СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1994 года по МПК B22D11/04 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов.

Известен способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в сборный, состоящий из четырех рабочих стенок кристаллизатор и вытягивание из него слитка с переменной скоростью. В процессе непрерывной разливки широкие рабочие стенки стягивают при помощи тяг под действием затяжки гаек. Усилие затяжки гаек в процессе непрерывной разливки не измеряют. Расход шлаковой смеси в кристаллизатор не изменяют. В процессе разливки кристаллизатору сообщают возвратно-поступательное движение, стенки кристаллизатора охлаждают водой (см. Д.П.Евтеев и до. Непрерывное литье стали. М.: Металлургия, 1984 г., с. 61, рис. 53).

Недостатком известного способа является неудовлетворительное качество непрерывно-литых слитков и низкая производительность процесса непрерывной разливки стали. Это объясняется тем, что в процессе непрерывной разливки не измеряют усилия затяжки тяг и прижима широких рабочих стенок к торцам узких рабочих стенок. Кроме того, в процессе непрерывной разливки не регулируют в зависимости от изменения усилий затяжки расход шлаковой смеси на мениск металла в кристаллизатор. В этих условиях происходит неизбежное коробление слитка по длине кристаллизатора вследствие изменения технологических параметров процесса разливки: подачи шлаковой смеси, изменения расходов воды на охлаждение кристаллизатора, скорости вытягивания слитка и т.д. В результате отсутствия регулирования расхода шлаковой смеси в кристаллизатор возникают несимметричные усилия трения слитка о стенки кристаллизатора вследствие непрогнозируемого изменения толщины слоя шлакового гарнисажа между стенками кристаллизатора и оболочкой слитка. В результате нарушается закономерность теплоотвода по длине слитка и по его периметру, что приводит к короблению слитка. В этом случае в оболочке слитка возникают температурные градиенты и термические напряжения, превосходящие допустимые значения, а также происходят разрывы оболочки слитка. Сказанное приводит к браку слитков по внутренним и наружным трещинам, а также к прорывам металла под кристаллизатором.

Наиболее близким по технической сущности является способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в сборный состоящий из четырех рабочих стенок кристаллизатор и вытягивание из него слитка с переменной скоростью. В процессе непрерывной разливки широкие рабочие стенки стягивают при помощи тяг, при этом широкие рабочие стенки подпружинены при помощи набора тарельчатых пружин. Усилие затяжки тяг в процессе непрерывной разливки не измеряют, расход шлаковой смеси в кристаллизатор не изменяют. В процессе разливки кристаллизатору сообщают возвратно-поступательное движение, стенки кристаллизатора охлаждают проточной водой (А.И.Целиков и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. т.2, М.: Металлургия, 1978, с. 151, рис. IV. 15).

Недостатком известного способа является неудовлетворительное качество непрерывно-литых слитков и низкая производительность процесса непрерывной разливки стали. Это объясняется тем, что в процессе непрерывной разливки не измеряют усилия растяжки тяг и прижима широких рабочих стенок к торцам узких рабочих стенок. Кроме того, в процессе непрерывной разливки не регулируют в зависимости от изменения усилий затяжки расход шлаковой смеси на мениск металла в кристаллизаторе. В этих условиях происходит неизбежное коробление слитка по длине и периметру кристаллизатора вследствие изменения технологических параметров процесса разливки. В результате отсутствия регулирования расхода шлаковой смеси в кристаллизатор возникают несимметричные усилия трения слитка о стенки кристаллизатора вследствие непрогнозируемого изменения толщины слоя шлакового гарнисажа между стенками кристаллизатора и оболочкой слитка. В результате нарушается закономерность теплоотвода по длине и периметру слитка. В этом случае в оболочке слитка возникают температурные градиенты и термические напряжения, превосходящие допустимые значения, а также происходят разрывы оболочки слитков по внутренним и наружным трещинам, а также к прорывам металла под кристаллизатором.

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

Указанный технический эффект достигают тем, что в сборный, состоящий из четырех стенок кристаллизатор подают металл, вытягивают из него слиток с переменной скоростью, сообщают кристаллизатору возвратно-поступательное перемещение, подают шлаковую смесь на мениск металла в кристаллизаторе, охлаждают рабочие стенки кристаллизатора проточной водой, осуществляют прижатие широких стенок к торцам узких рабочих стенок по длине и ширине кристаллизатора с помощью, например, гидроцилиндров.

В процессе непрерывной разливки измеряют усилие прижатия широких рабочих стенок к торцам узких стенок не менее, чем на двух уровнях по длине кристаллизатора, при этом при увеличении усилия прижатия хотя бы на одном из уровней измерения на 10...40% от рабочего значения увеличивают расход шлаковой смеси на 8-36% от рабочего значения, а при больших значениях изменения усилий прекращают процесс вытягивания слитка.

Улучшение качества непрерывно-литых слитков будет происходить вследствие своевременного увеличения расхода шлаковой смеси в кристаллизатор в случае изменения усилия прижима широких рабочих стенок к торцам узких стенок. В этих условиях увеличивается толщина шлакового гарнисажа, выравнивается теплоотвод от слитка по его длине и периметру, что приводит к устранению коробления и поводок слитка в кристаллизаторе. В этом случае снижаются термические напряжения и температурные градиенты в оболочке слитка, а также силы трения слитка о стенки кристаллизатора. Сказанное приводит к сокращению брака слитков по внутренним и наружным трещинам, что способствует сокращению прорывов металла под кристаллизатором и, тем самым, повышению производительности процесса непрерывной разливки металлов.

Измерение усилий прижатия широких рабочих стенок к торцам узких рабочих стенок не менее, чем на двух уровнях по высоте кристаллизатора, объясняется необходимостью контроля за короблением слитка по длине кристаллизатора. В общем случае, чем больше уровней измерения усилий прижатия стенок, тем более точно можно контролировать процесс коробления слитка по длине кристаллизатора.

Диапазон увеличения усилий прижатия широких стенок к узким стенкам в пределах 10. . . 40% от рабочего значения объясняется закономерностями деформации слитка в кристаллизаторе в продольном и поперечном направлениях. При меньших значениях процесс деформации слитка в кристаллизаторе не будет сказываться на качестве слитков и прорывах металла. При больших значениях значительно возрастают силы трения слитка о стенки кристаллизатора, что сопровождается разрывом оболочки слитка и прорывами металла.

Прекращение процесса вытягивания слитка при изменении усилия прижима стенок свыше, чем на 40% от рабочего значения объясняется тем, что в этих условиях усилия вытягивания слитка из кристаллизатора будут превышать допустимые значения. В этих условиях будут неизбежны прорывы металла под кристаллизатором.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от рабочего значения усилия прижатия стенок.

В процессе непрерывной разливки уменьшение усилия прижатия стенок на одном из уровней измерения приводит к соответствующему увеличению усилия прижатия стенок на другом уровне измерения.

Диапазон увеличения расхода шлаковой смеси в пределах 8-36% от рабочего значения объясняется закономерностями теплоотвода и деформации оболочки слитка в кристаллизаторе. При меньших значениях не будет устраняться процесс коробления слитка в кристаллизаторе вследствие незначительного увеличения толщины слоя шлакового гарнисажа. При больших значениях будет увеличиваться толщина слоя шлакового гарнисажа сверх допустимых значений, что приведет к уменьшению теплоотвода, толщины оболочки слитка и, как следствие, к прорывам металла под кристаллизатором.

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

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

На фиг. 1 показан кристаллизатор, поперечный разрез; на фиг.2 - разрез А-А, фиг.1.

Кристаллизатор для осуществления способа непрерывной разливки металлов состоит из широких 1 узких 2 рабочих стенок с каналами 3, опорных плит 4 и 5 корпуса кристаллизатора, тяг 6, гидроцилиндров 7 с поршнями 8.

Способ непрерывной разливки металлов осуществляют следующим образом.

В процессе непрерывной разливки в рабочую полость кристаллизатора, образованную широкими 1 и узкими 2 рабочими стенками подают сталь марки 3сп и вытягивают слиток 9 с переменной скоростью. По каналам 3 в рабочих стенках 1 и 2 подают проточную охлаждающую воду. Кристаллизатору сообщают возвратно-поступательное движение и подают на мениск металла в кристаллизаторе шлаковую смесь на основе CaO-SiO₂-Al₂O₃. Рабочие стенки 1 и узкие стенки 2 прикреплены шпильками к опорным плитам соответственно 4 и 5 корпуса кристаллизатора. Широкие стенки 1 прижимают к торцам узких стенок 2 при помощи тяг 6, пропущенных через отверстия в опорных плитах 4. Тяги 6 одновременно являются штоками гидроцилиндров 7 и соединены с поршнями 8.

В процессе непрерывной разливки измеряют усилие прижатия широких стенок не менее чем на двух уровнях по длине кристаллизатора, при этом при увеличении усилия прижатия хотя бы на одном уровне измерения на 10...40% от рабочего значения увеличивают расход шлаковой смеси на 8-36% от рабочего значения, а при больших значениях изменения усилий прекращают процесс вытягивания слитка.

Давление жидкости во всех гидроцилиндрах 7 измеряют в надпоршневой полости.

В таблице приведены примеры осуществления способа непрерывной разливки металлов с различными технологическими параметрами.

В данных примерах измерение усилий прижатия широких стенок осуществляют на трех уровнях по длине кристаллизатора, равной 1,2 м. Шаг между уровнями измерения усилий составляет 400 мм.

В первом примере вследствие незначительного увеличения усилия прижатия широких стенок к торцам узких стенок происходит деформация последних с образованием зазоров между стенками, что вызывает прорывы металла. Кроме того, вследствие незначительного увеличения расхода шлаковой смеси происходит нарушение стабильности формирования слитка, что приводит к браку слитков по внутренним и наружным трещинам, а также по качеству макроструктуры.

В пятом примере вследствие значительного увеличения усилий прижатия широких стенок к торцам узких стенок происходит образование вмятин на поверхности широких стенок, что вызывает выход их из строя, процесс вытягивания слитка прекращают.

В шестом примере, прототипе, вследствие отсутствия регулирования расхода шлаковой смеси в зависимости от изменения усилий прижима широких стенок к торцам узких стенок происходит образование в оболочке слитка в кристаллизаторе внутренних и наружных трещин. Кроме того, при короблении слитка в условиях постоянства расхода шлаковой смеси в местах контакта оболочки со стенками кристаллизатора и в местах ее отхода от стенок в оболочке возникают температурные градиенты и термические напряжения, превосходящие допустимые значения, что вызывает брак слитков по качеству макроструктуры.

В примерах 2...4 вследствие изменения расхода шлаковой смеси в оптимальных пределах в случае изменения усилий прижима стенок по высоте кристаллизатора происходит выравнивание температурного поля по периметру и длине слитка, что предотвращает развитие процесса коробления слитка в кристаллизаторе. В этих условиях предотвращаются прорывы металла под кристаллизатором, улучшается качество непрерывно-литых слитков.

Применение способа позволяет снизить брак слитков на 1,5% и повысить производительность процесса непрерывной разливки металла на 1,9%.

Использование: металлургия, непрерывная разливка металлов. Сущность изобретения: в сборный кристаллизатор, состоящий из узких и прижатых к их торцам широких стенок, подают металл, вытягивают слиток с переменной скоростью, сообщают кристаллизатору возвратно-поступательное перемещение, подают шлаковую смесь на мениск металла, охлаждают кристаллизатор проточной водой и измеряют усилие прижатие широких стенок к узким на нескольких уровнях по длине кристаллизатора. При превышении рабочего усилия прижатия на 10 - 40% увеличивают расход шлаковой смеси на 8 - 36% от рабочего значения, а при больших усилиях прекращают вытягивание слитка. Прижатие стенок осуществляют, например, гидроцилиндром. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ, включающий подачу металла в сборный кристаллизатор, состоящий из узких стенок и прижатых к их торцам широких стенок, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного перемещения, подачу на мениск в кристаллизаторе шлаковой смеси, отличающийся тем, что стенки кристаллизатора охлаждают проточной водой и измеряют усилие прижатия широких стенок к торцам узких стенок не менее чем на двух уровнях по длине кристаллизатора, при этом при увеличении усилия прижатия хотя бы на одном из уровней измерения на 10 - 40% от рабочего значения увеличивают расход шлаковой смеси на 8 - 36% от рабочего значения, а при больших значениях изменения усилий прекращают процесс вытягивания слитка. 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что прижатие широких стенок к торцам узких осуществляют с помощью гидроцилиндров.