УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТЬЯ СЛИТКОВ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ИЗ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Полезная модель относится к металлургии к устройству для охлаждения слитков в установках для полунепрерывной разливки металла, в частности алюминия или алюминиевых сплавов.
Известно устройство для литья слитков круглого сечения из алюминия и его сплавов. Металл охлаждают и отверждают в два этапа. Этап 1 называют основным охлаждением, при котором первичное охлаждение металла достигают путем охлаждения через стенку литейной камеры кристаллизатора. Охлаждение в первичной зоне в кристаллизаторе осуществляют водой, которую, в соответствии с ранее известной технологией, используют также для вторичного охлаждения. Этап 2 называют вторичным охлаждением, при котором распыляют воду непосредственно ниже зоны первичного охлаждения прямо на металл через щель для воды или отверстия, расположенные по периферии кристаллизатора. Подвижный поддон под каждым кристаллизатором опускают вниз по мере затвердевания металла так, что формируется слиток круглого сечения в виде длинной заготовки, которая может иметь различный диаметр в зависимости от назначения слитка. В известных конструкциях подача охлаждающей жидкости в корпус кристаллизатора осуществляется через патрубки расположенные под углом 90° к образующей поверхности кристаллизатора. (В.И.Добаткин, «Плавка и литье алюминиевых сплавов» М., Металлургия, 1983 г., стр.147 - прототип).
Применение данного кристаллизатора, в корпус которого подача охлаждающей жидкости осуществляется через патрубки, расположенные под углом 90° к образующей поверхности кристаллизатора, приводит к снижению скорости потока воды в результате разделения потока жидкости на две составляющих, движущихся в противоположные стороны и столкновению в процессе движения потоков между собой. Последствием такого движения охлаждающей жидкости является образование местных возмущений в кристаллизаторе, снижение скорости движения жидкости и замедление и неравномерность отвода тепла от поверхности кристаллизатора, что приводит к возникновению дополнительных напряжений при кристаллизации слитка и, как следствие, образование горячих и холодных трещин. Кроме того, вода, выводимая из полости кристаллизатора, из-за ее хаотичного перемешивания, имеет значительные колебания температуры, которая непосредственно влияет на ее вязкость. Эта зависимость приведена в таблице.
Размерность вязкости
температура, °С
0
5
10
15
20
25
30
35
<img file="00000002.tif" he="10" wi="31" img-content="undefined" img-format="tif" />
182,27
154,43
133,09
116,23
102,37
91,11
81,71
73,42
Стабилизация вязкости охлаждающей жидкости обеспечивает ее равномерное растекание на поверхности отливаемых слитков, обеспечивает равномерное охлаждение слитка, а, следовательно, снижает вероятность их разрушения, как в процессе литья, так и после.
Задачей, на которое направлено данное изобретение, является разработка конструкции кристаллизатора, обеспечивающего эффективный равномерный отвод тепла от слитка при первичном и вторичном охлаждении с целью снижения температурных напряжений в слитке, приводящих к дефектам.
Техническим результатом является равномерный отвод тепла от поверхности кристаллизатора и снижение вероятности образования горячих и холодных трещин при литье слитков из алюминиевых сплавов на всех этапах его охлаждения.
Данный технический результат достигается тем, что устройство для литья слитков круглого сечения из алюминия и алюминиевых сплавов, содержащее кристаллизатор первичной зоны охлаждения, зону вторичного прямого охлаждения слитка водой, которая поступает из отверстий, расположенных в нижней части кристаллизатора и перемещаемый поддон, при этом воду в кристаллизатор подают по патрубкам, последовательно расположенным и установленным под углом 30° к цилиндрической образующей поверхности, при этом отношение высоты сечения отверстия патрубка к ширине как 3,5:1,0.
На фиг.1 показано поперечное сечение устройства для полунепрерывного литья слитков, на фиг 2 - кристаллизатор (вид сверху), фиг.3 - сечение А-А.
Устройство содержит кристаллизатор 1, слиток 2, подводящий патрубок 3, отверстия для подачи воды в зону вторичного прямого охлаждения 5, вторичная зона охлаждения 4, перемещаемый поддон 6, патрубки 7.
Устройство работает следующим образом.
Сквозной водоохлаждаемый кристаллизатор 1 закрыт снизу поддоном 6. В корпус кристаллизатора по подводящим патрубкам 3 подается охлаждающая жидкость (вода). Цикл начинается с заливки в кристаллизатор 1 расплава из алюминия технической чистоты (например марки А7) и последующей подачей в кристаллизатор разливаемого сплава. Заливаемый расплавленный металл в контакте с поддоном и подливкой из алюминия и стенками кристаллизатора, омываемыми охлаждающей жидкостью, начинает кристаллизоваться. В этот момент включают привод опускания поддона 6, и последний вместе с формирующимся слитком 2 выводят из кристаллизатора. Вторичное охлаждение слитка происходит на выходе слитка из кристаллизатора в зоне вторичного охлаждения 4, когда охладитель через отверстия 5 в нижней части корпуса кристаллизатора поступает на поверхность слитка.
В данном кристаллизаторе подача охлаждающей жидкости в кристаллизатор осуществляется по патрубкам, расположенным под углом 30° к образующей поверхности кристаллизатора. Поток охлаждающей жидкости движется в одном направлении без образования местных возмущений и создаются условия для снижения турбулентности охлаждаемой жидкости в кристаллизаторе.
Подача охлаждающей жидкости под углом 30° к образующей кристаллизатора осуществляется с применением патрубков 7, имеющих в месте входа в кристаллизатор прямоугольное сечение с соотношением широких граней к узким - 3,5:1,0 (наиболее оптимальное соотношение, полученное опытным путем).
При подаче охлаждающей жидкости под углом больше или меньше 30° к образующей кристаллизатора изменяется соотношение широких граней в сторону сужения или уширения сечения и приводит к изменению характера течения охлаждающей жидкости в кристаллизаторе и изменению теплопередачи, обусловленной разностью температур передачи теплоты от одних частей тела к другим частям того же тела.
Применение схемы подачи охлаждающей жидкости под углом 30° к образующей кристаллизатора приводит к стабилизации процесса отбора теплоты от кристаллизатора, происходит усреднение температуры охлаждающей жидкости и, как следствие, усреднение ее вязкости. Это гарантирует равномерное растекание воды на поверхность отливаемых слитков и их равномерное охлаждение.
Предлагаемая конструкция устройства предотвращает возможное образование паровых пробок, местных возмущений жидкости в кристаллизаторе, что способствует повышению скорости движения жидкости, равномерному отводу тепла от поверхности кристаллизатора и снижению вероятности образования горячих и холодных трещин при литье слитков из алюминиевых сплавов.