RU2457920C1

RU2457920C1 - Method of producing composite sheets and strips

Info

Publication number: RU2457920C1
Application number: RU2011119394/02A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Чуманов (RU); Валерий Иванович Чуманов; Андрей Николаевич Аникеев (RU); Андрей Николаевич Аникеев; Илья Валерьевич Чуманов (RU); Илья Валерьевич Чуманов
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-08-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy. Liquid metal is continuously fed from container 1 onto horizontal surface of table 12. Said container is displaced relative to table in straight direction. Simultaneously, flow of disperse particles of refractory metal is fed from bin 8 onto metal surface. Refractory particles are entrapped by growing dendrites in metal crystallisation. Conveyor reaching table edge, bin 5 is shut off to move conveyor back. Liquid metal flows on formed sheet or strip. Simultaneously, disperse particles are fed from bin 6 onto metal surface. Conveyor reciprocates unless sheet or strip thickness reaches preset value.

EFFECT: higher strength.

2 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к технологии изготовления композиционных листов и полос из металлического материала и тугоплавких мелкодисперсных частиц, которые могут быть применены в металлургической и других отраслях промышленности.The invention relates to the technology of manufacturing composite sheets and strips of metal material and refractory fine particles, which can be used in metallurgical and other industries.

Известен способ получения биметаллических листов и полос, включающий получение биметаллической заготовки наплавкой заготовки основного слоя плакирующим слоем и ее последующую прокатку (RU №2076793, B23K 20/04, опубл. 1997.11.04). Способ обеспечивает получение качественной заготовки, плакирующий слой которой обладающей высокой твердостью и износостойкостью. Однако таким способом можно получить заготовку, у которой высокой твердостью и износостойкостью обладает только один плакирующий слой, в то время как основной объем заготовки таких свойств лишен.A known method of producing bimetallic sheets and strips, including obtaining a bimetallic billet by surfacing the billet of the base layer with a clad layer and its subsequent rolling (RU No. 2076793, B23K 20/04, publ. 1997.11.04). The method provides a high-quality workpiece, the clad layer of which has high hardness and wear resistance. However, in this way it is possible to obtain a workpiece in which only one cladding layer has high hardness and wear resistance, while the bulk of the workpiece lacks such properties.

В качестве ближайшего аналога выбран способ изготовления листов и биметаллов, осуществляемый в установке, имеющей вертикально расположенный контейнер, в который сверху закладывается несколько длинных заготовок, под которым располагается матрица с щелевым очком, ролики для правки и ножницы для резки на мерные длины, а получение листов и биметаллов происходит в поле действия переменного тока (Пат. ЧССР №113601, кл. 7b, 10/01; 491, 5, (B21c, B23p), заявл. 1962.12.13., опубл. 1965.12.15). Недостатком способа является отсутствие возможности упрочнять получаемую заготовку и, как следствие, необходимость дополнительных технических операций с целью обеспечения в получаемой заготовке нужных прочностных и износостойких свойств.As the closest analogue, a method of manufacturing sheets and bimetals is selected, which is carried out in an installation having a vertically located container, in which several long blanks are placed on top, under which is a matrix with a slit goggle, dressing rollers and scissors for cutting to measured lengths, and sheet production and bimetals occurs in the field of action of alternating current (Pat. Czechoslovakia No. 113601, CL 7b, 10/01; 491, 5, (B21c, B23p), declared. 1962.12.13., publ. 1965.12.15). The disadvantage of this method is the inability to harden the resulting workpiece and, as a consequence, the need for additional technical operations in order to ensure the necessary strength and wear-resistant properties in the resulting workpiece.

Задачей изобретения является повышение прочности и износостойкости композиционных листов и полос по всему объему получаемого материала.The objective of the invention is to increase the strength and wear resistance of composite sheets and strips throughout the volume of the material obtained.

Указанная задача решается тем, что в способе изготовления композиционных листов и полос, включающем подачу жидкого металла из вертикально расположенного контейнера и формирование листа/полосы, упрочнение получаемого изделия путем нанесения на него тугоплавкого материала, приложения давления и правки валками, согласно изобретению, подачу жидкого металла и тугоплавкого материала осуществляют на горизонтальную поверхность стола тремя вертикальными потоками из щелевых отверстий контейнера и прилегающих к его боковым стенкам бункеров, сообщая контейнеру возвратно-поступательное движение относительно стола, при этом подачу металла осуществляют постоянно в среднем потоке из щелевого отверстия контейнера, а подачу тугоплавкого материала на металл осуществляют потоками из щелевых отверстий бункеров, поочередно перекрывая их соответственно при прямом и обратном движении контейнера относительно стола.This problem is solved by the fact that in the method of manufacturing composite sheets and strips, comprising supplying molten metal from a vertically located container and forming a sheet / strip, hardening the resulting product by applying refractory material to it, applying pressure and straightening with rolls, according to the invention, supplying molten metal and refractory material is carried out on the horizontal surface of the table with three vertical streams from the slotted openings of the container and the bins adjacent to its side walls, informing the container of the reciprocating movement relative to the table, while supplying the metal is carried out continuously in the middle stream from the slotted opening of the container, and the supply of refractory material to the metal is carried out by flows from the slotted holes of the bunkers, alternately blocking them respectively with direct and reverse movement of the container relative to the table.

Подача тугоплавкого материала на поверхность металла поочередно при прямом и обратном движении контейнера с бункерами при последующем приложении давления и правке валками обеспечивает погружение тугоплавких дисперсных частиц в жидкий металл и равномерное их распределение по всему объему металла, что повышает прочность и износостойкость получаемого изделия - листа или полосы.The supply of refractory material to the metal surface alternately during forward and reverse movement of the container with hoppers with subsequent application of pressure and straightening by the rolls ensures that the refractory dispersed particles are immersed in the liquid metal and their uniform distribution throughout the metal volume, which increases the strength and wear resistance of the resulting product - sheet or strip .

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами, где на фиг.1 дана схема подачи жидкого металла из контейнера на горизонтальную поверхность стола и подачи тугоплавкого материала из одного из бункеров при движении контейнера с бункерами в одну сторону (прямое движение); на фиг.2 - то же при движении контейнера с бункерами в другую сторону (обратное движение).The essence of the proposed method is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a diagram of the supply of molten metal from a container to a horizontal surface of a table and the supply of refractory material from one of the hoppers when the container moves with the hoppers in one direction (direct movement); figure 2 - the same when moving the container with the hoppers in the other direction (reverse movement).

Предлагаемый способ осуществляется посредством использования устройства, состоящего из вертикально расположенного контейнера 1, оснащенного шиберными затворами 2 и 3, футерованного огнеупорной футеровкой 4, прилегающих по бокам к контейнеру бункеров 5 и 6, содержащих упрочняющий тугоплавкий материал в виде мелкодисперсных частиц 7. Бункеры оснащены задвижками - дозаторами 8 и 9, которые позволяют дозировать количество подаваемых частиц. По бокам бункеров расположены валки 10, а формирование листа или полосы 11 происходит на горизонтальном столе 12 (фиг.1).The proposed method is carried out by using a device consisting of a vertically located container 1, equipped with slide gates 2 and 3, lined with a refractory lining 4, adjacent to the sides of the container bins 5 and 6, containing reinforcing refractory material in the form of fine particles 7. The bunkers are equipped with valves - dispensers 8 and 9, which allow you to dose the amount of particles supplied. The rolls 10 are located on the sides of the bins, and the formation of a sheet or strip 11 occurs on a horizontal table 12 (Fig. 1).

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Жидкий металл, находящийся в вертикально расположенном контейнере 1, начинают подавать через открытый шиберный затвор 2 на горизонтальную поверхность стола 12. Одновременно с началом подачи потока металла открывается задвижка-дозатор 8 бункера 5, через которую на формирующийся лист или полосу 11 осуществляется подача потока упрочняющего тугоплавкого материала в виде мелкодисперсных частиц 7, находящихся в бункере 5. Одновременно с подачей потока металла через шиберный затвор 2 и подачей потока тугоплавкого материала в виде мелкодисперсных частиц 7 начинают движение контейнера относительно горизонтальной поверхности стола в прямом направлении. Таким образом, упрочняющий тугоплавкий материал в виде мелкодисперсных частиц 7 попадает в жидкий металл. Если плотность тугоплавкой дисперсной частицы, погруженной в жидкий металл, отличается от плотности жидкого металла, то возникают условия для ее перемещения: если плотность частицы больше, чем плотность жидкого металла, то она стремится в направлении гравитационного поля земли, если плотность частицы меньше, чем плотность жидкого металла, то она стремится в направлении, обратном гравитационному полю. Однако, поскольку толщина наносимого на горизонтально расположенный стол 12 жидкого металла не превышает пяти миллиметров, кристаллизация заготовки происходит настолько быстро, что частица, соприкасаясь с фронтом кристаллизации, захватывается растущими дендритами.Liquid metal located in a vertically located container 1 begins to be fed through an open slide gate 2 to the horizontal surface of the table 12. Simultaneously with the start of the metal flow supply, the metering valve 8 of the hopper 5 opens, through which a reinforcing refractory strengthening stream is supplied to the forming sheet or strip 11 material in the form of fine particles 7 located in the hopper 5. Simultaneously with the flow of metal through the slide gate 2 and the flow of refractory material in the form of fine Particles 7 begin to move the container relative to the horizontal surface of the table in the forward direction. Thus, the hardening refractory material in the form of fine particles 7 enters the liquid metal. If the density of a refractory dispersed particle immersed in a liquid metal differs from the density of a liquid metal, then conditions arise for its movement: if the particle density is greater than the density of the liquid metal, then it tends towards the gravitational field of the earth, if the particle density is less than the density liquid metal, then it tends in the opposite direction to the gravitational field. However, since the thickness of the liquid metal applied to the horizontally arranged table 12 does not exceed five millimeters, the preform crystallizes so quickly that the particle, in contact with the crystallization front, is captured by the growing dendrites.

Расположенные по бокам бункеров валки 10 осуществляют правку сформированного упрочненного листа или полосы посредством приложения к его поверхности давления. При достижении контейнером края стола 12 перекрывается шиберный затвор 2 и открывается шиберный затвор 3, то есть осуществляется подача потока жидкого металла из контейнера 1 на уже сформированный закристаллизовавшийся лист или полосу, а также перекрывается заслонка-дозатор 8 и открывается заслонка-дозатор 9, осуществляющая подачу потока упрочняющего тугоплавкого материала в виде мелкодисперсных частиц из бункера 6. Одновременно с осуществлением подачи потоков жидкого металла и упрочняющего материала через шиберный затвор 3 и заслонку-дозатор 9 на сформированный закристаллизовавшийся лист или полосу начинают движение контейнера с бункерами в обратном направлении (фиг.2). Возвратно-поступательное движение контейнера с бункерами относительно горизонтального стола 12 осуществляют до тех пор, пока толщина формируемого листа или полосы не достигнет заданной.The rolls 10 located on the sides of the hoppers straighten the formed hardened sheet or strip by applying pressure to its surface. When the container reaches the edge of the table 12, the slide gate 2 is closed and the slide gate 3 opens, that is, the liquid metal flows from the container 1 to the crystallized sheet or strip that has already been formed, and the metering shutter 8 is closed and the metering shutter 9 is opened, which feeds flow of reinforcing refractory material in the form of fine particles from the hopper 6. Simultaneously with the flow of liquid metal and reinforcing material through the slide gate 3 and the shutter-d 9 wort crystallized shaped sheet or strip of container movement start with the hoppers in the opposite direction (Figure 2). The reciprocating movement of the container with the bins relative to the horizontal table 12 is carried out until the thickness of the formed sheet or strip reaches a predetermined one.

Таким образом, формируется композиционный лист или полоса, упрочненные тугоплавким материалом в виде мелкодисперсных частиц по всему объему. Заявителем установлено, что подача потока жидкого металла из вертикально расположенного контейнера с бункерами на горизонтальную поверхность стола, совершающего возвратно-поступательное движение относительно стола, при одновременной подаче потока упрочняющего тугоплавкого материала в виде мелкодисперсных частиц по одному из крайних бункеров, поочередно перекрывая их соответственно при прямом и обратном движении контейнера, позволяет получить композиционный лист или полосу с равномерно распределенной по всему объему дисперсной тугоплавкой фазой.Thus, a composite sheet or strip is formed, hardened by a refractory material in the form of fine particles throughout the volume. The applicant has established that the flow of liquid metal from a vertically located container with bunkers to the horizontal surface of the table, making a reciprocating motion relative to the table, while supplying a stream of reinforcing refractory material in the form of fine particles through one of the extreme bins, alternately blocking them respectively with direct and the reverse movement of the container, allows you to get a composite sheet or strip with a uniformly distributed throughout the volume of the dispersed t goplavkoy phase.

Примеры осуществления способаExamples of the method

Пример 1. Композиционный лист получали из стали марки У10А, выплавленной в индукционной печи. В качестве упрочняющей фазы использовали карбид титана (TiC) плотностью 4,9 г/см³ в количестве 1200 г. Расплав температурой 1650°C подавали из вертикально расположенного контейнера на горизонтальную поверхность стола. Из расположенных по бокам контейнера бункеров подавали карбид титана, поочередно перекрывая их соответственно при прямом и обратном движении контейнера. Правка сформированного листа происходила посредством приложения давления валками. Вертикально расположенный контейнер с прилегающими по бокам бункерами совершал возвратно-поступательное движение относительно стола. При достижении формируемого композиционного листа заданной толщины в 15 мм движение контейнера с бункерами останавливали, одновременно прекращая подачу потоков жидкого металла и тугоплавкой фазы.Example 1. A composite sheet was obtained from steel grade U10A, smelted in an induction furnace. As the hardening phase, titanium carbide (TiC) with a density of 4.9 g / cm ³ in an amount of 1200 g was used. A melt with a temperature of 1650 ° C was fed from a vertically located container onto the horizontal surface of the table. From the bins located on the sides of the container, titanium carbide was supplied, alternately blocking them, respectively, during forward and reverse movement of the container. Editing of the formed sheet occurred by applying pressure to the rolls. A vertically located container with hoppers adjacent to the sides made a reciprocating movement relative to the table. Upon reaching the formed composite sheet of a given thickness of 15 mm, the movement of the container with the bunkers was stopped, while simultaneously stopping the flow of liquid metal and refractory phases.

Размеры полученного листа: длина 900 мм, ширина 500 мм, толщина 15 мм. Полученный таким способом композиционный лист имел удовлетворительное качество поверхности с плотным строением тела и без усадочных дефектов.The dimensions of the resulting sheet: length 900 mm, width 500 mm, thickness 15 mm. The composite sheet obtained in this way had a satisfactory surface quality with a dense body structure and without shrinkage defects.

Предложенный способ позволил получить композиционный лист с равномерно распределенной по всему объему дисперсной тугоплавкой фазой.The proposed method allowed to obtain a composite sheet with a uniformly distributed throughout the volume of the dispersed refractory phase.

Пример 2. Композиционный лист получали из меди, выплавленной в индукционной печи. В качестве упрочняющей фазы использовали оксид алюминия (Al₂O₃) плотностью 3,9 г/см³ в количестве 1500 г. Расплав температурой 1150°C подавали из вертикально расположенного контейнера на горизонтальную поверхность стола. Из расположенных по бокам контейнера бункеров подавали оксид алюминия, поочередно перекрывая их соответственно при прямом и обратном движении контейнера. Вертикально расположенный контейнер с прилегающими по бокам бункерами совершал возвратно-поступательное движение относительно стола. При достижении формируемого композиционного листа заданной толщины в 25 мм движение контейнера с прилегающими по бокам бункерами останавливали, одновременно прекращая подачу потоков жидкого металла и тугоплавкой фазы. Размеры полученного листа: длина 900 мм, ширина 500 мм, толщина 25 мм. Полученный таким способом композиционный лист имел удовлетворительное качество поверхности с плотным строением тела и без усадочных дефектов. Предложенный способ позволил получить композиционный лист, состоящий из меди с равномерно распределенной по всему объему дисперсной тугоплавкой фазой оксида алюминия.Example 2. A composite sheet was obtained from copper smelted in an induction furnace. As the hardening phase, aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) with a density of 3.9 g / cm ³ in an amount of 1500 g was used. A melt with a temperature of 1150 ° C was fed from a vertically located container onto the horizontal surface of the table. From the bins located on the sides of the container, alumina was supplied, alternately blocking them, respectively, with the forward and reverse movement of the container. A vertically located container with hoppers adjacent to the sides made a reciprocating movement relative to the table. When the formed composite sheet of a given thickness of 25 mm was reached, the movement of the container with the bins adjacent to the sides was stopped, while simultaneously stopping the flow of liquid metal and refractory phases. The dimensions of the resulting sheet: length 900 mm, width 500 mm, thickness 25 mm. The composite sheet obtained in this way had a satisfactory surface quality with a dense body structure and without shrinkage defects. The proposed method made it possible to obtain a composite sheet consisting of copper with a dispersed refractory phase of alumina uniformly distributed throughout the volume.

Пример 3. Композиционную полосу получали из стали марки У10А, выплавленной в индукционной печи. В качестве упрочняющей фазы использовали карбид вольфрама (WC) плотностью 15,8 г/см³ в количестве 600 г. Расплав температурой 1650°C подавали из вертикально расположенного контейнера на горизонтальную поверхность стола. Из расположенных по бокам контейнера бункеров подавали карбид вольфрама (WC), поочередно перекрывая их соответственно при прямом и обратном движении контейнера. Вертикально расположенный контейнер с прилегающими по бокам бункерами совершал возвратно-поступательное движение относительно стола. При достижении формируемого композиционного листа заданной толщины в 10 мм движение контейнера с прилегающими по бокам бункерами останавливали, одновременно прекращая подачу потоков жидкого металла и тугоплавкой фазы.Example 3. A composite strip was obtained from steel grade U10A, smelted in an induction furnace. As a hardening phase, tungsten carbide (WC) with a density of 15.8 g / cm ³ in an amount of 600 g was used. The melt with a temperature of 1650 ° C was fed from a vertically located container to the horizontal surface of the table. From the bunkers located on the sides of the container, tungsten carbide (WC) was fed, alternately blocking them, respectively, with the forward and reverse movement of the container. A vertically located container with hoppers adjacent to the sides made a reciprocating movement relative to the table. When the formed composite sheet reaches the specified thickness of 10 mm, the movement of the container with the bins adjacent to the sides was stopped, while simultaneously stopping the flow of liquid metal and refractory phases.

Размеры полученного листа: длина 900 мм, ширина 200 мм, толщина 10 мм. Полученная таким способом композиционная полоса имела удовлетворительное качество поверхности с плотным строением тела и без усадочных дефектов. Предложенный способ позволил получить композиционную полосу с равномерно распределенной по всему объему дисперсной тугоплавкой фазой.The dimensions of the resulting sheet: length 900 mm, width 200 mm, thickness 10 mm. The composite strip obtained in this way had a satisfactory surface quality with a dense body structure and without shrinkage defects. The proposed method allowed to obtain a composite strip with a uniformly distributed throughout the volume of the dispersed refractory phase.

Claims

A method of manufacturing composite sheets and strips, including feeding liquid metal from a vertically located container and forming a sheet or strip, hardening the resulting product by applying a refractory material to it, applying pressure and straightening with rolls, characterized in that the liquid metal and refractory material are fed horizontally the surface of the table in three vertical streams from the slotted openings of the container and the bins adjacent to its side walls, and the container is informed of the return accurate translational motion relative to the table, while the metal is continuously supplied in the middle stream from the slotted opening of the container, and the refractory material is supplied to the metal by flows of dispersed particles from the slotted holes of the bins, which are alternately blocked respectively with the forward and reverse movement of the container relative to the table.