Устройство для горизонтального непрерывного литья направленным затвердеванием полых заготовок из металлов и сплавов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ НАПРАВЛЕННЫМ ЗАТВЕРДЕВАНИЕМ ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Стеценко Владимир Юзефович Марукович Евгений Игнатьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для горизонтального непрерывного литья направленным затвердеванием полых заготовок из металлов и сплавов, включающее металлический корпус металлоприемника, соединенный с наружной металлической рубашкой с графитовым вкладышем,графитовый дорн с заглушкой, охлаждаемой металлической оправкой и наружной трубой,соединенной с корпусом металлоприемника, внутреннюю трубу для подачи охладителя,отличающееся тем, что внутри рубашки установлен нагреватель, поддерживающий температуру графитового вкладыша не выше температуры ликвидусаи не ниже температуры-200 С, при этом графитовый дорн не соединен с графитовым вкладышем, а металлическая оправка охлаждается водой из отверстий во внутренней трубе, которые равномерно расположены на ее поверхности напротив металлической оправки, причем отверстия выполнены диаметром от 2 до 16 мм с шагом по длине и образующей от 1,5 до 3 диаметров отверстия,а металлическая оправка установлена на расстоянии от 4 до 32 мм от внутренней трубы.(56) 1. А.с. СССР 256175, МПК 22 11/04, 1969. 2. А.с. СССР 869941, МПК 22 11/04, 1981. Полезная модель относится к литейному производству и предназначена для производства полых заготовок из металлов и сплавов, расплавы которых инертны к графиту, методом горизонтального непрерывного литья. Известен кристаллизатор для непрерывного литья полых слитков, включающий охлаждаемую металлическую рубашку с графитовым вкладышем, графитовый дорн с заглушкой с отверстиями, охлаждаемой металлической оправкой, наружной трубой, внутреннюю трубу для подачи охладителя 1. Основными недостатками такой конструкции являются сложная система крепления и центровки металлической рубашки и дорна, а также небезопасность работы в случае прорыва расплава во внутреннюю, охлаждаемую водой, часть заготовки. Известно устройство для горизонтального непрерывного литья полых чугунных заготовок, включающее металлический корпус металлоприемника, соединенный с наружной металлической рубашкой с графитовым вкладышем, графитовый дорн с заглушкой, охлаждаемой металлической оправкой и наружной трубой, соединенной с металлическим корпусом металлоприемника, внутреннюю трубу для подачи охладителя 2. Данная конструкция устройства имеет следующие основные недостатки. 1. Недостаточная механическая прочность слитка, которая снижает стабильность получения тонкостенных полых заготовок. Это происходит из-за смыкания двух фронтов затвердевания и образования центральной усадочной пористости, которая существенно снижает прочность тонкостенных полых слитков. 2. Резьбовое соединение графитового дорна и графитового вкладыша, которое уменьшает стабильность процесса и снижает производительность непрерывного литья полых заготовок. 3. Недостаточная интенсивность и равномерность охлаждения металлической оправки потоками охладителя, движущимися с переменной скоростью вдоль охлаждаемой поверхности металлической оправки. Это уменьшает охлаждающую способность дорна и стабильность процесса непрерывного горизонтального литья. Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель,является повышение механической прочности слитка, охлаждающей способности дорна и стабильности процесса горизонтального непрерывного литья. Технический результат заключается в повышении качества полых заготовок. Поставленная задача решается тем, что в заявленном устройстве для горизонтального непрерывного литья направленным затвердеванием полых заготовок из металлов и сплавов, включающем металлический корпус металлоприемника, соединенный с наружной металлической рубашкой с графитовым вкладышем, графитовый дорн с заглушкой, охлаждаемой металлической оправкой и наружной трубой, соединенной с металлическим корпусом металлоприемника, внутреннюю трубу для подачи охладителя, внутри наружной металлической рубашки установлен нагреватель, поддерживающий температуру графитового вкладыша не выше температуры ликвидусаи не ниже температуры-200 С,при этом графитовый дорн не соединен с графитовым вкладышем, а металлическая оправка охлаждается водой из отверстий во внутренней трубе, которые равномерно расположены на ее поверхности напротив металлической оправки, причем отверстия выполнены диаметром от 2 до 16 мм с шагом по длине и образующей от 1,5 до 3 диаметров отверстия, а металлическая оправка установлена на расстоянии от 4 до 32 мм от внутренней трубы. При установке нагревателя внутри металлической рубашки и нагреве графитового вкладыша до заданной температуры происходит направленное затвердевание слитка от графитового дорна к графитовому вкладышу. Этому способствует повышенная охлаждающая 2 97042013.12.30 способность дорна. При этом усадочная пористость выводится наружу заготовки. Плотность и механическая прочность слитка возрастают, что позволяет повысить стабильность процесса литья тонкостенных полых заготовок. При нагреве графитового вкладыша вышевозможен прорыв расплава между незатвердевшим слитком и графитовым вкладышем,что нарушает стабильность процесса литья. При температуре графитового вкладыша менее-200 С внутри слитка формируется усадочная пористая зона, что уменьшает механическую прочность заготовки и приводит к снижению стабильности процесса горизонтального непрерывного литья. При охлаждении металлической оправки затопленными струями воды из отверстий во внутренней трубе значительно уменьшается толщина теплового пограничного слоя вблизи поверхности охлаждения. Это увеличивает коэффициент теплоотдачи и повышает интенсивность охлаждения металлической оправки, а следовательно и дорна. Равномерность расположения отверстий на поверхности внутренней трубы напротив металлической оправки повышает равномерность ее охлаждения, а следовательно стабильность процесса литья. Диаметр отверстия менее 2 мм существенно увеличивает гидравлическое сопротивление системы охлаждения дорна. При диаметре отверстия более 16 мм эффективность ударного действия затопленных водяных струй существенно уменьшается и снижается охлаждающая способность дорна. При выполнении отверстий с шагом по длине и образующей менее 1,5 диаметра отверстия при прочих равных условиях уменьшается давление воды во внутренней трубе, что снижает охлаждающую способность дорна. Если отверстия выполнены по длине и образующей с шагом более 3 диаметров отверстия, то это приводит к тому, что на охлаждаемой поверхности металлической оправки образуются зоны вне действия водяного ударно-струйного эффекта охлаждения. Это также снижает охлаждающую способность дорна и увеличивает неравномерность затвердевания слитка. При установке металлической оправки на расстоянии менее 4 мм от внутренней трубы интенсивность охлаждения от ударно-струйного потока воды будет снижаться из-за тормозящего действия струй, отраженных от поверхности металлической оправки. Если она расположена на расстоянии более 32 мм от внутренней трубы, то интенсивность охлаждения от ударно-струйного потока воды будет также снижаться из-за тормозящего действия относительно большой толщины потока в кольцевом канале между металлической оправкой и внутренней трубой. Если графитовый дорн не соединен с графитовым вкладышем, то это значительно увеличивает площадь поперечного сечения кольцевого питателя, что предотвращает затвердевание в нем расплава. При этом повышается стабильность процесса горизонтального непрерывного литья полых заготовок и их качество. На фигуре представлен продольный разрез предлагаемого устройства. Оно состоит из металлоприемника с металлическим корпусом 1 и футеровкой 2, наружной металлической рубашки 3 с графитовым вкладышем 4 и нагревателем 5, графитового дорна 6 с заглушкой 7 и прижимной шайбой 8, металлической оправкой 9 и наружной трубой 10, соединенной с металлическим корпусом посредством фланца 11, внутренней трубы 12 с отверстиями 13. Центровка графитового дорна и графитового вкладыша осуществляется посредством центрирующих прокладок 14. Теплоизоляция фланца и металлического корпуса металлоприемника от нагреваемой части графитового дорна производится с помощью теплоизолирующих прокладок 15. Теплоизоляция металлического корпуса металлоприемника от нагреваемого графитового вкладыша осуществляется с помощью теплоизолирующих вставок 16. Устройство для горизонтального непрерывного литья направленным затвердеванием полых заготовок из металлов и сплавов работает следующим образом. После заливки расплава в металлоприемник под давлением по внутренней трубе 12 подается вода, которая продавливается через отверстия 13 и интенсивно турбулентными затопленными струями равномерно охлаждает металлическую оправку 9, а через нее - рабочую часть графитового дорна 6. Далее вода, проходя по концентрическому пространству между наружной трубой 10 и внутренней трубой 12, выходит на сброс через отводящий патрубок 17. Заглушка 7 в наружном торце металлической оправки препятствует проникновению воды во внутреннюю полость заготовки 18. Это обеспечивает безопасность работы устройства. Расплав 3 97042013.12.30 через кольцевой питатель 19 попадает в охлаждаемое пространство между графитовым дорном и графитовым вкладышем, где под действием процесса направленного затвердевания формируется плотная заготовка с повышенной механической прочностью (временным сопротивлением разрыву). Пример. Испытывалось устройство для горизонтального непрерывного литья направленным затвердеванием полых заготовок из силумина АК 12. Наружный диаметр графитового вкладыша - 108 мм. Дорн и наружная стальная рубашка крепились к стальному корпусу металлоприемника независимо друг от друга и центровались с помощью специальных прокладок. Внутри наружной стальной рубашки размещался электрический нагреватель,который поддерживал температуру графитового вкладыша 520 С. Стальная оправка охлаждалась струями воды из отверстий во внутренней стальной трубе, которые были равномерно расположены на ее поверхности напротив металлической оправки. Диаметр отверстий составлял 3 мм. Они были выполнены с шагом по длине и образующей 6 мм. Металлическая оправка устанавливалась на расстоянии 8 мм от внутренней трубы. Данная конструкция устройства позволяет повысить стабильность горизонтального непрерывного литья тонкостенных заготовок из силумина АК 12 и увеличить их временное сопротивление разрыву в среднем на 24 . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4