Способ кристаллизации расплава

 

Использование: металлургия, получение металлической заготовки при непрерывной разливке расплава. Сущность: вводят поддон в формующую насадку и подают в нее расплав, Вытягивают расплав из насадки и охлаждают на выходе из насадки путем подачи охлаждающей жидкости в зазор между насадкой и стенкой кристаллизатора . На выходном торце насадки создают гидродинамическое давление потока охлаждающей жидкости, равное давлению расплава на этом уровне. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5U„„1804371 АЗ (st)s В 22 0 11./00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - - .„, .хl

К ПАТЕНТУ (21) 4781816/02

{22) 07.12.89 (46) 23.03.93. Бюл. (ч 11 (76) Б.Л.Соколов (56) Германн Э. Непрерывное литье. — М.:

Металлургиздат, 1961, с,240, рис. 679.

{54) СПОСОБ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ РАСПЛАВА (57) Использование: металлургия, получение металлической заготовки при непрерывной разливке расплава. Сущность: вводят поддон в формующую насадку и подают в нее расплав, Вытягивают расплав из насадки и охлаждают на выходе из насадки путем подачи охлаждающей жидкости в зазор между насадкой и стенкой кристаллизатора. На выходном торце насадки создают гидродинамическое давление потока охлаждающей жидкости, равное давлению расплава на этом уровне. 1 ил.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при непрерывной разливке металлических расплавов, Цель изобретения — увеличение сортамента отливаемых заготовок.

Предложенный способ кристаллизации расплава отличается тем, что подачу охлаждающей жидкости производят с гидродинамическим давлением Р, определяемым по зависимости

Q А

Р=В Р .9Н, где рм — средняя плотность металлического расплава, кг/м; у — ускорение свободного падения, м/с;

Н вЂ” высота столба расплава в кристаллизаторе, м;

В = 1,0,...1,2 — эмпирический коэффициент, учитывающий повышение статического давления за счет конвективных потоков расплава в зависимости от подачи расплава в кристаллизатор, безразмерный, а расход Q охлаждающей жидкости определяют по зависимости где F — площадь поперечного сечения заготовок,м2; р, — плотность охлаждающей жидкости,, кг/м;

См — средняя теплоемкость расплава, Дж/кг К;

t> — температура поступающего в кристаллизатор расплава, С;

to — температура поверхности заготовки на выходе из кристаллизатора, С;

t — скрытая теплота кристаллизации расплава, Дж/кг;

vn —. скорость литья, м/с;

Сж — теплоемкость охлаждающей жидкости, Дж/кг. К;

At — нагрев охлаждающей жидкости, С;

А = 0,85...1,15 — эмпирический коэффициент, учитывающий потери напора и усадку заготовки, безразмерный.

Установка для непрерывной разливки представлена на чертеже.

Установка содержит формующую насадку 1 с выпускным отверстием 2. Под фор1804371 мующей насадкой расположен поддон 3, выполненный в виде цилиндра диаметром

0,05 м, Поддон связан с механизмом перемещения (не показан). Формующая насадка охвачена кожухом 4 с патрубком 5 и вентилем 12, связанными с напорной гидравлической системой 6 подачи охлаждающей жидкости, которая обеспечивает заданные расходы и гидродинамическое давление охлаждающей жидкости. 10

К кожуху 4 крепится стенка 7 кристаллизатора, установленная с переменным зазором 8 относительно поддона 3. В качестве охлаждающей жидкости используется вода

9, а в качестве разливаемого расплава - 15 расплав 10.меди. Направление движения потока воды совпадает с направлением движения заготовки. На стенке 7 выполнен участок 11, расширяющийся в направлении увеличения статического давления распла- 20 ва. Высота участка 11 стенки кристаллизатора равна глубине жидкой фазы слитка и расстоянию,от уровня А-А до уровня В-В, Глубина лунки определяется по формуле

ho— где ho = 0,08 м - глубина лунки, 30

R = 0,25 м — радиус заготовки;

1 = 205 Дж/кг;

Cp = 420 Дж/кг.К;

typ = 1083 С вЂ” температура кристаллизации меди;

il, = 349 Вт/м К вЂ” теплопроводность слитка; ь = 30 — температура заготовки на уровне В-В; ри = 8300 кгlм при Ькр -.1083 С вЂ” 40 плотность расплава меди.

Для уменьшения гидравлических потерь при изменении площади сечения потока воды высота Ь» стенки кристаллиэатора 7 определяется из условия h = 2hp = 0 16 M. 45

Высота поддона Ь выполняется больше высоты стенки кристаллизатора 7 на 0,01 м, Профиль выпускного отверстия 2 формующей насадки 1 находится на уровне А-А и выполнен в соответствии с профилем под-,;0 дона. Гидродинамическое давление Рд по- . тока воды на уровне А-А измеряется манометром 13 и определяется с учетом конвективных потоков металла из условия

Рд= В уh>, 55 где Рд = 8,1.10 Н/м; рм = 8200 кг/м — средняя плотность расплава меди;

hi = 0,1 м — расстояние от поверхности расплава до уровня А-А;

В =1,0, На уровне В-В гидродинамическое давление Рв должно быть равно

Рв = В рм 9 пг, где Рв = 14.6 кН/мг; йг = 0,18 м — расстояние от поверхности расплава до уровня  — В.

Минимальная величина зазора 8 (или площадь сечения потока воды) определяется из условия парообразования и выбирается на уровне А-А 0.010 м, Увеличение площади. проходного сечения зазора 8 на участке 11 позволяет увеличивать гидродинамическое давление потока воды и компенсировать металлостатическое давление столба расплава.

Расход воды определяется из условия теплообмена:

О Р Яв(CM t — к . чл

С® с р, где 0 — 14,2 м /с 10 ", ..

F = 3,9 10" м; ри 8200 кг/м .;

См = 458 Дж/кг, К;

t 1180 С;

to=30 С;

1 = 205 Дж/кг; чл= 0,05м/с;

Сж 4181 Дж/кг К при 20О С;

At =1O = 1000 кгlм, при 20 С, Площадь сечения потока воды на уровне А-А: >г

4 4 — 1921 10 где 0 = 0,05 м — диаметр поддона (заготовки);

D> = 0,07 м — внутренний диаметр кристаллиэатора с учетом зазора 0,010 м, Площадь Ив сечения потока воды на уровне В-В определяется из соотношения

Wa=

0 Р8 — 2 W3, (pe Рд)

= 2205 10 мг, где p = 1000 кг/м — плотность воды. э

Площадь сечения потока воды на выходе из кристаллизатора на уровне W-W определяется из условия, когда Pw = 0— гидродинамическое давление на уровне WW;

Ww =

О,о8 + 2 М4 Рд

= 1680 10 6 мг

1804371

Способ осуществляется следующим образом.

Поддоном 3 предварительно закрывают отверстие 2 формующей насадки 1, стенку 7 кристаллизатора устанавливают на кожухе 5

4,охватывая поддон с зазором 8. Заливают расплав 10 меди в формующую насадку 1 на высоту 10 см от уровня А-А, Открывая вентиль 12, устанавливают расчетный расход воды 14,210 м /с и гидродинамическое 10 давление на уровне А-А. Рд = 8,1 кН/м, определяемое по манометру 13. Затем опускают поддон с заданной скоростью, одновременно поддерживая установленный уровень расплава. 15

Давление столба жидкого металла, опирающегося на поддон, а после образования на нем заготовки — на ее верхнюю часть, будет уравновешиваться гидродинамическим давлением потока охлаждающей жид- 20 кости.

Изменение площади сечения потока воды позволяет увеличивать гидродинамическое давление в соответствии с изменением металлостатического давления расплава. 25

Это позволит сохранить профиль кристаллизующего расплава.

При протекании потока воды вдоль поверхности расплава осуществляются отбор тепла и кристаллизация металла, В результате получают слиток с заданным профилем, соответствующим профилю торца формующей насадки.

Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности эа счет получения заготовки с заданным профилем и увеличения количества разливаемых профилей.

Формула изобретения

Способ кристаллизации расплава, включающий введение поддона в формующую насадку, подачу расплава в насадку и его охлаждение на выходе из насадки путем подачи охлаждающей жидкости в зазор между насадкой и стенкой кристаллизатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения сортамента отливаемых заготовок, при подаче охлаждающей жидкости в зазор между насадкой и стенкой кристаллизатора на выходном торце насадки создают гидродинамическое давление потока охлаждающей жидкости, равное давлению расплава на этом уровне,