Пристрій для горизонтального безперервного лиття порожнистих заготовок з кольорових металів та сплавів

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывному литью полых заготовок из цветных металлов и сплавов на многоручьевых или одноручьевых МНЛЗ. Известно устройство для непрерывного литья труб с использованием неохлаждаемого дорна, состоящего из конусной формообразующей поверхности, посадочного бурта для соединения с кристаллизатором и каналов для подачи металла в рабочую полость [1]. Недостатком описанного аналога является низкая стабильность процесса литья труб, не позволяющая промышленно отливать трубы с наружным диаметром менее 45-50мм и толщиной стенки менее 8мм, а также освоить многоручьевую разливку тр уб. Основной причиной низкой стабильности, особенно при литье тонкостенных труб, является перемерзание металла в каналах бурта дорна. При первоначальной заливке это приводит к тому, что рабочая полость не заполняется и не происходит соединение с затравкой, а в процессе разливки - к обрыву трубы. Кроме того, из-за повышенной усадки трубы на неразогретом дорне происходит "оков" и обрыв дорна. Известно также выбранное в качестве прототипа устройство для горизонтального непрерывного литья полых заготовок из цветных металлов и сплавов [2], содержащее водоохлаждаемую гильзу с входящей в нее охлаждаемой частью графитового кристаллизатора и установленный в кристаллизатор графитовый дорн с формообразующим участком и каналами для подачи металла в рабочую полость, выполненными в посадочном бурте, расположенном в кольцевой проточке входного участка неохлаждаемой, части кристаллизатора, причем часть внутренней рабочей поверхности кристаллизатора в зоне формирования выполнена конической. Применение конусности уменьшает вероятность обрыва трубы в горячем состоянии. К недостаткам прототипа относятся вышеперечисленные недостатки, присущие аналогу, которые обусловлены затвердеванием металла в каналах бурта дорна. Это связано с уменьшением диаметра питающих каналов при снижении толщины стенки отливаемых труб. В результате, несмотря на повышение температуры металла, стабильность разливки снижается, и трубы диаметром менее 50мм и толщиной стенки менее 7,5-8мм промышленно не отливают. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является усовершенствование конструкции устройства для горизонтального непрерывного литья полых заготовок из цветных металлов и сплавов путем предотвращения перемерзання каналов в бурте в начальный момент заливки металла и затвердевания его на входе в рабочую полость кристаллизатора, чем добиваются повышения стабильности литья полых заготовок, втом числе многоручьевого, с обеспечением расширения марочного и размерного сортамента отливаемых труб, особенно тонкостенных, и уменьшением их диаметра до 30мм, а толщины стенки до 5мм. Для решения поставленной задачи в устройстве для горизонтального непрерывного литья полых заготовок из цветных металлов и сплавов, содержащем водоохлаждаемую гильзу с входящей в нее охлаждаемой частью графитового кристаллизатора и установленный в кристаллизатор графитовый дорн с формообразующим участком и каналами для подачи металла, выполненными в посадочном бурте, соединенном с входным участком неохлаждаемой части кристаллизатора, согласно изобретению, высота каналов, по крайней мере, в нижней половине бурта составляет 1,01...10,0 расстояния между формообразующей поверхностью дорна и рабочей поверхностью кристаллизатора на входе. Каналы, по крайней мере, в нижней половине дорна, могут быть выполнены в виде пазов, особенно при литье тонкостенных тр уб. Максимальная выборка графита в нижней части бурта предотвратит затвердевание металла, при этом в верхней части бурта отверстие может быть круглым, не нарушающим посадочную поверхность, необходимую для устойчивости дорна. При такой конструкции отношение площадей сечений каналов для подачи металла в нижней и верхней половинах дорна может быть увеличено и составит 8,01...100,0. При литье особо тонкостенных тр уб в посадочном бурте дорна со стороны выхода целесообразно выполнить кольцевую проточку длиной 0,2...0,7 длины бурта с наружным диаметром, равным 1,0...2,5 диаметра рабочей поверхности кристаллизатора на входе. Внутренний диаметр проточки может составить 0,6...1,0 диаметра формообразующего участка дорна на входе в рабочую полость кристаллизатора. Кроме того, снаружи, на центральной части посадочного бурта дорна может быть выполнено кольцевое углубление, нарушающее контакт посадочных поверхностей бурта и кристаллизатора. Посадочный бурт дорна может быть выполнен в виде глуходонного стакана, посаженного на входной участок неохлаждаемой части кристаллизатора, при этом каналы для подачи металла должны быть выполнены в радиальном направлении. Ось наружной поверхности стакана целесообразно сместить вверх относительно оси дорна на 0,02...0.17 диаметра внутренней поверхности стакана, Выполнение каналов для подачи металла с увеличенной высотой, то есть с высотой, равной 1,01...10,0 расстояния между формообразующей поверхностью дорна и рабочей поверхностью кристаллизатора на выходе, позволит при литье тонкостенных тр уб (с толщиной стенки 7,0...7,5мм), не ослабляя центральную часть посадочного бурта, обеспечить приток больших масс горячего металла в рабочую полость кристаллизатора и тем самым предотвратить перемерзание каналов в бурте в начальный момент заливки металла и затвердевание его на входе в рабочую полость кристаллизатора, в результате чего повысится стабильность отливки труб. Выполнение каналов для подачи металла, по крайней мере, в нижней части дорна, в виде пазов еще более усиливает питание входной части рабочей полости горячим металлом за счет увеличения максимальной площади каналов при незначительной потере устойчивости дорна и позволяет отливать тонкостенные трубы с толщиной стенки 7.0...6.0мм. Отношение площадей каналов для подачи металла в нижней и верхней половинах дорна, составляющее 8,01...100,0 позволяет повысить равномерность затвердевания верха и низа труб различных типоразмеров. Нижний предел отношения целесообразно использовать для литья тонкостенных труб и тр уб с малыми диаметрами, верхний - тонкостенных тр уб и тр уб с большими диаметрами. Выполнение в посадочном бурте кольцевой проточки длиной 0,2...0,7 длины бурта с наружным диаметром, равным 1,0...2,5 диаметра рабочей поверхности кристаллизатора на входе, то есть с площадью поперечного сечения, превышающей площадь поперечного сечения рабочей полости, позволяет обеспечить предварительное распределение жидкого металла по окружности, равномерное поступление его в рабочую полость и беспрепятственное сцепление с затравкой. Кроме того, выборка графита уменьшит потери тепла перегрева на разогрев бурта. В результате становится возможной отливка труб с толщиной стенки 5,5...6,0мм. При литье тонкостенных труб больших диаметров проточка может быть выполнена с внутренним диаметром, равным 0,6...1,0 диаметра дорна. При этом отпадает необходимость увеличения наружного диаметра бурта. Наличие кольцевого углубления, нарушающего контакт посадочных поверхностей бурта и кристаллизатора, позволяет ускорить прогрев посадочного бурта дорна в начальный момент заливки металла. Выполнение посадочного бурта дорна в виде глуходонного стакана с радиальными отверстиями, посаженного на входной участок неохлаждаемой части кристаллизатора, позволит максимально уменьшить массу посадочного бурта дорна при сохранении необходимой прочности, что снизит потери тепла на прогрев дорна и сохранит жидкотекучесть металла при литье труб с толщиной стенки 5мм и менее. Смещение вверх оси наружной поверхности бурта - стакана, относительно оси дорна обеспечивает усиленный обогрев нижней части дорна и входного участка кристаллизатора, что также повышает стабильность начала литья. На фиг. 1 изображено предложенное устройство, продольное сечение; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - продольное сечение устройства, вариант исполнения; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг, 5 продольное сечение устройства, вариант исполнения; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5, Устройство содержит водоохлаждаемую гильзу 1, графитовый кристаллизатор, состоящий из охлаждаемой части 2, установленной в гильзу 1, и неохлаждаемой части 3, входящей в футеровку металлоприемника 4. В кристаллизатор установлен графитовый дорн, состоящий из формообразующего участка 5 и посадочного бурта 6, диаметр Dб которого составляет 1,1...3,0 диаметра Do рабочей поверхности кристаллизатора на входе. В бурте 6 имеются каналы 7 и 8 (фиг. 2) для подачи жидкого металла в рабочую полость кристаллизатора, высота Н которых составляет 1,01...10,0 расстояния К между фсрмообразующей поверхностью дорна и рабочей поверхностью кристаллизатора на входе (фи г. 2, 4, 5). Каналы могут быть выполнены в виде лазов 9 (фиг. 4). Отношение площадей сечений каналов для подачи металла в нижней (S2+S3) (фиг. 2, 4) и вер хней (S1) половинах дорна составляет 8,01...100,0, В посадочном бурте 6 выполнена кольцевая проточка 10 (фиг. 3) длиной In, равной 0,2...0,7 длина бурта Iб с наружным диаметром Dn равным 1,0...2,5 диаметра Do рабочей поверхности кристаллизатора на входе. Внутренний диаметр D1 (фиг. 5) проточки может составить 0,6...1,0 диаметра формообразующего участка 5 дорна на входе в рабочую полость кристаллизатора. На бурте 6 снаружи имеется кольцевое углубление 11 (фиг. 3), нарушающее контакт посадочных поверхностей бурта и кристаллизатора. Посадочный бурт может быть выполнен в виде глуходонного стакана 12 (фиг. 5), посаженного на входной участок 13 неохлаждаемой части 3, с радиальными каналами для подачи металла 14. Ось O1-O1 наружной поверхности стакана 12 Смещена вверх относительно оси О2-О2 дорна на величину а равную 0,02-0,17 диаметра О3 внутренней поверхности стакана. Работа устройства осуществляется следующим образом. В начальный период заливки жидкий металл поступает через каналы 7 или 9 с увеличенной высотой Н=(1,01...10,0)К, способствующей их лучшему заполнению без перемерзания, в кольцевую проточку 10, выполняющую роль коллектора, и, распределяясь по ее окружности, равномерно входит в рабочую полость кристаллизатора и беспрепятственно сцепляется с затравкой. Лучшему прогреву дорна в начальный момент заливки жидкого металла способствует наличие углубления 11, снижающего теплопередачу от посадочного бурта 6 к входному участк у кристалли-затора. При разливке через тигель вытягивание заготовки начинается через 3-5 сек. При разливке через миксер после заливки металла производится выдержка 5-15 мин. с нагревом металла до температуры начала литья дли окончательного прогрева бурта дорна, входного участка неохлаждаемой части 3 кристаллизатора и стенок каналов для подачи металла. В процессе разливки в рабочей полости кристаллизатора происходит формирование трубы по двум фронтам: основному - на поверхности кристаллизатора, а другому - на формообразующей поверхности дорна. Смещение вверх оси наружной поверхности бурта-стакана 12 относительно оси дорна, а также преимущественное выполнение питающих каналов в нижней половине бурта 6 с соотношением S 2 + S3 = 8.01... 100.0 S1 обеспечивает необходимый разогрев нижней части кристаллизатора и дорна при згливке металла и ликвидирует последствия температурного расслоения, выравнивая фронт затвердевания во время разливки, что предотвращает зависание заготовки и обеспечивает повышенную стабильность литья. Пример 1. Разливка в трехр учьевой кристаллизатор: труба 30х20мм, Do=30мм, D2=24мм, К=3,0мм, Dб =84мм. В нижней части бур та выполнено два паза высотой Н=10К=30мм, в верхней одно отверстие O6.02мм , S1=30мм 2, / S2+S3=3000мм 2. S2+S3 /S1=100, Di=1,0 D 2=24мм, Dn=2,5 D o=75мм, Iб =30мм, In=0,7 Iб =21мм. Пример 2. Одноручьевой кристаллизатор, труба 149х120мм, Do=15Омм, D2=124мм, К=13мм, Оз=160мм, Н=1,01 К=13,1мм, D1=0,6 D 2=74,4мм, Іб =7О мм, In=0,21 Iб =14мм, Dn=1,0 D o=150мм, S2+Sз/S1=8,01. Наружный диаметр бурта стакана равен 175мм, смещение оси O101 ввер х составляет а=0,02 Dз=3,2мм, толщина стенки бурта внизу 7,5-3,2=4,3мм, а вверху 10,7мм. Пример.3. Одноручьевой кристаллизатор, бурт выполнен в виде стакана, труба 30х20мм, Do=30мм, Оз=40мм, наружный диаметр бурта - стакана равен 60мм, а=0,17 D3=6,8мм. Толщина стенки бурта снизу 3,2мм, а вверху 16,8мм. Устройство позволяет обеспечить, благодаря его конструктивным особенностям, необходимую жидкотекучесть металла за счет быстрого предварительного прогрева в период заливки металла неохлаждаемой части кристаллизатора и дорна, что особенно важно для литья тонкостенных труб с толщиной стенки менее 8мм и диаметром менее 50мм.