СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1994 года по МПК B22D11/00 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов.

Известен способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного движения, подачу на мениск металла в кристаллизаторе шлаковой смеси, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение слитка под кристаллизатором охладителем, распыливаемым форсунками, а также охлаждение рабочих стенок кристаллизатора проточной водой и измерение усилия вытягивания слитка из кристаллизатора [1].

Недостатком известного способа является неудовлетворительное качество непрерывно-литых слитков и недостаточная производительность установок непрерывной разливки металлов. Это объясняется тем, что в процессе непрерывной разливки металлов не производят контроль перемещения кристаллизатора при его возвратно-поступательном движении относительно технологической оси установок. В этих условиях вследствие непрогнозируемых случаев прилипания к рабочим стенкам кристаллизатора или зависания оболочки, формирующейся в первые моменты кристаллизации слитка в кристаллизаторе, происходит разбаланс сил, действующих на противоположные рабочие стенки кристаллизатора. В результате этого кристаллизатор перекашивается и его траектория не соответствует технологически необходимым параметрам. Этому способствует наличие неизбежных износов и люфтов в шарнирах механизма возвратно-поступательного движения кристаллизатора.

Вследствие отсутствия контроля траектории движения рабочих стенок кристаллизатора при его возвратно-поступательном движении на поверхности слитка возникают наружные трещины, разрывы оболочки слитка в кристаллизаторе и, как следствие, прорывы металла под кристаллизатором, что снижает производительность установок непрерывной разливки металлов.

Наиболее близким по технической сущности является способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, подачу на мениск металла в кристаллизаторе шлаковой смеси, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного движения, охлаждение рабочих стенок кристаллизатора проточной водой, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, а также охлаждение поверхности слитка под кристаллизатором при помощи охладителя, распыливаемого форсунками [2].

В процессе непрерывной разливки металлов измеряют положение точек пересечения со вспомогательной плоскостью нормалей к плоскостям, связанным с касательными к первым поддерживающим роликам зоны вторичного охлаждения и к внутренним поверхностям широких рабочих стенок кристаллизатора в их нижней части по большому и малому радиусам в цикле качания кристаллизатора. При этом определяют положение вала привода направляющего элемента в механизме движения кристаллизатора. При отклонении амплитуды колебаний точек пересечения со вспомогательной плоскостью упомянутых нормалей от допускаемых значений фиксируют отклонение в положении опорных элементов рычагов привода механизма качания кристаллизатора и корректируют их положение.

В процессе разливки расход шлаковой смеси не изменяют в зависимости от отклонения амплитуды колебаний указанных нормалей со вспомогательной плоскостью.

Недостатком известного способа является неудовлетворительное качество непрерывно-литых слитков и недостаточная производительность процесса непрерывной разливки металлов. Это объясняется тем, что при обнаружении нестабильной работы рычагов механизма возвратно-поступательного движения кристаллизатора не производят соответствующее изменение скорости вытягивания слитка. В этих условиях возможен перекос кристаллизатора под действием сил прилипания или зависания оболочки слитка на рабочих стенках кристаллизатора. Дальнейшая разливка без снижения скорости вытягивания слитка приводит к разрыву оболочки, ухудшению качества поверхности слитка и прорывам металла под кристаллизатором.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в улучшении качества непрерывно-литых слитков, повышения стабильности и производительности процесса непрерывной разливки металлов.

Указанный технический эффект достигается тем, что в кристаллизатор подают металл, вытягивают из него слиток, с переменной скоростью подают на мениск металла в кристаллизаторе шлаковую смесь, сообщают кристаллизатору возвратно-поступательное движение, охлаждают рабочие стенки кристаллизатора проточной водой, поддерживают и направляют слиток в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждают поверхность слитка под кристаллизатором охладителем, распыливаемым форсунками, фиксируют траекторию перемещения кристаллизатора посредством измерения величины отклонения нормали к рабочим стенкам кристаллизатора на вспомогательной плоскости от среднего положения за каждый цикл возвратно-поступательного движения.

В процессе непрерывной разливки при отклонении траектории в процессе одного цикла движения кристаллизатора на 10...40% от текущего рабочего отклонения увеличивают расход шлаковой смеси на 5-20% от рабочего значения.

Улучшение качества непрерывно-литых слитков будет происходить вследствие увеличения расхода шлаковой смеси, в случае изменения траектории движения кристаллизатора в каждом цикле качания, что означает перекос кристаллизатора из-за наличия зависания оболочки на его стенках. В этих условиях возможные разрывы оболочки слитка залечиваются, прекращается их дальнейшее образование, устраняются прорывы металла под кристаллизатором, на поверхности слитка не образуются надрывы, пояса, заливины, ужимины и т. д.

Повышение стабильности и производительности процесса непрерывной разливки металлов будет происходить вследствие устранения разрывов оболочки слитка в кристаллизаторе, увеличения ее толщины и сокращения прорывов металла под кристаллизатором.

Диапазон отклонения траектории движения кристаллизатора на 10...40% от текущего ее значения в течение одного цикла возвратно-поступательного движения кристаллизатора объясняется закономерностями прилипания оболочки слитка к рабочим стенкам кристаллизатора, выработки шарниров механизма возвратно-поступательного движения кристаллизатора, а также параметрами движения.

При меньших значениях увеличивать расход шлаковой смеси не имеет смысла, так как такое отклонение траектории кристаллизатора не означает факт зависания оболочки слитка и ее разрыва. При больших значениях неизбежны прорывы металла под кристаллизатором вследствие разрыва оболочки слитка. В этом случае необходимо прекращение вытягивания слитка.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от величины амплитуды возвратно-поступательного движения кристаллизатора.

Диапазон увеличения расхода шлаковой смеси в пределах 5-20% от рабочего значения объясняется закономерностями формирования оболочки слитка, роста ее толщины и процессов нарушения сплошности оболочки по периметру кристаллизатора. При меньших значениях толщина жидкой составляющей шлакового гарнисажа будет недостаточной для обеспечения залечивания разрывов оболочки слитка. При больших значениях будет происходить перерасход шлаковой смеси без дальнейшего устранения разрывов оболочки слитка.

Указанный диапазон устанавливают в обратной пропорциональной зависимости от рабочего значения расхода шлаковой смеси.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого способа критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показана схема устройства контроля траектории движения кристаллизатора; на фиг.2 и 3 - графики траектории движения кристаллизатора.

Устройство контроля движения траекторий состоит из кристаллизатора 1 с рабочими стенками 2 и 3, источника направленного излучения 4, оптической системы 5, в состав которой входят оптические отражатели, приемное устройство и устройство обработки изображений. Траектории 6 и 7 обозначают графики перемещения кристаллизатора, отклонения 8 и 9 - искажения траектории, 10 - вспомогательная плоскость, 11 и 12 - отражения перемещения кристаллизатора в крайние точки соответственно, 13 - слиток, 14 - механизм возвратно-поступательного движения, 15 - ролики, 16 - форсунки, 17 - шлаковая смесь, 18 - каналы, 19 - нормаль, 20 - отраженный луч, "0" - среднее положение, А - амплитуда.

Способ непрерывной разливки металлов осуществляют следующим образом.

В процессе непрерывной разливки металлов в кристаллизатор 1 подают сталь марки 3сп и вытягивают из него слиток 13 с переменной скоростью. На мениск металла в кристаллизаторе 1 подают шлаковую смесь 17 на основе CaO-SiO₂-Al₂O₃. Кристаллизатору 1 сообщают возвратно-поступательное перемещение при помощи механизма 14 по синусоидальному закону. Рабочие стенки 2 и 3 кристаллизатора 1 охлаждают водой, протекающей по каналам 18. Слиток 13 в зоне вторичного охлаждения поддерживают и направляют при помощи роликов 15 и охлаждают водой, распыливаемой форсунками 16.

В процессе непрерывной разливки фиксируют траекторию 6 и 7 перемещения кристаллизатора 1 посредством измерения величины отклонения нормали 19 к рабочим стенкам 2 и 3 кристаллизатора 1 на вспомогательной плоскости 10 от среднего положения "0" за каждый цикл возвратно-поступательного движения.

Нормаль 19 создают посредством источника направленного излучения 4, например лазера, луч которого направляется в сторону оптического отражателя 5, например зеркала. В плоскости 10 расположено электронное устройство приема и обработки изображения отраженного луча.

Устройство обработки изображения производит развертку траектории движения кристаллизатора 1 или отраженного луча в графики, показанные на фиг.2 и 3 в соответствующем масштабе. На этих графиках показаны траектории 7 и 6 движения кристаллизатора по синусоидальному закону, а также отклонения этих траекторий в процессе одного цикла движения кристаллизатора от нормального рабочего отклонения синусоиды от среднего значения "0".

Отклонение 8 траектории 6 в точку 11 характеризует отклонение кристаллизатора или его перекос влево относительно слитка 13. Отклонение 9 траектории 7 в точку 12 характеризует отклонение кристаллизатора или его перекос вправо относительно слитка 13.

В процессе непрерывной разливки при отклонении 8 или 9 траектории в процессе одного цикла движения кристаллизатора на 10...40% от текущего рабочего отклонения траектории 6 или 7 увеличивают расход шлаковой смеси на 5-20% от рабочего значения.

В таблице приведены примеры осуществления изобретения с различными технологическими параметрами.

В первом примере будут происходить прорывы металла под кристаллизатором вследствие недостаточного увеличения расхода шлаковой смеси. В этих условиях даже при небольшом изменении расхода шлаковой смеси разрывы оболочки слитка вследствие перекоса кристаллизатора не будут залечиваться, при этом будет также ухудшаться качество поверхности слитков.

В пятом примере будет происходить излишний расход шлаковой смеси без устранения прорывов металла вследствие разрывов оболочки слитка при большом перекосе кристаллизатора, будет также ухудшаться качество поверхности слитков.

В шестом примере (прототипе) будут происходить прорывы металла под кристаллизатором и будет ухудшаться качество поверхности слитков вследствие отсутствия увеличения расхода шлаковой смеси при перекосе кристаллизатора в процессе возвратно-поступательного перемещения.

В примерах 2-4 будут отсутствовать прорывы металла и будет улучшаться качество поверхности слитков вследствие увеличения расхода шлаковой смеси в оптимальных пределах. После устранения перекоса в движении кристаллизатора и восстановления его траектории расход шлаковой смеси уменьшают до рабочего значения.

При увеличении отклонения траектории свыше 40% от рабочего значения прекращают процесс вытягивания слитка.

В общем случае кристаллизатор может быть прямолинейным или криволинейным для отливки слитков различных сортаментов: слябов, блюмов, квадратов или круглого сечения. Кристаллизатору возможно сообщать возвратно-поступательное перемещение по синусоидальному, прямолинейному или другим законам.

Применение способа позволяет улучшить качество непрерывно-литых слитков на 1,2%, увеличить производительность процесса непрерывной разливки на 1,5% . Экономический эффект подсчитан в сравнении с базовым объектом, за который принят способ непрерывной разливки металлов.

Способ непрерывной разливки металлов включает подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, подачу на мениск металла в кристаллизаторе шлаковой смеси, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного движения, охлаждение рабочих стенок кристаллизатора проточной водой, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка под кристаллизатором охладителем, распыливаемым форсунками, фиксирование траектории перемещения кристаллизатора посредством измерения величины отклонения нормали к рабочим стенкам кристаллизатора на вспомогательной плоскости от среднего положения за каждый цикл возвратно-поступательного движения. Для улучшения качества непрерывнолитых слитков, повышения стабильности и производительности в процессе непрерывной разливки при отклонении траектории в процессе одного цикла движения кристаллизатора на 10 - 40% от текущего рабочего отклонения увеличивают расход шлаковой смеси на 5 - 20% от рабочего значения. 3 ил. 1 табл.

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, подачу на мениск металла в кристаллизаторе шлаковой смеси, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного движения, охлаждение рабочих стенок кристаллизатора проточной водой, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка под кристаллизатором охладителем, распыливаемым форсунками, и фиксирование траектории перемещения кристаллизатора посредством измерения величины отклонения нормали к рабочим стенкам кристаллизатора на вспомогательной плоскости от среднего положения за каждый цикл возвратно-поступательного движения, отличающийся тем, что в процессе непрерывной разливки при отклонении траектории перемещения кристаллизатора в период одного цикла его движения на 10 - 40% от текущего рабочего отклонения увеличивают расход шлаковой смеси на 5 - 20% от рабочего значения.