способ и устройство для изоляции слитка при запуске

Формула изобретения

1. Способ герметизации внутренней камеры установки непрерывной разливки слитков из высокореакционного металла, включающий следующие этапы:

- установка первого и второго кольцеобразного герметизирующего элемента в положении примыкания или удлинения радиально вовнутрь от внутренней периферии стенки канала, которая определяет канал, сообщающийся с внутренней камерой, содержащей изложницу непрерывной разливки, а также с атмосферой, внешней по отношению к внутренней камере, причем данный канал содержит резервуар герметика на основе расплавленного материала между стенкой канала и слитком,

- вставление затравки слитка через герметизирующие элементы и резервуар герметика на основе расплавленного материала во внутреннюю камеру таким образом, что верхний конец затравки расположен в изложнице, и каждый из герметизирующих элементов примыкает к внешней периферии затравки так, чтобы по меньшей мере один герметизирующий элемент создавал преимущественно воздухонепроницаемую герметизацию с внешней периферией затравки, и

- продвижение инертного газа в первое пространство, создаваемое между герметизирующими элементами, внешней периферией затравки и внутренней периферией стенки канала.

2. Способ по п.1, в котором один из герметизирующих элементов образован из материала с керамической оплеткой.

3. Способ по п.2, который включает этап откачки инертного газа из первого пространства во внешнюю атмосферу через материал с керамической оплеткой.

4. Способ по п.1, в котором этап вставления охватывает этап вставления затравки слитка через герметизирующие элементы так, чтобы каждый из герметизирующих элементов создавал преимущественно воздухонепроницаемую герметизацию с внешней периферией затравки.

5. Способ по п.1, в котором этап вставления охватывает этап вставления затравки слитка через герметизирующие элементы так, чтобы первый герметизирующий элемент создавал преимущественно воздухонепроницаемую герметизацию с внешней периферией затравки, а второй герметизирующий элемент не создавал преимущественно воздухонепроницаемую герметизацию с внешней периферией затравки, при этом способ включает этап движения инертного газа из первого пространства между вторым герметизирующим элементом и внешней периферией затравки.

6. Способ по п.1, в котором второй герметизирующий элемент образован из материала, который проницаем по отношению к инертному газу, при этом способ включает этап движения инертного газа из первого пространства через материал, который образует второй герметизирующий элемент.

7. Способ по п.1, в котором этап движения включает этап движения инертного газа в первое пространство при давлении, превышающем давление окружающей атмосферы снаружи внутренней камеры.

8. Способ по п.1, в котором этап установки охватывает этап установки третьего кольцеобразного герметизирующего элемента внутри канала так, чтобы первый и второй герметизирующие элементы находились между резервуаром и третьим герметизирующим элементом, а второй герметизирующий элемент находился между первым и третьим герметизирующими элементами, и этап вставления включает этап вставления затравки через третий герметизирующий элемент так, чтобы третий герметизирующий элемент примыкал к внешней периферии затравки.

9. Способ по п.8, который включает этап движения инертного газа во второе пространство, образуемое между вторым и третьим герметизирующими элементами, внешней периферией выступа затравки и внутренней периферией стенки канала.

10. Способ по п.9, который включает этап откачки инертного газа из второго пространства в окружающую атмосферу через третий герметизирующий элемент.

11. Способ по п.8, в котором третий герметизирующий элемент образован из материала с керамической оплеткой.

12. Способ по п.11, в котором как первый, так и второй герметизирующий элемент образован из материала на полимерной основе.

13. Способ по п.1, который включает этап откачки воздуха из внутренней камеры после этапа вставления.

14. Способ по п.13, который включает этап заполнения инертным газом внутренней камеры, из которой был ранее откачен воздух.

15. Способ по п.14, который включает этап заливки расплавленного металла в изложницу сверху затравки с тем, чтобы начать формирование нагретого металлического слитка сверху затравки, причем залитый металл и затравка вместе образуют слиток.

16. Способ по п.15, который включает этапы перемещения твердого гранулированного материала в резервуар герметика на основе расплавленного материала и плавления гранулированного материала в резервуаре таким образом, чтобы создать герметизацию на основе расплавленного материала вокруг внешней периферии слитка.

17. Способ по п.16, в котором этапы перемещения и плавления происходят, когда слиток еще не выпущен через канал.

18. Способ по п.17, который охватывает этап выпуска слитка через канал в первый временной интервал, выпуск слитка с остановками через канал в течение второго последующего временного интервала, при этом этапы перемещения и плавления происходят во второй период времени.

19. Способ по п.18, в котором второй временной интервал имеет продолжительность, по меньшей мере, одну минуту.

20. Способ по п.19, в котором второй временной интервал имеет продолжительность не более пяти минут.

21. Способ по п.18, который включает этап повторного выпуска слитка в конце второго временного интервала со скоростью менее чем 1,0 дюйм в минуту в течение третьего временного интервала.

22. Способ по п.21, который включает этап ускорения выпуска слитка в конце третьего временного интервала со скоростью более чем 1,0 дюйм в минуту в течение четвертого временного интервала.

23. Способ по п.22, в котором скорость выпуска в течение четвертого временного интервала не больше чем 3 дюйма в минуту.

24. Способ герметизации внутренней камеры установки непрерывной разливки слитков из высокореакционного металла, включающий следующие этапы:

- установка кольцеобразного герметизирующего элемента в положении примыкания или удлинения радиально вовнутрь от внутренней периферии стенки канала, которая определяет канал, сообщающийся с внутренней камерой, содержащей изложницу непрерывной разливки, а также с атмосферой, внешней по отношению к внутренней камере, причем данный канал содержит резервуар герметика на основе расплавленного материала между изложницей и герметизирующими элементами,

- вставление затравки слитка через герметизирующий элемент и резервуар расплавленного герметика во внутреннюю камеру таким образом, что верхний конец затравки расположен в изложнице, и герметизирующий элемент примыкает и создает преимущественно воздухонепроницаемую герметизацию с внешней периферией затравки так, чтобы предотвратить попадание внешней атмосферы во внутреннюю камеру через канал,

- подача инертного газа в пространство между герметизирующими элементами, внешней периферией затравки и внутренней периферией стенки канала для обеспечения герметизации затравки, и поступление его во внутреннюю камеру установки,

- откачка воздуха из внутренней камеры после этапа вставления,

- обратное наполнение инертным газом внутренней камеры после откачки оттуда воздуха,

- заливка расплавленного метала в изложницу сверху затравки для того, чтобы начать формирование слитка нагретого металла сверху затравки, при этом залитый металл и затравка вместе образуют слиток, и

- образование расплавленного герметика внутри резервуара вокруг внешней периферии слитка, что предотвращает проникновение внешней атмосферы во внутреннюю камеру через канал и исключения необходимости в герметизации между герметизирующим элементом и внешней периферией затравки для того, чтобы предотвратить проникновение внешней атмосферы во внутреннюю камеру через канал.

25. Установка для непрерывной разливки слитков из высокореакционного металла, содержащая внутреннюю камеру, изложницу для непрерывной разливки внутри внешней камеры, стенку канала, имеющую внутреннюю периферию, определяющую канал, соединяющийся с внутренней камерой и с атмосферой, внешней по отношению к внутренней камере, проход через канал для металлического слитка, сконфигурированный таким образом, чтобы обеспечить движение нагретого металлического слитка из внутренней камеры во внешнюю атмосферу, первый и второй разнесенные кольцеобразные герметизирующие элементы, подвижно размещенные внутри канала, причем каждый кольцеобразный элемент имеет внутреннюю периферию, определяющую форму поперечного сечения, которая преимущественно является такой же и имеет тот же размер, что и форма сечения прохода для металлического слитка, первое пространство, образуемое между первым и вторым кольцеобразными элементами, внешней периферией прохода для металлического слитка и внутренней периферией стенки канала, и источник инертного газа во взаимодействии по жидкому расплаву с первым пространством.

Описание изобретения к патенту

Изобретение в целом относится к непрерывной разливке металлов. Более точно изобретение относится к защите реакционных металлов от реагирования с атмосферой в расплавленном состоянии или при повышенных температурах. В частности, изобретение относится к использованию расплавленных материалов, таких как жидкое стекло, для формирования барьера, препятствующего проникновению окружающей среды в плавильную камеру печи непрерывной разливки и образованию защитного покрытия на металлическом слитке из такого металла, защищающего металлический слиток от окружающей среды.

Технология плавки в кричном горне, электронно-лучевой передел в кричном горне (EBCHR) и плазменно-дуговой передел в кричном горне (PACHR) первоначально были разработаны для повышения качества титановых сплавов, используемых для вращающихся деталей реактивных двигателей. Качественные улучшения в этой области относятся, в первую очередь, к удалению вредных частиц, таких как включения высокой плотности (HDI) и твердые альфа-частицы. Последние применения как для технологии EBCHR, так и для технологии PACHR были больше всего сфокусированы на снижении затрат. Некоторые методы реализации снижения затрат сводятся к увеличению гибкости использования различных форм исходных материалов, к использованию одностадийного процесса плавки (обычный метод плавки титана, например, требует двух- или трехстадийного процесса) и созданию условий для более высокого выхода готового продукта.

Титан и некоторые другие металлы обладают высокой реакционной способностью и вследствие этого должны плавиться под вакуумом или в инертной атмосфере. При электронно-лучевом переделе в кричном горне (EBCHR) для обеспечения работоспособности электронно-лучевых пушек в плавильной и разливочной камере печи поддерживается высокий вакуум. При плазменно-дуговом переделе в кричном горне (PACHR) дуговые плазменные горелки для создания плазмы используют инертный газ, такой как гелий или аргон (обычно гелий) и потому атмосфера в печи определяется, в первую очередь, парциальным или избыточным давлением газа, используемого для плазменных горелок. В обоих случаях загрязнение камеры печи кислородом или азотом, которые реагируют с расплавленным титаном, может вызвать альфа-дефекты в титановом слитке. Таким образом, следует полностью или преимущественно избегать кислорода и азота внутри камерной печи на протяжении всего процесса розлива.

Для того чтобы осуществить вывод продукта плавки из печи при минимальном прерывании процесса разлива и отсутствии загрязнения плавильной камеры кислородом и азотом или другими газами, в современных печах используется выпускная камера. Во время процесса розлива удлиняющийся продукт плавки выходит из нижней части изложницы через затворный клапан и в выпускную камеру. Когда требуемая или максимальная длина слитка достигнута, слиток полностью удаляется из формы/изложницы через затворный клапан в выпускную камеру. Затем затворный клапан закрывается и изолирует выпускную камеру от плавильной камеры печи, выпускная камера выдвигается из-под печи и слиток удаляется.

Хотя такие печи вполне функциональны, они имеют несколько ограничений. Во-первых, максимальная длина слитка лимитируется длиной выпускной камеры. Кроме того, во время процесса удаления слитка из печи процесс литья должен быть остановлен. Таким образом, подобные печи дают возможность осуществления непрерывной плавки, но не непрерывной разливки. Боле того, верхняя часть слитка обычно содержит каверны усадки (раковины), которые образуются при остывании слитка. Контролируемое охлаждение верхней части слитка, известное как «доливка жидкого чугуна» ("hot top"), может уменьшить эти раковины, но технология доливки жидкого чугуна является затратной по времени, что уменьшает производительность. Верхняя часть слитка, содержащая усадки или раковины, является бросовым материалом, что ведет к потере полезного выхода. Кроме того, имеется дополнительная потеря выхода, из-за «ласточкина хвоста» в нижней части слитка, которым слиток крепится к конструкции плунжера выталкивателя.

Настоящее изобретение устраняет или существенно уменьшает эти проблемы за счет герметизирующего устройства, который дает возможность для непрерывной разливки титана, суперсплавов, тугоплавких металлов и других металлов с высокой реакционной способностью, причем слиток в виде бруска, полосы, сляба и им подобных форм может перемещаться из внутренней части печи непрерывной разливки вовне без поступления в камеру печи воздуха или других компонентов внешней среды.

Данное изобретение представляет способ, охватывающий этапы регулировки положения первого и второго разнесенных кольцеобразных герметизирующих элементов, граничащих и простирающихся радиально вовнутрь от внутренней периферии стенки канала, что определяет канал, который сообщается с внутренней камерой, содержащей изложницу для непрерывного розлива, а также с атмосферой извне внутренней камеры, причем канал включает резервуар для расплавленного герметика между изложницей и герметизирующими элементами; вставление затравки слитка через герметизирующие элементы и резервуар для расплавленного герметика во внутреннюю камеру таким образом, чтобы верхний конец затравки был помещен в изложницу, и чтобы каждый из герметизирующих элементов примыкал к внешней периферии затравки так, чтобы, по меньшей мере, один из герметизирующих элементов создавал преимущественно воздухонепроницаемую герметическую изоляцию с внешней периферией затравки; и движение инертного газа в первом пространстве, образуемом между герметизирующими элементами, внешней периферией затравки и внутренней периферией стенки канала.

Данное изобретение представляет способ, охватывающий этапы регулировки положения кольцеобразного герметизирующего элемента, граничащего и простирающегося радиально вовнутрь от внутренней периферии стенки канала, что определяет канал, который сообщается с внутренней камерой, содержащей изложницу для непрерывного розлива, а также с атмосферой извне внутренней камеры, причем канал включает резервуар для расплавленного герметика между изложницей и герметизирующими элементами; вставление затравки слитка через герметизирующие элементы и резервуар для расплавленного герметика во внутреннюю камеру таким образом, чтобы верхний конец затравки был помещен в изложницу, чтобы предотвратить проникновение внешней атмосферы во внутреннюю камеру через канал; удаление воздуха из внутренней камеры после этапа вставления; заполнение инертным газом внутренней камеры, из которой ранее был откачен воздух; заливка расплавленного металла в изложницу сверху затравки, чтобы инициировать образование нагретого металлического слитка сверху затравки, при этом металлический слиток и затравка вместе образуют брусок; и формирование герметизации на основе расплавленного материала внутри резервуара вокруг внешней периферии бруска, что предотвращает проникновение внешней атмосферы во внутреннюю камеру через канал, причем герметизация между герметизирующим элементом и внешней периферией затравки больше не нужна для предотвращения проникновении внешней атмосферы во внутреннюю камеру через канал.

Данное изобретение далее представляет печь, включающую: внутреннюю камеру; изложницу для непрерывного разлива с внутренней камерой; стенку канала с внутренней периферией, определяющей канал, соединенный с внутренней камерой и атмосферой извне внутренней камеры; канал прохода металлического слитка, идущий от изложницы через канал, и имеющий такую конфигурацию, которая позволяет продвигать нагретый металлический слиток насквозь (через это) из внешней камеры во внешнюю атмосферу; первый и второй разнесенные кольцеобразные герметизирующие элементы, расположенные подвижно внутри канала; каждый из кольцеобразных элементов имеет внутреннюю периферию, определяющую форму поперечного сечения, которая является большей частью такой же и имеет те же размеры, что и форма сечения канала прохода металлического слитка; первое пространство образовано между первым и вторым кольцеобразными элементами, внешней периферией канала прохода металлического слитка и внутренней периферией стенки канала; источник инертного газа сообщается по жидкому расплаву с первым пространством.

Фиг.1 - это разрез центральной части данного изобретения при его использовании с печью для непрерывного разлива.

Фиг.2 похож на Фиг.1 и показывает начальную стадию формирования слитка из расплавленного металла, стекающего вниз с пода зоны плавки и рафинирования в изложницу и подогреваемого источником тепла, находящимся над подом и над изложницей.

Фиг.3 похож на Фиг.2 и показывает следующую стадию формирования слитка, когда слиток опускается на подъемник и подается в зону герметизации.

Фиг.4 похож на Фиг.3 и показывает последующую стадию формирования слитка и образование на нем стеклянного покрытия.

Фиг.5 - это увеличенный вид обведенной кружком части Фиг.4, обведенной окружностью; на нем показано, как гранулы стекла поступают в резервуар со стеклом в жидком состоянии и как формируется стеклянное покрытие.

Фиг.6 - это разрез слитка после того, как он удален из плавильной камеры печи с указанием на его внешней поверхности стеклянного покрытия.

Фиг.7 - это разрез Фиг.6 по линии 7-7.

Фиг.8 - это схематическая вертикальная проекция печи непрерывного разлива из данного изобретения с указанием механизма привода слитка, механизма резки слитка и механизма манипуляций со слитком, с показом слитка с только что произведенным покрытием, расположенным вниз и вовне от плавильной камеры и опирающимся на механизм привода слитка, механизм резки слитка и механизм манипуляций со слитком.

Фиг.9 похож на Фиг.8 и показывает сегмент слитка металла с покрытием, который был отрезан режущим механизмом.

Фиг.10 похож на Фиг.9 и показывает, как отрезанный сегмент подается вниз для удобства его дальнейшей обработки.

Фиг.11 - это увеличенная схематическая вертикальная проекция, схожая с Фиг.8-10, показывающая более подробно питающую систему изобретения.

Фиг.12 - это увеличенная фрагментарная вертикальная боковая проекция бункера, питающей камеры, питающей трубы и вибраторы, с некоторыми деталями, показанными в разрезе.

Фиг.13 - это разрез, сделанный по линии 13-13 Фиг.12.

Фиг.14 - это разрез, сделанный по линии 4-14 Фиг.11.

Фиг.15 аналогичен Фиг.11 и показывает пусковой агрегат, используемый при формовке начальных порций бруска с использованием герметизации на основе расплавленного материала из данного изобретения.

Фиг.16 - увеличенный разрез, взятый со стороны вакуумного герметизированного фланца пускового агрегата.

Фиг.17 - это разрез, взятый по линии 17-17 Фиг.16.

Фиг.18 аналогичен Фиг.15 и показывает затравку бруска, вставленную в вакуумный герметизированный фланец и в изложницу непрерывной разливки внутри плавильной камеры.

Фиг.19 аналогичен Фиг.18 и показывает ранние стадии формовки бруска сверху затравки бруска.

Фиг.20 похож на Фиг.19 и показывает последующую стадию формовки бруска и начальное формирование герметизации на основе расплавленного материала.

Герметизирующее устройство данного изобретения в целом показано под номером 10 на Фиг.1-5 при использовании его с печью 12 непрерывной разливки. Печь 12 включает в себя стенку камеры 14, которая охватывает плавильную камеру 16, в пределах которой находится герметизирующее устройство 10. Внутри плавильной камеры 16 печь 12 далее включает в себя под 18 зоны плавления и рафинирования, который связан по жидкому расплаву с изложницей 20, которая имеет толстые цилиндрические боковые стенки 22 и большую внутреннюю поверхность 24, определяющие внутреннюю полость литейной формы 26. Источники тепла 28 и 30 расположены соответственно над подом 18 зоны плавления и рафинирования и над изложницей 20 для нагревания и плавления металлов с высокой реакционной способностью, таких как титан и тугоплавкие сплавы. В качестве источников тепла 28 и 30 предпочтительны плазменные горелки, хотя могут использоваться и другие приемлемые источники тепла, такие как индукционные нагреватели и устройства контактного нагрева.

Печь 12 далее включает в себя подъемное устройство или отводящий плунжер 32, который опускает слиток металла 34 (Фиг.2-4). Может использоваться любое приемлемое отводящее устройство. Слиток металла 34 может быть в любой приемлемой форме, такой как круглый брусок, прямоугольный сляб или им подобные формы. Плунжер 32 состоит из удлиненного штока 36 с опорой для изложницы 38 в форме толстой цилиндрической плиты, посаженной в верхней части штока 36. Опорная плита изложницы 38 имеет большую цилиндрическую внешнюю поверхность 40, которая продолжает внутреннюю поверхностью 24 изложницы 20 в то время как плунжер 32 движется в вертикальном направлении. Во время работы плавильная камера 16 содержит атмосферу 42, которая является инертной по отношению к металлам с высокой реакционной способностью, таким как титан и тугоплавкие сплавы, которые могут расплавляться в печи 12. Для формирования инертной атмосферы 42 могут применяться инертные газы, особенно, при использовании плазменных горелок, для чего часто используют гелий или аргон, чаще всего гелий. Вне стенок камеры 14 находится атмосфера 44, которая реагирует с металлами с высокой реакционной способностью, когда они находятся в нагретом состоянии.

Герметизирующее устройство 10 спроектировано так, чтобы предотвратить попадание в плавильную камеру 16 атмосферы 44 во время непрерывной разливки металлов с высокой реакционной способностью, таких как титан и тугоплавкие сплавы. Кроме того, герметизирующее устройство 10 спроектировано еще и так, чтобы защитить нагретый слиток металла 34 в тот момент, когда тот выходит в реакционную атмосферу 44. Герметизирующее устройство включает в себя стенку канала или стенку проходного отверстия 46, которая имеет значительную цилиндрическую поверхность 47, определяющую проходное отверстие 48 внутри нее; эта поверхность имеет входное отверстие 50 и выходное отверстие 52. Стенка канала 46 включает кольцеобразный фланец 54, который имеет внутреннюю поверхность или контур 56. Внутренняя поверхность 47 стенки канала 46, прилегающая к входному отверстию 50, определяет увеличенное или более широкое сечение 58 канала 48, в то время как фланец 54 образует суженное сечение 60 канала 48. Ниже кольцеобразного фланца внутренняя поверхность 47 стенки канала 46 определяет увеличенное выходное сечение 61 канала 48.

Как будет объяснено ниже, резервуар 62 расплавленного материала, такого как жидкое стекло, формируется во время работы печи 12 в увеличенном сечении 58 канала 48. Источник 64 гранулированного стекла или другого подходящего материала типа расплава соли или шлака находится в связи с питающим механизмом 66, который, в свою очередь, связан с резервуаром 62. Герметизирующее устройство 10 может включать в себя источник тепла 68, которым могут быть индукционная катушка, нагреватель сопротивлением или другой источник тепла. Кроме того, изоляционный материал 70 может быть размещен вокруг герметизирующего устройства 10, чтобы способствовать поддержанию температуры герметизации.

Теперь опишем работу печи 12 и герметизирующего устройства 10 применительно к Фиг.2-5. Фиг.2 показывает источник тепла 28 во время его работы по расплавлению металла с высокой реакционной способностью 72 на поде плавления или рафинирования 18. Расплавленный металл 72 стекает, как показано стрелкой А, в полость 26 изложницы 20 и первоначально поддерживается в расплавленном состоянии источником тепла 30.

Фиг.3 показывает, как плунжер 32 отодвигается вниз по стрелке В, а тем временем дополнительный расплавленный металл 72 стекает с пода 18 в изложницу 20. Верхняя часть 73 металла 72 поддерживается в расплавленном состоянии источником тепла 30, в то время как нижняя часть 75 металла 72 начинает охлаждаться и формировать начальные порции слитка 34. Охлаждаемые водой стенки 22 изложницы 20 способствуют затвердеванию металл 72 и формированию слитка 34 по мере того, как плунжер 32 опускается вниз. Примерно в то время, когда слиток 34 входит в суженное сечение 60 (Фиг.2) канала 48, из источника 64 в резервуар 62 посредством подающего механизма 66 начинает поступать гранулированное стекло 74. Хотя слиток 34 уже достаточно охлажден для частичного затвердевания, обычно он достаточно горяч, чтобы расплавить гранулированное стекло 74 и образовать жидкую стеклянную массу 76 в резервуаре 62, который ограничен внешней поверхностью 79 слитка 34 и внутренней поверхностью 47 стенки канала 46. При необходимости может быть включен источник тепла 68, обеспечивающий поток дополнительного тепла через стенку канала 46 для способствования расплавлению гранулированного стекла 74, чтобы обеспечить достаточное количество расплавленного стекла 76 и/или чтобы поддерживать стекло в расплавленном состоянии. Стекло в жидкой форме 76 заполняет пространство внутри резервуара 62 и суженной части 62, образуя тем самым барьер для проникновения внешней реакционной атмосферы 44 внутрь плавильной камеры 16 и для реакции с металлом 72 с высокой реакционной способностью. Кольцеобразный фланец 54 ограничивает нижнюю часть резервуара 62 и сокращает расстояние или зазор между внешней поверхностью 79 слитка 34 и внутренней поверхностью 47 стенки канала 46. Уменьшение сечения канала 48 за счет фланца 54 обеспечивает накопление расплавленного стекла 76 внутри резервуара 62 (Фиг.2). Накопленный запас расплавленного стекла 76 в резервуаре 62 распространяется вокруг металлического слитка 34, контактируя с его внешней поверхностью 79, и формирует кольцеобразную ванну в канале 48, имеющую в основном цилиндрическую форму. Таким образом, накопленный запас расплавленного стекла 76 формирует жидкий герметик. После образования этого жидкого герметика донную дверь (не показана), разделяющую инертную атмосферу 42 от активной атмосферы 44 можно открывать, что обеспечит вывод слитка 34 из камеры 16.

По мере того, как слиток 34 продолжает движение вниз, как это показано на Фиг.4-5, расплавленное стекло 76 покрывает внешнюю поверхность 79 слитка 34 во время его движения через резервуар 62 и суженное сечение 60 канала 48. Суженное сечение 60 уменьшает толщину или утончает слой расплавленного стекла 76, соприкасающийся с внешней поверхностью 79 слитка 34, и контролирует толщину слоя стекла, который выходит из канала 48 вместе со слитком 34. Расплавленное стекло 76 затем значительно охлаждается и затвердевает, образуя твердое стеклянное покрытие 78 на внешней поверхности 79 слитка 34. Стеклянное покрытие 78 в жидком и твердом состоянии обеспечивает защитный барьер, предотвращающий реакцию металла с высокой реакционной способностью 72, образующего слиток 34, с агрессивной атмосферой 44 в то время, когда слиток 34 еще нагрет до температуры, достаточной для осуществления такой реакции.

На Фиг.5 показано более отчетливо, как гранулированное стекло 74 проходит через подающий механизм 66 по стрелке С и попадает в расширенную секцию 58 канала 48, а затем в резервуар 62, где происходят плавление гранулированного стекла 74 и образование расплавленного стекла 76. На Фиг.5 также показано формирование покрытия из расплавленного стекла в суженном сечении 60 канала 48 по мере того, как слиток 34 движется вниз. На Фиг.5 также показан открытый зазор между стеклянным покрытием 78 и стенкой канала 46 в пределах расширенного выходного сечения 61 канала 48 в то время, когда слиток 34 с покрытием 78 движется через сечение 61.

Когда слиток 34 выйдет из печи 12 на достаточное расстояние, часть слитка 34 может быть отрезана, чтобы сформировать брусок 80 любой требуемой длины, как это показано на Фиг.6. Как видно на Фиг.6 и 7, твердое стеклянное покрытие 78 простирается вдоль всей поверхности бруска 80.

Таким образом, герметизирующее устройство 10 обеспечивает механизм, предотвращающий попадание агрессивной атмосферы 44 в плавильную камеру 16, а также защищает слиток 34 в форме бруска, полосы, сляба или им подобных форм от агрессивной атмосферы 44 в то время, как слиток 34 еще нагревается до такой температуры, при которой он способен к реакции с атмосферой 44. Как было указано выше, внутренняя поверхность 24 формы/изложницы 20 является, главным образом, цилиндрической для того, чтобы обеспечить выход преимущественно цилиндрического слитка 34. Внутренняя поверхность 47 стенки канала 46 также, главным образом, цилиндрическая для того, чтобы обеспечить достаточное пространство для резервуара 62 и зазора между слитком 34 и внутренней поверхностью 56 фланца 54 и чтобы обеспечить герметизацию, а также создать условия для покрытия нужной толщины на слитке 34 по мере его опускания вниз. В то же время расплавленное стекло 76 способно герметизировать широкий диапазон других поперечных сечений, кроме цилиндрических. Поперечные сечения внутренней поверхности изложницы и внешней поверхности слитка предпочтительно должны быть в целом такими же, как и поперечные сечения внутренней поверхности стенки канала, особенно, внутренней поверхности кольцевого фланца, образующего выступ, направленный внутрь, для того чтобы зазор между слитком и фланцем был достаточно небольшим в целях образования запаса расплавленного стекла в резервуаре, но и достаточно большим для образования достаточно толстого слоя стекла, способного предотвратить реакцию между горячим слитком и агрессивной атмосферой вне печи. Для формирования металлического слитка с размерами, соответствующими условиям прохождения через канал, поперечное сечение внутренней поверхности формы/изложницы меньше поперечного сечения внутренней поверхности стенок канала.

Дополнительные изменения могут быть произведены в устройстве для герметизации 10 и печи 12, но они остаются в пределах данного изобретения. Например, печь 12 может содержать не только плавильную камеру такого типа, чтобы материал 72 плавился в одной камере и затем переводился в отдельную камеру, в которой расположена форма-изложница непрерывной разливки и из которой имеется выход к внешней атмосфере. Кроме того, канал 48 может быть укорочен для полного или существенного устранения увеличенного сечения его выхода 61. Также резервуар для расплавленного стекла или другого материала может быть образован снаружи от канала 48 и может быть связан с ним по жидкому расплаву, при этом обеспечивается протекание расплавленного материала в канал, аналогичный каналу 48, чтобы создать условия для герметизации и предотвращения попадания внешней атмосферы внутрь печи и чтобы обеспечить покрытие внешней поверхности слитка металла по мере того, как он проходит через этот канал. В таком случае подающий механизм должен быть связан с этим альтернативным резервуаром для того, чтобы дать возможность твердому материалу поступать в этот резервуар и там плавиться. Таким образом, альтернативный резервуар может быть предусмотрен в качестве пространства для плавки твердого материала. Однако резервуар 62 герметизирующего устройства 10 проще по своей конструкции и облегчает плавление материала, за счет использования тепла от слитка метала, когда тот проходит через канал.

Герметизирующее устройство данного изобретения обеспечивает повышенную производительность, поскольку длина слитка может быть установлена при его отрезании вне печи, в то время, как процесс разлива остается непрерывным. Кроме того, полезный выход улучшается, поскольку часть каждого слитка, которая открывается наружу при резке, не содержит усадочных пор или усадочных раковин, а в нижней части слитка отсутствует «ласточкин хвост». Далее, поскольку в печи отсутствует выводная камера, длина слитка не ограничивается размерами такой камеры, и слиток, таким образом, может теоретически иметь любую длину, которая возможна для производства. Далее, при использовании надлежащего типа стекла, стеклянное покрытие слитка может служить смазочным материалом при последующей экструзии слитка. Также стеклянное покрытие слитка может создавать барьер при последующем нагреве слитка перед его ковкой, что предотвратит реакцию слитка с кислородом или атмосферой.

Наряду с тем, что предпочтительное воплощение устройства для герметизации по данному изобретению было описано для случая использования гранулированного стекла в качестве материала для герметизирующего покрытия, могут использоваться и другие материалы, обеспечивающие герметизацию и стеклоподобное покрытие, такие, например, как расплавы солей или шлаков.

Предлагаемые технология и аппаратура будут особенно полезны для металлов с особо высокой реакционной способностью, таких, как титан, который очень активно реагирует с атмосферой вне плавильной камеры, когда такие металлы с особо высокой реакционной способностью находятся в расплавленном состоянии. Однако данная технология может подойти и для любого класса металлов, например для тугоплавких сплавов, там, где требуется барьер, препятствующий проникновению внешней атмосферы в плавильную камеру, чтобы предотвратить выход расплавленного металла во внешнюю атмосферу.

Ссылаясь на Фиг.8, далее описана печь разливки 12. Печь 12 показана в приподнятом положении над полом 81 производственного цеха или аналогичного помещения. В пределах внутреннего пространства камеры 16 печь 12 содержит дополнительный источник тепла в форме индукционной катушки 82, которая располагается под формой/изложницей 20 и над стенкой канала 46. Индукционная катушка 82 охватывает канал, по которому проходит слиток металла 34 во время его движения к каналу в пределах стенок канала 46. Таким образом, во время работы индукционная катушка 82 охватывает слиток металла 34 и расположена в непосредственной близости от внешней поверхности слитка, контролируя, таким образом, нагрев слитка металла 34 при необходимой температуре перед его входом в канал, в котором расположена ванна расплава.

Также во внутреннем пространстве камеры 16 находится охлаждающее устройство в виде трубы 84, охлаждаемой водой, которая используется для охлаждения канала 66 питающего механизма или распределителя гранулированного материала для того, чтобы предотвратить расплавление гранулированного материала внутри канала 66. Труба 84 это, по сути, круглое кольцо, которое расположено вовне от слитка металла 34 и соприкасается с каналом 66 для обеспечения теплопередачи между трубой 84 и каналом 66 с целью обеспечить описанное выше охлаждение.

Печь 12 далее включает в себя датчик температуры в виде оптического пирометра 86 для определения температуры внешней поверхности слитка металла 34 в точке измерения температуры 88, расположенной вблизи индукционной катушки 82 и выше стенки канала 46. Печь 12 далее включает в себя второй пирометр 90 для определения температуры в другой точке измерения температуры 92 самой стенки канала 46, причем пирометр 90 может оценивать температуру ванны расплава внутри резервуара 62.

Снаружи и ниже стенки днища камеры 14 печи 12 расположены система привода слитка или подъемник 94, отрезной механизм 96 и механизм удаления слитка 98. Подъемник 94 предназначен для опускания, подъема или остановки движения слитка металла 34 по мере потребности. Подъемник 94 включает первый и второй рольганги 100 и 102, которые расположены сбоку друг от друга и вращаются в противоположных направлениях, как это показано стрелками А и В, для обеспечения различного перемещения слитка металла 34. Рольганги 100 и 102 разнесены друг от друга примерно на расстояние диаметра слитка металла с покрытием и во время работы соприкасаются с покрытием 78. Отрезной механизм 96 расположен ниже рольгангов 100 и 102 и предназначен для отрезания слитка металла 34 с покрытием 78. Отрезной механизм 96 обычно представляет собой газовый резак, хотя может применяться и другой режущий механизм. Механизм удаления 98 включает в себя первый и второй отводящий рольганги 104 и 106, которые расположены сбоку друг от друга таким же образом, как и рольганги 100 и 102, и также захватывают покрытие 78 слитка металла с покрытием по мере того, как он передвигается между ними. Рольганги 104 и 106 вращаются в противоположных направлениях, как это показано стрелками С и D.

Дополнительные аспекты работы печи 12 описываются со ссылкой на Фиг.8-10. На Фиг.8 расплавленный металл сливается в изложницу 20, как это было описано ранее, и образует слиток металла 34. Слиток 34 затем движется вниз вдоль канала из изложницы 20 через внутреннее пространство, определяемое индукционной катушкой 82, и поступает в канал, ограниченный стенками канала 46. Индукционные катушки 82 и 68, а также пирометры 86 и 90 являются частью системы управления, которая обеспечивает оптимальные условия для создания ванны расплава внутри резервуара 62 с целью обеспечения жидкого герметизирующего и покрывающего материала, который далее образует защитный барьер 78 на слитке металла 34. Более конкретно, пирометр 86 определяет температуру в точке 88 на внешней периферии слитка металла 34, в то время как пирометр 90 определяет температуру стенки канала 46 в точке 92 с целью определить температуру ванны расплава внутри резервуара 62. Эта информация используется для контроля мощности, подводимой к индукционным катушкам 62 и 68, чтобы обеспечить указанные выше оптимальные условия. Таким образом, если температура в точке 88 слишком низкая, включается индукционная катушка 82, чтобы поднять температуру в точке 88 до нужного диапазона. Точно так же, если температура в точке 88 слишком высокая, то мощность на индукционной катушке 82 снижается или катушка отключается. Предпочтительно, чтобы температура в точке 88 поддерживалась в заданном диапазоне. Таким же образом пирометр 90 участвует в регулировании температуры в точке 92, определяя, находится ли ванна расплава при желательной температуре. В зависимости от температуры расплава в точке 92 мощность на индукционной катушке 68 увеличивается, снижается или катушка отключается совсем для поддержания температуры ванны расплава внутри заданного диапазона. В то время как температура слитка металла 34 и ванны расплава контролируется, охлаждаемая водой труба 84 функционирует, чтобы обеспечить охлаждение канала 66 и дать возможность гранулированному материалу из источника 64 достичь канала в пределах его стенок 46 в твердом состоянии, чтобы избежать забивания канала 66 при преждевременном расплавлении в нем.

Рассматривая далее Фиг.8, увидим, что слиток металла движется через устройство герметизации 10 с целью покрытия слитка металла 34 и получения покрытого слитка, который движется далее вниз во внешнюю среду и между рольгангами 100 и 102, которые захватывают и опускают покрытый слиток металла вниз при управляемом спуске. Покрытый слиток металла продолжает движение вниз и захватывается рольгангами 104 и 106.

На Фиг.9 видно, как затем отрезной механизм 96 отрезает покрытый слиток металла и образуется отрезанный кусок в форме покрытого бруска 80. Таким образом, к моменту времени, когда покрытый слиток металла достигнет уровня отрезного механизма 96, он охлаждается до температуры, при которой его металл уже не обладает прежней реакционной способностью с внешней атмосферой. На Фиг.9 показан брусок 80 в положении для резки, в котором брусок 80 был отделен от материнского сегмента 108 слитка металла 34. Рольганги 104 и 106 затем вращаются как одно целое из положения захвата или положения резки, показанного на Фиг.9 по направлению вниз до пола 81, как показано стрелкой Е на Фиг.10, и далее к заглубленной позиции разгрузки или снятия, когда брусок 80 занимает, в основном, горизонтальное положение. Рольганги 104 и 106 вращаются затем, как показано стрелками F и G, перемещая брусок 80 (стрелка Н) и удаляя его из печи 12 таким образом, чтобы рольганги 104 и 106 могли вернуться в положение, указанное на Фиг.9 и получить следующий сегмент бруска. Механизм удаления 98, в свою очередь, движется из положения приема бруска, показанного на Фиг.9, в положение разгрузки, показанное на Фиг.10, и возвращается назад к положению приема бруска, показанному на Фиг.9, таким образом, чтобы производство слитка металла 34 и нанесение на него покрытия в ванне расплава могли продолжаться в непрерывном режиме.

Теперь, опираясь на Фиг.11-14, следует более подробное описание механизма питания, который подает твердый гранулированный материал данного изобретения. На Фиг.11 видно, что механизм питания включает в себя бункер 110, питающую камеру 112, монтажный блок 114, который монтируется на стенку камеры 14, обычно посредством сварки, и множества питающих трубочек 116, каждая из которых подсоединена к холодильному устройству 84 и проходит через него. Четыре таких питательных трубочки 116 показаны на Фиг.11, а шесть - на Фиг.14. На практике, число питательных трубочек обычно составляет от четырех до восьми. Эти различные элементы механизма питания образуют питающий канал, через который гранулы и твердый материал покрытия подаются в резервуар 62. Бункер 110, питающая камера 112 и питающие трубочки 116 загерметизированы совместно с камерой 14 таким образом, что атмосфера в каждом из этих элементов системы оставалась одинаковой. Обычно эта атмосфера включает аргон или гелий и может находиться под вакуумом, таким, который применяется при использовании плазменных горелок.

На Фиг.12 мы видим, что бункер 110 имеет выходной штуцер, который обычно контролируется клапаном 118. Выходной штуцер бункера 110 соединен с трубой, смонтированной наверху стенки камеры 112 и образующей входной штуцер 120 в указанную камеру. Соединение между бункером 110 и входным штуцером 120 предпочтительно должно осуществляться через кольцевую муфту, которая может изготавливаться из эластомера для обеспечения герметичности между бункером 110 и камерой 112 и возможности подвижности бункера 110 при его замене на другой бункер для ускорения процесса переключения при повторном заполнении бункера 110. Входной штуцер 120 подает материал в контейнер или корпус 124, расположенный внутри камеры 112, которая оснащена вибрационным тарельчатым питателем 126 и простирается вверх от его входной стороны 128. Вибратор с переменной скоростью 130 установлен на нижней части тарелки 126 и обеспечивает вибрацию указанной тарелки. Подающий блок 132 расположен внутри камеры 112 и имеет множество питающих отверстий 134 с конической фаской ниже выходной стороны 136 тарелки 126. Каждая питательная трубочка 116 имеет первый трубный сегмент 138, подсоединенный к отверстиям 134 питающего блока 132. Каждый первый трубный сегмент 138 соединен с нижней стенкой камеры 112 и проходит сквозь нее. Далее каждая питательная трубочка 116 состоит из второго, гибкого трубного сегмента 140, соединенного с выходным концом первого сегмента 138, и третьего трубного сегмента 142, который соединен с выходным концом гибкого трубного сегмента 140. Гибкие сегменты 140 частично компенсируют несовпадение осей между соответственно первым и третьим сегментами 138 и 142. Каждый трубный сегмент 142 идет непрерывно от второго трубного сегмента 140 к выходному концу над конечной стенкой 46 (Фиг.11). Далее, блок 114 имеет множество каналов, образованных внутри него, через которые проходят трубные сегменты 142. Снизу блока 114 установлен второй вибратор 144, который обеспечивает вибрацию этого блока и трубных сегментов 142.

Переходим к Фиг.13, где более детально показаны корпус 124 и тарельчатый питатель 126. Тарелка 126 состоит из преимущественно горизонтальной нижней пластины 146 и семи стенок 148, образующих между собой шесть каналов 150, каждый из которых простирается от входной стороны 128 до выходной стороны 136. Хотя размеры этих каналов 150 могут быть различными, в примере реализации изобретения они были равными примерно половине дюйма по ширине и половине дюйма по высоте. Корпус 124 включает в себя переднюю стенку 152, две боковых стенки 154 и 156, соединенные с передней, и заднюю стенку 158 (Фиг.12), соединенную с каждой из стенок 154 и 156. Боковые стенки 154 и 156, а также задняя стенка 158 простираются вниз примерно до нижней стенки 146 тарелки 126. Однако, на передней стенке 152 имеется нижняя кромка 160, которая посажена на верхней части стенки канала 148 и образует выходные отверстия, каждое из которых ограничено нижней кромкой 160, нижней стенкой 146 и парой смежных стенок канала 148.

На Фиг.14 показано в деталях кольцо охлаждения 84. Кольцо 84 имеет круговую конфигурацию и выполнено из трубной конструкции, которая создает кольцевой канал 162. Кольцо 84 охватывает путь слитка металла, через который слиток 34 проходит во время процесса разлива. Кольцо 84 находится достаточно близко к слитку 34 и верхней поверхности 164 стенки 46 для обеспечения охлаждения питающих трубочек 116, примыкающих соответственно к их выходным концам 166. В кольце 64 имеются входной и выходной штуцеры 168 и 170, что дает возможность для циркуляции воды 172 через кольцо 84. Входной штуцер 168 связан с источником 176 воды и насосом 178, который качает воду через кольцо 84 в направлении, что указано соответствующими стрелками на Фиг.14. На боковых стенках кольца 84 имеется множество отверстий, через которые проходят питающие трубочки 116 малого диаметра, что позволяет воде 172 непосредственно контактировать с питающими трубочками 116 рядом с их выходными концами 166. Каждая питающая трубочка 116 в районе ее конца 166 расположена поблизости от или соприкасается с верхней поверхностью 164 стенки 46. Каждый выходной конец 166 и внутренняя поверхность 47 стенки штуцера 46 находится на определенном расстоянии D1 от внешней поверхности 79 слитка металла 34, как это показано на Фиг.14. Расстояние D1 обычно находится в пределах от ½ до ¾ дюйма и желательно не должно превышать одного дюйма.

Печь 12 оснащена каналом для прохода слитка металла, который расположен книзу от днища формы/изложницы 20 и идет через проход стенок резервуара 46. Этот канал имеет в горизонтальном сечении такую же форму что и внешняя поверхность 79 слитка 34, который в свою очередь в основном идентичен форме сечения внутренней поверхности 24 изложницы 20. Таким образом, расстояние D1 также представляет собой расстояние от канала прохода металлического слитка до внутренней поверхности 47 стенки 46 и расстояние между указанным проходом и выходными концами 166 питающих трубочек 116.

Гранулированный материал покрытия показан главным образом в виде сферических частиц 74, которые подаются по питающему каналу из бункера 110 в резервуар 62. Было обнаружено, что известково-натриевое стекло хорошо служит в качестве материала покрытия, частично вследствие наличия такого стекла преимущественно в сферической форме. Из-за относительно длинного пути, который следует преодолеть частицам 74, при осуществлении контроля расхода их потока по направлению вниз к резервуару 62 было обнаружено, что использование сферических частиц 74 облегчает процесс подачи через трубочки 116, которые расположены под углом, необходимым для поддержания их контролируемого расхода. Сегменты 142 питающих трубочек 116 расположены под примерно постоянным углом, несмотря на то, как они схематически изображены на Фиг.11. Частицы 74 имеют собственный размер где-то в районе от 5 до 50 меш (отверстий на дюйм сита), но обычно находятся в пределах меньшего диапазона, например, от 8 до 42 меш, от 10 до 36 меш, от 12 до 36 меш, от 14 до 24 меш и, что наиболее предпочтительно, от 16 до 18 меш.

Далее работа системы питания описывается со ссылкой на Фиг.11-14. Первоначально в бункер 110 загружается значительное количество частиц 74, и клапан 118 позиционируется в положение, обеспечивающее их подачу через входной штуцер 120 в корпус 124 в камере 112, как показано стрелкой J, таким образом, чтобы корпус 124 стал частично заполнен частицами 74. Затем включается вибратор 130 на необходимой скорости вибрации тарелки 126 и частиц 74, чтобы способствовать движению частиц по каналам 150 к выходному концу 136, где частицы 74 падают с тарелки 126 и попадают в трубные сегменты 138 через отверстия 134, как это показано стрелками K на Фиг.12 и 13. Частицы 74 продолжают свое движение по трубным сегментам 140 в трубные сегменты 142, как показано стрелкой L, к блоку 114. Включается вибратор 144, который обеспечивает вибрацию блока 114, трубных сегментов 142 и проходящих по ним частиц 74, еще более активизируя их движение к резервуару 62. Сферическая форма частиц 74 позволяет им скатываться по трубочкам 116 и вдоль различных других поверхностей канала питания, что существенно облегчает их перемещение.

Частицы 74 завершают свой путь вдоль канала питания, когда они достигают концевых отверстий 166 и выходных концов трубочек 116, как это показано на Фиг.14. Частицы 74 во время прохода через сегменты 142 в пределах камеры плавления подверглись предварительному подогреву, который облегчается за счет их небольшого размера. Однако, частицы 74 остаются в твердом состоянии до тех пор, пока они не достигнут концевых отверстий 166, чтобы обеспечить их свободный проход без забивания расплавленным материалом покрытия. Для обеспечения того, чтобы частицы 74 не расплавились внутри трубочек 116 рядом с выходными отверстиями 166, и для обеспечения целостности трубочек 116 в этой зоне подключается насос 178 (Фиг.14), который подает воду от источника 176 через кольцо 84, входной и выходной штуцеры 168 и 170, таким образом, что вода 172 непосредственно касается внешних поверхностей питающих трубочек 116 там, где они проходят через канал 162 кольца 84. Таким образом, частицы 74 находятся в твердом состоянии на расстоянии от внешней поверхности 79 слитка металла 34, которое даже меньше, чем расстояние D1. Однако частицы 74 быстро плавятся благодаря теплу, излучаемому от только что сформированного слитка 34, а добавочное тепло, если оно потребуется, поступает от катушки 68. Таким образом, частицы 74 плавятся в точке плавления 174, ограниченной внешней поверхностью 79 слитка 34 и внутренней поверхностью стенки прохода 46, то есть на расстоянии D1 от внешней периферии 79 слитка металла 34.

Другой аспект данного изобретения представлен на Фиг.15-20 и относится к обеспечению герметизации вокруг бруска, чтобы газы из внешней атмосферы не проникали в плавильную камеру во время начального запуска процесса непрерывного розлива. В этом плане данное изобретение включает комплект вакуумной герметизации 180, который включает жесткую стену канала или закраину 182, обычно формируемую из металла, и обозначающую канал 184 с нижней выходной стороной 186, которая сообщается с окружающей атмосферой, внешней по отношению к печи, и с верхней входной стороной 188, которая сообщается с каналом 48; при этом каналы 184 и 48 образуют единый канал. Закраина 182 имеет внутреннюю периферию 189, которая определяет канал 184, и в примере воплощения изобретения это имеет преимущественно цилиндрическую форму, хотя и может иметь любую подходящую форму. Верхние и низшие высокотемпературные кольца уплотнения на полимерной основе обычно имеют форму эластомерных O-колец 190 и 192, и рукав с керамической оплеткой 194 расположены вдоль канала 184, чтобы обеспечить три гибких, подвижных кольцеобразных герметизирующих элемента, соответственно, в пределах кольцевых канавок 196А-С, которые образуются в закраине 182 и простираются вовне от внутренней периферии 189. O-кольца 190 и 192 в примере воплощения изобретения созданы из высокотемпературного силиконового материала. Другие подходящие кольца уплотнения, которые обычно имеются в наличии, включают кольца из буна или витона. Каждое О-кольцо 190 и 192 простирается радиально вовнутрь по направлению от внутренней периферии 202, обозначая канал рукава 204. Формы поперечных срезов каналов 200 и 204 преимущественно сходны, как и срез суженного участка 60, определяемого внутренней периферией фланца 54, и срез канала или полости литейной формы 26, определяемый ее внутренней поверхностью 24. Формы поперечных срезов каналов 200 и 204 несколько меньше, чем форма полости 26 литейной формы 22, а также меньше, чем форма среза суженного участка 60, что, как это упоминалось выше, несколько больше, чем у полости 26. Нижнее O-кольцо 192 расположено снизу от верхнего O-кольца 190 таким образом, что канал 184 включает первый сегмент канала 206, простирающийся от нижней части верхнего O-кольца 190 до верхней части нижнего O-кольца 192. Аналогично рукав с керамической оплеткой 194 расположен к низу от нижнего O-кольца 192 так, что канал 184 включает второй сегмент канала 208, который простирается от нижней поверхности O-кольца 192 до верхней поверхности рукава 194. Верхнее и нижнее впускные отверстия для газа 210 и 212 представлены в виде закраины 182, идущей от внешней поверхности к внутренней периферии 189. Отверстия 210 и 212 сообщаются по жидкому расплаву с каналом 184 и подачей инертного газа 214 через газопровод 216, соединенный с ними и проходящий между ними. Подача инертного газа 214 включает средства подачи инертного газа от источника снабжения 214 через газопровод 216 к каналу 184 при низком давлении, которое, тем не менее, выше давления окружающей атмосферы и давления окружающего реакционного газа вне печи. Таким образом, подача газа 214 может включать насос низкого давления или бак, где надлежащее давление создается с помощью воздушного компрессора или аналогичной установки. Подача газа 214 также находится во взаимодействии с плавильной камерой 16 через газопровод 218. Также предусмотрен вакуумный механизм 220, находящийся за пределами плавильной камеры 16, и который находится во взаимодействии через газопровод 222 с целью откачки (газа) из камеры 16.

Работа печи 12 во время начального пуска сейчас описывается со ссылками на Фиг.18-20. Посмотрим вначале на Фиг.18: затравка бруска, подвергнутая машинной обработке 224, вставляется по направлению вверх (стрелка N) вдоль пути прохождения металлического слитка через канал 184 и каналы, определяемые рукавом с керамической оплеткой 194 и O-кольцами 190 и 192, каналом 48, причем канал ограничен охлаждающим кольцом 84, нагревательной спиралью 82, а также в полость 26 литейной формы 22. Затравка 224 подвергнута машинной обработке таким образом, что ее форма поперечного сечения такая же, что и форма полости 26, поскольку она соскальзывает туда по направлению вверх. Рольганги 100 и 102 функционируют, как показано стрелками O на Фиг.18, чтобы осуществлять движение вверх затравки 224. Как только затравка 224 установлена таким образом, O-кольца 190 и 192 образуют герметическую изоляцию вокруг внешней периферии затравки 224. Как только затравка вставлена так, как показано на Фиг.18, инертный газ под низким давлением из источника подачи газа 215 подается к сегментам 206 и 208 канала 184 через газопровод 216 и отверстия 210 и 212. Если конкретизировать, то инертный газ движется внутри соответствующих кольцеобразных участков сегментов 206 и 208, которые определяют внешнюю периферию затравки 224 после ее вставки, как это описано выше. Если еще более конкретизировать, то кольцеобразный участок сегмента 206, куда движется инертный газ, заключается между верхним и нижним O-кольцами 190 и 192, внешней периферией затравки 224 (или пути прохождения металлического слитка) и внешней периферией стены канала 189. Аналогично кольцеобразный участок сегмента 208, в котором движется инертный газ, заключается между нижней частью O-кольца, верхней частью кольцеобразного рукава 194, внешней периферией затравки 224 (или пути прохождения металлического слитка) и внутренней периферией стенки канала 189.

Формы поперечных сечений каналов 200 O-колец 190 и 192, до вставления затравки стартера 224, являются преимущественно одинаковыми и несколько меньше, чем форма сечения затравки 224. Характеристики пружинной сжимаемости O-колец 190 и 192 допускают, чтобы они несколько выступали, когда вставляется затравка 224, с тем, чтобы соответствовать размеру поперечного сечения затравки 224, и обеспечивать газонепроницаемую герметизацию, как упоминалось выше. O-кольца образованы из материала, который непроницаем для инертного газа. Форма поперечного сечения рукава 194 очень близка форме сечения затравки 224, и хотя это не обеспечивает газонепроницаемую герметизацию, в целом устраняет значительный объем газа, который может двигаться от одной к другой стороне рукава 194. Таким образом, это существенно минимизирует инертный газ, который в противоположном случае переходил бы из сегмента 208 канала 184 во внешнюю атмосферу. Рукав 194 сделан из материала, который проницаем для инертного газа. Таким образом, инертный газ может быть откачен из кольцеобразного участка пространства 208 в другую сторону рукава, проходя через поры материала, формирующего рукав 194, между внутренней периферией рукава 194 и внешней периферией затравки 224, а также между внешней периферией рукава 194 и внутренней периферией 189 стенки канала.

Как только газонепроницаемая герметизация образована между затравкой 224 и O-кольцами 190 и 192, запускается вакуумный механизм 220, предназначенный для того, чтобы откачать воздух из плавильной камеры 16. Обычно откачка в плавильной камере 16 происходит до базового уровня ниже 100 миллиторр и уровня утечки менее 30 миллиторр в течение трех минут. Это обеспечивается герметизацией, создаваемой O-кольцами. Хотя О-кольца 190 и 192 и имеют такую форму, что позволяет обеспечить газонепроницаемую герметизацию или преимущественно газонепроницаемую герметизацию, когда атмосфера внутри камеры 16 находится при атмосферном давлении или под вакуумом, существенное сокращение давления внутри камеры 16 может приводить к некоторой утечке газа в камере 16 между затравкой 224 и O-кольцами или между внутренней периферией 189 и указанными O-кольцами. Таким образом, инертный газ, поставляемый к каналу 184, предназначен для того, чтобы гарантировать, что инертный газ поступит в плавильную камер 16 только через это место потенциальной утечки, и перекрывать доступ воздуха из внешней атмосфер в плавильную камеру 16 вокруг затравки 224. После откачки (газа) из плавильной камеры и проверки на предмет того, чтобы гарантировать, что уровень утечки не превышает допустимый уровень, в печь снова поступает инертный газ из источника подачи 214 через газопровод 218. Ведется мониторинг камеры 16, чтобы убедиться, что концентрации кислорода и влажности достаточно низки, чтобы не допустить загрязнения.

Если эти концентрации соответствуют стандартам качества, то плазменная горелка плавильного горна 28 зажигается или воспламеняется, чтобы образовать столбик пламени 226 с целью нагрева и плавления твердого подаваемого материала в плавильном горне 18, который должен быть использован для формирования металлического бруска. Индукционные катушки 68 и 82 затем подключаются для, соответственно, индуктивного нагревания стенки канала 46 и затравки 224. Тепловые датчики 86 и 90 используются, соответственно, для мониторинга и контроля за температурой, до которой были предварительно нагреты затравка 224 и стенка канала 48. Хотя точная температура может варьироваться в зависимости от различных обстоятельств, в примере воплощения изобретения затравка предварительно нагрета примерно до 2000F, в то время как стенка канала резервуара предварительно нагрета до температуры от 1700F до 1800F. Плазменная горелка изложницы 30 также зажжена или запалена, чтобы создать столбик пламени 226. Горелка 30 может быть использована в процессе предварительного нагрева затравки 224. В дополнение горелка 30 используется для плавления верхнего участка затравки 224, после чего расплавленный металл 72 стекает с пода 18 в изложницу 20, чтобы начать отливку металлического слитка так, чтобы затравка 224 и слиток 34 вместе образовали брусок.

Как показано на Фиг.19, рольганги 100 и 102 вращаются (стрелки Р), чтобы опустить (стрелка Q) затравку 224 и металлический слиток 34, который начинает формироваться сверху затравки 224, в то время как расплавленный материал 72 стекает в изложницу 22 и застывает там. На протяжении всего этого процесса инертный газ непрерывно подается из источника подачи газа 214 в канал 184, чтобы гарантировать, что в плавильную камеру 16 не поступают внешние атмосферные газы, такие как кислород и азот.

Как показано на Фиг.20, выступ стартера 224 и металлический слиток 34 опускаются до того момента, когда то, что обычно является самой раскаленной зоной бруска - что может быть участком затравки 224 и/или металлического слитка, - достигает резервуара 62, и в это время рольганги 100 и 102 останавливаются для того, чтобы остановить движение бруска. В то время, как брусок останавливается, частицы 74 материала покрытия подаются на резервуар 62, как это предварительно описывалось со ссылкой на Фиг.11-14. Частицы 74 подаются в резервуар 62 до надлежащего уровня в пределах примерно одной минуты. Обычно примерно еще одну минуту занимает плавление частиц 74 для того, чтобы образовать предварительно описанную герметизацию на основе расплавленного материала внутри резервуара 62. Таким образом, опускание бруска обычно останавливается только на эти две минуты, чтобы создать возможность для заполнения и плавления частиц внутри резервуара 62. В то же время, если возникает необходимость остановить брусок на более длительный период, обычно это продолжается не более пяти минут до первоначального выпуска бруска. Этот период остановки необходим для того, чтобы сформировать достаточное количество расплавленного материала для обеспечения герметизации на основе данного расплавленного материала. Таким образом, непрерывный выпуск бруска без периода остановки не обеспечивает достаточно времени для накопления необходимого объема расплавленного материала для формирования герметизации на основе данного расплавленного материала, поскольку материал покрытия, создающий герметизацию, выходит из нижней части резервуара со слишком высокой скоростью, что не позволяет собрать достаточное количество расплавленного материала в резервуаре 62. Как отмечено выше, этот период остановки, тем не менее, ограничен по продолжительности; это необходимо, чтобы гарантировать, что имеется достаточно тепловой энергии от металлического слитка 34 для плавления частичек 74 и сохранения жидкого герметика в расплавленном состоянии.

Когда затравка и металлический слиток 34 первоначально выпускаются после периода остановки, то скорость выпуска обычно низка, обычно менее чем 1.0 дюйм в минуту. Опускание бруска с этой более низкой скоростью обычно происходит в течение примерно десяти минут. Использование более низкой скорости выпуска обычно относится к вышеупомянутой необходимости сохранять достаточную тепловую энергию от металлического слитка к металлическим частицам 74 и сохранять их в расплавленном состоянии. Как только образовалась герметизация на основе расплавленного материала, то уже больше нет необходимости в О-кольцах 190 и 192 для обеспечения герметизации с целью предотвращения проникновения внешней атмосферы в плавильную камеру 16, и, таким образом, больше нет необходимости подавать инертный газ в канал 184. Таким образом, движение инертного газа в канал 184 прекращается, как только образуется герметизация на основе расплавленного материала. Как только завершается замедленный выпуск бруска, скорость выпуска бруска затем ускоряется до скорости, обычно превышающей 1.0 дюйм в минуту, причем типичная максимальная скорость составляет около 3.0 дюймов в минуту.

Как только брусок опускается, загружаются частицы 74 со скоростью, достаточной для сохранения расплавленного герметика в резервуаре 62, на надлежащем уровне. Скорость подачи частиц 74 увязана с линейной скоростью выпускаемого слитка 34 с тем, чтобы сохранить объем расплавленного материала, образующего герметик на основе данного расплавленного материала примерно на том же уровне на протяжении всего процесса, хотя имеются некоторые возможности для варьирования, если только это позволяет сохранять герметик на основе расплавленного материала. В частности, более высокая скорость выпуска металлического слитка 34 означает более быстрое использование расплавленного материала из герметика на основе данного расплавленного материала при формировании покрытия вокруг металлического слитка, что таким образом, требует относительно более высокой скорости подачи частиц 74, в то время как относительно более низкая скорость выпуска металлического слитка 34 означает относительно более медленное использование расплавленного материала из герметика на основе расплавленного материала при формировании покрытия вокруг металлического слитка, что, таким образом, требует относительно менее высокой скорости подачи частиц 74, чтобы сохранить герметик на основе расплавленного материала. Остальная часть процесса литья также продолжается при контролируемой скорости, и, таким образом, твердый подаваемый материал поступает по мере необходимости на под 18 и плавится там, чтобы затем расплавленный материал стекал в изложницу непрерывного литья с желаемой скоростью. Отливка металлического бруска 34 и нанесение материала покрытия на внешнюю периферию металлического слитка посредством герметика на основе расплавленного материала продолжаются, как это описано выше.

Когда весь цикла литья завершен (это может легко продолжаться в течение шести или семи дней или более), O-кольца 190 и 192 и рукав с керамической оплеткой 194 убираются и снова возвращаются на место, когда необходимо настроить печь на новый цикл непрерывного литья. Хотя O-кольца данного изобретения предназначены для временного функционирования при высоких температурах во время процесса запуска, чтобы обеспечить необходимую герметизацию, пока образуется герметизация на основе расплавленного материала, они, тем не менее, не подходят для долговременного цикла непрерывного литья, поскольку они разрушаются до такой степени, что нуждаются в замене для начального запуска последующего цикла литья. Действительно, герметизирующие кольца 190 и 192 обычно обеспечивают необходимую герметизацию менее чем на час, а обычно - примерно на полчаса или около того. В то время как рукав с керамической оплеткой 194 имеет конфигурацию, подходящую для использования при более высоких температурах (например, свыше 2000 F) в течение более продолжительных периодов, и, тем не менее, данный рукав следует заменять до запуска нового цикла литья. Хотя рукав с керамической обивкой 194 может служить дольше, все же взаимодействие с покрытием, нанесенным на внешнюю периферию металлического бруска 34, разрушает рукав с керамической оплеткой 194 до такой степени, что его следует заменить.

Замечено, что объем расплавленного материала в расплавленном герметике относительно мал, и обычно этот объем не больше, чем можно расплавить во время вышеупомянутого периода остановки, когда брусок останавливается для того, чтобы подать частицы 74 в резервуар 62 и расплавить их, чтобы образовать расплавленный герметик. Одной причиной поддержания объема расплавленного материала и расплавленного герметика на относительно минимальном уровне является ограничение количества энергии, использованной для поддержания необходимой температуры для этого процесса плавления. Кроме того, минимальный объем является преимуществом, когда печь необходимо остановить под контролем. Остановка печи предполагает прекращение потока частиц 74 вдоль пути подачи частиц к резервуару 62. Прекращения потока частиц 74, поступающих в резервуар 62, можно добиться практически незамедлительно или в течение практически нескольких секунд, чтобы быстро добиться того, что объем расплавленного материала в резервуаре 62 не увеличивается. Остановка печи, очевидно, также включает прекращение заливки дополнительного расплавленного материала в изложницу 22. Металлический слиток 34 опускается относительно быстро для того, чтобы гарантировать, что расплавленный материал, образующий расплавленный герметик внутри резервуара 62, не затвердеет до полного вывода отсюда бруска. Таким образом, температура участка металлического бруска 34, проходящего через резервуар во время процесса остановки печи, не должна опускаться ниже температуры плавления частиц 74. В примерном воплощении данного изобретения эта температура - около 1400F, что примерно равно температуре плавления стеклянных частиц, которые обычно используются для изготовления частиц 74. Однако очевидно, что эта температура будет различаться в зависимости от того, какой материал используется для формирования частиц 74. Когда температура этого участка металлического слитка действительно опускается ниже указанной температуры плавления, металлический слиток застревает и фактически приваривается к стенке канала 46 вдоль кольцеобразного фланка, образующего верхнюю часть резервуара 62. В таком случае потребуется значительное количество времени для ремонта печи и устранения бруска из печи.

Отмечается, что могут использоваться альтернативные пусковые установки для того, чтобы не допустить проникновения внешней атмосферы в плавильную камеру до формирования герметика на основе расплавленного материала. Однако такая пусковая установка более сложна, чем вышеописанная установка, и создает свои собственные проблемы. В частности, нижняя герметизированная камера может образоваться снизу от плавильной камеру, которая включает жестко закрепленную стенку или дверь, которые могут быть закрыты с тем, чтобы создать герметичные условия в нижней камере, или открыты или удалены с тем, чтобы обеспечить открытое взаимодействие между нижней камерой и внешней атмосферой. Такая конфигурация требует большего кольцеобразного герметизирующего элемента, который не станет контактировать с внешней периферией бруска, а скорее станет контактировать и образовывать воздухонепроницаемую герметизацию между дверью и другими жестко закрепленными стенами, такими как нижняя стена плавильной камеры или с жестко закрепленной структуры, простирающейся вниз от этой установки. Такая пусковая установка, таким образом, потребует, чтобы сначала газ был откачен из плавильной камеры и нижней камеры, и чтобы затем они были заполнены снова инертным газом до образования герметизации на основе расплавленного материала. Как только образуется герметизация, основанная на расплавленном материале, используемая на основе данной пусковой установкой, герметизированная камера может быть открыта для поступления внешней атмосферы путем открытия двери, чтобы нарушить первоначальную герметизацию. Чтобы продолжить процесс непрерывной разливки бруска, используя герметик на основе расплавленного материала, дверь затем должна быть удалена с пути следования металлического слитка, проходящего ниже плавильной камеры. Хотя использование такой пусковой установки возможно, это, все-таки, относительно обременительно и требует значительного количества дополнительных структур по сравнению с использованием установки вакуумной герметизации 180. Использование такой нижней палаты может привести к замедлению процесса, что может быть проблематичным, учитывая необходимость удерживать металлический слиток при желаемой температуре для плавления частиц материала покрытия, как это обсуждалось выше. В то время как нижняя палата может быть значительно увеличена для того, чтобы минимизировать проблемы, относящиеся к замедлению выпуска бруска, такой подход приводит к увеличению требуемой длины нижней палаты. Кроме того, размер нижней палаты должен быть достаточно большим, чтобы вместить механизм опускания (заглубления), такой как рольганги 100 и 102, чтобы контролировать вставку затравки, а также выпуск бруска. Использование установки вакуумной герметизации 180 устраняет эти проблемы, а также различные структуры и нижнюю камеру, которые понадобились бы для создания подобной пусковой установки.

Таким образом, печь 12 представляет собой простое средство для непрерывного разлива и защиты слитков металла, имеющих в горячем состоянии высокую реакционную способность с внешней атмосферой. При этом производительность существенно увеличивается, а качество конечного продукта также существенно повышается.

В описании, изложенном выше, некоторые термины были использованы для краткости, ясности и лучшего понимания. Нет необходимости выводить из них ненужные ограничения за пределами требований об известном уровне техники, поскольку такие термины используются в описательных целях и предназначаются для расширительного толкования.

Кроме того, описание и иллюстрации изобретения являются лишь примером, и изобретение не ограничивается точными деталями, показанными или описанными.