Детали гильзы кристаллизатора для непрерывного литья заготовок из меди
Непрерывное литье — высокоэффективный процесс, используемый для кристаллизации расплавленного металла в заготовку, блюм или сляб для последующей прокатки и отделки. В основе этого процесса, особенно для цветных металлов, таких как медь, лежит медная гильза кристаллизатора.
Медные гильзы кристаллизатора служат основными компонентами кристаллизаторов в процессах непрерывного литья. Обычно изготавливаемые из высокочистой меди (или медных сплавов), они являются важнейшими устройствами, обеспечивающими начальную кристаллизацию расплавленной стали и формирование корки слитков.
Основная структура и материал
Структура: Медные гильзы кристаллизаторов, как правило, представляют собой полые трубчатые конструкции. Их внутренние стенки имеют полости, соответствующие форме поперечного сечения слитка (например, прямоугольные для квадратных слитков, круглые для круглых слитков, плоские для слитков плоской формы). Внешние стенки оснащены каналами для охлаждающей воды (обычно спиральными или прямыми канавками) для принудительного охлаждения циркулирующей водой.
Материал: В основном используется высокочистая медь (содержание меди 99,5% и выше) благодаря своей превосходной теплопроводности (высокому коэффициенту теплопроводности), что обеспечивает быстрый отвод тепла от расплавленной стали. Медные сплавы (например, хромоциркониевая медь) применяются в некоторых случаях для повышения жаропрочности и износостойкости.
Ключевые особенности и важность
Высокая теплопроводность: Медь выбрана из-за её превосходной теплопроводности. Это свойство критически важно для быстрого отвода тепла от расплавленного металла, способствуя быстрому и равномерному затвердеванию внешней оболочки.
Состав материала:
Чистая медь (Cu): Часто используется благодаря своей превосходной теплопроводности.
Медные сплавы: Различные медные сплавы также используются для улучшения определённых свойств:
Cu-Cr-Zr (медь-хром-цирконий): Обладает хорошей твёрдостью, прочностью и теплопроводностью, а также повышенной стойкостью к размягчению при повышенных температурах.
Это очень распространённый выбор.
Cu-Ag (медь-серебро): Обеспечивает хорошую электро- и теплопроводность в сочетании с повышенной прочностью.
Cu-Ni-Si (медь-никель-кремний): Используется в областях, требующих повышенной прочности и износостойкости.
Система охлаждения: Труба кристаллизатора оснащена сложной внутренней системой охлаждения. Вода циркулирует по каналам внутри медной формы, непрерывно отводя тепло, передаваемое от расплавленного металла. Это интенсивное охлаждение предотвращает перегрев формы и обеспечивает равномерное затвердевание.
Геометрия и конструкция:
Форма: Трубы формы могут иметь различную форму поперечного сечения (например, круглую, квадратную, прямоугольную или даже форму, изготовленную по индивидуальному заказу) в зависимости от желаемой формы отливаемого изделия (например, пруток, заготовка, слиток).
Конусность: Формы часто имеют небольшую конусность сверху вниз. Эта конусность компенсирует усадку затвердевающего металла, обеспечивая хороший контакт для эффективной теплопередачи, предотвращая прилипание и облегчая извлечение формы.
Покрытие поверхности: Внутренняя поверхность формы может быть покрыта такими материалами, как хром или никель. Эти покрытия повышают износостойкость, снижают трение, предотвращают прилипание затвердевающего слоя и продлевают срок службы формы.
Колебание: Во время литья труба кристаллизатора обычно совершает вертикальные колебательные движения (вверх и вниз). Эти колебания, в сочетании с использованием флюсов (смазочных материалов), предотвращают прилипание затвердевающей корки к стенкам кристаллизатора, снижают трение и минимизируют риск прорывов (разрывов корки).
Принцип работы
В процессе непрерывной разливки расплавленная сталь при высоких температурах (приблизительно 1500 °C и выше) непрерывно заливается в полость медной гильзы кристаллизатора. Расплавленная сталь контактирует с холодной внутренней стенкой гильзы кристаллизатора, быстро передавая тепло циркулирующей внутри охлаждающей воде. Это приводит к быстрому охлаждению и затвердеванию поверхностного слоя расплавленной стали, образуя прочную корку. По мере непрерывного вытягивания слитка незатвердевшая внутренняя часть стали продолжает отдавать тепло корке. В результате этого процесса формируется слиток стабильной формы с достаточно толстой коркой на выходе из гильзы кристаллизатора, что обеспечивает основу для последующего вторичного охлаждения и правки.
Производственный процесс
Медные трубы для непрерывного литья под давлением обычно изготавливаются путем прецизионной механической обработки высококачественных слитков меди или медных сплавов. Эта обработка часто включает в себя:
Ковку или прессование: для получения базовой формы.
Сверление и механическую обработку: для создания внутренних каналов охлаждения и достижения точных размеров и качества поверхности.
Обработку поверхности: например, гальванопокрытие (например, хромирование) для повышения износостойкости.
Основные функции
Принудительное охлаждение: использование высокой теплопроводности меди и непрерывной циркуляции охлаждающей воды для достижения быстрого затвердевания стали, что является ключевым фактором непрерывного формования при непрерывной разливке.
Формовочная функция: ограничение процесса затвердевания стали за счет особой геометрии внутренней стенки кристаллизатора, что обеспечивает получение заготовки требуемой формы поперечного сечения (например, квадратной, круглой или слябовой).
Обеспечение качества оболочки: равномерная скорость охлаждения напрямую влияет на качество поверхности. Конструктивные элементы, такие как обработка внутренней стенки и распределение каналов охлаждения, минимизируют такие дефекты, как поверхностные трещины и углубления в отлитой заготовке.
Значение непрерывной разливки стали
Труба кристаллизатора, пожалуй, самый важный компонент машины непрерывного литья заготовок. Её конструкция, материал и техническое обслуживание напрямую влияют на:
Качество продукции: Равномерное охлаждение предотвращает появление таких дефектов, как трещины, и обеспечивает стабильную структуру зерна.
Скорость литья: Эффективный теплообмен позволяет увеличить скорость литья.
Эксплуатационная эффективность: Прочный кристаллизатор сокращает время простоя, связанное с обслуживанием и заменой.
