два слоя металла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уменьшают скорость разливки до значения И₁ = (0,5 - 0,8)И_о, где И_о - первоначальная скорость разливки металла, при прекращении заливки в кристаллизатор первого жидкого металла в момент оголения корочек, а после заполнения пространства между корочками вторым жидким металлом скорость разливки увеличивают до необходимых значений.

3. Устройство для получения непрерывных биметаллических деформированных заготовок из разливаемых металлов, содержащее разливочную емкость со средством для дозирования металла, водоохлаждаемый кристаллизатор с парой вертикальных стенок, выполненных с возможностью возвратно-поступательного движения, и парой стенок с наклонным верхним и вертикальным нижним участками, выполненных с возможностью вращательного движения, отличающееся тем, что разливочная емкость состоит из двух камер с двумя средствами для дозирования металла и выполнена с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, при этом перед входом в кристаллизатор установлен оптический датчик уровня заливки расплава, а под кристаллизатором - датчик скорости движения заготовки и система автоматического регулирования процессом разливки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2