005756 - 1 - Данное изобретение относится к литейной форме

005756
Данное изобретение относится к литейной форме для непрерывного литья металлических полос.
Более конкретно, изобретение относится к литейной форме для непрерывного литья, содержащей две
боковые стенки, которые расположены на противоположных сторонах сквозной полости литейной формы, имеющей входной конец для непрерывного приема жидкого металла и выходной конец для непрерывного выпуска движущейся затвердевшей полосы, отформованной из указанного жидкого металла, и
каждая из которых содержит графитовый блок, и охлаждающую систему, связанную с каждым графитовым блоком и включающую трубы для охлаждающего вещества, находящиеся в контакте с графитовым
блоком.
В области техники, относящейся к непрерывному литью металлов, особенно к непрерывному литью
цветных металлов или сплавов (например, меди или сплавов на основе меди), обычной практикой является использование литейной формы, в которой стенки сквозной полости выполнены из графитовых футеровочных плит, поскольку графит обладает предпочтительной смазочной способностью и весьма высокой теплопроводностью. Эти свойства являются чрезвычайно желательными, во-первых, потому, что
очень важно обеспечивать низкое трение между стенками полости литейной формы и движущейся затвердевшей полосой, а во-вторых, потому, что для осуществления эффективного охлаждения литейной
формы, а следовательно для быстрого затвердевания жидкого металла, непрерывно подаваемого в полость литейной формы, требуется высокая теплопроводность.
В патентах США №№ 3519062 и 3809148 описаны примеры литейных форм для непрерывного литья металлических полос, в которых внутренние поверхности боковых стенок полости литейной формы
покрыты футеровочными плитами из графита. На стороне, обращенной в противоположном от полости
литейной формы направлении, графитовые футеровочные плиты взаимодействуют с опорными и охлаждающими металлическими элементами, удерживающими эти плиты. Опорные и охлаждающие элементы
не только удерживают и защищают графитовую футеровочную плиту, но также действуют в качестве
охлаждающей рубашки, через которую проходит жидкое охлаждающее вещество, передающее тепло от
полости литейной формы через графитовые футеровочные плиты.
Также известна технология создания внутренних поверхностей боковых стенок литейной формы из
толстых графитовых блоков или плит, которая по существу не требует использования стандартных
опорных и охлаждающих элементов, хотя она и не является обычной практикой. Так, в патенте Великобритании № 2034218 А описана литейная форма вышеуказанного типа для непрерывного литья, в которой горизонтальная полость ограничена двумя крупными сплошными графитовыми блоками, расположенными один на другом и образующими полость литейной формы, ограничивающую выемки на их
противолежащих внутренних поверхностях. К внешним поверхностям блоков подведена группа сплюснутых металлических труб для охлаждающего вещества, которые находятся в непосредственном контакте с этими блоками для отвода тепла, передаваемого из полости литейной формы через толщину графитовых блоков.
Целью данного изобретения является создание такой усовершенствованной литейной формы вышеуказанного типа для непрерывного литья, производство которой является экономически выгодным и которая может обеспечивать эффективное охлаждение жидкого металла, находящегося в полости этой литейной формы.
В данном изобретении предложена литейная форма для непрерывного литья металлических полос,
содержащая две боковые стенки, которые расположены на противоположных сторонах сквозной полости
литейной формы, имеющей входной конец для непрерывного приема жидкого металла и выходной конец
для непрерывного выпуска движущейся затвердевшей полосы, отформованной из этого жидкого металла, и каждая из которых содержит графитовый блок, и охлаждающую систему, которая связана с каждым
графитовым блоком и содержит трубы для охлаждающего вещества, находящиеся в контакте с графитовым блоком. Литейная форма характеризуется тем, что графитовый блок каждой боковой стенки образован стопой множества удлиненных графитовых листов, имеющих противоположные поверхности и
внутренние кромки, при этом внутренние кромки вместе образуют поверхность, обращенную к полости
литейной формы, а трубы для охлаждающего вещества проходят через указанную стопу перпендикулярно указанным противоположным поверхностям графитовых листов, образующих эту стопу.
Слоистая структура графитового блока применяется для простого и экономически выгодного производства. Перед набором графитовых листов в стопу в них выполняют отверстия (например, способом
перфорации), предназначенные для размещения труб для охлаждающего вещества. Затем листы собирают в стопу, сдвигая их по трубам. После завершения формирования стопы, которая в результате этого
заключает в себя трубы, эту стопку уплотняют, прикладывая к ее концам противоположно направленные
силы и вызывая вхождение листов в плотный контакт друг с другом, при этом также устанавливается
плотный контакт между листами и трубами для охлаждающего вещества.
В предпочтительном случае на концы стопы накладывают пару металлических торцевых элементов,
вводя их в непосредственное взаимодействие с внешней поверхностью соответствующей пары крайних
графитовых листов стопы. Трубы для охлаждающего вещества предпочтительно размещают на торцевых
элементах. Таким образом, при помощи труб и торцевых элементов образующие стопу листы надежно
удерживаются вместе, вследствие чего этим узлом, образованным указанной стопой, трубами для охлаж-1-
005756
дающего вещества и торцевыми элементами, можно легко манипулировать как цельным предметом, а,
значит, поверхности стопы можно подвергать механической обработке для придания им гладкости.
Особенно эффективная передача тепла от полости литейной формы к проходящему через трубы охлаждающему веществу обеспечивается, если стопа образована из листов, которые выполнены из уплотненных чешуек графита, ориентированных по существу параллельно противоположным сторонам графитовых листов. При таком выполнении графитовых листов теплопроводность в плоскостях, параллельных
сторонам листов, будет значительно выше теплопроводности в перпендикулярном им направлении.
Ниже данное изобретение объяснено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых схематично проиллюстрирован предложенный вариант выполнения литейной формы для непрерывного литья.
Фиг. 1 изображает вертикальное сечение предложенного варианта литейной формы для непрерывного литья, выполненное по линии I-I на фиг. 2, причем литейная форма изображена с промежуточным
ковшом и отливаемой полосой.
Фиг. 2 изображает вид сверху показанной на фиг. 1 литейной формы, при этом изображенный на
фиг. 1 промежуточный ковш не показан.
Фиг. 3 изображает вид сбоку части одного из двух графитовых блоков, образующих важные части
показанной на фиг. 1 литейной формы.
В варианте выполнения данного изобретения, изображенном на чертежах в качестве примера, предложенная литейная форма 10 используется для непрерывного вертикального литья металлических полос.
Однако понятно, что данное изобретение не ограничивается его использованием только для вертикального литья, поскольку его концепция также хорошо применима и к горизонтальному литью.
Как лучше всего изображено на фиг. 1, а также хорошо известно в данной области техники, жидкий
металл непрерывно наливают из промежуточного ковша Т в полость С литейной формы, имеющую, по
существу, форму параллелепипеда, проходящую через литейную форму 10 в вертикальном направлении
и являющуюся открытой с верхнего и нижнего концов литейной формы. Жидкий металл, находящийся в
промежуточном ковше Т, через патрубок N наливают в верхний, или входной, конец Е полости С, где он
образует сравнительно неподвижный мениск, покрываемый жидким флюсом. При прохождении жидкого
металла от входного конца Е к нижнему, или выходному, концу D полости С металл в литейной форме
охлаждается, образуя затвердевшую заготовку S, которая в данном случае представляет собой полосу,
ширина которой значительно превышает толщину.
Во время работы литейная форма 10 закреплена между двумя удерживающими блоками М литейной машины, которые могут иметь обычную конструкцию. Литейная форма 10 имеет пару отстоящих
друг от друга боковых стенок, обозначенных в целом номером 11 позиции, а также пару торцевых стенок
12, которые образованы двумя графитовыми стержнями и перекрывают зазор между противоположными
внутренними сторонами боковых стенок 11, таким образом боковые и торцевые стенки 11, 12 вместе ограничивают полость С. Фиг. 2 дает наглядное представление о прямоугольной форме полости С литейной формы, если смотреть в направлении перемещения отливаемого металла через проход, образованный полостью литейной формы.
Боковые стенки 11 имеют по существу одинаковую конструкцию. Каждая боковая стенка содержит
две основные части, а именно: графитовый брус или блок 13 в форме параллелепипеда, одна сторона
которого - внутренняя сторона 13А - обращена к полости С, а другая, противоположная или внешняя,
сторона обращена в противоположном от полости литейной формы направлении; и опорную плиту 14,
которая прикреплена к удерживающим блокам М и поддерживает, а также защищает графитовый блок
13. Опорная плита 14 полностью покрывает внешнюю сторону графитового блока 13, а также захватывает его торцы. Графитовый блок 13 имеет особенную конструкцию (более подробно описанную ниже), в
то время как опорная плита 14 может иметь по существу обычную конструкцию, и нет необходимости в
ее дополнительном описании.
Каждая боковая стенка 11 связана с охлаждающей системой, которая в значительной степени представляет собой обычную систему за исключением лишь одной ее части. Эта часть, включенная в графитовый блок 13, содержит группу параллельных труб 15 для охлаждающего вещества, выполненных из
металла, например, меди. Другие части системы (не показаны) содержат средства, которые включены в
опорные плиты 14 и предназначены для пропускания жидкого охлаждающего вещества через графитовый блок 13. Из чертежей следует, что трубы проходят в горизонтальном направлении (т.е. перпендикулярно направлению отливаемого металла, протекающего через полость С литейной формы) между противоположными торцами графитового блока 15 в вертикальной плоскости, проходящей приблизительно
по центру между вертикальными большими сторонами 13А, 13В графитового блока 13.
Графитовый блок 13 каждой боковой стенки 11 образован большим количеством лентообразных
прямоугольных удлиненных тонких (например, с толщиной около 1 мм) графитовых пластин или листов
16, которые уложены своими широкими поверхностями или сторонами 16А в стопу и соединены друг с
другом, при этом их узкие продольные поверхности, или кромки 16В, вместе образуют широкие поверхности, или стороны 13А, 13В, этой плитообразной прямой стопы в форме параллелепипеда или сформи-2-
005756
рованного таким образом графитового блока 13. Внутренняя сторона 13А блока 13, установленного в
литейной форме 10, образует одну из сторон полости С.
Предпочтительно листы 16 выполнены из пластинчатого графита, т.е. графита, по существу, составленного из спрессованных слоев, ориентированных таким образом, что они проходят в плоскостях,
по существу параллельных сторонам графитовых пластин, из которых нарезаны упомянутые листы. Графитовые пластины (пленки и плиты) такого типа широко распространены на рынке. Наибольшая привлекательность таких графитовых пластин в контексте данного изобретения заключается в том, что их
теплопроводность в направлениях, параллельных их сторонам, значительно лучше их теплопроводности
в направлениях, перпендикулярных этим сторонам. Образцами серийно выпускаемых изделий из графитовых пластин, подходящих для изготовления предложенного графитового блока, являются изделия, поставляемые Sigri Elektrografit GmbH, Meitingen bei Augsburg, Германия под маркировкой SIGRAFLEX-F
(пленки) и SIGRAFLEX-L (листы).
Для реализации цели данного изобретения, а именно для обеспечения максимально благоприятных
свойств теплопроводности, желательно, чтобы плотность графита, образующего указанные листы, была
как можно более высокой. Следовательно, перед формированием стоп может быть полезным увеличивать плотность упомянутых серийно выпускаемых пластин из пластинчатого графита, подвергая эти пластины или нарезанные из них листы уплотнительной обработке, например, прокатке.
Перед формированием графитового блока 13 путем набора листов 16 в стопу, в этих листах, например путем перфорации, выполняют отверстия, обеспечивающие возможность размещения в них труб 15.
Размер отверстий должен точно соответствовать размеру труб 15 и обеспечивать точную подгонку труб к
этим отверстиям. Такая подгонка необходима для осуществления эффективной теплопередачи от графита к протекающему в трубах жидкому охлаждающему веществу.
Стандартный способ формирования стопы из листов 16 с отверстиями заключается в прикреплении
одного конца труб 15 к торцевому элементу 17, предпочтительно к прямоугольной плите, по длине и ширине приблизительно равной листам 16 (см. фиг. 3, где толщина листов для наглядности увеличена),
причем при креплении трубы должны проходить параллельно друг другу. Затем на противоположные
концы труб надевают листы 16 и проталкивают по этим трубам до их плотного соединения друг с другом. После присоединения всех листов 16, необходимых для формирования стопы, на эту стопу накладывают соответствующий торцевой элемент 17 и сдавливают ее с противоположных сторон через торцевые элементы, уплотняя таким образом стопу и формирующие ее листы 16. Такое уплотнение улучшает
контакт листов с трубами 15 и тем самым способствует передаче тепла от листов 16 к протекающему в
трубах охлаждающему веществу.
После проведения вышеописанной сборки графитового блока 13 с размещенными в нем трубами 15
его большие стороны 13А, 13В механически обрабатывают, например фрезеруют, чтобы уменьшить графитовый блок до необходимых точных размеров и придать гладкость его поверхностям. Затем обработанный таким образом блок прикрепляют к опорной плите и устанавливают в литейную машину. Изображенные на чертежах плитообразные торцевые элементы 17, взаимодействующие с внешними поверхностями торцевых или крайних листов 16С (фиг. 3) стопы, могут представлять собой части корпуса или
быть объединены с корпусами (не показан), в которых концы труб 15, размещенные в торцевых элементах, присоединены к соответствующим средствам пропускания охлаждающего вещества через эти трубы.
Как описано выше, противоположные стороны 13А графитовых блоков 13 образуют части стенок
полости С литейной формы. Однако объем правовой охраны данного изобретения распространяется также на вариант, согласно которому графитовые блоки 13 облицованы тонкими, например, толщиной 3 мм,
футеровочными пластинами из графита, хотя указанный вариант не является предпочтительным.
Несмотря на то, что графитовый блок 13 проиллюстрирован и описан как часть литейной формы
для непрерывного литья, его использование в качестве охлаждающего устройства возможно с другими
применениями. Следовательно, объем правовой охраны данного изобретения распространяется на предложенное охлаждающее устройство, образованное графитовым блоком 13, независимо от конкретной
задачи его применения, т.е. как для применения в области обработки металла, так и в иной области.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Литейная форма для непрерывного литья металлических полос, содержащая две боковые стенки
(11), которые расположены на противоположных сторонах сквозной полости (С) литейной формы,
имеющей входной конец (Е) для непрерывного приема жидкого металла и выходной конец (D) для непрерывного выпуска движущейся затвердевшей полосы (D), отформованной из указанного жидкого металла, и каждая из которых содержит графитовый блок (13), и охлаждающую систему, связанную с каждым графитовым блоком (13) и включающую трубы (15) для охлаждающего вещества, находящиеся в
контакте с графитовым блоком, отличающаяся тем, что графитовый блок (13) каждой боковой стенки
(11) литейной формы выполнен в виде стопы множества удлиненных графитовых листов (16), имеющих
противоположные поверхности (16А) и внутренние кромки (16В), при этом внутренние кромки (16В)
вместе образуют поверхность (16А), обращенную к полости (С) литейной формы, а трубы (15) для охла-3-
005756
ждающего вещества проходят через указанную стопу перпендикулярно противоположным поверхностям
(16А) графитовых листов (16), образующих эту стопу.
2. Литейная форма по п.1, отличающаяся тем, что она содержит пару металлических торцевых элементов (17), находящихся в плотном взаимодействии с внешней поверхностью (16А) соответствующей
пары крайних графитовых листов (16С) стопы, при этом трубы (15) для охлаждающего вещества вставлены в эти торцевые элементы.
3. Литейная форма по п.1 или 2, отличающаяся тем, что графитовые листы (16) каждой стопы ориентированы так, что их внутренние кромки (16) проходят между входным и выходным концами (Е, D)
полости (С) литейной формы, так что при работе литейной формы трубы (15) для охлаждающего вещества проходят перпендикулярно направлению перемещения полосы (S), выпускаемой через выходной
конец (D) полости литейной формы.
4. Литейная форма по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что зазор между боковыми стенками
(11) перекрыт двумя графитовыми стержнями, образующими две противоположные торцевые стенки
(12) полости (С) литейной формы и проходящими параллельно торцам указанных стоп графитовых листов (16).
5. Литейная форма по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что для каждой боковой стенки (11)
имеется облицовочный элемент для полости литейной формы, образованный тонкой графитовой пластиной, удерживаемой на указанной стопе листов (16).
6. Литейная форма по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что для каждой стопы графитовых листов (16) имеется опорная плита (14), имеющая, по существу, одинаковую протяженность с этой стопой.
7. Литейная форма по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что графитовые листы (16) выполнены
из уплотненных чешуек графита, ориентированных, по существу, параллельно указанным противоположным поверхностям (16А) этих графитовых листов.
8. Охлаждающее устройство, содержащее стопу множества удлиненных графитовых листов (16),
имеющих противоположные поверхности (16А) и внутренние кромки (16В), так что указанные внутренние кромки вместе образуют поверхность (13А), предназначенную для приема тепла от охлаждаемого
объекта, и трубы (15) для охлаждающего вещества, проходящие через указанную стопу перпендикулярно
противоположным поверхностям (16А) листов (16), образующих эту стопу.
Фиг. 1
-4-
005756
Фиг. 2
Фиг. 3
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
-5-