КОНУСНАЯ ГИЛЬЗА КРИСТАЛЛИЗАТОРА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛА Российский патент 1997 года по МПК B22D11/04 

Изобретение относится к металлургии, точнее к машинам непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Прототипом изобретения является кристаллизатор для непрерывного вертикального литья тонких слябов, в котором на широких стенках выполнены синусоидальные выпуклые участки, имеющие период, составляющий 0,6-0,95 ширины стенки, а высота выпуклого участка составляет 0,3-0,6 высоты кристаллизатора. Такие параметры заданы с целью размещения погружного огнеупорного стакана под уровень при отливке тонких слябов, при этом амплитуда синусоиды, равная 20-40 мм, на порядок больше предлагаемой данным изобретением, а синусоидальные выпуклые участки выполнены лишь на двух противоположных сторонах (Standart News, v. 33, 1 аp, 1994).

Такие параметры не соответствуют сортовой непрерывной разливке и не выполняют поставленных задач увеличения скорости разливки.

Технический результат повышение производительности сортовых МНЛЗ и качества слитков за счет равномерного интенсивного охлаждения и центрирования слитка в кристаллизаторе, а также компенсации усадки корочки при выпрямлении синусоидальной поверхности. В обычных конусных гильзах имеет место неравномерность охлаждения корочки, связанная с изменением скорости разливки и отсутствием надежного центрирования слитка относительно стенок гильзы.

На фиг. 1 изображен кристаллизатор со стороны подачи в него металла; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечения стенки плоскостями, параллельными технологической оси; на фиг. 4 сечения стенки плоскостями, перпендикулярными направлению вытягивания.

На фиг. 1-4 приняты следующие обозначения:
В ширина рабочей полости по верхнему торцу кристаллизатора, Н высота кристаллизатора, Т ширина выпуклого синусоидального участка внутренней стенки, равная периоду синусоиды, f максимальная удвоенная амплитуда синусоиды на верхнем торце гильзы; h высота выпуклого участка внутренней стенки, b ширина рабочей полости по нижнему торцу кристаллизатора, с расстояние от центра до точки перегиба синусоидальной кривой.

Пример 1. Кристаллизатор для вертикального непрерывного литься сортовых заготовок сечением 100х100 мм. Размеры поперечного сечения кристаллизатора 101х101 мм. Высота кристаллизатора Н 700 мм. В кристаллизатор отливают мягко- и среднеуглеродистые стали. Амплитуда синусоиды на верхнем торце стенки гильзы составляет 0,75 мм (0,0075 ширины внутреннего размера стенки). Ширина выпуклого участка стенки Т вверху составляет 94 мм (125 значений амплитуды на верхнем торце). Высота выпуклого участка стенки составляет 187,5 мм (250 значений размера амплитуды). Конусность кристаллизатора по углам и плоским частям стенок составляет 0,5% на 1 м длины. К этой конусности при выпрямлении корочки, имеющей форму синусоиды, добавляется ее увеличение длины в зоне выпуклого верхнего участка кристаллизатора. Удлинение корочки при выпрямлении подсчитывается по приближенной формуле
,
где а амплитуда синусоиды,
Т ширина выпуклого участка внутренней стенки.

Конусность за счет выпрямления синусоидальной корочки составит 0,31% на 1 м высоты кристаллизатора. Общая конусность в зоне выпуклого участка составит 0,81% на 1 м высоты кристаллизатора. Выпуклая форма стенки обеспечивает центрирование слитка в кристаллизаторе, а ее выпрямление устраняет газовый зазор при формировании корочки, что создает условия интенсивного теплоотвода в верхней части кристаллизатора. Центрирование слитка в кристаллизаторе и увеличение теплоотвода в средней части стенки и в углах приводит к снижению термических напряжений в углах затвердевающей в кристаллизаторе корочки. Скорость разливки в этих условиях составляет 4,0-4,5 м/мин по сравнению с 3,0-3,2 м/мин в обычных конусных кристаллизаторах. Разливка осуществляется открытой струей с подачей жидкой смазки на стенки кристаллизатора. Уровень металла поддерживают на расстоянии 50 мм от верхнего торца. В выпуклом участке кристаллизатора слиток находится на 137,5 мм. На этом участке формируется корочка равномерной толщины без дефектов, что позволяет поддерживать высокую скорость разливки. В обычных конусных гильзах на этом участке при разливке с высокой скоростью образуются продольные угловые трещины.

Пример 2. Кристаллизатор для вертикального непрерывного литья заготовок сечением 150х150 мм. Внутреннее сечение гильзы кристаллизатора 155х155 мм, высота гильзы 800 мм. В кристаллизатор разливают среднеуглеродистые и легированные марки стали. Амплитуда синусоидальной поверхности на верхнем торце стенки гильзы составляет 1,5 мм (0,0096 ширины внутренней стенки). Ширина выпуклого участка стенки Т вверху составляет 150 мм (100 значений размера амплитуды синусоиды). Высота выпуклого участка стенки составляет 300 мм (200 значений размера амплитуды синусоиды). Конусность кристаллизатора по углам и плоским частям стенок составляет 0,5% на 1 м длины кристаллизатора. К этой конусности при выпрямлении синусоидального периметра добавляется удлинение корочки в зоне выпуклого верхнего участка гильзы. Оно соответствует конусности, равной 0,49% на 1 м высоты кристаллизатора. Общая конусность гильзы кристаллизатора в верхнем участке составит в результате 0,99% на 1 м высоты кристаллизатора. Скорость разливки в таком кристаллизаторе составляет 3,0-3,5 м/мин. Разливка осуществляется через погружной стакан под уровень металла в кристаллизаторе. Слиток из МНЛЗ выдается с температурой 950-1050^oС, что значительно снижает расход топлива при нагреве под прокатку способом горячего всада. Благодаря высокой скорости разливки уменьшается складчатость поверхности и улучшается качество поверхности. Центрирование слитка и увеличение плотности контакта в углах гильзы позволяет уменьшить количество угловых трещин.

Пример 3. Кристаллизатор для вертикального непрерывного литья заготовок сечением 200х200 мм. Сечение гильзы кристаллизатора вверху составляет 205х205 мм. Высота гильзы кристаллизатора 800 мм. В кристаллизатор отливают нержавеющие и среднеуглеродистые марки стали. Амплитуда синусоидальной поверхности на верхнем торце стенки гильзы составляет 2,5 мм (0,012 ширины внутренней стенки гильзы). Ширина выпуклого участка стенки Т вверху составляет 150 мм (60 значений размера амплитуды). Высота выпуклого участка стенки h составляет 375 мм (150 значений размера амплитуды синусоиды). Конусность кристаллизатора по углам и плоским частям стенок составляет 0,7% на 1 м высоты кристаллизатора. К этой конусности при выпрямлении синусоидального периметра добавляется удлинение корочки в зоне выпуклого верхнего участка гильзы. Оно соответствует конусности, равной 0,53% на 1 м высоты кристаллизатора. Общая конусность гильзы кристаллизатора в верхнем участке составит в результате 1,23% на 1 м высоты кристаллизатора, таким образом создаются условия для интенсивного теплоотвода и компенсации повышенной усадки, характерной для нержавеющей стали.

Разливка металла в кристаллизатор осуществляется погружным стаканом под уровень металла с защитой мениска специальным шлаком. Уровень металла в кристаллизаторе поддерживают на высоте 70-90 мм от верхнего торца кристаллизатора. Скорость разливки составляет 1,9-2,1 м/мин.

Использование: область металлургии, точнее непрерывное литье металлов. Сущность изобретения: кристаллизатор выполнен в виде квадратной или прямоугольной трубы, внутренние стенки которой в верхней центральной части выполнены выпуклыми и плоскими с углов, при этом выпуклость образована двумя симметрично расположенными ветвями синусоиды с точками перегиба, которые расположены на расстоянии 1/4 ширины выпуклой части стороны. Амплитуда составляет 0,0075-0,012 ширины внутренней стенки в верхней ее части, а ширина выпуклой части стенки составляет 60-125 амплитуд синусоиды. Высота выпуклого участка составляет 150-250 амплитуд синусоиды. Величина амплитуды выпуклой части в перпендикулярных технологической оси сечениях плавно убывает в направлении от верхнего торца кристаллизатора к переходу выпуклой части стенок в плоские. 4 ил.

Конусная гильза кристаллизатора для непрерывного вертикального литья металла, выполненная в виде квадратной или прямоугольной трубы, внутренние стенки которой в верхней центральной части выполнены выпуклыми и у углов плоскими, а в нижней части плоскими по всей ширине стенок гильзы и с постоянной конусностью по углам гильзы, отличающаяся тем, что в верхней части кристаллизатора выпуклость стенок образована двумя симметрично расположенными относительно технологической оси гильзы ветвями синусоиды с точками перегиба на расстоянии 1/4 ширины выпуклой части стенки, ширина и высота выпуклой части стенки составляет соответственно 60 125 и 150 250 размеров амплитуды синусоиды, а величина амплитуды синусоиды на верхнем торце стенки гильзы составляет 0,0075 0,012 ширины внутренней стенки гильзы в верхней ее части, при этом внутренние стенки гильзы выполнены с плавным уменьшением амплитуды синусоиды в перпендикулярных технологической оси сечениях в направлении от верхнего торца кристаллизатора к переходу выпуклой части стенок в плоские участки.