СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B22D11/00 B22D11/12 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к непрерывной разливке металлов на установках с криволинейной технологической осью.

Известен способ непрерывной разливки металлов и устройство для его осуществления, включающий подачу металла в радиальный кристаллизатор и вытягивание из него слитка. Слиток сначала формируют в радиальном направлении и далее в криволинейном положении, где производят деформацию разгиба слитка из радиального положения в горизонтальное. Вытягивание слитка из кристаллизатора и его направление по технологической оси производят при помощи холостых и приводных роликов. К нижнему торцу кристаллизатора прикреплена роликовая секция, которая совершает вместе с кристаллизатором возвратно поступательное движение. В процессе разливки деформирующие слиток ролики неподвижны в продольном к слитку направлении [1]
Недостатком известного способа и устройства является неудовлетворительное качество непрерывнолитых слитков. Это объясняется тем, что слиток формируется в кристаллизаторе в радиальном положении. В этих условиях при подаче металла в кристаллизатор неметаллические включения всплывают не полностью и осаждаются на фронте кристаллизации по грани слитка, расположенной по малому радиусу технологической оси. Сказанное приводит к браку слитков по качеству макроструктуры.

Кроме того, в процессе деформации разгиба слитка вследствие приложения нагрузок от отдельных дискретных роликов в оболочке слитка возникают изгибные напряжения, превосходящие допустимые значения. Сказанное приводит к браку слитков по внутренним и наружным трещинам.

Наиболее близким по технической сущности являются способ непрерывной разливки металлов и устройство для его осуществления, включающие подачу металла в прямолинейный кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью. Слиток сначала формируют в вертикальном прямолинейном положении, затем производят его деформацию изгиба из прямолинейного положения в радиальное, затем формируют слиток в радиальном положении, затем производят его деформацию разгиба из радиального положения в горизонтальное. Вытягивание слитка, его направление и деформацию изгиба и разгиба производят при помощи холостых и приводных роликов.

Секция роликов на вертикальном прямолинейном участке технологической оси жестко прикреплена к нижнему торцу кристаллизатора и совершает вместе с ним возвратно-поступательное движение. Точки приложения усилий роликов на слиток на участках изгиба и разгиба слитка находятся в процессе разливки на одинаковом расстоянии от мениска металла в кристаллизаторе, т.е. неподвижны [2]
Недостатком известных способа и устройства является неудовлетворительное качество непрерывнолитых слитков. Это объясняется тем, что точки приложения усилий от роликов на слиток на участках изгиба и разгиба слитка находятся в процессе разливки на одинаковом расстоянии от мениска металла в кристаллизаторе. В этих условиях сосредоточенная нагрузка от роликов приводит к увеличению изгибных напряжений в оболочке слитка, что вызывает брак слитков по внутренним и наружным трещинам.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в улучшении качества непрерывнолитых слитков.

Указанный технический эффект достигают тем, что подают металл в кристаллизатор, вытягивают из него слиток с переменной скоростью, вытягивают и направляют слиток при помощи холостых и приводных роликов, формируют слиток сначала на прямолинейном вертикальном участке технологической оси, затем на участке изгиба слитка из прямолинейного вертикального положения в радиальное, далее на радиальном участке, затем на участке разгиба слитка из радиального положения в прямолинейное горизонтальное и на горизонтальном участке, а также сообщают кристаллизатору вместе с роликами, расположенными на вертикальном прямолинейном участке, возвратно-поступательное движение с переменными частотой и амплитудой.

В процессе непрерывной разливки роликам на участках изгиба и разгиба слитка сообщают возвратно-поступательное движение вдоль слитка, при этом на участке изгиба слитка частоту движения роликов устанавливают в пределах 0,5-0,8; амплитуду в пределах 1,2-1,8; а на участке разгиба слитка частоту движения роликов устанавливают в пределах 0,05-0,4; амплитуду в пределах 2-5 соответственно от частоты и амплитуды движения кристаллизатора.

Кроме того, указанный технический эффект достигается тем, что устройство для осуществления способа непрерывной разливки металлов включает кристаллизатор с прикрепленной к его нижнему торцу вертикальной прямолинейной роликовой секцией, далее последовательно расположенные криволинейную изгибную роликовую секцию, радиальную роликовую секцию, криволинейную разгибную роликовую секцию, горизонтальную прямолинейную роликовую секцию, механизм возвратно-поступательного движения кристаллизатора вместе с роликовой секцией, ролики, установленные в корпусах подшипников, а также рамы, на которых смонтированы корпуса подшипников.

Каждый корпус подшипников роликов на изгибной и разгибной криволинейных роликовых секциях снабжен парными катками на осях вращения, а в рамах выполнены С-образные направляющие, в которых установлены катки с возможностью продольного перемещения их, при этом оси катков соседних корпусов подшипников попарно соединены между собой шарнирными тягами, причем одна из тяг по длине каждой секции, расположенная со стороны торцов роликов, снабжена рычагом, соединенным с приводом возвратно-поступательного движения роликов вдоль секции.

Улучшение качества непрерывнолитых слитков будет происходить вследствие возвратно-поступательного перемещения места приложения нагрузок на слиток на криволинейных участках технологической оси формирования слитка в процессе его деформации изгиба и разгиба.

Вследствие рассредоточения нагрузок на слиток в нем снижаются изгибные напряжения менее допустимых значений, что снижает брак слитков по внутренним и наружным трещинам.

Диапазон значений частоты возвратно-поступательного движения роликовой секции на участке изгиба слитка в пределах 0,5-0,8 и частоты движения роликовой секции на участке разгиба слитка в пределах 0,05-0,4 от частоты движения кристаллизатора объясняется закономерностями деформации изгиба и разгиба непрерывнолитых слитков. При меньших значениях не будут уменьшаться напряжения в слитке. При больших значениях не будет происходить релаксация напряжений в слитках.

Указанный диапазон устанавливают в обратной пропорциональной зависимости от частоты возвратно-поступательного движения кристаллизатора.

Диапазон значений амплитуды возвратно-поступательного движения роликовой секции на участке изгиба слитка в пределах 1,2-1,8 и амплитуды движения роликовой секции на участке разгиба слитка в пределах 2-5 от амплитуды движения кристаллизатора объясняется закономерностями деформации изгиба и разгиба непрерывнолитых слитков. При меньших значениях не будет достигаться эффект рассредоточения нагрузок на слиток в процессе деформации. При больших значениях будет искривляться необходимая траектория изгиба и разгиба слитка.

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

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа и устройства с известными техническими решениями. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показана установка непрерывной разливки металлов криволинейного типа, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 разрез Г-Г на фиг.2.

Установка для осуществления способа непрерывной разливки металлов состоит из кристаллизатора 1, механизма возвратно-поступательного движения кристаллизатора 2, вертикальной прямолинейной роликовой секции 3, криволинейной изгибной роликовой секции 4, радиальной роликовой секции 5, криволинейной разгибный роликовой секции 6, прямолинейной горизонтальной роликовой секции 7, роликов 8, 9, 10, 11 и 12, корпусов подшипников 13, катков 14 с осями 15, шарнирных тяг 16, рам 16, 17, 18, 19 и 20, направляющих 21 и 22, прорезей 23, рычагов 24. Позицией 25 обозначен непрерывнолитой слиток, 26 вертикальный, 27 изгибный, 28 радиальный, 29 разгибный, 30 горизонтальный участки технологической оси, R радиуса участков в технологической оси, стрелками указаны направления возвратно-поступательного движения роликовых секций.

Способ непрерывной разливки металлов осуществляют и устройство работает следующим образом.

П р и м е р. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор 1 подают сталь марки 3сп, из которого вытягивают слиток 25. Слиток 25 вытягивают и направляют при помощи приводных и холостых роликов 8, 9, 10, 11 и 12. Слиток 25 сначала формируют на прямолинейном вертикальном участке 26 технологической оси, затем на участке 27 изгиба слитка 25 из прямолинейного вертикального положения в радиальное, далее на радиальном участке 28, затем на участке 29 разгиба слитка 25 из радиального положения в прямолинейное горизонтальное и на горизонтальном участке 30.

К кристаллизатору 1 прикреплена к его нижнему торцу вертикальная прямолинейная роликовая секция 3. Далее последовательно расположены криволинейная изгибная роликовая секция 4, радиальная роликовая секция 5, криволинейная разгибная роликовая секция 6 и горизонтальная роликовая секция 7. Кристаллизатору 1 вместе с роликовой секцией 3 сообщают возвратно-поступательное движение при помощи механизма 2. Ролики 9 и 11 установлены в корпусах подшипников качения 13. Роликовые секции установлены на рамах 17, 18, 19 и 20.

Каждый корпус подшипников 13 роликов 9 и 11 на изгибной 4 и разгибочной 6 криволинейных роликовых секциях снабжен парными катками 14 на осях вращения 15. В рамах 17 и 19 выполнены С-образные направляющие 21 и 22, в которых установлены катки 14 с возможностью продольного перемещения вдоль них. Оси 15 катков 14 соседних корпусов 13 попарно соединены между собой шарнирными тягами 16. Одна из тяг 16, расположенная со стороны торцов роликов, снабжена рычагом 24, проходящей через прорези 23 в корпусах рам 17 и 19 с направляющими 21 и 22. Рычаги 24 соединены с приводными возвратно-поступательного движения роликовых секций 4 и 6, например, гидроцилиндрами (на чертежах не показаны).

В процессе непрерывной разливки роликам 9 и 11 на участках изгиба 27 и разгиба 29 слитка 25 сообщают возвратно-поступательное движение вдоль слитка. На участке 27 изгиба слитка 25 частоту давления роликов 9 устанавливают в пределах 0,5-0,8, а амплитуду в пределах 1,2-1,8 соответственно от частоты и амплитуды возвратно-поступательного движения кристаллизатора 1.

На участке 29 разгиба слитка 25 частоту движения роликов 11 устанавливают в пределах 0,05-0,4, а амплитуду в пределах 2-5 соответственно от частоты и амплитуды возвратно-поступательного движения кристаллизатора 1.

Кривая деформации слитка 25 на участках изгиба 27 и разгиба 29 может быть выполнена различной, например, по клотойде с переменным радиусом кривизны R_var.

Направляющие 21 и 22 повторяют кривую деформации слитка 25. При перекатывании по ним катков 14 ролики 9 и 11 обеспечивают необходимую кривую деформации слитка 25.

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

В первом примере вследствие малой величины частоты и большой величины амплитуды движения обеих криволинейных секций не будут уменьшаться напряжения в слитке менее допустимых значений, что приведет к браку слитков по внутренним и наружным трещинам.

В пятом примере вследствие большой величины частоты и малой величины амплитуды движения обеих криволинейных секций не будет успевать происходить релаксация напряжений в слитке, что приведет к росту значений напряжений и, как следствие, к браку слитков по внутренним и наружным трещинам.

В шестом примере, прототипе, вследствие отсутствия возвратно-поступательного движения криволинейных секций в процессе изгиба и разгиба слитков в них будут возникать внутренние и наружные трещины.

В примерах 2-4 вследствие возвратно-поступательного движения криволинейных секций с оптимальными параметрами в процессе изгиба и разгиба слитка будут рассредотачиваться нагрузки на него от роликов по длине, что приведет к уменьшению напряжений в слитках.

Применение предлагаемого способа непрерывной разливки металлов и устройств для его осуществления позволяет снизить брак слитков, отливаемых на установках криволинейного типа, по внутренним и наружным трещинам на 1,4%
В общем случае технологическая ось установки непрерывной разливки металлов может иметь один криволинейный участок деформации слитка.

Экономический эффект подсчитан в сравнении с базовым объектом, за который приняты способ непрерывной разливки металлов и устройство для его осуществления, применяемые на Череповецком металлургическом комбинате.

Использование: при непрерывной разливке металлов на установках с криволинейной технологической осью. Подают металл в кристаллизатор, вытягивают из него слиток с переменной скоростью, вытягивают с направляют слиток при помощи холостых и приводных роликов. Слиток формируют сначала на прямолинейном вертикальном участке технологической оси, затем на участке изгиба слитка из прямолинейного вертикального положения в радиальное, далее на радиальном участке, затем на участке разгиба слитка из радиального положения в прямолинейное горизонтальное и на горизонтальном участке, а также сообщают кристаллизатору вместе с роликами, расположенными на вертикальном прямолинейном участке, возвратно-поступательное движение с переменной частотой и амплитудой. Устройство для непрерывной разливки металлов включает кристаллизатор с прикрепленной к его нижнему торцу вертикальной прямолинейной роликовой секцией, далее последовательно расположенные криволинейную изгибную роликовую секцию, горизонтальную прямолинейную роликовую секцию, механизм возвратно-поступательного движения кристаллизатора вместе с роликовой секцией, ролики, установленные в корпусах подшипников, а также рамы, на которых смонтированы корпуса подшипников. 2 с. п. ф-лы, 5 ил. 1 табл.

1. Способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, вытягивание и направление слитка при помощи холостых и приводных роликов, формирование слитка последовательно на прямолинейном вертикальном участке, на участке изгиба слитка, на радиальном участке, на участке разгиба слитка и на горизонтальном участке, при этом кристаллизатору вместе с роликами, расположенными на вертикальном прямолинейном участке сообщают возвратно-поступательное движение с переменной частотой и амплитудой, отличающийся тем, что роликам на участках изгиба и разгиба слитка сообщают возвратно-поступательное движение вдоль слитка, при этом на участке изгиба слитка частоту движения роликов устанавливают в пределах 0,5 0,8, амплитуду в пределах 1,2 1,8, а на участке разгиба слитка частоту движения роликов устанавливают в пределах 0,05 0,4, амплитуду в пределах 2 5 соответственно от частоты и амплитуды движения кристаллизатора. 2. Устройство для непрерывной разливки металлов, содержащее кристаллизатор с прикрепленной к его нижнему торцу вертикальной прямолинейной роликовой секцией, далее последовательно расположенные криволинейную изгибную радиальную, криволинейную разгибную и горизонтальную прямолинейную роликовые секции, механизм возвратно-поступательного движения кристаллизатора с роликовой секцией, установленные в корпусах подшипников ролики и рамы, на которых смонтированы корпуса подшипников, отличающееся тем, что каждый корпус подшипников роликов на изгибной и разгибной криволинейных роликовых секциях выполнен с парными катками на осях вращения, а в рамах выполнены С-образные направляющие, в которых установлены катки с возможностью продольного перемещения в них, при этом оси катков соседних корпусов подшипников попарно соединены между собой шарнирными тягами, одна из которых по длине секции, расположенная со стороны торцов роликов, выполнена с рычагом, соединенным с приводом возвратно-поступательного движения роликов вдоль секции.