Способ непрерывного литья заготовок и устройство для его осуществления
METHOD FOR CONTINUOUS WORKPIECE CASTING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывному литью заготовок.
Известен способ получения сортовых заготовок из сляба, включающий его деформирование и разделение двумя синхронно перемещающимися по замкнутой траектории бойками с разделяющими выступами, в котором разделение сляба на ряд заготовок производят одновременно с обжатием разделяемых участков сляба по двум взаимно перпендикулярным направлениям (А.С. №1352761, B23D 23/10, 1985).
Одним из недостатков данного способа является недостаточно хорошее качество получаемых из непрерывнолитого сляба сортовых заготовок, поскольку ликвационный слой сляба остается в центральной и боковых зонах сортовой заготовки.
Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому изобретению является способ непрерывного литья заготовок (патент RU №2658761, опубл. 17.05.2018), выбранный за прототип, заключающийся в том что способ непрерывного литья заготовок, включает подачу металла в неразъемный кристаллизатор вплотную состыкованный с разъемным, формирование заготовки с жидкой сердцевиной в разъемном кристаллизаторе и одновременное вытягивание ее из разъемного кристаллизатора, формирование разделяющими выступами разъемного кристаллизатора нескольких заготовок, соединенных перемычками, осуществляют в два этапа, на первом осуществляют разделяющими выступами калиброванных стенок в направлении перпендикулярном оси движения слитка смыкание широких стенок оболочки и исключение жидкой фазы с образованием перемычек, на втором- одновременное обжатие каждой заготовки по двум взаимноперпендикулярным направлениям, с последующим разделением на отдельные заготовки после кристаллизатора.
Одним из недостатков данного способа является невозможность при сравнительно небольших толщинах оболочки с жидкой фазой получить из нее несколько заготовок заданных размеров. Как показали результаты теоретического исследования при формировании разделяющими выступами широких стенок-бойков трех заготовок сечением 70×70 мм из оболочки с жидкой фазой толщиной 20 мм и сечением 100×315 мм происходит только смыкание широких стенок оболочки с вытеснением жидкой фазы без образования трех заготовок (фиг. 1, результаты расчета с использованием прикладного пакета ANSYS).
Недостатком данного способа также является получение нескольких заготовок из оболочки с жидкой фазой прямоугольного сечения, что требует иметь в устройстве дополнительно состыкованные с широкими стенками две боковые стенки разъемного кристаллизатора с вырезами, что усложняет конструкцию устройства, а из-за износа контактных поверхностей широких и узких стенок в зоне стыка образуются зазоры, в которые происходит затекание металла с образованием заусенцев па поверхностях заготовок, что снижает их качество.
Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: повышение стабильности процесса непрерывного литья заготовок и как следствие улучшения их качества.
Техническая задача достигается тем, что в способе непрерывного литья заготовок, включающем подачу металла в неразъемный кристаллизатор, вплотную состыкованный с разъемным, формирование заготовки с оболочкой и жидкой сердцевиной в неразъемном кристаллизаторе и одновременное вытягивание ее из неразъемного кристаллизатора, формирование разделяющими выступами разъемного кристаллизатора нескольких заготовок, соединенными перемычками, осуществляемое в два этапа, на первом из которых разделяющими выступами стенок-бойков разъемного кристаллизатора, в направлении, перпендикулярном оси движения заготовки, осуществляют смыкание стенок оболочки и исключение жидкой фазы с образованием перемычек, а на втором этапе - одновременное обжатие каждой заготовки по двум взаимноперпендикулярным направлениям, и разделение соединенных перемычками заготовок на отдельные заготовки после выхода из разъемного кристаллизатора, отличающийся тем, что в неразъемном кристаллизаторе боковые стенки которого выполняют в виде полукруга с радиусом, равным половине толщины полости кристаллизатора, формируют заготовку с круглыми боковыми поверхностями, содержащую оболочку и жидкую фазу, толщина которой составляет 10-15% от толщины заготовки, при этом разделяющими выступами стенок-бойков разъемного кристаллизатора формируют несколько заготовок, соединенных перемычками, с одновременным обжатием каждой из упомянутых заготовок по двум взаимноперпендикулярным направлениям с исключением из них жидкой фазы.
При обжатии каждой заготовки с жидкой фазой по двум взаимноперпендикулярным направлениям происходит перемешивание и вытеснение жидкой фазы из каждой заготовки, что предотвращает образование ликвационной зоны в каждой заготовке и способствует улучшению качества заготовок.
Кроме того, наличие жидкой фазы толщиной 10-15% от толщины заготовки обеспечивает получение нескольких заготовок заданных размеров, что повышает стабильность процесса непрерывного литья. Также формирование раздедяющими выступами стенок-бойков заготовок осуществляют из заготовки с полукруглыми боковыми поверхностями (фигура 1), что в сравнении с заготовкой с плоскими боковыми поверхностями позволяет существенно уменьшить обжатия при формировании двух сторон квадратной заготовки из полукруглой боковой поверхности заготовки, а также исключить из конструкции устройства две боковые стенки сборного кристаллизатора и предотвратить образование заусенцев на поверхностях заготовок, что способствует улучшению их качества.
Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому изобретению является устройство непрерывного литья заготовок, принятое за прототип, заключающийся в том, что в устройстве непрерывного литья заготовок, содержащее неразъемный кристаллизатор, размещенный перед разъемным, механизм качания каждой широкой стенки представляет собой суппорт, установленный на двух параллельных горизонтальных эксцентриковых валах с синхронным приводом их перемещения, каждая широкая стенка разъемного кристаллизатора имеет увеличивающиеся в направлении непрерывного литья разделяющие выступы, а узкие стенки разъемного кристаллизатора имеют вырезы, принимающие на выходе из кристаллизатора форму боковой поверхности заготовки.
Недостатком данного устройства является наличие в нем двух дополнительных боковых стенок разъемного кристаллизатора, состыкованных с широкими стенками, что усложняет конструкцию устройства, а из-за износа их контактных поверхностей в зоне стыка образуются зазоры, в которые происходит затекание металла с образованием заусенцев на поверхностях заготовок, что снижает их качество.
Также недостатком данного устройства является то, что неразъемный кристаллизатор имеет плоские боковые стенки, что при формировании заготовок из прямоугольной оболочки с жидкой фазой приводит к увеличению обжатий и образованию заусенцев на поверхностях двух крайних заготовок, что снижает их качество.
Поставленная задача также достигается тем, что в устройстве непрерывного литья заготовок содержащее неразъемный кристаллизатор, размещенный перед разъемным, механизм качания боковых стенок кристаллизаторов, представляющий собой суппорты, установленные каждый на двух параллельных горизонтальных эксцентриковых валах с синхронным приводом их перемещения, при этом на стенках-бойках разъемного кристаллизатора выполнены разделяющие выступы, размеры которых выполнены увеличивающимися в направлении непрерывного литья, отличающееся тем, что боковые стенки неразъемного кристаллизатора выполнены в виде полукруга с радиусом, равным половине толщины полости кристаллизатора, а калибровка разделяющих выступов стенок-бойков разъемного кристаллизатора выполнена с обеспечением при сведенном положении стенок-бойков образования закрытой полости и получения одновременно нескольких заготовок, соединенных перемычками, на выходе из упомянутой закрытой полости.
Объединение двух технических решений в одной заявке обусловлено единым изобретательским замыслом.
При проведении патентно-информационных исследований заявляемые совокупности признаков выявлены не были, поэтому можно предположить, что заявляемые технические решения соответствуют критерию «изобретательский уровень»
На фигуре 2 изображено устройство для непрерывного литья заготовок, а на фигуре 3 показан способ непрерывного литья заготовок.
Устройство (фигура 2) состоит из водоохлаждаемого неразъемного кристаллизатора 1 и двух подвижных суппортов 2 и 3 разъемного кристаллизатора. Каждый суппорт установлен на двух эксцентриковых валах: второй на 4 и 5, третий на 6 и 7. К суппорту 2 крепится стенка-боек 8 с разделяющими выступами 9, к суппорту 3 крепится стенка-боек 10 с разделяющими выступами 11. Калибровка разделяющих выступов стенок-бойков 8 и 10 выполнена таким образом, что при сведенном положении стенок - бойков 8 и 10 они в совокупности образуют закрытую полость разъемного кристаллизатора, которая обеспечивает на выходе из разъемного кристаллизатора одновременное получение нескольких заготовок заданного сечения, соединенных перемычками. Синхронное вращение эксцентриковых валов 4, 5, 6 и 7 осуществляется от любого известного привода. Вытягивание заготовки из сборного кристаллизатора осуществляется с помощью стенок-бойков 8 и 10 при продольном разделении заготовки и тянущего устройства на холостом ходу.
Сущность способа непрерывного литья заготовок заключается в следующем (фигура 3).
Жидкий металл 12 заливается в неразъемный водоохлаждаемый кристаллизатор 1, который совершает синхронные возвратно-поступательные движения. За счет отвода тепла водоохлаждаемыми стенками неразъемного кристаллизатора 1 образуется замкнутая оболочка заданного периметра 13 с жидкой фазой 12. Далее оболочка 13 с жидкой фазой 12 с помощью тянущего устройства подается в разъемный кристаллизатор. При этом на оболочку 13 начинают воздействовать разделяющие выступы стенок-бойков 8 и 10, высота которых постепенно увеличивается в направлении непрерывного литья. По мере продвижения оболочки 13 с жидкой фазой 12 через разделяющие выступы стенок-бойков 8 и 10 разъемного кристаллизатора происходит формирование сортовых заготовок. По мере продвижения заготовок с жидкой фазой происходит под действием поверхностей разделяющих выступов стенок-бойков 8 и 10 одновременное обжатие каждой заготовки по двум взаимно перпендикулярным направлениям с исключением жидкой фазы и образование заготовок 14, соединенных перемычками. Разделение заготовок, соединенных перемычками, на отдельные заготовки осуществляется после их выхода из кристаллизатора.
ПРИМЕР (для опытной установки ОАО "Уральский трубный завод):
В устройстве непрерывного литья заготовок отливаются три сортовые заготовки из углеродистой стали Ст. 3 сечением 70*70 мм, соединенные перемычками. Размеры полости кристаллизатора в верхней части 100*315 мм. Высота неразъемного кристаллизатора 1000 мм, длина бойковой части с разделяющими выступами 150 мм, угол наклона грани разделяющих выступов к вертикали 15°. Высота раздедяющего выступа на выходе из кристаллизатора 48 мм. Скорость выхода заготовок из кристаллизатора 0,3 м/мин. Толщина перемычек между сортовыми заготовками 4 мм. На фиг. 4 изображена стенка - боек с разделяющими выступами, а на фиг. 5 показано объемное изображение трех сортовых заготовок, соединенных перемычками.
Таким образом, заявляемые технические решения позволяют повысить стабильность процесса непрерывного литья нескольких заготовок и как следствие улучшить их качество.