Кристаллизатор для непрерывного литья слитков из меди и медных сплавов

 

Использован/ие при непрерывном литье слитков из меди и медных сплавов Сущность изобретения вкладыш установлен входа в кристаллизатор, высота его рабочей поверхности составляет О 3 0,6 высоты кристаллизатора, а суммарная площадь поперечного сечения каналов 4 для подвода смазки - 0,1 0,5 площади наружной поверхности вкладыша, при этом материал вкладыша имеет общую пористость 35 55% со средним размером пор 9 150 мкм а сам вкладыш выполнен из смеси порошка и волокон с содержанием волокон 60 90 мае % 1 з п ф-лы 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 22 О 11 14 (22) 12.06.90 (46) 23,07.92. Бюл. N. 27 (71) Государственный научй б=исследова тельский, проектный и конструкторСкий институт сплавов и обработки цветных металлов "Гипроцветметобработка" (72) А,М.Кац, Н.К.Гайсинская, С.В.Майоров, Е.P.Xàíèíà, А,Н.Леонов и М.В.Тумилович (56) Заявка Японии N 61-206549, кл. В 22 D 11/04, 1987, (54) КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛИТКОВ ИЗ МЕДИ И МЕДHbIX СПЛАВОВ

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции кристаллизатора для непрерывного литья слйтков йз меди и медных сплавов, Известны технические реше ния направленные на снижение либо полное исключение трения между слитком и кристаллизатором. Для предотвращения прилипания отливаемого металла к кристаллиэатору с металлическими рабочими стенкам. применяется смазка, например мин 1альными маслами, причем масло подается на поверхность рабочей стенки над зеркало металла в кристаллизаторе.

Одн. 1 подобная схема подачи смазки не обеспечивает равномерность распределения смазки rio высоте и ггериметру зоны контакта слитка с кристаллиэатором, что снижает скорость литья, ухудшает качество поверхности, увеличивает треййе между слитком и кристаллизатором, Известен кристаллизатор для" машйй непрерывной разливки, состоящий из кор Ы, 1748925 А1 (57) Использование: при непрерывном литье слитков из меди и медных сплавов, Сущность изобретения; вкладыш установлей со cTopoHbl входа в крйсталлизатор, высота его рабочей поверхности составляет

0,3...0,6 высоты кристаллизатора, а суммарная площадь поперечного сечения каналов

4 для подвода смазки — 0,1...0,5 площади наружной поверхности вкладыша, при этом материал вкладыша имеет общую пористость 35...55% со средним размером пор

9...150 мкм, а сам вкладыш выполнен из смеси порошка и волокон с содержанием волокон 60...90 мас.%. 1 з,п,ф-лы, 2 ил.

9

% пуса и рабочей полости, образуемой пористым графитовым цилиндром, через который подается смазка. Объем пустот в пористом графите составляет 17-20%, Для фильтрации через такой материал масла нормальной вязкости при давлении 7 кг/cM . требуется около 10 мин, 4

Недостатком известного кристаллиза- Дь„ тора является его йизкая теплопроводность, р лимитирующая интенсивность теплопере- О дачи, а также повышенная длительность прохождения масла, что"предойределяет пониженную скороСть его йодачи, малый смазывающий эффект, низкие показатели по качеству поверхностИлитой заготовки и сКорости" лйтья. Кроме того, графитовые в крйсталлизаторы имеют высокую стоимость и низкую стойкость, Известен также кристаллизатор для непрерывной разливки. содержащий корпус и рабочие стенки с вкладышем, состоящим из газопроницаемого листа, полученного путем спекания медного порошка и медных

1748925 брусков, а каналы для подвода смазки расположены с постоянным шагом в рабочей стенке со стороны наружной поверхности вкладыша по его длине. При этом пористые рабочие стенки через медные бруски соединены со сплошными медными стенками, Во время разливки за счет продувания через пористый лист инертного газа между расплавленной сталью и пористым листом создают тонкий газовый слой, позволяющий проводить непрерывную разливку с полным исключением трения между слитком и кристаллизатором без применения флюса и вибрации кРисталлизатора, Недостатком указанного кристаллизатора является то, что сплошной газовый

1 слой между формирующимся слитком и кристаллизатором по всей его высоте создает термическое сопротивление, резко ограничиваЮщее интенсивность теплоотвода, а следовательно, и снижение скорости литья.

Этот кристаллизатор является наиболее близким Ilo технической сущности к предлагаемому и принят в качестве прототипа.

Цель изобретения — повышение произ1 водительности процесса за счет увеличения скорости литья, Поставленная цель достигается тем, что

1 в кристаллизаторе для непрерывного литья слитков, содержащем корпус и рабочие стенки с пОристым медным вкладышем со стороны рабочей поверхности кристаллизатора и каналами для подвода смазки, расположенными с постоянным шагом в рабочей стенке со стороны наружной поверхности вкладыша по его длине, вкладыш установлен со стороны входа в кристаллизатор, высота его рабочей поверхности составляет

0,3„,0,6 высоты кристаллизатора, а суммарная площадь поперечного сечения каналов для подвода смазки — 0,1„,0,5 площади наружной поверхности Bêëýäûøà, при этом материал вкладыша имеет общую пористость 35...55 Д со средним размером пор

9...150 мкм.

Кроме того, материал пористого вкладыша содержит, мас. /; медный порошок

10„,40 и медные волокна 60...90, Согласно изобретению через пористую металлическую стенку в верхней части кристаллизатора в зону активного контакта слитка с рабочей стенкой подается смазка. В отличие от прототипа, для которого характерно наличие сплошного газового зазора между слитком и рабочей стенкой, резко снижающего интенсивность теплопередачи и скорость литья, в -;редлагаемом кристаллизаторе обеспеч) вается интенсивная равномерная теплопередача в зоне активного контакта слитка с рабочей стенкой, что обеспечивает высокую скорость литья при сохранении качественной поверхности

5 слитка, Зазор между слитком и кристаллиэатором составляет не более 0,1 мм, — Параметры пористой рабочей стенки подбираются таким образом, чтобы обеспечить равномерный теплосъем в зоне

10 контакта корочки с рабочей стенкой, рациональный расход смазки, пониженное трение при гарантированном исключении затекания расплава в поры стенки, что позволяет повысить скорость литья и получить

15 высококачественную поверхность слитка (без трещин, надрывов и пор), Верхний размер пор принят из условия, по которому при превышении размера пор более 150 мкм происходит затекание рас20 плава в поры, приводящее к сцеплению металла с рабочей стенкой и разрыву корки, а также снижается теплопроводность стенки и интенсивность теплопередачи, что уменьшает скорость литья, 25 Нижний предел размера пор выбран с учетом того, что при диаметре пор менее 9 мкм, по опытным данным, требуется слишком большое (>10атм) давление для подачи смазки, условия подачи смазки ухудшаются, 30 снижается теплосьем и скорость литья.

Пористость выбрана при принятом диапазоне размера пор (от 9 до 150 мкм) из условия обеспечения проницаемости в определенных пределах, а именно: верхний

35 предел проницаемости должен быть не более 120 10 см, т.к. при превышении этого предела слишком велик расход смазки (более 1,1 10 г/с мм ), что сопровождается интенсивным образованием летучих про40 дуктов сгорания смазки, снижающих теплопередачу, способствующих появлению в периферийном слое слитка пористости, свищей, заворотов и других поверхностных дефектов.

Поскольку проницаемость определяется выражением

П

10 где Пр — общая пористость; б — средний размер пор;

П Х10 то отсюда следует пористость Пр = у

Принятому верхнему пределу проницаемости (120 10 см ) и минимальному размеру пор (9 мкм) соответствует максимальный размер пористости 55$, Превышение верхнего предела пористости нежелательно, т,к. снижается теплопровод1748925 ность стенки и интенсивность теплопередачи, что снижает скорость литья, Нижний предел пронйцаемости принимается равным 24 10 см, т,к. при меньшей проницаемости слишком мал расход смазки (менее 1,1 10 г/с мм ) и не обеспечивается требуемая равномерность теплосъема между слитком и кристаллизатором, необходимость для исключения поперечных трещин и надрыва корки при литье на повышенной скорости, Нижний и редел пористости выбираем соответственно нижнему пределу проницаемости(24 10 см ) и максимальномуразмеру пор (150 мкм), Отсюда следует, что нижний предел пористости должен составлять 35 /, Нижний предел высоты участка для подачи смазки (0,3 высоты кристаллизатора) принят с учетом того, что при меньшей высоте этого участка не обеспечиваются эффективная теплопередача и смазка на всей длине зоны активного контакта с поверхности слитка с кристаллизатором, что снижает скорость литья, Верхний предел высоты участка для подачи смазки (0,6 от высоты кристаллизатора) выбран с учетом того, что подача смазки в зоне сформировавшегося зазора не дает эффекта повышения интенсивности теплопередачи. скорости литья и снижения трения, но сопровождается нерациональным увеличением расхода смазки.

Нижний предел суммарной площади поперечного сечения каналов для подачи смазки принят равным 0,1 площади поверхности пористой стенки кристаллизатора, т.к, при меньшей суммарной ширине каналов велика неравномерность геплопередачи и распределения смазки по периметру рабочей полости, что снижает скорость литья и смазывающий эффект.

Верхний предел суммарной площади поперечного сечения каналов для подачи смазки принят равным 0.5 площади поверхности пористой стенки кристаллизатора, т,к, при большей суммарной ширине кана1 лов оказывается пониженнои площадь поверхности стыковки сплошной и пористой стенок, что уменьшает интенсивность теплопередачи и скорости литья, Дополнительно к варианту изготовления пористой стенки из медного порошка предусматривается вариант изготовления пористой стенки из смеси медного порошка и волокна с содержанием медного волокна и смеси 60 — 807.

Применение указанной смеси способствует улучшению качества спекания

1г

55 сплошной стенки, исключает усадку при спекании, повышает прочность и проницаемость пористой стенки.

Нижний предел содержания волокна в смеси (60 мас. ) принят из условия, согласно которому при меньшем содержании волокна не обеспечивается высокое качество спекания со сплошной стенкой и снижается теплосьем.

Верхний предел содержания волокна (90 мас. ) принимается с учетом того, что при его превышении размер пор становится выше допустимого уровня (более 150 мкм) и снижаются теплопроводность пористой стенки и интенсивность теплопередачи, На фиг,1 представлена конструкция кристаллизатора для непрерывного литья слитков из меди и медных сплавов; на фиг.2— разрез А-А на фиг.1.

Кристаллизатор содержит корпус 1 и рабочие стенки 2 с пористым медным вкладышем 3 со стороны рабочей поверхности кристаллизатора и каналами 4 для подвода смазки, расположенными с постоянным шагом в рабочей стенки 2 со стороны наружной поверхности вкладыша на его длине. Корпус

1 и рабочие стенки 2 образуют камеру для охлаждения водой, разделенную перегородкой 5. Распределительный канал для масла 6 выполнен в верхнем фланце 7, Между рабочей стенкой 2 и нижним фланцем 8 образован канал 9 для выхода воды на слиток.

Пример ы выполнения устройства, Спеканием изготавливают вкладыш рабочих стенок кристаллизатора и устанавливают их в корпусе, Пористость материала и размеры пор регулируют давлением прессования, размерами частиц порошка и диаметром волокна. Результаты испытаний кристаллизатора представлены в.таблице, Кристаллизатор устанавливают на опорной плите литейной машины, вводят в него поддон, подают охлаждающую воду и смазку (касторовое масло). Отливают слитки кремнистой латуни ЛК75-0,5 сечением 30

250 мм. Скорость литья составляет 15 — 20 м/ч. При этом получены качественные литые заготовки с хорошей поверхностью (без трещин, надрывов и пористости), Кристаллизатор предлагаемой конструкции обеспечивает увеличение скорости литья и увеличение производительности в 2 раза, Формула изобретения

1. Кристаллизатор для непрерывного литья слитков из меди и медных сплавов, содержащий корпус и рабочие стенки с пористым медным вкладышем со стороны рабочей поверхности кристаллизатора и

1748925 перечного сечения каналов для подвода смазки — 0,1„,0,5 площади наружной поверхности вкладыша, при этом материал вкладыша имеет общую пористость 35...55% со средним размером пор 9„,150 мкм, 2, Кристаллизатор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что материал пористого вкладыша содержит, мас,%: медный порошок

10...40, медные волокна 60„.90, Результаты испытаний известного и предлагаемого кристаллизаторов (литье слитков сечением 30х250 мм из латуни Лк-75-0,5) ----- --бВысота зоны подачи смаз» ки„. мм

Содержание волокна в смеси, Суммарная площадь поперечного сечения каналов для подачИ смазки, смз

Общая пористость

Схорость литья, м/ч

Площадь поверхности пористой стенки, см2

Размер пор, мкм

Высота сплош ной стенки, мм

Кристаллизатор

Известный

7-8

17-20

8 Нет

Смазка не подается

100 (0 5)

6o(o,3)

120(0,6) Предлагае- мый

70 168 (О, 3)

60 33,6 (0,1)

90 336(0,5) 560

336

672

4о

18

15 -и80

150

Запредельные значения 200

55 11,2 (o, 05) 224

95 470,4(0,6) 784

4o(o,2)

140 (0,7) 30

Трещины, надрывы

Подкоркс вая пористость

160

1о

200 каналами для подвода смазки, расположенными с постоянным шагом в рабочей стенке со стороны наружной поверхности вкладыша на его длине, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительно- 5 сти процесса за счет увеличения скорости литья, вкладыш установлен со стороны входа в кристаллизатор, высота его рабочей поверхности составляет 0,3„.0,6 высоты кристаллизатора, а суммарная площадь по- 10

Наличие поперечных трещин,надрывов, подкорковой пористос ти

А-A

Составитель А.Кац

Редактор М,Кузнецова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С.Черни

Заказ 2548 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101