Устройство для охлаждения алюминиевого расплава перед кристаллизатором

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в процессе отливки слитков из алюминиевых сплавов. Цель улучшение качества получаемых слитков за счет повышения интенсивности охлаждения струи расплава перед кристаллизатором устройство для охлаждения алюминиевого расплава перед кристаллизаторами содержит металлоприемник и лоток с водоохлаждаемым теплопроводным дном, которое выполнено с продольным углублением, представляющим в поперечном сечении полуэллипс с отношением ширины к максимальной глубине 4-15, при этом отношение равномерно уменьшается от начала к концу лотка. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в процессе отливки слитков из алюминиевых сплавов. Целью изобретения является улучшение качества получаемых слитков за счет повышения интенсивности охлаждения струи расплава перед кристаллизатором. На фиг.1 приведено устройство; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. Устройство имеет в верхней части металлоприемник 1 с щелевым отверстием для подачи расплава, под ним в углублении лотка расположена теплоизоляционная накладка 2. Непосредственно лоток состоит из корпуса 3, охлаждаемого теплопроводного дна 4, имеющего форму продольного углубления с поперечным сечением в виде полуэллипса. Лоток имеет коробчатую форму, снабжен напорным патрубком 5 и трубой 6 для отвода охлаждающей воды. Оценка интенсивности охлаждения протекающей струи металла проводится через отношение величины охлаждаемой поверхности к его объему, в нашем случае его отношение охлаждаемого периметру струи к площади ее поперечного сечения (размерность этого отношения м^-1). Регулировка режима охлаждения струи расплава может проводиться изменением наклона лотка и частично перемещением распределителя с теплоизоляционной накладкой вдоль лотка. Дно лотка выполняют металлическим (медь, сталь) без огнеупорного покрытия. Для достижения повышенной интенсивности охлаждения полезно уменьшить толщину струи на охлаждающем лотке. Литейные свойства алюминиевых сплавов позволяют иметь толщину такой струи 1 см и даже менее до 0,5 см. Отношение охлаждаемого периметра струи к площади ее поперечного сечения, взятое как критерий интенсивности охлаждения расплава, рассчитано и приведено в таблице. Важным является изменение геометрии дна лотка, а именно от плоского к полуэллипсной форме. Это позволило, как показано в таблице, существенно увеличить интенсивность охлаждения протекающего расплава. При увеличенном отношении ширины продольного углубления к глубине его интенсивность охлаждения струи сохраняет некоторый постоянный уровень, лишь при отношении, равном 15 и менее, начинает расти интенсивность охлаждения. Поэтому за верхний предел отношения ширины к глубине углубления в заявке предложена величина 15. При желаемых глубинах струи 0,5-1 см это дает ширину струи 7,5-15 см, что обеспечивает по производительности непрерывную отливку средних и даже крупных слитков. Нижний предел этого отношения нами предложен равным 4, так как при меньшем отношении весьма резко уменьшается сечение протекающей струи (конфигурация углубления из полуэллипсной становится полукруглой), отсюда снижается производительность лития, которая не сможет обеспечить отливку слитков диаметром 100-200 мм. Для некоторых сплавов, у которых более резко меняются литейные свойства по мере охлаждения на лотке (в частности вязкость, жидкотекучесть), полезно увеличить скорость протекания струи к концу лотка, поэтому в заявке дополнительно предложено отношение ширины к глубине углубления равномерно уменьшить к концу лотка. Устройство работает следующим образом. Металлический расплав подают в металлоприемник 1, через которые струя сплава поступает на накладку 2 и затем на охлаждаемое дно 4 лотка. Протекая по дну с полуэллипсным углублением, струя расплава охлаждается и затем попадает в кристаллизатор или иную емкость. Направление движения расплава на фиг.1 показано широкими стрелками. Охлаждающая дно лотка вода через напорный патрубок 5 поступает во внутреннюю полость ко дну 4 лотка и уходит через трубу 6. Направление движения воды на фиг.1 показано тонкими стрелками. Теплоизоляционная накладка 2 защищает дно лотка от эрозионного воздействия в зоне падающей струи металла из металлоприемника 1. Предлагаемая конфигурация дна лотка позволяет не устанавливать борта из теплоизоляционного материала, что заметно упрощает всю конструкцию устройства и дает удобства в практике работы. За счет высокой теплопроводности дна лотка и предложенных конструктивно-геометрических параметров его достигается высокая интенсивность охлаждения металлического расплава. Предлагаемое устройство можно использовать для предварительного охлаждения металлической струи, т.е. для снятия перегрева сплава и этим облегчить работу кристаллизатора установки непрерывного литья с соответствующим повышением стойкости кристаллизатора и производительности работы. Использование предлагаемого устройства для специальных алюминиевых сплавов, легированных титаном, цирконием и другими тугоплавкими металлами (в частности лигатурные, модифицирующие сплавы, сплавы для сварочных прутков), позволяет при охлаждении расплава с повышенной интенсивностью не только быстро снять температуру перегрева сплава, но и провести на лотке частичную кристаллизацию струи с выделением в ее объеме множества мелких кристалликов интерметаллидов. Моделирование процесса охлаждения струи сплава в предлагаемом устройстве показывает достижимость скорости охлаждения 500-800^оС/с. Такая интенсивность охлаждения позволит существенно измельчить кристаллы интерметаллидов (это особенно ценно для кристалликов, служащих центрами кристаллизации для зерен твердого раствора сплава), что приведет к существенному модифицированию структуры отливаемого слитка. Измельчение структуры слитка улучшает его качество, а именно устраняет неоднородность в структуре, зоны грубого зерна и веерных кристаллов, диспергирует и равномерно распределяет микропористость, что приводит к повышению прочности и пластичности сплава, уменьшает трещинообразование при литье и обработке.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО РАСПЛАВА ПЕРЕД КРИСТАЛЛИЗАТОРОМ, содержащее металлоприемник и лоток с водоохлаждаемым теплопроводным дном, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества получаемых слитков за счет повышения интенсивности охлаждения струи расплава, дно лотка в поперечном сечении выполнено в виде половины эллипса, разрезанного вдоль большой оси симметрии. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение ширины лотка к его глубине составляет 4 15. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дно лотка выполнено с уменьшением отношения его ширины к глубине в направлении к концу лотка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3