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

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металла.

Наиболее близким по технической сущности является 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 металла при помощи роликов, смонтированных на подшипниковых опорах, охлаждение поверхности слитка при помощи охладителя, распыливаемого форсунками. При изменении скорости вытягивания слитка происходит перемещение конца его жидкой фазы из одного стационарного положения в другое за время, равное времени полного затвердевания слитка (Технология производства стали в современных конвертерных цехах. С.В. Колпаков и др. М. Металлургия, 1991, с. 232, рис. 6.14).

Недостатком известного способа является неудовлетворительное качество непрерывнолитых слитков. Это объясняется тем, что в процессе непрерывной разливки скорость вытягивания слитка поддерживают постоянной и неизменной. В этом случае окончание полного затвердевания слитка происходит в стационарных условиях на локальном участке технологической оси установки непрерывной разливки металла в районе действия одной и той же пары роликов. В этих условиях на процесс полного затвердевания слитка оказывает влияние состояние этой пары роликов и других пар, находящихся рядом вдоль технологической оси установки непрерывной разливки металла. Однако неизбежный прогиб этих роликов под действием ферростатического давления жидкого металла на грани слитка, а также нагрев бочек роликов от поверхности слитка приводит к их остаточной деформации изгиба. Сказанное приводит к периодическому прогибу граней слитка и их выпучиванию между роликами, периодическому смыканию фронтов кристаллизации, образованию "мостов" и локальных участков внутренних пустот или осевых поперечных трещин на торцах заготовок из слитков. При последующей резке слитков на мерные заготовки осевые трещины окисляются кислородом воздуха и не свариваются при дальнейшей прокатке. В результате увеличивается брак непрерывнолитых слитков по качеству макроструктуры и по расслою прокатанной 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 металла при помощи роликов, смонтированных на подшипниковых опорах, охлаждают поверхность слитка при помощи охладителя, распыливаемого форсунками.

В процессе непрерывной разливки периодически изменяют скорость вытягивания слитка и устанавливают ее текущее значение равным

где V_max,min текущее значение скорости вытягивания слитка, м/мин;
V_р скорость вытягивания слитка, заданная по технологии, м/мин;
t время полного затвердевания слитка, мин;
H расстояние между осями роликов на расстоянии от мениска металла в кристаллизаторе, равном tv_р, м;
(2-6) эмпирический коэффициент, учитывающий число роликов в районе полного затвердевания слитка, безразмерный;
при этом период времени непрерывной разливки с измененной скоростью вытягивания устанавливают равным времени полного затвердевания τ слитка.

Улучшение качества непрерывнолитых слитков будет происходить вследствие периодического изменения скорости вытягивания в пределах V_max V_min. В этих условиях конец жидкой фазы слитка будет периодически возвратно-поступательно перемещаться вдоль технологической оси установки непрерывной разливки металла относительно среднего положения, отстоящего от мениска металла в кристаллизаторе на расстоянии, равном tv_р. В этом случае устраняется воздействие на слиток в районе его полного затвердевания различного состояния роликов, их прогиба, неправильной установки и раствора между роликами. При этом возникшее по каким-либо причинам выпучивание граней слитка усредняется и уменьшается по величине, что сокращает образование трещин на фронте кристаллизации, а также появление осевых пустот и осевого расслоя в слитках. Сказанное повышает выход годных слитков и сокращает брак прокатанной металлопродукции из них по осевому расслою.

Диапазон значений эмпирического коэффициента в пределах 2 6 объясняется закономерностями кристаллизации и полного затвердевания слитка. При меньших значениях не будет устраняться влияние состояния роликов на формирование осевой зоны слитка. При больших значениях изменение скорости вытягивания слитка относительно значения, заданного по технологии, будет превосходить допустимые значения, что приведет к нарушению стабильности формирования слитков и, как следствие, к их браку.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от толщины слитка.

Период времени, в течение которого процесс разливки ведут со скоростью V_max или V_min, устанавливают равным времени полного затвердевания потому, что за это время конец жидкой фазы слитка перемещается из одного стационарного положения, соответствующего прежней скорости вытягивания, в другое стационарное положение, соответствующее новой скорости вытягивания.

Предлагаемый способ предпочтителен 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 разливки металла осуществляют следующим образом.

Пример. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подают сталь марки 3сп и вытягивают из него слиток прямоугольного сечения или сляб с переменной скоростью. Под кристаллизатором слиток поддерживают и направляют вдоль технологической оси при помощи роликов, смонтированных на подшипниковых опорах. Расстояние между осями роликов вдоль технологической оси изменяется от 150 мм под кристаллизатором до 300 мм в конце зоны вторичного охлаждения перед участком резки слитка на мерные заготовки. В зоне вторичного охлаждения слиток охлаждают водой, распыливаемой форсунками, сгруппированными в форсуночные секции.

В процессе непрерывной разливки периодически изменяют скорость вытягивания слитка и устанавливают ее текущее значение равным

где V_max,min текущее значение скорости вытягивания слитка, м/мин;
V_р скорость вытягивания слитка, заданная по технологии, м/мин;
H расстояние между осями роликов на расстоянии от мениска металла в кристаллизаторе, равном tv_р,, м;
τ время полного затвердевания слитка, мин;
(2-6) эмпирический коэффициент, учитывающий число роликов в районе затвердевания слитка, безразмерный.

Период времени непрерывной разливки с измененной скоростью вытягивания устанавливают равным времени полного затвердевания t слитка.

При периодическом изменении скорости вытягивания в пределах V_max - V_min конец жидкой фазы слитка периодически возвратно-поступательно перемещается вдоль технологической оси установки непрерывной разливки металла относительно условного среднего положения, отстоящего от мениска металла в кристаллизаторе на расстоянии, равном tv_р. В этих условиях окончание полного затвердевания слитка происходит в районе различных роликов, что обеспечивает усреднение воздействия неправильно установленных роликов и их прогиба. При этом возникающее выпучивание граней слитка будет уменьшаться или вообще устраняется.

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

В первом примере вследствие малого изменения скорости вытягивания слитка конец его жидкой фазы перемещается на малое расстояние вдоль технологической оси. В этом случае конец жидкой фазы перемещается всего под двумя роликами, что не устраняет образование внутренних трещин.

В пятом примере вследствие большого изменения скорости вытягивания происходит нарушение стабильности формирования слитков, что приводит к их браку по качеству макроструктуры и поверхности.

В шестом примере, прототипе, вследствие отсутствия периодического изменения скорости вытягивания конец жидкой фазы слитка не перемещается вдоль технологической оси, что вызывает непрогнозируемое выпучивание граней сляба под неправильно установленными и погнутыми роликами. Сказанное вызывает брак слитков по внутренним трещинам.

В примерах 2-4 вследствие периодического изменения скорости вытягивания в оптимальных пределах происходит уменьшение выпучивания граней сляба под последовательно установленными и изогнутыми роликами. В таких условиях уменьшается образование внутренних трещин в слитках.

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

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 металла при помощи роликов, смонтированных на подшипниковых опорах, охлаждают поверхность слитка при помощи охладителя, распыливаемого форсунками. В процессе непрерывной разливки периодически изменяют скорость вытягивания слитка и устанавливают ее текущее значение равным v_max,min=[τv_р± (2-6)•H]/τ, где V_max,min - текущее значение скорости вытягивания слитка, м/мин; V_р - скорость вытягивания слитка, заданная по технологии, м/мин, τ - время полного затвердевания слитка, мин; H - расстояние между осями роликов на расстоянии от места металла в кристаллизаторе, равном tv_р, м; (2-6) - эмпирический коэффициент, учитывающий число роликов в районе полного затвердевания слитка, безразмерный; при этом период времени непрерывной разливки с измененной скоростью вытягивания устанавливают равным времени полного затвердевания слитка. 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 установки непрерывной разливки металла при помощи роликов, смонтированных на подшипниковых опорах, и охлаждение поверхности слитка при помощи охладителя, распыливаемого форсунками, отличающийся тем, что в процессе непрерывной разливки изменение скорости вытягивания слитка осуществляют периодически с периодом τ, а ее текущее значение устанавливают равным
V_max,min=[τV_p± (2-6)•H]/τ,
где V_{m a x , m i n} текущее значение скорости вытягивания слитка, м/мин,
V_p заданная скорость вытягивания слитка, м/мин,
τ время полного затвердевания слитка, мин,
H расстояние между осями роликов вдоль технологической оси на расстоянии от мениска металла в кристаллизаторе, равном tV_p, м
(2-6) эмпирический коэффициент, учитывающий число роликов в районе полного затвердевания слитка, безразмерный.