RU2020032C1

RU2020032C1 - Device for bottom-pour of metal to ingot and casting molds

Info

Publication number: RU2020032C1
Authority: RU
Inventors: Борис Александрович Узиенко; Владимир Прокофьевич Осипов; Станислав Леонидович Сергиенко; Владимир Александрович Булат; Леонид Наумович Король; Сергей Сергеевич Казаков; Евгений Исаевич Мошкевич; Артур Васильевич Губенко; Николай Николаевич Киселев
Original assignee: Институт проблем литья АН Украины
Priority date: 1991-09-16
Filing date: 1991-09-16
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: metallurgy and foundry. SUBSTANCE: device has foundry fountain, ingot mold, plate with siphon guide in whose span bricks there are main and auxiliary outlet ports positioned symmetrically to vertical axis of ingot mold. The device is provided with even number of closed siphon guides positioned symmetrically to vertical axis of ingot mold. Distance L between axes of outlet ports of each pair of closed siphon guides is equal to 2-10 d of diameters of port. EFFECT: enhanced operating reliability. 3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, конкретнее к устройствам для сифонной разливки стали в изложницы и формы. The invention relates to the field of metallurgy and foundry, and more particularly to devices for siphon casting of steel into molds and molds.

Известно устройство для сифонной разливки стали в сквозные изложницы, содержащее центровую, изложницу, поддон с сифонной проводкой, в концевом кирпиче которой выполнено выходное отверстие. Выходное отверстие размещают по оси изложницы. Заполнение изложницы осуществляют струей металла, формируемой выходным отверстием концевого кирпича сифонной проводки. (Яковлев Ю. Н. Формирование поверхностных слоев слитка в процессе наполнения сквозных изложниц сифонным способом. Изв. вузов. Черная металлургия, 1958, N 3, с. 34-41). Недостатком известного устройства является то, что формируемая отверстием концевого кирпича струя металла, поступающая в изложницу, вследствие сил инерции отклоняется от вертикального положения (в направлении "от центровой"), что обуславливает подмыв кристаллизующейся корочки слитка и, как следствие, образование поверхностных дефектов. A device for siphon casting of steel into end-to-end molds is known, comprising a center, ingot mold, a siphon tray with an outlet in its end brick. The outlet is placed along the axis of the mold. The mold is filled with a metal stream formed by the outlet hole of the end brick of the siphon wiring. (Yakovlev, Yu. N. The formation of surface layers of an ingot during the filling of through molds by the siphon method. Izv. Universities. Ferrous Metallurgy, 1958, N 3, p. 34-41). A disadvantage of the known device is that the metal stream formed by the hole of the end brick entering the mold, due to inertia forces deviates from the vertical position (in the direction "from the center"), which causes the washing off of the crystallizing crust of the ingot and, as a result, the formation of surface defects.

Известно устройство для сифонной разливки стали в сквозные изложницы содержащее центровую, изложницу, поддон с сифонной проводкой, в концевом кирпиче которой выполнено выходное отверстие, причем выходное отверстие смещено относительно оси изложницы в направлении центровой (Функин А.П. Отливка круглых слитков через смещенные сифонные литники.: Металлургическая и горнорудная промышленность, 1960, N 4, с.70-72). Недостатком этого устройства является то, что смещение изложницы относительно выходного отверстия концевого кирпича сифонной проводки не снижает степень отклонения поступающей в изложницу восходящей струи металла от вертикали, что обуславливает подмыв кристаллизующейся корочки слитка, и как следствие, образование поверхностных дефектов. A device is known for siphon casting of steel into end-to-end molds containing a center, ingot mold, a siphon drip tray, in the end brick of which an outlet is made, and the outlet is offset relative to the axis of the mold in the center direction (A.Funkin, A.P. Casting of round ingots through offset siphon gates .: Metallurgical and mining industry, 1960, N 4, p. 70-72). The disadvantage of this device is that the displacement of the mold relative to the outlet of the end brick of the siphon wiring does not reduce the degree of deviation of the upward stream of metal entering the mold from the vertical, which causes the washing off of the crystallizing crust of the ingot, and as a result, the formation of surface defects.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для разливки металла, включающее изложницы, литниковую чашу, распределитель жидкого металла и сифонные проводки, в каналах которых выполнены выходные отверстия, площадь сечения которых больше площади поперечного сечения каналов, в каждом канале выполнено дополнительное выходное отверстие радиусом, равным радиусу сифонной проводки, причем основное и дополнительное отверстия равно отстоят от продольной оси изложницы на расстоянии 1,5-2,5 радиуса канала сифонной проводки при соотношении между радиусами основного и дополнительного отверстий (1:1)-(0,8:1). The closest in technical essence to the invention is a device for casting metal, including molds, a sprue bowl, a distributor of liquid metal and siphon wiring, in the channels of which there are outlet openings, the cross-sectional area of which is larger than the cross-sectional area of the channels, in each channel an additional outlet with a radius equal to the radius of the siphon wiring, and the main and additional holes are equally spaced from the longitudinal axis of the mold at a distance of 1.5-2.5 radius of the channel of the siphon wiring with the ratio between the radii of the primary and secondary holes (1: 1) - (0.8: 1).

Недостатком известного устройства является низкое качество отливаемых слитков. A disadvantage of the known device is the low quality of the cast ingots.

Это обусловлено тем, что в связи с незначительной толщиной тела пролетного кирпича высота (h) каналов выпускных отверстий, направляющих струи металла в изложницу, незначительна. Так, для пролетного кирпича N 76 (ГОСТ 11586-69. Изделия огнеупорные для сифонной разливки стали) h = 0,025 м при диаметре канала d = 0,05 м. Отношение h/d = 0,5. Как показывают гидравлические исследования, жесткая вертикальная восходящая струя может быть получена только при условии, что отношение высоты к диаметру канала отверстия составляет не менее h/d ≥ 4 (Лапицкий В.И. Некоторые особенности наполнения изложниц спокойной сталью. Труды НТО черной металлургии. М.: Металлургиздат, 1955, т. 5, с.93-100). Столь незначительная величина отношения h/d = 0,5 приводит к тому, что твердая внутренняя поверхность канала выходного отверстия пролетного кирпича сифонной проводки не оказывает влияния на формирование поступающих в изложницу струй металла. В связи с отсутствием влияния жестких границ каналов отверстий на процесс формирования поступающих в изложницу восходящих струй металла при поступлении из основного и дополнительного отверстий в изложницу струи, сохраняя (под влиянием сил инерции) направление движения потока по горизонтальной сифонной проводке, отклоняются от вертикали в одну сторону - противоположную подводу. В связи с тем, что струи отклоняются в одну сторону, при их распространении в объеме залитого в изложницу металла струи сливаются, энергия суммарной струи резко возрастает. Таким образом, энергия восходящих струй взаимно не гасится, конвективные потоки получают сильное развитие. Данное явление обуславливает подмыв кристаллизующейся корочки слитка, ее неравномерную кристаллизацию как по периметру, так и по высоте изложницы, возникновение местных концентраций напряжений и, как следствие, образование горячих трещин. Выполнение дополнительного выходного отверстия в сифонных пролетных проводках усиливает неравномерность поля скоростей потоков в изложнице и, как следствие, приводит к снижению качества поверхности слитка по дефектам "горячая трещина". This is due to the fact that, due to the insignificant thickness of the span brick body, the height (h) of the channels of the outlet openings guiding the metal jets into the mold is insignificant. So, for span brick N 76 (GOST 11586-69. Refractory products for siphon casting of steel) h = 0.025 m with a channel diameter d = 0.05 m. The ratio h / d = 0.5. As hydraulic studies show, a rigid vertical ascending stream can be obtained only if the ratio of height to diameter of the channel of the hole is not less than h / d ≥ 4 (Lapitsky V.I. Some features of filling molds with mild steel. Proceedings of the NTO of ferrous metallurgy. M .: Metallurgizdat, 1955, v. 5, p. 93-100). Such an insignificant value of the ratio h / d = 0.5 leads to the fact that the solid inner surface of the channel of the outlet of the passage brick of the siphon wiring does not affect the formation of metal jets entering the mold. Due to the lack of influence of the rigid boundaries of the channel of the holes on the formation of ascending metal jets entering the mold upon receipt from the main and additional holes in the mold, the jets, while maintaining (under the influence of inertia forces) the direction of flow along the horizontal siphon wiring, deviate from the vertical one way - opposite to the supply. Due to the fact that the jets deviate in one direction, when they spread in the volume of the metal poured into the mold, the jets merge, the energy of the total jet increases sharply. Thus, the energy of the ascending jets is not mutually extinguished, convective flows are strongly developed. This phenomenon causes the washing off of the crystallizing crust of the ingot, its uneven crystallization both along the perimeter and in the height of the mold, the occurrence of local stress concentrations and, as a result, the formation of hot cracks. The implementation of the additional outlet in the siphon overhead wiring increases the unevenness of the flow velocity field in the mold and, as a result, leads to a decrease in the quality of the surface of the ingot for defects "hot crack".

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для сифонной разливки металла в изложницы и формы, содержащем центровую, изложницу, поддон с сифонной проводкой, в пролетных кирпичах которой выполнены основное и дополнительное выходное отверстия, размещенные симметрично относительно вертикальной оси изложницы, выполняют четное число замкнутых сифонных проводок, размещенных симметрично относительно вертикальной оси изложницы, причем расстояние L между осями выходных отверстий каждой пары замкнутых сифонных проводок составляет (2-10 )d - диаметров отверстия. The essence of the invention lies in the fact that in the device for siphoning metal casting into molds and molds containing a center, mold, a siphon tray with spans, in the span bricks of which the main and additional outlet openings are placed symmetrically with respect to the vertical axis of the mold, an even number of closed siphon wiring arranged symmetrically with respect to the vertical axis of the mold, the distance L between the axes of the outlet openings of each pair of closed siphon wiring being (2-1 0) d - hole diameters.

Заполнение изложницы через четное число замкнутых сифонных проводок, расположенных симметрично относительно вертикальной оси изложницы, изменяет режим движения потоков в объеме залитого в изложницу металла. Отклонение восходящих струй металла от вертикали, характеризующее процесс заполнения изложницы, при использовании устройства известной конструкции устраняется. Данное явление объясняется взаимным гашением горизонтальных составляющих скоростных полей каждой из истекающих навстречу одна другой струй при их взаимодействии. Дальнейший процесс распространения обобщенной струи расплава определяется ее обобщенными параметрами. В данном случае устраняется локальный подмыв кристаллизующейся корочки слитка, ее неравномерная кристаллизация как по периметру, так и по высоте изложницы, возникновение местных концентраций напряжений и, как следствие этого, образование горячих поверхностных трещин. Filling the mold through an even number of closed siphon wires located symmetrically with respect to the vertical axis of the mold changes the mode of flow in the volume of metal poured into the mold. The deviation of the ascending jets of metal from the vertical, characterizing the process of filling the mold, when using a device of known design is eliminated. This phenomenon is explained by the mutual damping of the horizontal components of the velocity fields of each of the jets flowing towards one another during their interaction. The further propagation process of the generalized melt jet is determined by its generalized parameters. In this case, the local washing out of the crystallizing crust of the ingot, its uneven crystallization both around the perimeter and along the height of the mold, the occurrence of local stress concentrations and, as a consequence, the formation of hot surface cracks, are eliminated.

Размещение замкнутых сифонных проводок асимметрично относительно вертикальной оси изложницы не обеспечивает полного взаимного гашения горизонтальных составляющих скоростных полей каждой из восходящих струй и исключения подмыва кристаллизующейся корочки слитка. The placement of closed siphon wires asymmetrically relative to the vertical axis of the mold does not provide complete mutual damping of the horizontal components of the velocity fields of each of the ascending jets and the elimination of washing out of the crystallizing crust of the ingot.

Выполнение сифонных проводок замкнутыми обеспечивает повышение расходных характеристик устройства и, следовательно, скорость разливки металла в связи со снижением коэффициента сопротивления замкнутой сифонной проводки в сравнении с проточной. Так, коэффициент сопротивления замкнутой сифонной проводки составляет 2,5, в то время как при использовании проточной - 4. (Яковлев Ю. Н. , Карп С.Ф. и Давыдов Ю.В. Оценка гидродинамических условий наполнения изложниц металлом при использовании восьмиместных поддонов. Разливка стали в изложницы и качество слитка. М.: Металлургия, 1984, с.33-36). The implementation of siphon wiring closed provides an increase in the flow characteristics of the device and, therefore, the rate of casting of metal in connection with a decrease in the resistance coefficient of a closed siphon wiring compared to flow. So, the drag coefficient of a closed siphon wiring is 2.5, while when using flow-through it is 4. (Yakovlev Yu.N., Karp S.F. and Davydov Yu.V. Assessment of the hydrodynamic conditions for filling molds with metal when using eight-seater pallets Steel casting into molds and ingot quality. M.: Metallurgy, 1984, p. 33-36).

Выполнение в концевых кирпичах каждой ветви замкнутой сифонной проводки более одного отверстия нецелесообразно, так как снижается начальная скорость истечения струи из канала отверстия, а следовательно, условия обогрева зеркала металла в изложнице, и повышается брак слитков по дефектам типа "завороты корочки". Performing more than one hole in the end bricks of each branch of the closed siphon wiring is impractical, since the initial velocity of the jet from the hole channel decreases, and therefore, the conditions for heating the metal mirror in the mold, and the marriage of ingots for defects such as "crust inversion" increases.

Экспериментально установлено, что при уменьшении расстояния L между осями выходных отверстий концевых кирпичей сифонных проводок менее 2d, диаметров отверстия, значительная кинетическая энергия струй обуславливает расширение суммарной восходящей струи металла в плоскости, перпендикулярной направлениям подвода каждой из струй, что вызывает подмыв кристаллизующейся на боковых гранях изложницы корочки слитка. It has been experimentally established that with a decrease in the distance L between the axes of the outlet bricks of the end bricks of the siphon wires less than 2d, the diameter of the hole, the significant kinetic energy of the jets causes the expansion of the total ascending metal stream in a plane perpendicular to the directions of supply of each of the jets, which causes the mold to crystallize on the side faces crusts of the ingot.

Увеличение расстояния L между осями выходных отверстий концевых кирпичей сифонных проводок более 10d, диаметров отверстия, снижает эффект взаимного гашения горизонтальных составляющих скорости каждой из струй в связи с значительным ростом амплитуды колебаний их осевых участков на столь значительном расстоянии от выходного отверстия сифонной проводки. An increase in the distance L between the axes of the outlet bricks of the end bricks of siphon wires more than 10d, the hole diameters, reduces the effect of mutual damping of the horizontal velocity components of each of the jets due to the significant increase in the amplitude of oscillations of their axial sections at such a significant distance from the outlet of the siphon wire.

Практическое равенство скоростей потоков жидкости, обтекающих кристаллизующуюся корочку слитка у противолежащей центровой (v₁) и боковой (v₂) стенок изложницы наблюдается при расстоянии (2-10)d между осями выходных отверстий концевых кирпичей сифонных проводок (табл.1).The practical equality of the flow rates of the liquid flowing around the crystallizing crust of the ingot at the opposite center (v ₁ ) and side (v ₂ ) walls of the mold is observed at a distance (2-10) d between the axes of the outlet openings of the end bricks of the siphon wires (Table 1).

На фиг. 1-3 изображено устройство для сифонной разливки металла. In FIG. 1-3 shows a device for siphon casting of metal.

Устройство включает центровую 1, изложницу 2, поддон 3, сифонные проводки 4 с концевыми кирпичами 5 и выполненными в них выпускными отверстиями 6. The device includes a center 1, a mold 2, a pallet 3, siphon wiring 4 with end bricks 5 and exhaust holes 6 made therein.

Работа устройства для сифонной разливки металла осуществляется следующим образом. При открытии стопорного (шиберного) затвора сталеразливочного ковша металл поступает в центровую 1 и по размещенным в поддоне 3 каналам сифонных проводок 4 концевых кирпичей 5 и выходных отверстий 6 - в полость изложницы 2. В результате взаимодействия струй, истекающих из выходных отверстий концевых кирпичей сифонных проводок, расположенных симметрично относительно вертикальной оси изложницы, отклонение направления потока от вертикали устраняется. Кристаллизация корочки слитка происходит в идентичных условиях как по высоте, так и по периметру изложницы, что обуславливает повышение качества слитка и увеличение выхода годного (табл.2). The operation of the device for siphon casting of metal is as follows. When the stopper (gate) shutter of the steel pouring ladle is opened, the metal enters the center 1 and through the siphon wires 4 of the end bricks 5 and the outlet 6 placed in the pallet 3 into the cavity of the mold 2. As a result of the interaction of the jets flowing from the outlet openings of the end bricks of the siphon wiring located symmetrically relative to the vertical axis of the mold, the deviation of the flow direction from the vertical is eliminated. Crystallization of the ingot crust occurs under identical conditions both in height and in the perimeter of the mold, which leads to an increase in the quality of the ingot and an increase in the yield (Table 2).

Предварительный анализ показывает, что реализация предлагаемого устройства для сифонной разливки металла позволит повысить по сравнению с известным решением качество слитка и увеличить выход годного за счет снижения на 10-15% брака по дефектам поверхности и повышения выхода 1-го сорта. Preliminary analysis shows that the implementation of the proposed device for siphon casting of metal will improve the quality of the ingot compared to the known solution and increase the yield due to a 10-15% reduction in rejects due to surface defects and increase the yield of the 1st grade.

Claims

A device for siphon casting of metal into molds and shapes, containing a center, mold, siphon wiring tray, in the span bricks of which are made the main and additional outlet openings placed symmetrically with respect to the vertical axis of the mold, characterized in that it contains an even number of closed siphon wiring, placed symmetrically relative to the vertical axis of the mold, the distance L between the axes of the outlet openings of each pair of closed siphon wires is (2 - 10) d - diameters tverstiya.