RU2007260C1

RU2007260C1 - Hollow blank horizontal continuous-casting mould

Info

Publication number: RU2007260C1
Authority: RU
Inventors: С.М. Козаченко; А.И. Богданов; Л.И. Белякова; А.Ф. Корягин
Original assignee: Украинский государственный научно-исследовательский институт металлов
Priority date: 1991-05-05
Filing date: 1991-05-05
Publication date: 1994-02-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: mould has a working chamber formed by cooled bush 2 and core 4 with channels 5 located at a distance S from the bush. Bush 2 and core 4 are made from a heat-conducting material of a certain hardness. The ratio between the distance from the core channels to the bush and the minimum size of the working cavity of the mould is 0.1-0.3, and the bush material hardness is larger than that of the core by a factor of 3-9 at constant initial heat-conductivity. EFFECT: improved structure. 2

Description

Изобретение относится к металлургии и предназначено для производства полых заготовок из металлов и сплавов. The invention relates to metallurgy and is intended for the production of hollow billets from metals and alloys.

Известен кристаллизатор для непрерывного литья полых заготовок, содержащий рабочую полость, образованную втулкой и дорном с каналами для подвода расплава в зону формирования заготовки. Втулка и дорн выполнены из графита, обладающего определенной теплопроводностью и твердостью. Known mold for continuous casting of hollow billets, containing a working cavity formed by a sleeve and a mandrel with channels for supplying the melt to the zone of formation of the workpiece. The sleeve and mandrel are made of graphite, which has a certain thermal conductivity and hardness.

Недостатком описанного аналога является то, что из-за низкой твердости графита он подвергается износу. Особенно интенсивно изнашивается втулка. В результате износа возрастает усилие вытягивания, что приводит к образованию подрывов и трещин. При этом, на наружной поверхности трубной заготовки образуются продольные наплывы, резко снижающие качество заготовок. Кроме того, вследствие износа втулки сокращается срок эксплуатации кристаллизатора, а следовательно, возрастают затраты на его изготовление из дорогостоящего графита. The disadvantage of the described analogue is that due to the low hardness of graphite, it undergoes wear. The sleeve wears out especially intensively. As a result of wear, the pulling force increases, which leads to the formation of explosions and cracks. At the same time, longitudinal flows are formed on the outer surface of the pipe billet, which sharply reduces the quality of the billets. In addition, due to wear of the sleeve, the life of the mold is reduced, and consequently, the cost of its manufacture from expensive graphite increases.

Известен также графитовый кристаллизатор, в котором с целью уменьшения износа и улучшения качества непрерывнолитых заготовок на рабочую поверхность кристаллизатора нанесено износостойкое покрытие из пиролитического графита, содержащего карбиды металлов. A graphite mold is also known in which, in order to reduce wear and improve the quality of continuously cast billets, a wear-resistant coating of pyrolytic graphite containing metal carbides is applied to the working surface of the mold.

Существенным недостатком этого аналога можно считать то, что вследствие термоциклических напряжений, возникающих при шаговом режиме вытягивания заготовки, износостойкое покрытие подвергается растрескиванию. В результате разрушения покрытия возрастает усилие вытягивания, что приводит к образованию на поверхности заготовки трещин, подрывов и наплывов, резко снижающих ее качество. Кроме того, сокращается срок службы кристаллизатора и требуется увеличивать затраты на восстановление его рабочей поверхности. A significant disadvantage of this analogue can be considered that due to thermocyclic stresses arising during the step-by-step mode of drawing the workpiece, the wear-resistant coating is cracked. As a result of the destruction of the coating, the pulling force increases, which leads to the formation of cracks, blasts and sagging on the surface of the workpiece, which sharply reduces its quality. In addition, the service life of the mold is reduced and the cost of restoring its working surface needs to be increased.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является выбранный в качестве прототипа кристаллизатор для горизонтального непрерывного литья полых заготовок содержащий рабочую полость, образованную втулкой и дорном, которые изготовлены из графита, обладающего определенной теплопроводностью и твердостью. В дорне выполнены каналы для подвода расплава в рабочую полость кристаллизатора. The closest in technical essence to the claimed one is a mold selected as a prototype for horizontal continuous casting of hollow billets containing a working cavity formed by a sleeve and a mandrel, which are made of graphite having a certain thermal conductivity and hardness. In the mandrel made channels for supplying the melt into the working cavity of the mold.

К недостаткам прототипа можно отнести то, что не обеспечивается качество заготовок и снижение затрат. The disadvantages of the prototype include the fact that the quality of the workpieces and cost reduction are not ensured.

Указанные недостатки обусловлены тем, что вследствие более интенсивного затвердевания расплава со стороны рабочей поверхности втулки, которая подвергается охлаждению, по сравнению с рабочей поверхностью дорна, рабочая поверхность втулки подвергается повышенному механическому износу от затвердевшей заготовки при вытягивании ее из кристаллизатора. Естественно, по мере износа втулки возрастает усилие вытягивания, что приводит к образованию на поверхности трубной заготовки подрывов, наплывов и трещин, резко снижающих качество непрерывнолитых заготовок. Износу рабочей поверхности втулки кристаллизатора также способствует ее невысокая твердость, обусловленная тем, что эта поверхность получается из средней части при расточке сплошной графитовой заготовки, которую получают методом прессования. Поэтому, средняя часть графитовой заготовки, из которой затем точат втулку кристаллизатора, имеет пониженную плотность, а следовательно, и твердость; потому что невозможно методом прессования обеспечить равномерную твердость по сечению заготовки. Твердость материала - это характеристика, ответственная за эксплуатационную стойкость в процессе истирания, которому подвергается втулка кристаллизатора в процессе разливки. Следует также отметить неравномерность износа графитовой втулки кристаллизатора в процессе горизонтального непрерывного литья, что не способствует повышению качества заготовок. Кроме снижения качества отливаемых заготовок требуется чаще изготавливать новый кристаллизатор взамен изношенного, что приводит к увеличению затрат. These disadvantages are due to the fact that due to more intensive solidification of the melt from the side of the working surface of the sleeve, which is subjected to cooling, compared with the working surface of the mandrel, the working surface of the sleeve is subject to increased mechanical wear from the hardened workpiece when it is pulled out of the mold. Naturally, as the sleeve wears, the pulling force increases, which leads to the formation of explosions, sagging and cracks on the surface of the pipe billet, which sharply reduce the quality of continuously cast billets. The wear of the working surface of the mold sleeve also contributes to its low hardness, due to the fact that this surface is obtained from the middle part by boring a solid graphite billet, which is obtained by pressing. Therefore, the middle part of the graphite billet, from which the mold sleeve is then sharpened, has a reduced density and, therefore, hardness; because it is impossible by the pressing method to ensure uniform hardness over the cross section of the workpiece. The hardness of the material is the characteristic responsible for the operational durability during the abrasion process, which is subjected to the mold sleeve during the casting process. It should also be noted the uneven wear of the graphite mold of the mold during horizontal continuous casting, which does not contribute to improving the quality of the workpieces. In addition to reducing the quality of cast billets, it is often necessary to produce a new mold instead of a worn one, which leads to an increase in costs.

Целью изобретения является повышение качества заготовок и снижение затрат. The aim of the invention is to improve the quality of the workpieces and reduce costs.

Поставленная цель достигается тем, что в кристаллизаторе для горизонтального непрерывного литья полых заготовок, содержащем рабочую полость, образованную выполненными из теплопроводного материала охлаждаемой втулкой и дорном с каналами, расположенными на расстоянии от втулки, отношение расстояния от каналов дорна до втулки к минимальному размеру рабочей полости кристаллизатора составляет 0,1-0,3, а твердость материала втулки в 6-15 раз выше твердости материала дорна. This goal is achieved by the fact that in the mold for horizontal continuous casting of hollow billets containing a working cavity formed of a cooled sleeve and a mandrel made of heat-conducting material with channels located at a distance from the sleeve, the ratio of the distance from the mandrel channels to the sleeve to the minimum size of the mold cavity is 0.1-0.3, and the hardness of the material of the sleeve is 6-15 times higher than the hardness of the material of the mandrel.

Выполнение каналов в дорне таким образом, чтобы отношение расстояния от них до втулки к минимальному размеру рабочей полости кристаллизатора составляло 0,1-0,3, а твердость материала втулки в 6-15 раз превышала твердость материала дорна, что позволит существенно улучшить качество непрерывнолитых заготовок за счет значительного уменьшения износа рабочей поверхности втулки в процессе литья. Кроме того, такое исполнение рабочей полости кристаллизатора позволит при подготовке его к очередной разливке изготовлять только дорн с каналами и много раз использовать одну и ту же втулку из материала повышенной твердости, что обеспечивает снижение затрат при отливке полых заготовок. The execution of the channels in the mandrel so that the ratio of the distance from them to the sleeve to the minimum size of the working cavity of the mold is 0.1-0.3, and the hardness of the material of the sleeve is 6-15 times higher than the hardness of the material of the mandrel, which will significantly improve the quality of continuously cast billets due to a significant reduction in wear of the working surface of the sleeve during the casting process. In addition, this design of the working cavity of the mold will allow, when preparing it for the next casting, to produce only the mandrel with channels and to use the same sleeve from material of increased hardness many times, which reduces costs when casting hollow billets.

Выбор граничных условий обусловлен тем, что выполнять каналы в дорне таким образом, чтобы отношение расстояния от каналов дорна до рабочей поверхности втулки было меньшим, чем 0,1, не нужно, потому, что тонкая перемычка дорна, отделяющая канал от рабочей стенки втулки будет разрушаться от воздействия на нее затвердевающей заготовки. Это приведет к появлению на поверхности заготовки подрывов и наплывов, снижающих ее качество, а также к увеличению затрат, так как необходимо будет изготовлять новый дорн. Если отношение расстояния от каналов дорна до рабочей поверхности втулки будет большим, чем 0,3, это приведет к сужению поперечного сечения каналов, что затруднит поступление через них расплава в рабочую полость кристаллизатора. В результате чего на заготовке появятся недоливы, что резко снизит ее качество. The choice of boundary conditions is due to the fact that the channels in the mandrel are designed so that the ratio of the distance from the mandrel channels to the working surface of the sleeve is less than 0.1, because the thin mandrel of the mandrel separating the channel from the working wall of the sleeve will collapse from exposure to hardening billets. This will lead to the appearance of explosions and sagging on the surface of the workpiece, reducing its quality, as well as to an increase in costs, since it will be necessary to manufacture a new mandrel. If the ratio of the distance from the channels of the mandrel to the working surface of the sleeve is greater than 0.3, this will lead to a narrowing of the cross section of the channels, which will make it difficult for melt to enter the working cavity of the mold through them. As a result, underfilling will appear on the workpiece, which will sharply reduce its quality.

Делать втулку кристаллизатора для отливки трубных заготовок из материала, твердость которого меньше чем в 6,0 раз твердости материала дорна, не имеет смысла, так как рабочие стенки втулки будут подвергаться интенсивному износу в процессе литья, что приведет к появлению на поверхности заготовки трещин, подрывов и наплывов, резко ухудшающих их качество, и к повышению затрат. It makes no sense to make a mold sleeve for casting tube billets from a material whose hardness is less than 6.0 times that of the material of the mandrel, since the working walls of the sleeve will undergo intensive wear during casting, which will lead to cracks on the surface of the workpiece and influxes, sharply worsening their quality, and to increase costs.

Изготавливать втулку кристаллизатора из материала, твердость которого более чем в 15 раз выше твердости материала дорна, не следует, потому, что такие материалы не обладают достаточной теплопроводностью, при которой обеспечивается стабильность процесса литья и качество трубных заготовок. Кроме того, при низкой теплопроводности материала рабочих стенок не исключено их коробление, что снижает эксплуатационную стойкость кристаллизатора и повышает затраты. It is not necessary to produce a mold sleeve from a material whose hardness is more than 15 times higher than the hardness of the mandrel, because such materials do not have sufficient thermal conductivity, which ensures the stability of the casting process and the quality of tube blanks. In addition, with low thermal conductivity of the material of the working walls, their warping is not excluded, which reduces the operational stability of the mold and increases costs.

По имеющимся у заявителя данным в известных решениях не обнаружено признаков сходных с отличительными признаками заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "существенные отличия". According to the information available to the applicant in known solutions, no signs are found that are similar to the distinguishing features of the claimed invention, which allows us to conclude that his criterion of "significant differences" is met.

На фиг. 1 показан кристаллизатор, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a crystallizer, a longitudinal section; in FIG. 2 is a view A in FIG. 1.

Предлагаемый кристаллизатор для горизонтального непрерывного литья полых заготовок содержит рабочую полость 1, образованную втулку 2, имеющей систему охлаждения 3, и дорном 4, с каналами 5, через которые расплав поступает в рабочую полость кристаллизатора. При этом, минимальный размер рабочей полости кристаллизатора равняется S, а расстояние от каналов в дорне до рабочей стенки втулки составляет S₁.The proposed mold for horizontal continuous casting of hollow billets contains a working cavity 1, formed by a sleeve 2 having a cooling system 3, and a mandrel 4, with channels 5 through which the melt enters the working cavity of the mold. In this case, the minimum size of the working cavity of the mold is S, and the distance from the channels in the mandrel to the working wall of the sleeve is S ₁ .

В процессе горизонтального непрерывного литья полых заготовок диаметром 80 мм с толщиной стенки 20 мм из сплава МНЖ5-1 были успешно опробованы кристаллизаторы, у которых дорн 4 с каналами 5 изготовляли из графита марки АГ 1500, а втулку 2 с системой охлаждения 3 выполняли из меди и сплава на ее основе Л 96, обладающих как и графит-высокой теплопроводностью. Средняя твердость по Бринелю материалов - графита, меди и сплава Л 96, из которых сделаны элементы кристаллизатора, составляла соответственно 10, 60 и 150 кгс/мм². Необходимость использования в одном кристаллизаторе комбинации материалов обусловлена тем, что графитовый дорн не разрушается от постоянного пребывания в жидком расплаве, а металлическая втулка хорошо противостоит истиранию при вытягивании заготовки из кристаллизатора. Вытягивание заготовки производили в шаговом режиме, т. е. с периодическими остановками. Шаг вытягивания равнялся 10-40 мм, скорость литья составляла 0,3-0,5 м/мин.In the process of horizontal continuous casting of hollow billets with a diameter of 80 mm and a wall thickness of 20 mm from the MNZh5-1 alloy, molds were successfully tested, in which the mandrel 4 with channels 5 was made of graphite grade AG 1500, and the sleeve 2 with cooling system 3 was made of copper and an alloy based on it L 96, which, like graphite, has high thermal conductivity. The average Brinell hardness of materials — graphite, copper, and alloy L 96, of which the elements of the mold are made, was 10, 60, and 150 kgf / mm ² , respectively. The need to use a combination of materials in one mold is due to the fact that the graphite mandrel does not collapse from constant residence in the liquid melt, and the metal sleeve is well resistant to abrasion when pulling the workpiece from the mold. The workpiece was pulled in step mode, i.e. with periodic stops. The pulling step was 10-40 mm, the casting speed was 0.3-0.5 m / min.

П р и м е р 1. При отливке полых заготовок с толщиной стенки 20 мм из сплава МНЖ5-1 в кристаллизатор, у которого расстояние S₁ от каналов графитового дорна до рабочей стенки втулки, выполненной из меди, равнялось 2 мм. Отношение S₁/S составило 0,1, а твердость материала втулки превышала твердость материала дорна в 6 раз, процесс литья протекал стабильно в течение 100-110 ч. что позволило повысить качество заготовок в 2-3 раза. При разливке сплава МНЖ5-1 в кристаллизатор, полностью выполненный из графита, процесс литья прекращали через 30-40 ч из-за сильного износа рабочей поверхности втулки, что приводило к резкому ухудшению качества полых заготовок. Возможность многократного использования одной и той же металлической втулки кристаллизатора вместо втулки, выполненной из дорогостоящего графита и пригодной только для проведения одной разливки, обеспечивает снижение затрат в 3-4 раза.EXAMPLE 1. When casting hollow billets with a wall thickness of 20 mm from the MNZh5-1 alloy into a mold, in which the distance S ₁ from the channels of the graphite mandrel to the working wall of the sleeve made of copper was 2 mm. The ratio S ₁ / S was 0.1, and the hardness of the material of the sleeve exceeded the hardness of the material of the mandrel by 6 times, the casting process was stable for 100-110 hours, which allowed to improve the quality of the workpieces by 2-3 times. When casting the MNZh5-1 alloy into a mold made entirely of graphite, the casting process was stopped after 30-40 hours due to severe wear of the working surface of the sleeve, which led to a sharp deterioration in the quality of hollow billets. The possibility of multiple use of the same metal sleeve of the mold instead of a sleeve made of expensive graphite and suitable only for one casting, reduces costs by 3-4 times.

П р и м е р 2. При отливке полых заготовок с толщиной стенки 20 мм из сплава МНЖ5-1 в кристаллизатор, у которого расстояние S₁ от каналов графитового дорна до рабочей стенки втулки, выполненной из сплава Л96, равнялось 6 мм, отношение S₁ и S составляло 0,3, а твердость материала втулки превышала твердость материала дорна в 15 раз, процесс литья протекал стабильно 100-110 ч, что обеспечивало повышение качества заготовок в 2-3 раза и снижение затрат в 3-4 раза. Разливки прекращали из-за ухудшения качества внутренней поверхности заготовки, вызванного механическим износом рабочей поверхности графитового дорна. При этом, качество наружной поверхности заготовки было удовлетворительным, так как рабочая поверхность металлической втулки кристаллизатора практически не имела износа.PRI me R 2. When casting hollow billets with a wall thickness of 20 mm from the alloy MNZH5-1 in the mold, in which the distance S ₁ from the channels of the graphite mandrel to the working wall of the sleeve made of alloy L96 was 6 mm, the ratio S ₁ and S was 0.3, and the hardness of the material of the sleeve exceeded the hardness of the material of the mandrel by 15 times, the casting process was stable for 100-110 hours, which provided an increase in the quality of workpieces by 2-3 times and a decrease in costs by 3-4 times. Casting was stopped due to deterioration in the quality of the inner surface of the workpiece caused by mechanical wear of the working surface of the graphite mandrel. Moreover, the quality of the outer surface of the billet was satisfactory, since the working surface of the metal sleeve of the mold practically had no wear.

Согласно данным опытной проверки предлагаемое изобретение в сравнении с прототипом обеспечивает повышение качества заготовок в 2-3 раза за счет уменьшения износа рабочей поверхности втулки кристаллизатора и снижения затрат в 3-4 раза, так как стало возможным многократное использование одной и той же металлической втулки вместо втулки, изготовленной из дорогостоящего и быстро изнашиваемого графита. According to the experimental verification, the proposed invention, in comparison with the prototype, provides a 2–3-fold increase in the quality of workpieces by reducing wear of the working surface of the mold sleeve and a 3–4-fold reduction in costs, since it has become possible to reuse the same metal sleeve instead of the sleeve made from expensive and quickly wearing graphite.

Кристаллизатор для горизонтального непрерывного литья полых заготовок не оказывает воздействия на состояние окружающей среды и представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как обеспечивает внедрение в производство прогрессивной технологии производства полых заготовок из металлов и сплавов. A mold for horizontal continuous casting of hollow billets does not affect the environment and is of significant interest to the national economy, as it ensures the introduction of a progressive technology for the production of hollow billets from metals and alloys.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1396382, кл. В 22 D 11/10, 1988. (56) Copyright certificate of the USSR N 1396382, cl. B 22 D 11/10, 1988.

Claims

CRYSTALIZER FOR HORIZONTAL CONTINUOUS CASTING OF HOLLOW Billets, containing a working cavity formed by a cooled sleeve and a mandrel with channels located at a distance from the sleeve, wherein the sleeve and mandrel are made of heat-conducting material of a certain hardness, characterized in that, in order to improve the quality of the workpieces and reduce costs, the ratio of the distance from the channels of the mandrel to the sleeve to the minimum size of the working cavity of the mold is 0.1 - 0.3, and the hardness of the material of the sleeve is 6-15 times higher than the hardness m Therians mandrel.