НЕПРЕРЫВНЫЙ СТАЛЬНОЙ СЛИТОК Российский патент 1997 года по МПК B22D11/00 B22D7/00 

Изобретение относится к области литейного производства, точнее к отливке слитков, используемых преимущественно для получения крупных поковок, и предназначено для применения при непрерывной разливке стали в слитки площадью поперечного сечения более 5000 см².

Известен непрерывный стальной слиток прямоугольного поперечного сечения, имеющий отношение расстояния между узкими гранями к расстоянию между широкими гранями 1,0.2,0. Площадь поперечного сечения такого слитка составляет 800 1200 см².

Недостатком известного слитка является низкое качество металла по причине наличия внутренних нитевидных трещин, расположенных в районе углов слитка. Количество слитков, имеющих названный дефект, составляет более 33% а средний балл по трещинам равен 3,2. (Оценка макроструктуры слитков произведена по шкалам "Системы оценки качества слитков-заготовок спокойной стали, полученных методом непрерывной разливки", разработанной ЦНИИЧМ им. И.П. Бардина и утвержденной 07.07.62 г.). Указанные трещины сохраняются в металле при прокатке и ковке слитков, снижая качество получаемых заготовок. При увеличении площади поперечного сечения слитка развитие указанных трещин резко возрастает и количество слитков, имеющих этот дефект, может достичь 50-70% а балл более 4,0.

Высокая пораженность слитка прямоугольного поперечного сечения внутренними угловыми трещинами объясняется возникновением в формирующейся корочке слитка указанного профиля больших по величине напряжений, которые по анализу термонапряженного состояния слитка достигают 5,3 кг/мм².

Известен также непрерывный стальной слиток с площадью поперечного сечения более 1500 см², имеющий взаимно перпендикулярные широкие и узкие грани с переходной гранью между ними, с отношением расстояния между узкими гранями к расстоянию между широкими гранями 1,0.2,0 и углом наклона переходной грани к широкой грани 120.150^o при ширине переходной грани, равной 0,1.0,2 суммарной ширины узкой и широкой граней. Этот слиток принят за ближайший аналог.

При непрерывной отливке указанных восьмигранных слитков площадью поперечного сечения 1500.5000 см² количество их с внутренними трещинами не превышает 3,0% а средний балл по трещинам 1,9.

Однако при дальнейшем увеличении площади поперечного сечения слитка свыше 5000 см² (до 7000 см²) количество слитков с внутренними трещинами возрастает до 30-50% а средний балл макроструктуры по указанному дефекту 3,6 4,1.

Расчет термонапряженного состояния корочки такого непрерывного восьмигранного слитка показал, что величина напряжений в средней части переходной грани резко возрастает и может достичь 4,7 кг/мм², а в районе угловых участков корки слитка 4,9 кг/мм².

Задачей изобретения является повышение качества металла путем уменьшения внутренних трещин в слитке площадью поперечного сечения более 5000 см².

Поставленная задача решается благодаря тому, что в непрерывном стальном слитке с площадью поперечного сечения более 5000 см², имеющем взаимно перпендикулярные широкие и узкие грани с переходной гранью между ними, углом наклона переходной грани к широкой грани 120.150^o, отношением расстояния между узкими гранями к расстоянию между широкими гранями 1,0.1,2, ширина переходной грани уменьшена с 0,1.0,2 до 0,04.0,08 суммарной ширины узкой и широкой граней.

Экспериментальные работы, проводимые со слитками, размеры которых по ширине переходных граней находились в пределах от 0,03 до 0,15 суммарной ширины узкой и широкой граней, показали, что напряжения в корке слитка, величина которых обеспечивает требуемое качество металла, имеют место при ширине переходной грани слитка, равной 0,004.0,08 суммарной ширины узкой и широкой граней. При этом внутренние напряжения в районе углов не превышают, при заявляемом соотношении, 3,4 кг/мм², а в средней части переходной грани 3,2 кг/мм², что обеспечивает, как показали опыты непрерывной разливки слитков, снижение количества слитков с внутренними трещинами до 3 - 5% и среднего балла макроструктуры по этим трещинам до 1,2 1,5. При ширине переходной грани, равной 0,004.0,008 суммарной ширины узкой и широкой граней, на выходе из кристаллизатора переходная грань на внутреннем контуре фронта затвердевания сохраняется и по ширине равна примерно 1 2,2 ширине корочки. В этом случае напряжения в корочке слитка как в районе углов, так и в средней части переходной грани имеют значительно меньшее развитие.

Для слитков, у которых ширина переходной грани меньше 0,04 суммарной ширины узкой и широкой граней, количество слитков с внутренними трещинами достигает 50% а средний балл по этим трещинам 4,1.

Объясняется это тем, что при указанной ширине переходной грани фронт затвердевания на выходе из кристаллизатора, где происходит в основном образование и развитие внутренних трещин, имеет вид прямоугольника, т.е. переходная грань у него отсутствует, и дальнейшее затвердевание слитка происходит, как у слитка прямоугольного поперечного сечения с возникновением больших по величине внутренних напряжений в угловых участках корочки слитка.

При ширине переходной грани слитка более 0,008 суммарной ширины узкой и широкой граней ширина переходной грани на внутреннем фронте затвердевания увеличивается. При этом увеличивается как абсолютная величина усадки этой грани, так и величина термических напряжений, особенно в средней части переходной грани, что приводит к образованию на ней трещин.

На фиг. 1 изображен общий вид слитка, на фиг. 2 вид на слиток сверху.

Слиток имеет узкие грани 1, переходные грани 2 и широкие грани 3. Угол между переходной и широкой гранью обозначен через "альфа", ширина узкой грани "а", широкой "b", переходной "c".

Пример конкретного выполнения. Слиток 700 х 800 мм. Ширина широкой грани b=820 мм. Ширина узкой грани а=720 мм. Угол наклона переходной грани к широкой 135^o. Ширина переходной грани c=100 мм. Отношение ширины переходной грани к суммарной ширине узкой и широкой граней c/(a+b)=0,06. Площадь поперечного сечения 5500 см². Защищаемое соотношение размеров выведено на основании следующих возможных размеров: расстояние между узкими гранями 750 900 мм, расстояние между широкими гранями 600 750 мм. Ширина переходной грани примерно 60 110 мм. Верхний предел размера слитков 800 х 900 мм, больших размеров слитки отливать нецелесообразно, т.к. резко увеличивается время затвердевания слитка. Так, например, время затвердевания слитка 800 х 900 мм 4,5 ч, а 100 х 100 мм 6,7.10,0 ч.

Применение описываемого слитка по сравнению с известным слитком позволяет уменьшить внутренние напряжения в районе углов слитка с 4,9 кг/мм² до 3,4 кг/мм², а в средней части переходной грани с 4,7 кг/мм² до 3,2 кг/мм², что снижает количество слитков с внутренними трещинами с 40 60% до 3 5% при получении слитков поперечным сечением более 5000 см².

Предлагаемая конструкция слитка позволяет улучшить качество металла, снижая при этом себестоимость 1 т стали.

Изобретение позволяет при получении слитков поперечным сечением более 5000 см² снизить количество слитков с внутренними трещинами за счет уменьшения внутренних напряжений в районе углов слитка и средней части переходной грани. Слиток имеет узкие грани 1, переходные грани 2 и широкие грани 3. Угол наклона переходной грани 2 к широкой грани составляет 120-150^o, а отношение расстояния между узкими гранями 1 к расстоянию между широкими гранями составляет 1,0. ..1,2. При этом ширина переходной грани 2 равна 0,04... 0,08 суммарной ширины узкой и широкой граней 1 и 3. 2 ил.

Непрерывный стальной слиток с площадью поперечного сечения более 5000 см², имеющий взаимно перпендикулярные широкие и узкие грани с переходной гранью между ними с отношением расстояния между узкими гранями к расстоянию между широкими гранями 1,0 1,2 и углом наклона переходной грани к широкой грани 120 150^o, отличающийся тем, что ширина переходной грани равна 0,04 0,08 суммарной ширины узкой и широкой граней.