SU859015A1

SU859015A1 - Apparatus for suspension casting of metals and alloys

Info

Publication number: SU859015A1
Application number: SU792855275A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Иванович Чижиков; Сергей Федорович Харичев; Борис Николаевич Мангасаров; Николай Николаевич Белоусов; Лариса Яковлевна Кашевник
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6762
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1981-08-30

Description

54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУСПЕНЗИОННОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ54) DEVICE FOR SUSPENSION CASTING OF METALS AND ALLOYS

1one

Изобретение относитс к металлургии и может, быть использовано при разливке мeтaлJ.a.The invention relates to metallurgy and can be used in the casting of metal.

Известны устройства дл отливки полых слитков, состо щие из кристаллизатора с вертикальными стенками и гладко :тенной оправки (дорна) Щ.There are known devices for casting hollow ingots, consisting of a crystallizer with vertical walls and smoothly: a mandrel mandrel (mandrel).

Недостатками указанной установки вл ютс малый наклон поверхности дорна и полное отсутствие угла наклона поверхности кристаллизатора к вертикали, что не позвол ет регулировать рассто ние между указанными поверхност ми , а гладка поверхность дорна и позвол ет удерживатьс на нем затвердевающей корке металла. В результате этого в устройстве невозможно получить переохлажденный твердо-жидкий металл.The disadvantages of this installation are the small inclination of the mandrel surface and the complete absence of the angle of inclination of the mold surface to the vertical, which does not allow the distance between these surfaces to be adjusted, and the smooth surface of the mandrel and allows the metal crust to remain on it. As a result of this, it is impossible to obtain a supercooled solid liquid metal in the device.

Известно также устройство дл отливки заготовок методом реокастинга, включающее две цилиндрические камеры, установленные одна под другой, причем верхн камера снабжена индукционным нагревателем, а нижн охлаждаетс . Верхн камера служит питателем дл нижней. Через обе камеры -проходит вращающийс дорн, служащий дл перемшмнвани полузатвердевшего распла- ва 2.It is also known a device for casting billets by reocasting, including two cylindrical chambers installed one below the other, the upper chamber being equipped with an induction heater, and the lower chamber being cooled. The top chamber serves as a feeder for the bottom. A rotating mandrel passes through both chambers, which serves to mix the semi-hardened melt 2.

Недостатком указанного устройства вл етс различие охлаждающих трубок на неподвижной поверхности емкости в области создани твердой составл ющей в расплаве, что приводит к большому наращиванцю гариисажа и в конечном итоге, к полному промерзанию расплава в зазоре между дорном и стенкой емкости и, как следствие, The disadvantage of this device is the difference between the cooling tubes on the fixed surface of the tank in the area of creating a solid component in the melt, which leads to a large increase in harisazh and ultimately to complete freezing of the melt in the gap between the mandrel and the vessel wall and, as a result,

10 к прекращению процесса. Нар ду с этим коаксиально расположенные цилиндрические поверхности дорна и емкости исключают возможность регулировать величину зазора между ними, что необ15 ходимо делать при колебани х температуры подаваемого металла, поэтому процесс создани полузатвердевшего жидкого расплава нарушаемс , в результате чего вьщаваемый слиток име20 ет структурную и химическую неоднородность . Это приводит к повышенному браку лить .10 to the termination process. Along with this, coaxially arranged cylindrical surfaces of the mandrel and container exclude the possibility of adjusting the size of the gap between them, which is necessary to do when the temperature of the supplied metal fluctuates, therefore the process of creating semi-solidified liquid melt is disturbed, resulting in an ingot of structural and chemical heterogeneity. This leads to an increased marriage pour.

Цель изобретени - повышение качества металла и увеличение произво25 дительности устройства.The purpose of the invention is to improve the quality of the metal and increase the productivity of the device.

Указанна цель достигаетс тем, что дорн и внутренн полость емкое-, ти выполнены с конусностью 15-45 , 30 а рассто ние между дорном и стенкойThis goal is achieved by the fact that the mandrel and the internal cavity of the capacitance are made with a taper of 15-45, 30 and the distance between the mandrel and the wall

емкости составл ет 1,0-3,0 среднего диаметра дорна.capacity is 1.0-3.0 average mandrel diameter.

Уменьшение конусности дорна и емкости меньше 15° приводит к резкому снижению возможности регулировани величины зазора между дорном и стенкой емкости. Увеличение указанной конусности свыше 45° приводит к периодическим обрывам гарнисажа с дорна и к нарушению или полному прекращению процесса разливки.Reducing the taper of the mandrel and the capacitance less than 15 ° leads to a sharp decrease in the possibility of adjusting the gap between the mandrel and the wall of the reservoir. The increase in the specified taper above 45 ° leads to periodic breaks of the skull from the mandrel and to a violation or complete cessation of the casting process.

Уменьшение рассто ни между дорном и стенкой емкости за нижний предел , равный 1,0 диаметра дорна,сопровождаетс опасностью полного промерзани металла в зазоре между дорном и стенкой емкости и нарушением процесса разлийки. Увеличение указанного рассто ни сверх верхнего предела, составл ющего более 3,0 диаметра дорна, приводит к снижению охлаждающего действий дорна относительно большего количества металла, поступающего в пространство между дорном и стенкой емкости, что нарушает процесс получени полутвердого расплава. Размеры указанного рассто ни примен ют ближе к верхнему пределу в случае малых диаметров дорна (50-100 мм). При больших диаметрах дорнов (200-300 мм) размеры этого рассто ни примен ют приближающиес к нижнему пределу.Reducing the distance between the mandrel and the vessel wall for a lower limit equal to 1.0 of the diameter of the mandrel is accompanied by the danger of the metal completely freezing in the gap between the mandrel and the vessel wall and disturbing the process of razlichki. Increasing this distance above the upper limit of more than 3.0 of the mandrel diameter leads to a decrease in the cooling effect of the mandrel with respect to a larger amount of metal entering the space between the mandrel and the vessel wall, which disrupts the process for producing a semi-solid melt. The dimensions of this distance are applied closer to the upper limit in the case of small mandrel diameters (50-100 mm). With large diameters of mandrels (200-300 mm), the dimensions of this distance are applied close to the lower limit.

В процессе каждой конкрет юй разливки рассто ние между дорном и стенкой емкости корректируют путем вертикального перемещени дорна в зависимости от различных факторов - температуры разливаемого металла, химического состава металла, скорости разливки и др.In the process of each concrete casting, the distance between the mandrel and the vessel wall is adjusted by vertically moving the mandrel depending on various factors - the temperature of the metal to be cast, the chemical composition of the metal, the casting speed, etc.

На чертеже представлено устройство , общий вид.The drawing shows the device, General view.

Устройство состоит из емкости 1 с крышкой 2. С внешней стороны емкости на половине ее высоты установлены электромагниты 3, а ниже этих электрмагнитов - электрические нагреватели 4. В донной части емкости выполнен канал, в котором вставлена огнеупорна трубка 5, выступающа за пределы емкости, при этом выступающа часть трубки выведена в электродозатор 6. В боковой части емкости выпол.нен заливочный лоток 7. В крышке емкости вмонтирован кожух 8, через который проходит верхний конец охлажд- аемого дорна 9 с трубками дл подвода и отвода охладител . Нижний конец дорна выполнен конусообразным с рифленой внешней поверхностью дл удержани гарнисажа 10 из разливаемого металла 11. Верхний конец дорна закреплен в держателе 12, в котором смонтирован редуктор дл вращени дорна и распределитель подвода и отвода охлаждающей жидкости (не показаны ) . На колонне 13 подвижно установлена консоль 14 с двигателем 15.Дайгатель дл перемещени консоли не показан . Дл создани нейтральной ере-, ды в емкости предусмотрен соответствующий патрубок 16. Дл случа порционной вьодачи полузатвердевшего металла предусмотрены формы 17, подводимые в конвейерном пор дке. При непрерывной разливке заготовок вместо форм с конвейером устанавливают МНЛЗ (машину непрерывного лить заготовок ). Поэтому полузатвердевший металл с помощью электродозатора б подаетс непосредственно в кристаллизатор МНЛЗ .The device consists of a tank 1 with a lid 2. Electromagnets 3 are installed at the half of its height on the outer side of the tank, and electric heaters 4 are installed below these electromagnets 4. A channel in which the refractory tube 5 is inserted, protruding beyond the tank, is installed at the bottom of the tank. In this case, the protruding part of the tube is brought into electric dozer 6. In the side part of the tank, there is a casting tray 7. In the tank cover, a casing 8 is mounted through which the upper end of the cooled mandrel 9 with tubes for cooling inlet and outlet passes ate. The lower end of the mandrel is tapered with a grooved outer surface to hold the skull 10 of cast metal 11. The upper end of the mandrel is fixed in a holder 12, in which is mounted a gearbox for rotating the mandrel and the distributor for coolant supply and removal (not shown). On the column 13, the console 14 is movably mounted with the engine 15. The digger for moving the console is not shown. In order to create a neutral flow rate, a corresponding nozzle 16 is provided in the vessel. For the case of batch production of semi-solidified metal, forms 17 are provided that are fed in a conveyor order. During continuous casting of billets, instead of molds with a conveyor, a continuous casting machine (continuous casting machine) is installed. Therefore, the semi-hardened metal is fed directly into the caster mold with the help of an electric dozator b.

Устройство работает следующим образом .;:The device works as follows.;:

Жидкий металл 11, поступающий в емкость 1 по лотку 7, подвергаетс электромагнитному перемешиванию с помощью индукторов 3. Через кожух 8 в крышке 2 в жидкий металл 11 вводитс охлаждаемый дорн 9, который приводитс во вращательное движение. На внешней рифленой поверхности дорна 9 образуетс слой гарнисажа 10 из разли ваемого металла 11. За счет вращени жидкого металла 11 и дорна 9 от сло гарнисажа 10 отдел ютс частицы затвердевшего металла в виде непрерывно растущих кристаллов, которые, приобрета округлую форму (за счет движени в турбулентном потоке), перемешиваютс равномерно с жидким металлом 11, образу твердо-жидкий расплав.Дл предотвращени полного замерзани расплава в нижней части емкости 1 смонтированы электрические нагреватели 4 . В зависимости от температуры расплава к электрическим нагревател м 4 подводитс больша или меньша мощность.The liquid metal 11 entering the container 1 through the tray 7 is subjected to electromagnetic stirring by means of inductors 3. Through the casing 8 in the lid 2, a cooled mandrel 9 is introduced into the liquid metal 11, which is brought into rotation. On the outer corrugated surface of the mandrel 9, a layer of skull 10 of spillable metal 11 is formed. Due to the rotation of the liquid metal 11 and mandrel 9, particles of the hardened metal in the form of continuously growing crystals separate from the layer of skull 10 (due to movement in turbulent flow) are uniformly mixed with the liquid metal 11, forming a solid-liquid melt. To prevent the melt from freezing completely, electrical heaters 4 are mounted in the lower part of the tank 1. Depending on the temperature of the melt, more or less power is supplied to the electric heaters 4.

Регулирование количества образующейс твердой фазы производитс за счет опускани или поднимани охлаждаемого дорна: 9 или за счет увеличени или уменьшени скорости вращени дорна 9 и жидкого металла 11 с помощью индукторов 3.The regulation of the amount of solid phase produced is carried out by lowering or raising the cooled mandrel: 9 or by increasing or decreasing the rotational speed of the mandrel 9 and the liquid metal 11 using inductors 3.

Скорость вращени дорна 9 и глубину погружени его в жидкий металл 11, а также скорость движени последнего в процессе каждой разливки корректируют в зависимости от различных факторов - температуры разливаемого металла , химического состава металла, скорости разливки и др.The speed of rotation of the mandrel 9 and the depth of its immersion in the liquid metal 11, as well as the speed of the latter in the process of each casting, are adjusted depending on various factors - the temperature of the cast metal, the chemical composition of the metal, the casting speed, etc.

Дл поддержани посто нства параметров структуры непрерывного слитка при увеличении перегрева металла и скорости его подачи в емкость 1 дорн 9 опускают до требуемого уровн , в противном случае дорн 9 передвигаетс вверх, при этом суммарный охлаждающий эффект от де стви дерна 9 идет на сн тие перегрева металла и отбор части скрытой теплоты кЕ исталлизации.To maintain the constancy of the parameters of the structure of a continuous ingot with increasing metal overheating and its feed rate into tank 1, mandrel 9 is lowered to the required level, otherwise the mandrel 9 moves upwards, while the total cooling effect from turf 9 decreases the metal overheating and selection of part of the latent heat of the KE istalization.

Выпуск образовавшегос твердо-жидкого расплава производ т через огнеупорную трубку 5, вставленную в отверстие донной части емкости 1, с помощью электромагнитного дозатора 6 в случае порционной выдачи в формы 17, устанавливаемые под огнеупорной трубкой 5. Вертикальное перемешивание дорна 9 производ т за счет вертикального перемешивани консоли 14 вдоль коло ны 13, а вращение дорна 9 осуществл ют с помощью двигател 15 и редуктора (не указан). В случае необходимости производит разливку под защитной атмосферой инертный газ в емкость 1 подают чере патрубок 16. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение каче ства металла и увеличение производи тельности. Пример осуществлени разливки с применением предлагаемого устройства . При получении непрерывных сортовых заготовок сечением 200x200 иол основные размеры устройства следующие: длина рабочей части дорна 450 мм;средний диаметр дорна 150 мм средний диаметр емкости 550 мм. На поверхность дорна наноситс рифление с глубуной 5 мм и шагом 30 мм. Конус ность дорна и емкости 25°. Скорость вращени дорна от 200 до 500 об/мин Мощность электромагнитного трехфазно го индуктора 3 дл аращени металла использованием пониженной частоты 1,5-5 Гц составл ет 100 кВт. Мощност электромагнитного- дозатора б составл ет 10 кВт, мощность электронагревател 4-20 кВт. Мощность указанных энергетических элементов 3,4 и 6 регулируетс в широких пределах. Пере;, разл1:вкой сталь марки 38ХНЗМФА, имеющей температуру ликвидуса , нагревают в плавильном устройстве до . Перед разливкой в дорн 9 подают охлаждающую воду в количестве 20 м /ч. Емкость 1 прогревают газовой горелкой до .Через патрубок 16 подают аргон в емкость 1, которую устанавли вают над кристёшлизатором МНЛЗ таким образом, чтобы центр огнеупорной трубки 5 совпадал с центром кристаллизатора . Затем включают малую скорость вращени дорна 9, а также включают электрические элементы 3, 4 и 6. Подачу металла из разливочного ковша в емкость 1 осуществл ют че реэ заливочный лоток 7. После заполнени емкости 1 металлом до уровн , при котором дорн 9 погружаетс на длину до 400 мм, с ,помощью дозатора 6 подают металл в кристаллизатор, при этом затвердевающую в кристаллизаторе заготовку непрерывно выт гивают при одновреме ной и непрерывной подаче металла в емкость 1. . Разливку стали осуществл ют со скоростью 0,25 т/ч, при этом среднюю скорость вращени дорна поддерживают равной 300 об/мин, мощность на электромагнитном индукторе 3 составл ет 55 кВт, мощность нагревател 4 примерно 20 кВт, мощность дозатора 6 поддерживают в соответствии с заданной скоростью разливки. При заданных параметрах работы устройства и дл данньк условий разливки , в металле к моменту выпуска его из емкости 1 создаетс жидкотверда смесь, состо ща из 50% твердой фазы. При этом истинна температура металла по крайней мере на выходе из емкости 1 находитс на пределах между температурой ликвидуса и температурой солидуса. Благодар быстрому потоку металла , создаваемому вращением дорна и электромагнитнь& перемешивателем,осуществл етс отрыв с поверхности гарнисажа , намерзшем на дорне,преимущественно мелких кристаллов. Последующее турбулентное перемешивание придает им округлую форму и дополнительно уменьшает их размеры.Это об-, сто тельство обеспечивает металлу достаточную жидкоподвижность при большом количестве в нем твердой фазы , такой металл, поступающий в кристаллизатор , формируетс в услови х, при которых подавлены сегрегаци элементов и развитие структурной неоднородности . Температуру металла при его разливке контролируют косвенно с помощью термопар, устанавливаемых в футеровке на разных уровн х по высоте емкости 1 . Опытным путем устанавливают оптимальный температурный режим разливки металла, при котором получгиотс заготовки наилучшего качества. При понижении температуры металла в.емкости 1 сверх оптимальной дорн 9 поднимают, при повышении температуры дорн 9 опускают и, таким образом, уменьшают размер между стенкой емкости 1 и дорна 9. При уменьшении перегрева стали, заливаемой в емкость 1, на каждые уменьшают погружение дорна 9 в металл в среднем на 50 . При увеличении перегрева стали, увеличивают погружение дорна 9 соотве гственно на 50 мм. Окончание разливки осуществл ют при включении на максимальную мощность энергетических элементов 3, 4 и 6 и при наибольшей скорости вращени дорна 9 дл того; чтобы наименьшее количество гарнисажа осталось на поверхности емкости 1 и дорна 9. Оставшийс гарнисаж не удал ют перед началом следую14ей разливки. Пример изготовлени отливок из алюминиевого сплава.The solid-liquid melt produced is discharged through a refractory tube 5 inserted into the opening of the bottom part of the container 1 using an electromagnetic dispenser 6 in the case of batch delivery to the molds 17 installed under the refractory tube 5. Vertical mixing of the mandrel 9 is performed by vertical mixing the cantilevers 14 along the column 13, and the rotation of the mandrel 9 is carried out with the help of the engine 15 and the gearbox (not specified). If necessary, the inert gas is cast in the tank 1 under a protective atmosphere into the tank 1 through the pipe 16. Thus, the proposed device provides an increase in the quality of the metal and an increase in productivity. An example of the casting with the use of the proposed device. Upon receipt of continuous varietal billets with a cross section of 200x200 iol, the main dimensions of the device are as follows: the length of the working section of the mandrel is 450 mm; the average diameter of the mandrel is 150 mm and the average diameter of the container is 550 mm. A ribbing is applied to the surface of the mandrel with a depth of 5 mm and a pitch of 30 mm. Taper of mandrel and container 25 °. The rotational speed of the mandrel is from 200 to 500 rpm. The power of a three-phase electromagnetic inductor 3 for metal spawning using a reduced frequency of 1.5-5 Hz is 100 kW. The power of the electromagnetic metering device b is 10 kW, the power of the electric heater is 4-20 kW. The power of these energy elements 3,4 and 6 is regulated within wide limits. Pere ;, decomp1: VkI steel 38KhNZMFA, having a liquidus temperature, is heated in the melting device to. Before pouring into the mandrel 9 serves cooling water in an amount of 20 m / h. Capacity 1 is heated by a gas burner to. Through pipe 16, argon is fed into the container 1, which is installed above the christianizer of the caster so that the center of the refractory tube 5 coincides with the center of the crystallizer. Then, a low rotational speed of the mandrel 9 is turned on, and also electric elements 3, 4 and 6 are turned on. The metal from the pouring ladle is fed into the tank 1 through the re-casting tray 7. After the tank 1 is filled with metal to the level at which the mandrel 9 sinks up to 400 mm, with the help of the dispenser 6, the metal is fed into the crystallizer, while the blank hardening in the crystallizer is continuously pulled out while simultaneously feeding the metal into the container 1.. Steel was cast at a speed of 0.25 t / h, with the average rotation speed of the mandrel maintained at 300 rpm, the power on the electromagnetic inductor 3 was 55 kW, the power of the heater 4 was about 20 kW, the metering power 6 was maintained in accordance with given casting speed. Given the operating parameters of the device and for the given conditions of casting, a liquid-solid mixture consisting of 50% of the solid phase is created in the metal at the time of its release from the tank 1. At the same time, the true metal temperature at least at the outlet from the tank 1 is between the liquidus temperature and the solidus temperature. Due to the rapid flow of metal created by the rotation of the mandrel and electromagnetic & with a stirrer, separation from the surface of the crust, frozen on the mandrel, mainly of small crystals. Subsequent turbulent mixing gives them a rounded shape and further reduces their size. This property provides the metal with sufficient liquid mobility when there is a large amount of solid phase in it, such a metal entering the crystallizer is formed under conditions in which the segregation of elements and development are suppressed structural heterogeneity. The temperature of the metal during its casting is controlled indirectly with the help of thermocouples installed in the lining at different levels along the height of the tank 1. Experimentally set the optimum temperature for metal casting, at which the semi-finished billet of the best quality. When the temperature of the metal decreases, the capacitance 1 exceeds the optimum mandrel 9 and when the temperature increases, the mandrel 9 is lowered and thus reduces the size between the wall of the container 1 and the mandrel 9. When the overheating of the steel poured into the container 1 decreases, the immersion decreases 9 to metal by an average of 50. With an increase in steel overheating, increase the immersion of the mandrel 9, respectively, by 50 mm. The end of the casting is carried out at energization of power elements 3, 4 and 6 at the maximum power and at the highest rotational speed of the mandrel 9 for; so that the least amount of skull remains on the surface of the container 1 and the mandrel 9. The remaining skull is not removed before starting the next casting. An example of the manufacture of aluminum alloy castings.

Claims

Claim

Apparatus for slurry casting of metals and alloys, comprising a casting container with a coaxially installed therein and inductors mandrel, wherein, _v that in order to improve metal quality and increased device performance, the mandrel and the inner cavity of the container adapted to taper 15-45 °, and the distance between the mandrel and the wall of the tank is 1.03.0 of the average diameter of the mandrel.