КРИСТАЛЛИЗАТОР МАШИНЫ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
SEMI-CONTINUOUS TUBE CASTING MACHINE CRYSTALLISER

Изобретение относится к металлургии в области непрерывного литья металлов и может быть использовано в машинах полунепрерывного литья трубных заготовок.
Известен кристаллизатор машины полунепрерывного литья круглых чугунных заготовок, включающий корпус, в котором расположены водоохлаждаемая гильза кристаллизатора и индуктор-электромагнитный перемешиватель (см., например, О.А.Баранов и др. «Непрерывное литье чугуна». М.: Металлургия, с.297, рис.116).
Недостатком известного кристаллизатора является сложность электромагнитного перемешивателя, при этом отмечается недостаточная глубина проникновения электромагнитного поля в жидкую фазу отливаемого слитка.
Известен кристаллизатор машины полунепрерывного литья полых металлических заготовок, включающий корпус, в котором соосно расположены наружная и внутренняя водоохлаждаемые гильзы, образующие полость для формирования отливаемой заготовки, а также индуктор-электромагнитный перемешиватель, установленный между корпусом и наружной гильзой, выполненной на части своей высоты с разрезами (RU 87943, B22D 11/115, от 27.10.2009 г.).
Недостатками известного кристаллизатора являются сложность изготовления наружной гильзы кристаллизатора с разрезами, а также большие потери магнитного поля во внутренней гильзе.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение потребляемой индуктором мощности и улучшение качества отливаемых трубных заготовок, благодаря интенсивному движению расплава вокруг продольной оси кристаллизатора.
Технический результат достигается тем, что в кристаллизаторе машины полунепрерывного литья металлургических трубных заготовок, содержащем корпус, в котором соосно расположены наружная и внутренняя водоохлаждаемые гильзы, образующие полость для формирования заготовки, а также индуктор-электромагнитнный перемешиватель, катушки которого установлены между корпусом и наружной гильзой, во внутренней гильзе установлен кольцевой магнитопровод, выполненный сборным.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:
на фиг.1 приведена схема кристаллизатора машины полунепрерывного литья металлических трубных заготовок;
на фиг.2 приведена схема кристаллизатора в плане (разрез А-А на фиг.1).
Кристаллизатор машины полунепрерывного литья металлических трубных заготовок содержит корпус 1, в котором соосно расположены наружная и внутренняя водоохлаждаемые гильзы 2 и 3 соответственно.
Между корпусом 1 и наружной гильзой 2 расположено кольцевое ярмо 4, на котором закреплены катушки 5 индуктора.
Внутренняя гильза 3 снабжена кольцевым магнитопроводом 6, выполненным из элементов 7, 8, 9 и 10. Между элементами 7 и 10 установлен контейнер 11 с радиоактивным источником системы измерения уровня металла в кристаллизаторе. Счетчик 12 излучения расположен в корпусе 1 перед наружной гильзой 2.
Позицией 13 показаны стаканы для подачи металла в кольцевую полость между гильзами 2 и 3, а позициями 14 и 15 показаны отливаемая заготовка и ее жидкая фаза соответственно.
Выполнение кольцевого магнитопровода 6 сборным из элементов 7, 8, 9 и 10 позволяет:
- существенно упростить монтаж и наладку магнитопровода во внутренней гильзе 3;
- разместить в определенном месте гильзы 3 контейнер 11 системы измерения уровня металла в кристаллизаторе;
- при возникновении аварийной ситуации (например, «охват» гильзы 3 жидким металлом) быстро демонтировать из гильзы 3 элементы магнитопровода и контейнер.
Кристаллизатор машины полунепрерывного литья металлических трубных заготовок работает следующим образом.
Расплавленный металл подают через стаканы 15 в кольцевую полость между водоохлаждаемыми гильзами 2 и 3, снизу закрытую затравкой (на фигурах не показана). При подъеме жидкого металла до заданной высоты уровнемер 12 дает команду на вытягивание заготовки 14 из кристаллизатора. Когда процесс литья стабилизируется, включают электромагнитный перемешиватель, который работает следующим образом.
Ярмо 4 и расположенные на нем шесть полюсных катушек 5, по две катушки в фазе, образуют трехфазную обмотку индуктора-электромагнитного перемешивателя. Соосно и симметрично с ярмом 4 для уменьшения немагнитного зазора во внутренней гильзе 3 установлен магнитопровод 6, выполненный из нескольких элементов. При питании обмоток трехфазной системой токов, сдвинутых по фазе на 120 градусов, во внутренней области индуктора возбуждается двухполюсное магнитное поле, вращающееся вокруг вертикальной оси индуктора. В жидком металле 15, находящемся внутри индуктора в кольцевой полости между гильзами 2 и 3 и пересекаемым вращающимся магнитным полем, наводятся вихревые токи.
Взаимодействие вихревых токов с магнитным полем приводит к возникновению электромагнитных сил вращения. Под действием этих сил жидкий металл приходит в движение в направлении вращения поля.
Вращение жидкого металла обеспечивает равномерное распределение расплава по периметру кристаллизатора, а также способствует выравниванию фронта кристаллизации и, как следствие, устранению «мостов» в последней стадии затвердевания.
Рассмотрим конкретный пример предлагаемого кристаллизатора.
Кристаллизатор предназначен для машины полунепрерывного литья чугунных трубных заготовок с внутренним диаметром 400 мм, толщиной стенки 15 мм и длиной до 6 м. Высота кристаллизатора составляет 600 мм. Наружная поверхность корпуса кристаллизатора имеет диаметр 1000 мм.
Вращение жидкого чугуна осуществляется индуктором-электромагнитным перемешивателем, установленным в корпусе кристаллизатора. Индуктор имеет трехфазное исполнение, содержит цилиндрическое внешнее «ярмо» с шестью полюсами, катушки которых намотаны непосредственно на их сердечниках, и соосный с ним внутренний кольцевой магнитопровод. Ярмо и кольцевой магнитопровод выполнены из стальных (сталь 20) колец толщиной 2 мм. В кольцевом магнитопроводе выполнено отверстие диаметром 120 мм для установки контейнера с радиоактивным источником.
Индуктор-электромагнитный перемешиватель имеет следующие технические характеристики:
- частота питания, Гц, 1,5÷10,0;
- ток фазный, номинальный, А, 200;
- напряжение фазное максимальное, В, 220;
- высота магнитной системы, мм, 110;
- охлаждение обмотки индуктора - водой для охлаждения кристаллизатора.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в кристаллизаторе машины полунепрерывного литья металлических трубных заготовок, содержащем корпус, в котором соосно расположены наружная и внутренняя водоохлаждаемые гильзы, образующие полость для формирования заготовки, и индуктор-электромагнитный перемешиватель, катушки которого установлены между корпусом и наружной гильзой, во внутренней гильзе установлен кольцевой магнитопровод, выполненный сборным.
Предлагаемое изобретение позволяет:
- организовать вращение жидкого металла в области мениска и тем самым обеспечить равномерное распределение расплава по периметру кольцевой полости кристаллизатора с выравниванием температуры, что приводит к улучшению условий его затвердевания;
- улучшить качество заготовки за счет интенсивного всплытия газовых пузырей и неметаллических включений;
- создать условия для разрушения столбчатой дендритной структуры, выравнивания фронтов кристаллизатора и, следовательно, устранения «мостов» в последней стадии затвердевания;
- увеличить теплоотдачу от расплава к стенкам кристаллизатора, что приведет к увеличению скорости литья и повышению производительности машины полунепрерывного литья;
- вращение жидкого металла при литье чугуна снижает неравномерность величины отбела;
- снизить энергозатраты благодаря тому, что полюса электромагнитов максимально приближены к отливаемой заготовке;
- повысить эффективность ЭМП путем уменьшения немагнитного зазора за счет установки во внутренней гильзе кристаллизатора кольцевого магнитопровода;
- за счет выполнения кольцевого магнитопровода сборным существенно упрощается монтаж и наладка магнитопровода во внутренней гильзе, контейнер системы измерения уровня металла в кристаллизаторе располагается в определенном месте гильзы, а при возникновении аварийной ситуации (например, «охват» гильзы жидким металлом) можно быстро демонтировать из гильзы элементы магнитопровода и контейнер.