СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА Российский патент 1996 года по МПК B22D11/00 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металла.

Известен способ непрерывной разливки металла, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, поддержание и направление слитка вдоль технологической оси установки непрерывной разливки при помощи роликов, смонтированных на подшипниковых опорах, охлаждение поверхности слитка при помощи охладителя, распыливаемого форсунками. В процессе непрерывной разливки и между разливками определяют состояние роликов и их опор при помощи специальных устройств (см. Исследование непрерывной разливки стали. Под. ред. Дж.Б.Лина. Пер. с англ. Брюссель, 1977, М. Металлургия, 1982, стр. 42-44).

Недостатком известного способа является неудовлетворительное качество непрерывнолитых слитков и металлопродукции из них. Это объясняется тем, что в случае выхода из строя роликов (прогиб, поломка и т.д.), а также подшипников в опорах (поломка колец, разрушение шариков и роликов и т.д.) не изменяют скорость вытягивания слитка. В этих условиях в районе участка технологической оси с вышедшими из строя роликами происходит выпучивание граней слитка, что сопровождается в последующем проходе через работоспособные ролики образованием трещин на фронте кристаллизации. Сказанное приводит к браку непрерывнолитых слитков и металлопродукции из них.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в улучшении качества непрерывнолитых слитков и металлопродукции из них.

Указанный технический эффект достигают тем, что в кристаллизатор подают металл, вытягивают из него слиток с переменной скоростью, поддерживают и направляют слиток вдоль технологической оси установки непрерывной разливки при помощи роликов, смонтированных на подшипниках, охлаждают поверхность слитка при помощи охладителя, распыливаемого форсунками, а также определяют состояние роликов и их опор при помощи специальных устройств.

В процессе непрерывной разливки вытягивают слиток с рабочей скоростью V_р, определяют состояние роликов и их опор и при нарушении их работоспособности в пределах участка длины технологической оси при условии l_min≅ τv_р≅ l_max изменяют скорость вытягивания слитка до значений v_min≅ (0,92-0,98)l_min/τ или v_max≥ (1,1-1,2)l_max/τ,
где V_р значение скорости вытягивания слитка, заданное по технологии, м/мин;
V_min и V_max предельное значение измененной скорости вытягивания слитка, м/мин;
l_min и l_max расстояния от мениска металла в кристаллизаторе соответственно до первого и последнего роликов участка технологической оси установки непрерывной разливки металла с вышедшими из строя роликами и их опорами, м;
(0,92-0,98) и (1,1-1,2) эмпирические коэффициенты, учитывающие закономерности затвердевания непрерывнолитых слитков, безразмерные;
τ время полного затвердевания слитка, мин.

Улучшение качества непрерывнолитых слитков и металлопродукции из них будет происходить вследствие изменения скорости вытягивания слитка при выходе из строя роликов и их опор на соответствующем участке технологической оси установки непрерывной разливки металла, на длине которого заканчивается полное затвердевание слитка. При изменении скорости вытягивания слитка конец жидкой фазы слитка перемещается в том или ином направлении относительно мениска металла в кристаллизаторе, выходя при этом из зоны участка технологической оси с роликами, вышедшими из строя. В этих условиях полное окончание затвердевания слитка заканчивается в районе работоспособных роликов и их подшипниковых опор, устраняется выпучивание граней слитка и сопутствующее этому процессу образование в нем внутренних трещин.

Диапазон значений эмпирического коэффициента в пределах 0,92-0,98 объясняется закономерностями кристаллизации и полного затвердевания слитка. При больших значениях возможно пребывание конца жидкой фазы слитка на участке с роликами, вышедшими из строя, вследствие, например, большого перегрева разливаемого металла. При меньших значениях будет снижаться производительность процесса непрерывной разливки металла.

Указанный диапазон устанавливают в обратной пропорциональной зависимости от толщины слитка.

Диапазон значений эмпирического коэффициента в пределах 1,1-1,2 объясняется закономерностями кристаллизации и полного затвердевания слитка. При меньших значениях толщина оболочки слитка будет иметь значительную толщину, что приведет при входе слитка в зону с работоспособными роликами к образованию трещин на фронте кристаллизации. При больших значениях возможны прорывы металла под кристаллизатором, а также выход жидкой фазы в торец слитка при его резке на мерные заготовки.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от толщины слитка.

Предлагаемое изобретение предпочтительно для применения при непрерывной разливке слитков прямоугольного сечения или слябов.

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 технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ непрерывной разоивки металла осуществляют следующим образом.

Пример. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подают сталь 3сп, из которого вытягивают слиток прямоугольного сечения или сляб с переменной скоростью. Под кристаллизатором вдоль технологической оси установки непрерывной разливки слиток поддерживают и направляют при помощи роликов, смонтированных в опорах на подшипниках качения. В зоне вторичного охлаждения слиток охлаждают водой, распыливаемой форсунками, сгруппированными в форсуночные секции.

В процессе непрерывной разливки вытягивают слиток с рабочей скоростью V_р, определяют состояние роликов и их опор. При нарушении их работоспособности в пределах участка длины технологической оси при условии l_min≅ τv_р≅ l_max изменяют скорость вытягивания слитка до значений v_min≅ (0,92-0,98)l_min/τ или v_max≥ (1,1-1,2)l_max/τ,
где V_р значение рабочей скорости вытягивания, м/мин;
V_min и V_max предельные значения измененной скорости вытягивания слитка, м/мин;
l_min и l_max расстояние от мениска металла в кристаллизаторе соответственно до первого и последнего роликов участка технологической оси установки непрерывной разливки металла с вышедшими из строя роликами и их опорами, м;
τ время полного затвердевания слитка, мин;
(0,92-0,98) и (1,1-1,2) эмпирические коэффициенты, учитывающие закономерности затвердевания непрерывнолитых слитков, безразмерные.

В процессе непрерывной разливки определяют состояние и работоспособность роликов (прогиб, целостность бочек и т.д.) при помощи специальных устройств: контактных щупов, мессдоз, измерения силы тока в электроприводах в случае приводных роликов и т.д. Работоспособность и целостность подшипников определяют, например, посредством измерения вибрации корпуса, его нагрева и т.д.

При выходе из строя роликов и их подшипников увеличивается раствор роликов в районе окончания полного затвердевания слитка при условии l_min≅ τv_р≅ l_max.. В этом случае происходит деформация выпучивания широких граней сляба. При дальнейшем входе слитка в зону технологической оси с работоспособными роликами широкие грани сляба прогибаются роликами, что приводит к образованию трещин на фронте кристаллизации. Выпучивание широких граней происходит под действием ферростатического давления.

При изменении скорости вытягивания ниже V_min и более V_max конец жидкой фазы слитка перемещается соответственно в том или ином направлении и выходит за пределы участка технологической оси с роликами, вышедшими из строя. В этих условиях полное затвердевание сляба происходит в зонах технологической оси с работоспособными роликами без образования внутренних трещин в слитках.

В общем случае измененная скорость вытягивания слитка может быть меньше предельного значения V_min и выше предельного значения V_max. В таблице приведены примеры осуществления способа непрерывной разливки металла с различными технологическими параметрами.

В первом примере вследствие малого уменьшения скорости вытягивания при разливке металла с большой температурой возможно образование внутренних трещин в слитке из-за расположения жидкой фазы на участке с роликами, вышедшими из строя. Кроме того, вследствие небольшого увеличения скорости вытягивания в конце участка с вышедшими из строя роликами в слитке образуются внутренние трещины, несмотря на то, что конец жидкой фазы вышел из участка с роликами, вышедшими из строя.

В пятом примере вследствие большого увеличения скорости вытягивания слитка происходят прорывы металла под кристаллизатором, а также жидкая фаза металла выходит через торец слитка при его резке на мерные заготовки. Кроме того, вследствие значительного уменьшения скорости вытягивания снижается производительность процесса непрерывной разливки металла.

В шестом примере, прототипе, вследствие отсутствия изменения скорости вытягивания слитка при выходе из строя роликов и их опор на участке технологической оси, где заканчивается полное затвердевание слитка, в нем образуются внутренние трещины.

В примерах 2-4 вследствие изменения скорости вытягивания слитка в оптимальных пределах при выходе из строя роликов и их опор на соответствующем участке технологической оси установки непрерывной разливки металла, где заканчивается полное затвердевание слитка, конец жидкой фазы выходит из этого участка. Это обеспечивает условия окончания полного затвердевания слитка под работоспособными роликами без образования внутренних трещин.

Применение предлагаемого способа позволяет увеличить выход годных непрерывнолитых слитков по качеству макроструктуры на 8-9% Экономический эффект подсчитан в сравнении с базовым объектом, за который принят способ непрерывной разливки металла, применяемый на Новолипецком металлургическом комбинате. ТТТ1

Способ непрерывной разливки металла заключается в том, что в кристаллизатор подают металл, вытягивают из него слиток с переменной скоростью, поддерживают и направляют слиток вдоль технологической оси установки непрерывной разливки при помощи роликов, смонтированных на подшипниковых опорах, охлаждают поверхность слитка при помощи охладителя, распыливаемого форсунками, а также определяют состояние роликов и их опор при помощи специальных устройств. В процессе непрерывной разливки вытягивают слиток с рабочей скоростью V_р, определяют состояние роликов и их опор. При нарушении их работоспособности в пределах участка длины технологической оси при условии l_min≅ τv_р≅ l_max изменяют скорость вытягивания слитка до значений v_min≅ (0,92-0,98)l_min/τ или v_max≥ (1,1-1,2)l_max/τ, где V_р - значение рабочей скорости вытягивания слитка, м/мин; V_min и V_max - предельные значения измененной скорости вытягивания, м/мин; l_min и l_max - расстояния от мениска металла в кристаллизаторе соответственно до первого и последнего роликов участка технологической оси установки непрерывной разливки металла с вышедшими из строя роликами и их опорами, м; τ - время полного затвердевания слитка, мин; (0,92-0,98) и (1,1-1,2) - эмпирические коэффициенты, учитывающие закономерности затвердевания непрерывнолитых слитков, безразмерные.1 табл.

Способ непрерывной разливки металла, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с изменением скорости, поддержание и направление слитка вдоль технологической оси при помощи роликов, смонтированных на подшипниковых опорах, охлаждение поверхности слитка при помощи охладителя, распыливаемого форсунками, определение состояния роликов и их опор, отличающийся тем, что изменение скорости вытягивания слитка осуществляют в процессе непрерывной разливки при нарушении работоспособного состояния роликов и их опор в пределах участка длины технологической оси, равном
l_min≅ τv_p≅ l_max,
при этом, скорость вытягивания слитка устанавливают равной
v_min≅ (0,92-0,98)l_min/τ
или
v_max≥ (1,1-1,2)l_max/τ,
где v_р рабочая скорость вытягивания слитка, м/мин;
v_min и v_max предельные значения измененной скорости вытягивания слитка, м/мин;
l_min и l_max расстояния от мениска металла в кристаллизаторе соответственно до первого и последнего роликов участка технологической оси слитка с вышедшими из строя роликами и их опорами, м;
τ время полного затвердевания слитка, мин;
(0,92 0,98) и (1,1 1,2) эмпирические коэффициенты, учитывающие закономерности затвердевания непрерывнолитых слитков, безразмерные.