RU2836427C2 - Затравочная головка для формы непрерывного литья и связанный с ней способ - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области литейного производства. Затравочная головка (415) для литейной формы непрерывного литья содержит круглую основную часть с вогнутой верхней поверхностью и двумя или более выемками (420) на верхней поверхности. Первый конец выемки находится ближе к центру верхней поверхности, чем второй конец соответствующей выемки. Глубина первого конца выемки относительно верхней поверхности меньше глубины второго конца соответствующей выемки относительно верхней поверхности. Центр верхней поверхности расположен в литейной форме ниже, чем нижняя поверхность каждой выемки. На профиле второго конца выемки расположена точка зажатия, определяющая поверхность (423) зажатия выемки, обеспечивающая зацепление выемки с затвердевшим литьевым материалом. Обеспечивается снижение напряжений внутри изготавливаемой отливки, что приводит к уменьшению вероятности образования трещин в отливке. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США №63/201,728, поданной 11 мая 2021 г., полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для затравочной головки для литейной формы непрерывного литья, и, более конкретно, к затравочной головке, выполненной с возможностью зажатия отливки для вытягивания отливки из литейной формы непрерывного литья таким образом, который снижает напряжения внутри отливки, уменьшая вероятность образования трещин под напряжением в отливке.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Металлические изделия могут быть сформованы различными способами; однако для многочисленных способов формования сначала требуются слиток, заготовка или другая литая деталь, которые могут служить сырьевым материалом, из которого может быть изготовлено конечное металлическое изделие, например, посредством прокатки или механической обработки. Одним из способов изготовления слитка или заготовки является процесс непрерывного литья, известный как непрерывное литье в форму, при котором вертикально ориентированная полость формы расположена над платформой, которая перемещается вертикально вниз литейной ямы. Затравочная головка или затравочный блок могут быть расположены на платформе и образовывать дно полости формы по меньшей мере на начальном этапе, чтобы начать процесс литья. Расплавленный металл заливают в полость формы, после чего расплавленный металл охлаждается и начинается процесс затвердевания, обычно с использованием охлаждающей жидкости. Платформа с находящейся на ней затравочной головкой может опускаться в литейную яму с заданной скоростью, чтобы дать возможность металлу выйти из полости формы и опуститься вместе с затравочным блоком для затвердевания. Платформа продолжает опускаться по мере того, как все больше расплавленного металла поступает в полость формы, а твердый металл выходит из полости формы. Этот процесс непрерывного литья позволяет формовать металлические слитки и заготовки в соответствии с профилем полости формы и с длиной, ограниченной только глубиной литейной ямы и перемещающейся в ней платформой с гидравлическим приводом.

Поскольку процесс непрерывного литья в кристаллизатор основан на по меньшей мере частичном затвердевании металла, пока металл находится внутри литейной формы для непрерывного литья в кристаллизатор, до того, как затравочная головка начнет опускаться, существует риск того, что отливка затвердеет внутри литейной формы для непрерывного литья в кристаллизатор и не опустится с затравочной головкой из-за деформации отливки, вызванной процессом затвердевания. Чтобы избежать этой проблемы, затравочная головка может быть выполнена с возможностью фрикционного зацепления с торцом литой заготовки и вытягивания торца из литейной формы, когда затравочная головка начинает опускаться. Это фрикционное зацепление может приводить к нежелательным напряжениям в торце отливки, которые могут приводить к образованию трещин или другим нежелательным свойствам внутри отливки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для затравочной головки для литейной формы непрерывного литья, и, более конкретно, к затравочной головке, выполненной с возможностью зажатия отливки для вытягивания отливки из литейной формы непрерывного литья таким образом, который снижает напряжения внутри отливки, уменьшая вероятность образования трещин под напряжением в отливке. Предложенные в настоящем документе варианты осуществления изобретения включают в себя затравочную головку для литейной формы непрерывного литья, содержащую: основную часть; верхнюю поверхность основной части, при этом две или более выемок определены внутри верхней поверхности, при этом каждая выемка проходит от первого конца ко второму концу, при этом первый конец соответствующей выемки находится ближе к центру верхней поверхности, чем второй конец соответствующей выемки, и при этом глубина первого конца соответствующей выемки относительно верхней поверхности меньше глубины второго конца соответствующей выемки относительно верхней поверхности; и точку зажатия, определенную вторым концом соответствующей выемки. Согласно одному иллюстративному варианту осуществления изобретения, в ответ на прием расплавленного литьевого материала затравочной головкой расплавленный литьевой материал затвердевает внутри выемок, определенных на верхней поверхности, и точки зажатия, определенные вторым концом соответствующей выемки, входят в зацепление с затвердевшим литьевым материалом, обеспечивая вытягивание затравочной головкой затвердевшего литьевого материала из литейной формы непрерывного литья.

Согласно одному иллюстративному варианту осуществления изобретения каждая из двух или более выемок проходят по дуге менее 180 градусов относительно центра верхней поверхности. Каждая из двух или более выемок в некоторых вариантах осуществления изобретения определяет поверхность зажатия на втором конце соответствующей выемки, причем поверхность зажатия проходит от верхней поверхности до дна выемки на глубине второго конца соответствующей выемки. Поверхность зажатия соответствующей выемки одного иллюстративного варианта осуществления изобретения определяет подрез, где по меньшей мере часть верхней поверхности перекрывает соответствующую выемку.

Поверхность зажатия по одному иллюстративному варианту осуществления изобретения расположена под углом зажатия, отклоняющимся от оси, параллельной направлению движения затравочной головки в литейную яму во время операции литья. Две или более выемок по одному иллюстративному варианту осуществления изобретения расположены с центрами, разнесенными с равными угловыми приращениями вокруг центра верхней поверхности основной части. Две или более выемок в некоторых вариантах осуществления изобретения включают в себя три выемки, расположенные с центрами, разнесенными под углом 120 градусов друг от друга относительно центра верхней поверхности основной части. Две или более выемок в некоторых вариантах осуществления изобретения включают в себя четыре выемки, расположенные с центрами, разнесенными под углом 90 градусов друг от друга относительно центра верхней поверхности основной части. Верхняя поверхность основной части в одном иллюстративном варианте осуществления изобретения является вогнутой. Согласно одному иллюстративному варианту осуществления изобретения разница по высоте между внешним краем верхней поверхности основной части и высотой самой нижней точки вогнутой верхней поверхности составляет не более 5,08 см (двух дюймов). Максимальная глубина двух или более выемок относительно внешнего края верхней поверхности в некоторых вариантах осуществления изобретения составляет не более 5,08 см (двух дюймов).

Предложенные в настоящем документе варианты осуществления изобретения включают в себя: литейную форму непрерывного литья, включающую в себя: литейную форму непрерывного литья, определяющую полость формы; затравочную головку, содержащую верхнюю поверхность, причем затравочная головка выполнена с возможностью зацепления с дном формы непрерывного литья и уплотнения нижней стороны полости формы с верхней поверхностью, при этом две или более выемок определены внутри верхней поверхности, при этом каждая выемка проходит от первого конца ко второму концу, при этом первый конец соответствующей выемки находится ближе к центру верхней поверхности, чем второй конец соответствующей выемки, и при этом глубина первого конца соответствующей выемки относительно верхней поверхности меньше глубины второго конца соответствующей выемки относительно верхней поверхности; и точку зажатия, определенную вторым концом соответствующей выемки.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения каждая из двух или более выемок проходит по дуге менее 180 градусов относительно центра верхней поверхности. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения каждая из двух или более выемок определяет поверхность зажатия на втором конце соответствующей выемки, причем поверхность зажатия проходит от верхней поверхности до нижней части выемки на глубине второго конца соответствующей выемки. Поверхность зажатия

соответствующей выемки в некоторых вариантах осуществления изобретения определяет подрез, где по меньшей мере часть верхней поверхности перекрывает соответствующую выемку. Поверхность зажатия по одному иллюстративному варианту осуществления изобретения расположена под углом зажатия, отклоняющимся от оси, параллельной направлению движения затравочной головки в литейную яму во время операции литья.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения две или более выемок расположены с центрами, разнесенными с равными угловыми приращениями относительно центра верхней поверхности основной части. Две или более выемок в некоторых вариантах осуществления изобретения включают в себя три выемки, расположенные с центрами, разнесенными под углом 120 градусов друг от друга относительно центра верхней поверхности основной части. Две или более выемок в некоторых вариантах осуществления изобретения включают в себя четыре выемки, расположенные с центрами, разнесенными под углом 90 градусов друг от друга относительно центра верхней поверхности основной части. Верхняя поверхность основной части в некоторых вариантах осуществления изобретения является вогнутой, при этом разница по высоте между внешним краем верхней поверхности основной части и высотой самой нижней точки вогнутой верхней поверхности составляет не более 5,08 см (двух дюймов), и при этом максимальная глубина двух или более выемок относительно внешнего края верхней поверхности составляет не более 5,08 см (двух дюймов).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

После описания таким образом изобретения в общем смысле далее будут приведены ссылки на прилагаемые графические материалы, которые не обязательно выполнены в масштабе и в которых:

на Фиг. 1 показан один иллюстративный вариант осуществления литейной формы для непрерывного литья в кристаллизатор согласно предшествующему уровню техники;

на Фиг. 2 проиллюстрирован один пример начальных стадий непрерывного литья в кристаллизатор или непрерывного литья согласно одному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 3 показан один иллюстративный вариант осуществления изобретения после начальных стадий непрерывного литья в кристаллизатор согласно одному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 4 показан один иллюстративный вариант осуществления непрерывного литья в кристаллизатор в установившемся состоянии согласно одному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 5А проиллюстрирован вид сверху затравочной головки предшествующего уровня техники;

на Фиг. 5В проиллюстрирован вид в поперечном сечении затравочной головки, показанной на Фиг. 5А, по линии сечения;

на Фиг. 6А проиллюстрирован вид сверху затравочной головки согласно одному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 6В проиллюстрирован вид в поперечном сечении затравочной головки, показанной на Фиг. 6А, по линии сечения согласно одному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 7 показан детальный вид выемки затравочной головки, показанной на Фиг. 6А, согласно одному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 8 проиллюстрирован еще один детальный вид выемки затравочной головки, показанной на Фиг. 6А, зацепленной литым материалом, согласно одному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения; и

на Фиг. 9 проиллюстрирован вид сверху затравочной головки согласно другому иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны более полно ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы, в которых показаны некоторые, но не все варианты осуществления настоящего изобретения. Действительно, варианты осуществления изобретения могут принимать множество различных форм и не должны рассматриваться как ограниченные вариантами осуществления изобретения, изложенными в настоящем документе; скорее, эти варианты осуществления изобретения предоставлены для того, чтобы настоящее раскрытие изобретения удовлетворяло применимым законодательным требованиям. Одинаковые числовые обозначения на всех фигурах относятся к одинаковым элементам.

Варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к способу и устройству для затравочной головки непрерывного литья, и, более конкретно, к затравочной головке, выполненной с возможностью зажатия отливки для вытягивания отливки из литейной формы для непрерывного литья или литейной формы для непрерывного литья в кристаллизатор таким образом, который снижает напряжения внутри отливки, уменьшая вероятность образования трещин под напряжением в отливке. В вариантах осуществления изобретения используют уникальные профили затравочной головки для зацепления с торцом отливки и вытягивания отливки из литейной формы для непрерывного литья в кристаллизатор, в то время как затравочная головка опускается в литейную яму, при этом снижаются напряжения внутри торца отливки, таким образом обеспечивая уменьшение нежелательных свойств в торце отливки и сокращение отходов. Таким образом, варианты осуществления изобретения повышают эффективность процесса литья путем получения отливки с меньшим количеством отходов и большей консистенцией, особенно в торце отливки.

Непрерывное литье в кристаллизатор или непрерывное литье представляет собой процесс, используемый для производства слитков или заготовок, которые могут иметь различные формы и размеры поперечного сечения для использования в различных производственных вариантах применения. Процесс непрерывного литья в кристаллизатор начинается с горизонтального формовочного стола или формовочной рамы, содержащей одну или более расположенных на ней вертикально ориентированных форм. Каждая из форм определяет полость формы, при этом полости формы первоначально закрываются со стороны дна затравочной головкой для герметизации дна полости формы. Расплавленный металл вводят в каждую полость формы через систему распределения металла для заполнения полостей формы. По мере того как расплавленный металл в непосредственной близости от дна формы, смежный с затравочной головкой, затвердевает как торец отливки, затравочная головка перемещается вертикально вниз по линейному пути в литейную яму. Перемещение затравочной головки может быть вызвано гидравлически опускаемой платформой, к которой прикреплена затравочная головка. Перемещение затравочной головки вертикально вниз вытягивает затвердевший металл из полости формы, в то время как в полости формы вводят дополнительный расплавленный металл. После запуска этот процесс протекает в относительно установившемся состоянии для процесса непрерывного литья, в результате которого образуется металлический слиток или заготовка, профиль которых определяется полостью формы, а высота определяется глубиной, на которую перемещаются платформа и затравочная головка.

В процессе литья сама литейная форма охлаждается, чтобы способствовать затвердеванию металла до выхода металла из полости формы, когда затравочная головка продвигается вниз, а охлаждающая жидкость подается на поверхность металла в непосредственной близости от выхода из полости формы во время литья металла для отвода тепла от литой металлической заготовки и затвердевания расплавленного металла внутри уже затвердевшей оболочки заготовки. Когда затравочный блок продвигается вниз, охлаждающая жидкость может распыляться непосредственно на заготовку, чтобы охладить поверхность и отвести тепло изнутри сердцевины заготовки.

На Фиг. 1 показано общее изображение поперечного сечения литейной формы для непрерывного литья в кристаллизатор во время процесса непрерывного литья. Проиллюстрированная форма может быть, например, предназначена для круглой заготовки или по существу прямоугольного слитка. Как показано, литейная форма 105 непрерывного литья образует полость 106 формы, из которой формуется литая деталь 110. Процесс литья начинается с того, что затравочная головка 115 герметизирует или по существу заполняет дно полости 106 формы напротив стенок литейной формы 105 непрерывного литья. Когда платформа 120 перемещается вниз по стрелке 145 в литейную яму и литая деталь начинает затвердевать по ее краям внутри стенок формы указанной литейной формы 105 непрерывного литья, литая деталь 110 выходит из полости 106 формы. Металл вытекает из разливочного желоба 125, который может представлять собой нагреваемый резервуар или резервуар, подаваемый из печи, например, через сливной носок 130 в полость формы. Как показано, сливной носок 130 частично погружен в ванну 135 расплавленного металла во избежание окисления металла, которое могло бы произойти при подаче сверху в ванну 135 расплавленного металла. Расплавленный металл начинает затвердевать по мере снижения температуры расплавленного металла. На Фиг. 1 дополнительно показано поперечное сечение, изображающее линию 137 затвердевания, где расплавленный металл переходит в затвердевший металл или металл, который может сохранять свою форму без необходимости в стенках формы для поддержки и удержания. Затвердевший металл 140 представляет собой сформованную литую деталь, такую как заготовка. Потоком через сливной носок 130 можно управлять внутри разливного желоба 125, например, с помощью конической пробки внутри отверстия, соединяющего полость разливочного желоба 125 с каналом потока через сливной носок 130. Поток металла через сливной носок 130 продолжает течь, а платформа 120 продолжает опускаться по стрелке 145 в литейную яму. Когда операция литья должна завершиться, либо посредством платформы, находящейся в нижней части своего движения, когда запас металла исчерпан, либо потому, что литая деталь достигает завершенного размера, поток металла через сливной носок 130 прекращается, и сливной носок, собранный на желобе, удаляют из ванны 135 расплавленного металла, чтобы позволить ванне расплава затвердеть и завершить отливку литой детали.

На Фиг. 2 показан один иллюстративный вариант осуществления способа литья с литником процесса непрерывного литья в кристаллизатор согласно настоящему изобретению, включающий литейную форму 105 непрерывного литья, желоб 126 и стакан 131 для подачи расплавленного металла из желоба в полость формы. Проиллюстрированный вариант осуществления изобретения, показанный на Фиг. 2, включает в себя исходное положение, в котором кончик стакана 131 расположен в непосредственной близости от затравочного блока 115, который поддерживается платформой 120. Затравочный блок 115 расположен сверху платформы 120 и выровнен для взаимодействия с литейной формой 105 для герметизации полости формы и предотвращения утечки расплавленного металла 107 между литейной формой 105 непрерывного литья и затравочным блоком 115. Стакан 131 или ковш принимается в переходную пластину 200, которая надежно прикреплена к верхней части литейной формы 105, например, посредством резьбового зацепления. Переходная пластина 200 может быть прикреплена к литейной форме 105 с помощью металлического кольца, которое ввинчено в круглое отверстие сверху литейной формы 105 для заготовок, чтобы надежно удерживать переходную пластину на форме. Литейная форма 105 может быть выполнена из металла, такого как алюминий, тогда как стакан 131 и переходная пластина 200 обычно выполнены из тугоплавкого материала, устойчивого к нагреву.

На Фиг. 2 показано начало отливки, когда затравочный блок 115 выровнен с литейной формой 105 непрерывного литья. Когда начинается отливка, как показано на Фиг. 3, платформа 120 опускается с затравочным блоком 115, когда расплавленный металл течет через стакан 131 из желоба 126 и затвердевает на затравочном блоке 115 и на дне полости формы, образуя литую деталь 140. Таким образом, когда затравочный блок 115 опускается из литейной формы 105 непрерывного литья, формуется литая деталь, показанная на Фиг. 4 в виде ссылочной позиции 140. На Фиг. 4 проиллюстрирована фаза рабочего состояния процесса литья или стадия установившегося состояния, когда платформа 120 опускается с почти постоянной скоростью, а литая часть 140 соответственно растет. На Фиг. 2 также проиллюстрированы распылительные сопла 150, которые подают охладитель или охлаждающую жидкость на поверхность отливки.

Чтобы процесс литья начался правильно, затравочная головка 115 должна быть выровнена с полостью 107 формы указанной литейной формы 105 непрерывного литья. Любая погрешность выравнивания может привести к вытеканию расплавленного металла из полости формы до того, как он успеет затвердеть. Расплавленный металл, вытекающий из полости формы между литейной формой и затравочным блоком, прежде чем он успеет затвердеть, выльется в яму, в которую опускается платформа 120, что приведет не только к потере литой детали, но и потребует существенной очистки ямы и любых затронутых компонентов внутри ямы перед тем, как литье может возобновиться или начаться снова. Кроме того, литейные формы для непрерывного литья и затравочные головки подвергаются точной механической обработке и в некоторой степени подвержены повреждениям таким образом, что при приведении затравочной головки в зацепление с литейной формой, когда два компонента не выровнены должным образом, одна или обе из затравочной головки и литейные формы могут быть повреждены, что может отрицательно повлиять на способность деталей иметь удовлетворительную отливку.

Процесс непрерывного литья в кристаллизатор требует, чтобы литая деталь по меньшей мере частично затвердела, в частности, на периферии литой детали, пока она находится в литейной форме 105. Линия 137 затвердевания на Фиг. 1 и 3 иллюстрирует линию затвердевания в поперечном сечении заготовки, при этом на выходе из литейной формы 105 металл в непосредственной близости от середины отливки может оставаться по меньшей мере в некоторой степени жидким, тогда как металл в непосредственной близости от периферии или внешней поверхности отливки затвердевает. Во время начала отливки затравочная головка 115 должна оставаться в зацеплении с литейной формой 105, когда расплавленный металл поступает в полость формы и начинает затвердевать у затравочной головки и в непосредственной близости от боковых стенок формы. Продвижение затравочной головки 115 перед тем, как затвердевание металла будет достаточно завершенным по периферии отливки или у самой затравочной головки, приводит к выливанию расплавленного металла между литейной формой 105 и опускающейся затравочной головкой 115 в литейную яму. Однако, как только металл начинает затвердевать в литейной форме 105 и расплавленный металл затвердевает у затравочной головки, отливка может застыть внутри литейной формы и не опускаться с затравочной головкой 115, когда затравочная головка продвигается вниз в литейную яму. Чтобы обеспечить опускание отливки с затравочной головкой 115, затравочная головка может содержать элементы для зацепления с отливкой таким образом, что отливка вытягивается из литейной формы 105 в начале процесса литья, когда металл затвердеет у затравочного блока и затравочная головка начинает опускаться в литейную яму.

На Фиг. 5А проиллюстрирован пример предшествующего уровня техники вида сверху затравочной головки 215 для круглой заготовки, вылитой способом непрерывного литья. Затравочная головка 215 содержит край 205, который может быть срезан на конус или скошен, как показано в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения, при этом край 205 взаимодействует с литейной формой для герметизации дна формы для непрерывного литья в кристаллизатор для начала процесса литья. На Фиг. 5В проиллюстрирован вид в сечении затравочной головки 215, показанной на Фиг. 5А, по линии сечения 210. На виде в сечении видна кольцевая канавка 220, которая проходит по окружности затравочной головки 215. Когда начинается процесс литья, расплавленный металл течет в полость формы и на затравочную головку 215. Расплавленный металл течет через затравочную головку 215 в кольцевую канавку 220. Когда расплавленный металл начинает затвердевать на затравочной головке и по периферии заготовки у боковых стенок формы, затравочная головка может начать опускаться в литейную яму.

Кольцевая канавка 220 затравочной головки 115, показанная на Фиг. 5А и 5В, может включать угол 225 зажатия. Этот угол зажатия на внешнем крае кольцевой канавки 220 приводит к тому, что торец отливки затвердевает у затравочной головки 115, имеющей кромку, зацепленную с кольцевой канавкой посредством угла 225 зажатия. Эта кромка отливки, зацепленная с канавкой затравочной головки 115, приводит к тому, что опускающийся затравочный блок вытягивает отливку из дна литейной формы. Это тянущее усилие помогает избежать застывания торца отливки в литейной форме для непрерывного литья в кристаллизатор при опускании затравочной головки 115 в литейную яму. Кольцевая канавка 220 с углом 225 зажатия вызывает нарастание напряжений в торце отливки, когда она затвердевает у затравочной головки 115. Крица 230 выступает над поверхностью затравочной головки таким образом, что отливка формуется вокруг крицы 230. Поскольку центр торца отливки затвердевает вокруг крицы 230, усадка литой заготовки помогает сохранять стабильность отливки по мере продвижения отливки.

В описанных в настоящем документе вариантах осуществления изобретения предложена затравочная головку непрерывного литья, выполненная с возможностью зажатия отливки при вытягивании заготовки из литейной формы непрерывного литья таким образом, который снижает напряжения внутри отливки, уменьшая вероятность образования трещин под напряжением в отливке. На Фиг. 6А показан иллюстративный вариант осуществления вида сверху затравочной головки 315 для круглой заготовки, вылитой способом непрерывного литья, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Затравочная головка 315 содержит основную часть 317 и верхнюю поверхность 319, лучше проиллюстрированную на Фиг. 6В. Затравочная головка 315 содержит край 305, который может быть срезан на конус или скошен, как показано в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения, при этом край 305 взаимодействует с литейной формой для герметизации дна формы для непрерывного литья в кристаллизатор для начала процесса литья. На Фиг. 6В проиллюстрирован вид в сечении затравочной головки 315, показанной на Фиг. 6А, по линии сечения 310. На виде сверху на Фиг. 6А и виде в сечении на Фиг. 6В видны выемки 320, которые проходят в вогнутую поверхность 340 затравочной головки 315. Выемки 320, которые могут включать в себя две или более выемок, проходят от первого конца выемки, ближайшего к центру 324 верхней поверхности 319, ко второму концу, расположенному ближе к краю 305 затравочной головки. Две или более выемок проходят по дуге менее 180 градусов относительно центра 324 верхней поверхности 319. В некоторых вариантах осуществления изобретения выемки проходят по дуге менее 90 градусов относительно центра 324 верхней поверхности, как проиллюстрировано на Фиг. 6А. Выемки 320 являются более мелкими по отношению к верхней поверхности 319 в непосредственной близости от центра 324 верхней поверхности и самыми глубокими в непосредственной близости от края затравочной головки. Выемки 320 могут включать угол 325 зажатия, как показано на Фиг. 3В, на самой внешней поверхности или поверхности 323 зажатия выемки относительно центра затравочной головки. Угол зажатия отклоняется от оси, параллельной направлению движения затравочной головки в литейную яму во время операции литья. Вогнутая поверхность затравочной головки 315 может иметь любую по существу вогнутую форму, например иметь непрерывный постоянный радиус, сложную кривизну или другую вогнутую форму, которая является по существу самой высокой на периферии и самой низкой в непосредственной близости от центра вогнутой поверхности. В некоторых вариантах осуществления изобретения центр поверхности 340 затравочной головки находится не более чем на 5,08 см (два дюйма) глубже, чем внешний край 345 периферии поверхности. Глубину затравочной головки можно увеличить, в частности, когда сливные каналы добавлены к затравочной головке или включены в нее, например сливные каналы, расположенные в непосредственной близости от центра затравочной головки, для уменьшения или устранения скопления воды в затравочной головке, что может отрицательно влиять на литье.

Круг 400 детали поперечного сечения на Фиг. 6В показан увеличенным, как на Фиг. 7, и повернутым, чтобы отразить горизонтальное положение затравочной головки 315 во время процесса литья. Как проиллюстрировано, выемка 320 включает в себя поверхность, определенную как поверхность 323 зажатия выемки относительно центра затравочной головки. Угол 325 зажатия поверхности 323 зажатия образует точку 324 зажатия внутри выемки, в результате чего отливка зажимается затравочной головкой 315. Точка 324 зажатия фактически может быть линией, а не точкой; однако термин «точка зажатия» используется для обозначения в профиле места, где литая деталь зажата на профиле выемки, причем эта точка проходит вдоль дуги выемки. Угол 325 зажатия представляет собой угол относительно оси, определенной вдоль направления спуска затравочной головки в литейную яму. Этот угол 325 зажатия приводит к образованию подреза или точки 321 зажатия, образованной поверхностью 323 зажатия, где по меньшей мере часть верхней поверхности 340 перекрывает по меньшей мере часть выемки 320. Таким образом расплавленный металл образует кромку внутри этой точки 321 зажатия подреза, обеспечивающую захват затравочной головки 315 на торце отливки. На Фиг. 8 проиллюстрирован круг детали, показанный на Фиг. 7, с литьевым материалом 410 (например, расплавленным металлом), залитым в форму и затвердевающим у затравочной головки 315. По мере затвердевания литьевого материала часть отливки 420 становится зажатой точкой зажатия, созданной поверхностью 323 зажатия выемки 320, расположенной под углом 325 зажатия, поскольку материал затек в выемку 320 и затвердел внутри точки 321 зажатия подреза. Это зацепление позволяет затравочной головке 315 тянуть отливку вниз по стрелке 430 при опускании затравочной головки в литейную яму. Точка зажатия противодействует любому затягиванию отливки по стрелке 440, которое могло бы произойти, если бы литьевой материал 410 был подвешен или застыл в литейной форме для непрерывного литья в кристаллизатор. Таким образом, затравочная головка 315 втягивает отливку в литейную яму по стрелке 430.

Варианты осуществления точек зажатия в выемках 320, показанных на Фиг. 6-8, уменьшают величину напряжения на торце отливки относительно кольцевой канавки 220, показанной на Фиг. 5, при этом обеспечивая достаточное направленное вниз усилие для извлечения отливки или заготовки из литейной формы. Несколько точек зажатия, расположенных по окружности затравочной головки, обеспечивают устойчивость заготовки без необходимости использования центральной крицы. Описанные в настоящем документе варианты осуществления изобретения уменьшают напряжение, возникающее во время начального затвердевания торца отливки, устраняя внутренние трещины, образующиеся в литом изделии в установившемся состоянии. Пиковые напряжения на затвердевающем торце отливки уменьшаются, следовательно, исключая возникновение радиальных или поверхностных трещин на отливке, в частности, при литье сплавов, чувствительных к растрескиванию. Кроме того, в описанных в настоящем документе вариантах осуществления изобретения создающая напряжение крица не требуется.

Напряжения снимаются на торце отливки посредством вогнутой кривизны поверхности 340 затравочной головки вместе с ограниченной частью торца отливки, находящейся в зацеплении с точками зажатия, созданными углом 325 зажатия выемок 320. Кроме того, без точек зажатия, полностью окружающих торец отливки, усилия, приложенные посредством зажатия, уменьшаются и распределяются только вокруг части торца отливки. Описанные в настоящем документе варианты осуществления изобретения дополнительно образуют устойчивый торец отливки, который уменьшает перемещение литой заготовки и уменьшает или исключает перекручивание заготовки на более поздних стадиях процесса литья.

Иллюстративный вариант осуществления изобретения на Фиг. 6А и 6В иллюстрирует затравочную головку с тремя выемками 320, каждая из которых включает поверхность 323 зажатия. Однако варианты осуществления изобретения могут включать в себя большее или меньшее количество выемок и соответствующих поверхностей зажатия. На Фиг. 9 показан один иллюстративный вариант осуществления затравочной головки 415, в которой четыре выемки 420 образованы с четырьмя соответствующими поверхностями 423 зажатия. Выемки 420 могут быть образованы с контурами, такими как контурные стороны 421 проиллюстрированного варианта осуществления изобретения, которые облегчают высвобождение литой заготовки из затравочной головки 415. Контурные выемки 420 без острых углов облегчают отделение литой заготовки от затравочной головки 415 после завершения процесса литья. Кроме того, отсутствие острых углов в выемках 420 или на поверхности затравочной головки уменьшает количество точек потенциального воздействия напряжений на торец отливки, таким образом снижая внутренние напряжения отливки и уменьшая вероятность образования трещин внутри отливки, особенно в склонных к растрескиванию сплавах.

Многие модификации и другие варианты осуществления изобретений, изложенных в настоящем документе, будут очевидны для специалиста в области техники, к которой относятся данные изобретения, который воспользуется идеями, представленными в предшествующем описании и связанных с ним графических материалах. Поэтому следует понимать, что настоящие изобретения не должны ограничиваться конкретными раскрытыми вариантами осуществления изобретения и что модификации и другие варианты осуществления изобретения предназначены для включения в объем прилагаемой формулы изобретения. Хотя в настоящем документе употребляются конкретные термины, они используются только в общем и описательном смысле, а не в целях ограничения.

Claims (27)

1. Затравочная головка для литейной формы непрерывного литья, содержащая:

круглую основную часть,

верхнюю поверхность круглой основной части, при этом верхняя поверхность выполнена вогнутой,

при этом две или более выемок определены внутри верхней поверхности, при этом каждая выемка проходит от первого конца ко второму концу вдоль нижней поверхности, при этом первый конец соответствующей выемки находится ближе к центру верхней поверхности, чем второй конец соответствующей выемки, при этом глубина первого конца соответствующей выемки относительно верхней поверхности меньше глубины второго конца соответствующей выемки относительно верхней поверхности, и при этом центр верхней поверхности расположен ниже в литейной форме непрерывного литья, чем нижняя поверхность каждой выемки,

точку зажатия на втором конце соответствующей выемки, определенную на профиле второго конца соответствующей выемки, обеспечивающую зацепление выемки с затвердевшим литьевым материалом.

2. Затравочная головка по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью приема расплавленного литьевого материала и обеспечения затвердевания расплавленного литьевого материала внутри двух или более выемок, определенных внутри верхней поверхности, и точки зажатия на втором конце соответствующей выемки выполнены для зацепления с затвердевшим литьевым материалом, обеспечивая вытягивание затвердевшего литьевого материала затравочной головкой.

3. Затравочная головка по п. 2, отличающаяся тем, что каждая из двух или более выемок размещена по дуге менее 180 градусов относительно центра верхней поверхности.

4. Затравочная головка по п. 3, отличающаяся тем, что каждая из двух или более выемок определяет поверхность зажатия на втором конце соответствующей выемки, причем поверхность зажатия выполнена проходящей от верхней поверхности до нижней части соответствующей выемки на глубине второго конца соответствующей выемки.

5. Затравочная головка по п. 4, отличающаяся тем, что поверхность зажатия соответствующей выемки определяет подрез, где по меньшей мере часть верхней поверхности выполнена перекрывающей соответствующую выемку.

6. Затравочная головка по п. 4, отличающаяся тем, что поверхность зажатия расположена под углом зажатия от оси, параллельной направлению движения затравочной головки в литейную яму во время операции литья.

7. Затравочная головка по п. 1, отличающаяся тем, что две или более выемок расположены с центрами, разнесенными с равными угловыми приращениями относительно центра верхней поверхности круглой основной части.

8. Затравочная головка по п. 1, отличающаяся тем, что две или более выемок включают три выемки, расположенные с центрами, разнесенными под углом 120 градусов друг от друга относительно центра верхней поверхности круглой основной части.

9. Затравочная головка по п. 1, отличающаяся тем, что две или более выемок включают четыре выемки, расположенные с центрами, разнесенными под углом 90 градусов друг от друга относительно центра верхней поверхности круглой основной части.

10. Затравочная головка по п. 1, отличающаяся тем, что разница по высоте между внешним краем верхней поверхности круглой основной части и высотой самой нижней точки верхней поверхности составляет не более 5,08 см (двух дюймов).

11. Затравочная головка по п. 10, отличающаяся тем, что максимальная глубина двух или более выемок относительно внешнего края верхней поверхности составляет не более 5,08 см (двух дюймов).

12. Литейная форма непрерывного литья, включающая в себя:

литейную форму непрерывного литья, определяющую полость формы,

затравочную головку, содержащую круглую верхнюю поверхность, причем затравочная головка выполнена с возможностью зацепления с дном литейной формы непрерывного литья и уплотнения нижней стороны полости формы с круглой верхней поверхностью,

при этом две или более выемок определены внутри круглой верхней поверхности, при этом каждая выемка проходит от первого конца ко второму концу вдоль нижней поверхности, при этом первый конец соответствующей выемки находится ближе к центру круглой верхней поверхности, чем второй конец соответствующей выемки, при этом глубина первого конца соответствующей выемки относительно круглой верхней поверхности меньше глубины второго конца соответствующей выемки относительно круглой верхней поверхности, и при этом центр верхней поверхности расположен ниже в литейной форме непрерывного литья, чем нижняя поверхность каждой выемки, и

точку зажатия на втором конце соответствующей выемки, определенную на профиле второго конца соответствующей выемки, обеспечивающую зацепление выемки с затвердевшим литьевым материалом.

13. Литейная форма по п. 12, отличающаяся тем, что каждая из двух или более выемок размещена по дуге менее 180 градусов относительно центра круглой верхней поверхности.

14. Литейная форма по п. 13, отличающаяся тем, что каждая из двух или более выемок определяет поверхность зажатия на втором конце соответствующей выемки, причем поверхность зажатия выполнена проходящей от круглой верхней поверхности до нижней части соответствующей выемки на глубине второго конца соответствующей выемки.

15. Литейная форма по п. 14, отличающаяся тем, что поверхность зажатия соответствующей выемки определяет подрез, где по меньшей мере часть круглой верхней поверхности выполнена перекрывающей соответствующую выемку.

16. Литейная форма по п. 14, отличающаяся тем, что поверхность зажатия расположена под углом зажатия от оси, параллельной направлению движения затравочной головки в литейную яму во время операции литья.

17. Литейная форма по п. 12, отличающаяся тем, что две или более выемок включают три выемки, расположенные с центрами, разнесенными под углом 120 градусов друг от друга относительно центра круглой верхней поверхности затравочной головки.

18. Литейная форма по п. 12, отличающаяся тем, что две или более выемок включают четыре выемки, расположенные с центрами, разнесенными под углом 90 градусов друг от друга относительно центра круглой верхней поверхности затравочной головки.

19. Литейная форма по п. 12, отличающаяся тем, что круглая верхняя поверхность затравочной головки является вогнутой, при этом разница по высоте между внешним краем круглой верхней поверхности затравочной головки и высотой самой нижней точки круглой верхней поверхности составляет не более 5,08 см (двух дюймов), и при этом максимальная глубина двух или более выемок относительно внешнего края круглой верхней поверхности составляет не более 5,08 см (двух дюймов).