Способ перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке

 

Использование: в металлургии при непрерывной разливке металлов. Сущность изобретения: перемешивание металла осуществляют постоянным электротоком под мениском металла в направлении, перепндикулярном оси вытягивания слитка и взаимодействующим с ним магнитным полем от постоянных магнитов, расположенных над мениском металла, с силовыми линиями, скрещивающимися с направлением электротока. 1 ил.

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к непрерывной разливке сплавов на основе алюминия.

Известны способы электромагнитного перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке металлов. Например, использование бегущих магнитных полей, индуцирующих в расплавленном металле токи различных направлений, которые, взаимодействуя с магнитным полем, создают пондерамоторные силы, перемешивающие металл [1] Указанные способы перемешивания металла в кристаллизаторе имеют общий для всех существенный недостаток: низкий коэффициент полезного действия затраченной на перемешивание энергии. Это обусловлено тем, что бегущее магнитное поле вводят в жидкий металл через частично поглощающие его среды (медные стенки кристаллизатора, водяная рубашка, воздушные зазоры, границы раздела фаз: воздух жидкий металл и т.д.). При этом теряется 40-60% затраченной энергии.

Известен также способ перемешивания жидкого металла в процессе непрерывной разливки, где движение металла создают при взаимодействии постоянного тока, пропускаемого через металл в направление оси вытягивания слитка и магнитных полей от постоянных магнитов, пронизывающих слиток [2] В известном способе при использовании скрещенных электрического и магнитного полей в значительной степени (в 2-4 раза) уменьшаются затраты энергии на перемешивание металла с интенсивностью получаемой при электромагнитном перемешивании (см. аналоги).

Известное техническое решение имеет недостатки: магнитное поле вводят в жидкий металл через стенки кристаллизатора и корку затвердевающего металла, что значительно снижает энергетические характеристики способа; малая глубина жидкой лунки, а также специфическое для алюминиевого слитка значительное превышение ширины лунки жидкой фазы над ее глубиной обусловливают неэффективность направления движения электрического тока вдоль оси вытягивания. Взаимодействие двух указанных выше факторов значительно снижает интенсивность перемешивания жидкой фазы, а увеличение интенсивности потребует значительного повышения установочных мощностей для создания скрещивающихся электрического и магнитного полей.

Наиболее близким по технической сущности является способ перемешивания жидкого металла в процессе непрерывной разливки, включающий пропускание постоянного электрического тока в направлении, перпендикулярном оси вытягивания слитка, и воздействие постоянного магнитного поля, которое скрещивают с направлением пропускания электрического тока [3] Известный способ требует достаточно больших величин электрического тока, а также не позволяет получить однородную структуру металла внутри лунки.

Цель изобретения снижение величины электрического тока, необходимой для перемешивания металла, получения более однородной структуры слитка, равномерного распределения плотности легирующих компонентов по сечению слитка и уменьшения глубины залегания неслитин.

Поставленная цель достигается тем, что в способе перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке, включающем взаимодействие скрещивающихся электрических и магнитных полей, постоянный электрический ток пропускают под мениском металла в кристаллизаторе, а силовые линии магнитных полей от постоянных магнитов расположены над мениском металла.

Таким образом, вводимый электрический ток проходил в непосредственной близости от поверхности жидкого металла, над которой расположены постоянные магниты, силовые линии магнитных полей которых входят в металл, преодолевая только сопротивление границы раздела фаз (мениск металла атмосфера над ним). Прохождение электрического тока в поверхностных слоях жидкой лунки слитка позволяет получить требуемую для перемешивания плотность электрического тока при меньшей вводимой его величине. Скрещивание электрических и магнитных полей в приведенных выше условиях позволяет снизить потери вводимых мощностей, увеличить коэффициент полезного действия способа.

На чертеже приведена схема осуществления способа.

Электрод 1 вводят в жидкий металл, над мениском которого расположены постоянные магниты 2. Силовые линии магнитного поля постоянных магнитов входят в металл жидкой лунки слитка 3. Токопроводящие конструктивные элементы 4 кристаллизатора служат местом подсоединения другого электрода 5. Однако второй электрод может быть введен и непосредственно в жидкий металл. Таким образом, электрический ток I проходит в поверхностных слоях жидкой лунки от погружаемого электрода 1 к месту контакта электрода 5 с периферией слитка 3 (в случае, если последний установлен на кристаллизаторе 4). Прохождение тока в поверхностных слоях жидкого металла под мениском жидкой лунки обусловлено тем, что наиболее плотный контакт слитка 3 с кристаллизатором 4 находится в районе мениска жидкой лунки. То же происходит и при введении электрода 5 непосредственно в жидкий металл. Электрический ток, проходя под мениском жидкого металла, пересекает силовые линии магнитного поля от постоянных магнитов. При этом возникают пондерамоторные силы от взаимодействия скрещенных электрических и магнитных полей, которые заставляют жидкий металл перемещаться в заданном направлении. Направление контуров перемещения жидкого металла, а также интенсивность перемешивания зависят от плотности проходящего электрического тока и напряженности вводимого магнитного поля и направления его силовых линий в жидком металле. Заданное направление потоков жидкого металла обеспечивают различным взаимным расположением полюсов постоянных магнитов и направлением протекания электрического тока под мениском. Для конкретного отливаемого слитка (по конфигурации и величине) подбирают конкретное расположение и количество магнитов под мениском металла и направление электрического тока под ним.

Электроды для ввода электрического тока применяют как нерасходуемые, так и расходуемые (расплавляемые и нерасплавляемые в жидком металле). Возможно совмещение конструкции электрода с элементами конструкции разливочной воронки, погружаемой в металл при разливке слитка алюминиевого сплава. Ток может быть введен через струю металла при вводе электрода в прилеточную коробку.

Перемещение жидкого металла в лунке затвердевающего слитка позволяет устранить локальную неоднородность тепловых полей лунки и распределение ликвирующих элементов по ее объему. При применении разливочной воронки перемешивание металла ликвидирует неоднородность макроструктуры получаемого слитка, возникающую при воздействии струи металла, истекающего из воронки на фронт кристаллизации.

Промышленное опробование способа перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке было проведено в литейном цехе при отливке слитков диаметром 680 мм сплавов 1161 и В95 пч. При опробовании способа над мениском металла в кристаллизаторе в кольцевом пространстве, образованном стенками кристаллизатора и периметром погружного разливочного устройства (кольца с сеткой из стекловолокна) устанавливали четыре диаметрально расположенных постоянных магнита с уровнем магнитной индукции над поверхностью металла равной 60 Мт для каждого из них. Электрический ток вводили через нерасходуемый электрод, расположенный в районе разливочного устройства. Вторым электродом служили токопроводящие конструкции корпуса кристаллизатора. Силу подводимого тока изменяли от 100 до 350 А. Магниты постоянного тока охлаждали принудительно воздухом, подводимым в их корпуса. Перемешивание металла в лунке наблюдали визуально по возмущениям окисной пленки на мениске. Сплошность окисной пленки на поверхности жидкой лунки не нарушалась. Направление контуров движения жидкого металла вблизи мениска было определено как круговое вдоль стенок кристаллизатора. До проведения опытного опробования способа требуемые контуры движения жидкой фазы были определены на гидравлической модели жидкой лунки в натуральную величину, заполненную солевым растворами. Тогда же были определены расположение магнитов, силы вводимого электрического тока и напряженность магнитных полей. Скорость потока жидкой фазы определена на физической модели как величина равная 0,1 м/с. Контуры потоков, а также их локальные скорости также определены с помощью математического моделирования процесса.

Техническим результатом применения предложенного способа перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке алюминиевых сплавов является увеличение структурной однородности, уменьшение глубины залегания неслитин, равномерное распределение плотности и легирующих компонентов по сечению слитка. При этом микроструктура и механические свойства слитков не изменяются.

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ, включающий пропускание постоянного электрического тока в направлении, перпендикулярном оси вытягивания слитка, и воздействие постоянного магнитного поля, которое скрещивают с направлением пропускания электрического тока, отличающийся тем, что электрический ток пропускают под мениском металла в кристаллизаторе, а магнитное поле создают магнитами, расположенными над мениском металла.

РИСУНКИ

Рисунок 1