Способ получения бесприбыльных слитков и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к металлургии, в частности к воздействию на металл в процессе его затвердевания в изложнице или кристаллизаторе. Сущность изобретения: способ получения бесприбыльных слитков заключается послойно-направленном затвердевании слоев при электрошлаковом обогреве. Новым в способе является то, что электрошлаковый обогрев в верхней части кристаллизатора и продувку металла инертными газами совмещают с послойным затвердеванием внутренних объемов слитка и обработкой последних направленными концентрированными электромагнитными полями, а образовавшиеся слои подпрессовывают кристаллизатором друг к другу усилием, превышающим предел текучести металла при температуре кристаллизации и выдерживают в этом состоянии до релаксации возникающих напряжений. В устройстве для получения таких слитков рабочая поверхность выполнена в виде конуса с углом раскрытия, превышающим 45 , а во внутренней охлаждаемой полости на ферромагнитном сердечнике установлен соленоид, объединенный с коаксиальным электродом, внутренним кристаллизатором в единую электромагнитную систему. Изобретение позволяет повысить качество бесприбыльных слитков путем получения физико-химической однородности мелкокристаллической структуры по всему сечению крупного слитка за счет интенсивного охлаждения кристаллизующихся слоев металла. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к воздействию на металл в процессе его затвердевания в изложнице или кристаллизаторе.

Широко известны различные способы и устройства обработки кристаллизирующегося металла, применяемые для борьбы с дефектами усадочного и ликвационного происхождения, в том числе и способы, интенсифицирующие теплоотвод из осевой зоны слитка путем ввода в жидкую фазу металла охлаждаемых кристаллизаторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ обработки кристаллизующегося металла, при котором металл, попадая в кристаллизатор, застывает прежде всего у стенок наружного кристаллизатора, затем происходит намораживание слоев, образующихся между поверхностью ранее закристаллизовавшегося слоя, при этом в полости внутреннего кристаллизатора всегда имеется жидкий металл, питающий осевую часть слитка.

Устройство содержит наружный и соосный с ним внутренний кристаллизатор и обеспечивает послойное формирование осевой части слитка в связи с обогащением ликвирующими примесями зоны, примыкающей к фронту затвердевания.

Недостатком известных способа и устройства является то, что они не исключают объемную кристаллизацию металла в осевой зоне слитков, в связи с выделением ликватов на границе стыков слоев затрудняют направленный рост кристаллов и по этой причине не могут гарантировать от образования усадочных и ликвационных дефектов.

Цель изобретения - повышение качества бесприбыльных слитков путем получения физико-химической однородности мелкокристаллической структуры по всему сечению крупного слитка за счет интенсивности охлаждения кристаллизующихся слоев металла, а также рафинирование металла в кристаллизаторе от газов, неметаллических включений и примесей.

Указанная цель достигается тем, что электрошлаковый обогрев, электромагнитное воздействие и обработку инертными газами в кристаллизаторе проводят одновременно с послойным затвердеванием осевой части слитка, при этом жидкий металл в зазоре между вновь затвердевшим слоем в кристаллизаторе и ранее сформированным постоянно обменивают с помощью электромагнитного воздействия, а образовавшиеся слои подпрессовывают кристаллизатором друг к другу усилием, превышающим предел текучести металла при температуре кристаллизации, и выдерживают в этом состоянии до релаксации возникших напряжений. Новым в устройстве, содержащем наружный и соосный ему внутренний кристаллизаторы, является то, что рабочая поверхность выполнена в виде конуса с углом раскрытия, превышающим 45^о, внутри полости кристаллизатора на ферромагнитном сердечнике установлен соленоид для повышения концентрации электромагнитных полей в зоне кристаллизации металла, для предотвращения замерзания металла с поверхности в рафинировочный шлак помещают коаксиальный электрод, кроме того в полости кристаллизатора выполнены каналы для продувки металла инертными газами. Охлаждаемая торцовая поверхность обращена выпуклостью в направлении, противоположном послойному наращиванию слитка. Именно заявляемые элементы устройства обеспечивают, согласно способу, послойно-направленное затвердевание внутренних объемов слитков с физико-химической однородностью мелкокристаллической структуры по всему сечению слитка с одновременным электрошлаковым обогревом и порционной обработкой металла в кристаллизаторе электромагнитным полем и инертными газами. Сказанное позволяет сделать вывод, что заявленные изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "Новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники, признаки, отличающие заявленные изобретения от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "Существенные отличия".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известны отдельно и электрошлаковый обогрев, и электромагнитное воздействие, и обработка металла инертными газами, и направленное затвердевание. Однако использование всех этих признаков вместе не было известно. Кроме того, указанный способ позволяет, благодаря такому взаимодействию всех признаков, повысить качество слитка и физико-химическую однородность, предотвратить переохлаждение металла, создает условия направленного затвердевания каждого слоя, повысить прочность сцепления слоев в осевой части слитка. Это все позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенные отличия".

На чертеже представлено устройство для обработки кристаллизующегося металла.

В устройстве для осуществления указанного способа на поверхности жидкого металла в уширенной прибыльной надставке-компенсаторе объема 1 изложницы (кристаллизатора) 2 наводится активный рафинировочный шлак 3, в который помещают коаксиальный графитовый электрод 4. Вторым электродом является кристаллизатор 5 с охлаждаемой торцевой поверхностью, выполненной в виде конуса с углом раскрытия, превышающим 45^о, обращенной выпуклостью в направлении, противоположном послойному наращиванию слитка.

Внутри кристаллизатора для усиления концентрации электромагнитных полей в зоне кристаллизации металла устанавливают соленоид 6 на ферромагнитном сердечнике (водоподводе) 7. Боковая поверхность кристаллизатора изолирована от жидкого металла футеровкой 8, нижняя выступающая часть которой образует с охлаждаемой поверхностью кристаллизатора полость 9, в которую подают инертный газ под давлением, превышающим давление столба металла над этой полостью.

Одновременное пропускание постоянного тока через электроды 4, 5 и соленоид 6 в результате взаимодействия электрического и магнитного полей приводит к возникновению усилий, обеспечивающих постоянное обновление жидкого металла в зазоре между кристаллизатором 5 и ранее затвердевшим слоем. Этим достигается удаление ликвирующих примесей, включений и газов из зоны кристаллизации, предотвращение объемного переохлаждения металла в зазоре, что в свою очередь создает условия для направленного затвердевания металла в формирующемся слое. Дегазация и транспортировка выведенных электромагнитными полями из зазора примесей и неметаллических включений к разогретому пропусканием электрического тока активному рафинировочному шлаку 3 в прибыльной надставке 1 осуществляется пузырьками инертного газа, поступающего в жидкий металл из полости 9, образованной выступом боковой футеровки 8 и охлаждающей поверхностью кристаллизатора 5.

Одновременно с продувкой металла инертными газами, перемешиванием с помощью электромагнитных полей металлов в прибыльной надставке-компенсаторе 1 подогревают электрошлаковым методом до температуры, превышающей ликвидус на 20-50^оС. Для более прочного сцепления слоев металла центральной зоны слитков кристаллизатор 5 после намораживания слоя необходимой толщины перемещают вниз для подпрессовки слоев с усилием, превышающим предел текучести кристаллизующегося металла, и выдерживают в этом состоянии до завершения процессов кристаллизации и релаксации, возникших в слоях напряжений.

По мере послойного наращивания центральной части слитка кристаллизатор 5 выводится из полости изложницы 2, а соответствующие объемы металла перетекают в нее из прибыльной надставки 1. На завершающей стадии после затвердевания последнего слоя кристаллизатор 5 выводят в шлак 3 и, подавая напряжение на его нижнюю токоподводящую часть, завершают процесс формирования бесприбыльного слитка. (56) Авторское свидетельство СССР N 526443, кл. B 22 D 27/02, 1974.

Авторское свидетельство СССР N 435052, кл. B 22 D 11/04, 1972.

Формула изобретения

1. Способ получения бесприбыльных слитков, включающий послойно-направленное затвердевание внутреннего объема металла слитка при электрошлаковом обогреве, отличающийся тем, что в процессе послойного затвердевания внутреннего объема осевой части осуществляют одновременно продувку инертным газом и обработку электромагнитными полями, при этом образующиеся слои металла подпрессовывают внутренним кристаллизатором усилием, превышающим предел текучести металла при температуре кристаллизации, и выдерживают в этом состоянии до релаксации возникающих напряжений.

2. Устройство для получения бесприбыльных слитков, содержащее наружный и соосный ему внутренний кристаллизаторы, коаксиальный электрод, отличающееся тем, что оно снабжено средством для подвода инертного газа и соленоидом, размещенным на ферромагнитном охлаждаемом сердечнике в полости внутреннего кристаллизатора, нижняя часть которого выполнена в виде конуса с углом раскрытия, превышающим 45^o, при этом соленоид, коаксиальный электрод и внутренний кристаллизатор объединены в единую электромагнитную систему.

РИСУНКИ

Рисунок 1