СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО СЛИТКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК B22D11/10 

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам получения непрерывных слитков на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Известен способ получения непрерывного слитка, согласно которому в жидкий металл, залитый в водоохлаждаемый кристаллизатор, вводят водоохлаждаемый холодильник, состоящий из мерной конусообразной головки, приваренной к корпусу, внутренней конусообразной вставки и патрубков для подвода и отвода воды от холодильника. На наружной поверхности охлаждаемого холодильника, контактирующей с жидким металлом, периодически намораживается корка, которая в результате периодических встряхиваний отпадает и спускается вглубь лунки слитка.

Недостатком данного способа является невозможность прогнозировать момент отрыва намороженного металла и его форму, нельзя управлять структурой слитка (т.е. его качеством) из-за непредсказуемой формы намороженного металла на охлаждаемый холодильник.

Известен также способ получения непрерывного слитка, включающий подачу жидкого металла в кристаллизатор, введение в него охлаждаемых холодильников, вибрирующих в вертикальной плоскости, и вытягивание слитка из кристаллизатора, при этом для обеспечения скорости и качестве слитка металл, намороженный на наружной поверхности охлаждаемого холодильника, в виде "чулка" стряхивается в жидкий металл. Известно устройство для осуществления способа, содержащее охлаждаемый кристаллизатор, холодильники и средство для упругих колебаний, при этом каждый холодильник выполнен из волновода, жестко соединенного с мембраной средства упругих колебаний и установленного с зазором в кожухе.

Недостатком известного способа является невозможность формирования в жидком металле микрохолодильников заданных размеров, т.е. нельзя полностью управлять процессом формирования структуры слитка. Объясняется это тем, что намороженный "чулок" и металл, намороженный на донную часть охлаждаемого холодильника, имеют размеры, соизмеримые с размерами кристаллизатора, т.е. в сотни раз превышающие необходимые размеры микрохолодильников.

Целью изобретения является улучшение качества слитка и увеличение производительности.

Данная цель достигается за счет введения в жидкий металл, залитый в кристаллизатор, охлаждаемых холодильников в количестве N, сообщения им (т. е. поверхности, на которой происходит намораживание металла) импульсного ускорения в вертикальной плоскости, направленного вниз, со скважностью Т(С). Охладитель, прокачиваемый через охлаждаемые холодильники, охлаждает жидкий металл, заливаемый в кристаллизатор, и способствует намораживанию на его поверхности твердой корочки. Охлажденный металл в результате разницы удельных весов стекает в нижнюю часть кристаллизатора, что способствует захолаживанию металла и создает условия для объемной кристаллизации в нем. Для ускорения возникновения объемной кристаллизации в центральной части слитка и создания заданной структуры в него вводят микрохолодильники определенного размера, которые формируются непосредственно в жидком металле кристаллизатора за счет намораживания их на наружной поверхности охлаждения охлаждаемого холодильника. Для этого на ней выполнены треугольные ребра, расположенные вдоль образующей конуса, разбитые на отдельные участки ΔХ. Для обеспечения максимальной производительности машин непрерывного литья заготовок скорость вытягивания слитка из кристаллизатора должна определяться из соотношения
V = , (1) где А ^. В - размер поперечного сечения слитка, м²;
D₁ - диаметр торца нижней части охлаждаемого холодильника, м;
L - длина охлаждаемого холодильника, м;
К = (2-2,4) ^. 10^-3м/с^0,6 - коэффициент, характеризующий намораживание металлической корочки на поверхность охлаждаемого охладителя;
К² = 4 - 6 - коэффициент, учитывающий размеры поверхности оребрения;
α - угол между образующей поверхности охлаждения и вертикалью, град.

Если скорость принять меньше рассчитанной по соотношению (1), то происходит вмораживание охлаждаемого холодильника в непрерывный слиток, если взять больше рассчитанной - происходит авария, прорыв жидкого металла из-за разрушения корочки, намороженной в кристаллизаторе, и неполного затвердевания металла в центральной части слитка. Эффект улучшения качества и увеличения производительности по сравнению с прототипом достигается за счет формирования микрохолодильников заданных размеров непосредственно в самом расплаве, управления структурой слитка, увеличения скорости слитка в 2-3 раза по сравнению с максимально достигнутыми в прототипе.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство включает охлаждаемый кристаллизатор 1, охлаждаемый холодильник, соединенный с мембраной средства упругих колебаний, состоящий из генератора 2 упругих колебаний, генерирующего импульсы со скважностью Т, сообщающие охлаждаемому холодильнику импульсное ускорение в вертикальной плоскости, направленное вниз, который жестко связан с волноводом 3, в центральной части которого имеется канал для подвода охлаждающей жидкости, поверх волновода 3 надет кожух 4, имеющий конусность 0,01-0,1, который вместе с волноводом 3 образует полость для прокачивания охлаждающей жидкости. Последний жестко закреплен на верхнем торце волновода. Для интенсификации теплообмена и формирования микрохолодильников на поверхности кожуха 4 выполнены треугольные ребра 5 с отношением высоты ребра 5h_Н к его основанию Y_Н в нижней части участка оребрения, равным = 2÷3, при Y_Н = 3 ^. 10^-3 м, для получения слитка с заданной структурой. Количество участков оребрения, т.е. их протяженность ΔХ, связано с длиной L охлаждаемого холодильника соотношением = 3·10^-3÷1 , причем меньшие значения берутся для получения мелкозернистой структуры слитка, большие - для получения армированного слитка ленточными микрохолодильниками. Для обеспечения легкого и надежного отделения микрохолодильников от наружной поверхности охлаждаемого холодильника высоты ребер в верхней части h_b и в нижней части h_Н участка ΔХ определяются из соотношения
= +1(1,3-1,6)
Меньшие значения соответствуют большим длинам ΔХ участка оребрения. Минимальное значение = 2 выбрано из условия соразмеримости толщины теплового пограничного слоя с высотой ребра. Если взять меньшим, то будет сплошная корочка. = 3 выбрано из условия недопущения оплавления кромки ребра. Соотношение = 3·10^-3 соответствует минимально возможной длине участка, т.е. минимальному размеру микрохолодильника. Исходя из технологии изготовления ребер, =1 соответствует максимально возможному размеру микрохолодильника, т.е. размеру охлаждаемого холодильника. Положительный эффект и преимущества способа и устройства по сравнению с прототипом достигаются за счет введения новых признаков: вытягивание слитка из кристаллизатора с расчетной скоростью V, рассчитываемой по соотношению (1), выполнение треугольных ребер на поверхности охлаждаемого холодильника со следующими геометрическими соотношениями = 2÷3, при Y_H = 3 · 10^-3 м, = 3·10^-3÷1 ,
= +1(1,3÷1,6)
Реализация способа осуществляется следующим образом.

В охлаждаемый кристаллизатор 1 заливают жидкий металл, туда же вводят охлаждаемый холодильник, состоящий из генератора 2, волновода 3, кожуха 4, на поверхности которого имеются ребра 5, охлаждаемому холодильнику сообщают импульсные колебательные движения в вертикальной плоскости. На поверхности охлаждаемого холодильника в межреберном пространстве намораживается металл, под действием виброимпульсного воздействия он отрывается от поверхности и опускается на дно центральной части слитка, туда же стекает охлажденный в тепловом пограничном слое жидкий металл, металл в центральной зоне слитка кристаллизуется, сформировавшийся слиток вытягивают со скоростью
V = ,
Например: для стали К = 2 ^. 10^-3 м/с^0,6; L = 1 м; А ^. В = (0,3x 0,3) м²; D₁ = 0,1 м; tg α =0,1; N = 1; Т = 10^-2 с; = 2; = 3·10^-3; тогда К₂=6,
V = = 0,530 м/с .

Изобретение обладает рядом преимуществ по сравнению с прототипом: дает возможность управлять структурой слитка (т.е. его качеством) за счет формирования микрохолодильников заданных размеров; позволяет увеличить производительность МНЛЗ в 2-3 раза.

В жидкий металл, находящийся в охлаждаемом кристаллизаторе, вводят микрохолодильники, формирующиеся непосредственно в жидком металле на поверхности охлаждаемых холодильников, при этом скорость вытягивания слитка из охлаждаемого кристаллизатора обеспечивают в соответствии с предложенным соотношением. Устройство для осуществления способа включает охлаждаемый кристаллизатор и холодильник, состоящий из волновода, жестко соединенного с мембраной средства упругих колебаний и помещенного с зазором в кожух, выполненный с конической поверхностью. На конической поверхности кожуха охлаждаемого холодильника выполнено вертикальное треугольное оребрение. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения непрерывного слитка, включающий подачу жидкого металла в охлаждаемый кристаллизатор, введение в него охлаждаемых холодильников, сообщение им колебаний в вертикальной плоскости и вытягивание слитка из кристаллизатора, при этом на поверхности холодильников непосредственно в жидком металле формируют микрохолодильники и осуществляют их подачу в жидкий металл, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества слитка и увеличения производительности, вытягивание слитка из кристаллизатора осуществляют со скоростью v, определяемой по следующей зависимости:
V = , м/с,
где A, B - размеры поперечного сечения слитка, м;
D₁ - диаметр торца нижней части охлаждаемого холодильника, м;
L - длина охлаждаемого холодильника, м;
K = (2 ... 2,4) · 10^-3 м/с^0,6 - коэффициент, характеризующий намораживание металлической корочки на поверхность охлаждаемого холодильника;
K₂ = 4 ... 6 - коэффициент, учитывающий размеры поверхности оребрения;
N - число одновременно вводимых охлаждаемых холодильников;
T - скважность между импульсами, сообщающими поверхности охлаждаемого холодильника импульсное ускорение, с;
α - угол наклона образующей поверхности охлаждения к вертикали, град. 2. Устройство для получения непрерывного слитка, содержащее охлаждаемые кристаллизатор и холодильники и средство для сообщения холодильникам упругих колебаний, при этом каждый холодильник выполнен из волновода, жестко соединенного с мембраной средства для сообщения упругих колебаний и установленного с зазором в кожухе, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества слитка и увеличения производительности, средство для сообщения холодильникам упругих колебаний выполнено в виде генератора, кожух холодильника имеет коническую форму, а на его поверхности выполнены участки с ребрами треугольного поперечного сечения с уменьшением сечения по вертикали в направлении книзу кристаллизатора с отношением
h_н/y_н = 2,0 ... 3,0 при y_н = 3 · 10^-3, м,
где y_н - основание ребра в нижней части участка оребрения охлаждаемого холодильника, м;
h_н - высота ребра там же, м. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что длина участка оребрения Δ x составляет (3 · 10^-3 ... 1) · L, где L - общая длина охлаждаемого холодильника, м. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что высота ребра в верхней части участка оребрения h_в определена из соотношения
= +1(1,3...1,6),
где h_н - высота ребра в нижней части участка оребрения, м.