МАШИНА НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1998 года по МПК B22D11/10 

Изобретение относится к черной металлургии, преимущественно к непрерывному литью для производства сортового металла для последующей прокатки.

Известны машины непрерывного литья, на которых отливают слиток прямоугольного сечения, а затем с помощью валков выдавливают канавки на слитке, см. Hewitt E.C., Bond H.L. The Design and Development of to morrow's Rolling Mills. - Metals and Materials, 1980 N 5 P. 27-32. После выдавливания углублений-канавок слиток разделяют продольной резкой на отдельные сортовые заготовки.

Однако для выдавливания канавок приходится устанавливать на машине мощные прокатные клети большой массы и габаритов. В результате общая масса оборудования и стоимость машины выше, чем стоимость многоручьевой машины, отливающей отдельные сортовые заготовки.

Известна также, см. патент Японии N 43-7763 (заявка 37-18524), кл. B 22 D (НКИ 11 ВО), машина, включающая кристаллизатор и прокатные клети с закрытыми калибрами. При прокатке слитка в закрытых калибрах получают несколько соединенных перемычками заготовок. Затем эти перемычки разрезают. Однако прокатка в закрытых калибрах требует применения очень мощных и дорогих клетей, что усложняет оборудование и увеличивает его стоимость.

Стремление увеличить производительность при непрерывном литье сортовых заготовок привело к поискам процесса литья нескольких соединенных одна с другой заготовок.

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения как по технической сущности, так и по достигаемому результату, является устройство, описанное в патенте ФРГ N 1458099, кл. B 22 D 11/04, 1970. Машина включает кристаллизатор, содержащий несколько формообразующих полостей, соединенных между собой каналами. Имеются также тянущие клети, обеспечивающие движение слитка, сечение которого представляет собой форму нескольких квадратов, соединенных друг с другом на участках вблизи концов диагоналей. Разливка производится через воронку под уровень мениска через наклонные отверстия в воронке.

Недостатком устройства являются высокие потери металла при разрезании литого слитка на отдельные заготовки. Уменьшить же толщину каналов, соединяющих отдельные формообразующие полости кристаллизатора, и соответственно толщину перемычек между отдельными заготовками нельзя из-за перекрытия этих каналов затвердевающим металлом нарушения подпитки металлом части профиля сечения слитка.

В основу изобретения поставлено решение задачи создания такого оборудования непрерывного литья, которое позволило бы исключить в процессе работы нарушение подпитки металлом части профиля сечения многопрофильного слитка, что даст возможность значительно уменьшить толщину перемычек между отдельными заготовками и соответственно приведет к значительной экономии металла. При этом отпадает необходимость экономии в мощных прокатных клетях, что существенно снижает стоимость оборудования.

Для достижения этого результата в машине непрерывного литья металлов, содержащей кристаллизатор, выполненный в виде формообразующих полостей, соединенных между собой каналами, воронку для подачи жидкого металла в кристаллизатор и тянущие ролики, согласно изобретению, предусмотрены отверстия, выполненные в боковых стенках воронки, направленные в каналы, при этом полость воронки соединена с введенным в машину устройством периодического повышения давления.

Кроме того, воронка для подвода жидкого металла устанавливается в средней из каждых трех формообразующих полостей кристаллизатора, причем отверстия в стенках воронки направлены в каналы, соединяющие данную полость с двумя последними.

Между отличительными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.

Особенностью предложенной машины является то, что в ней возможно литье многопрофильного слитка с минимальными по толщине перемычками (10-12 мм вместо 30 мм), что существенно снижает потери металла.

Для проявления этого технического результата необходима следующая совокупность существенных отличий:
- наличие отверстий, выполненных в боковых стенках воронки и направленных в каналы,
- наличие устройства периодического действия для подачи импульсных струй металла в участки соединения отдельных формообразующих полостей.

Такое техническое решение обеспечивает литье слитков в кристаллизаторе с устройством для повышения давления, соединенным с полостью воронки.

Что касается устройств периодического повышения давления, то они известны и находят широкое применение для обработки стали в ковше, в частности, для усреднения состава металлов, удаления газов: водорода, кислорода, азота, т.е. для повышения качества получаемой заготовки.

В предложенной конструкции машины непрерывного литья наличие устройства периодического повышения давления в совокупности с основными существенными признаками позволяет достичь такой неочевидный результат, как снижение потерь металла за счет уменьшения толщины перемычек между отдельными заготовками многопрофильного слитка. Металл, подаваемый периодически и с высокой скоростью в одну из формообразующих полостей, омывает внутреннюю поверхность корки слитка, препятствуя ее росту, что обеспечивает подпитку соседних формообразующих полостей.

Достигаемый технический результат улучшается за счет конструктивного признака, состоящего в том, что воронка для подвода жидкого металла устанавливается в одной из каждых трех формообразующих полостей кристаллизатора.

Этот конструктивный признак наиболее характерен при использовании кристаллизаторов с большим числом формообразующих полостей. Именно такое размещение воронок позволяет исключить возникающее в процессе работы нарушение подпитки металлом части профиля сечения многопрофильного слитка.

Заявляемое решение обладает новизной, т.к. не известно из уровня техники.

Заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень, т.к. предложенное выполнение конструкции для специалиста явным образом не следует из уровня техники, т.е. не является очевидным.

Заявляемое изобретение промышленно применимо, и оно предназначено для использования в промышленности.

Таким образом, заявляемому изобретению может предоставляться правовая охрана, т.к. оно является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

На фиг. 1 показан общий вид машины непрерывного литья; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вид по стрелке В; на фиг. 5 - схема разливки металла на шестиручьевой машине. Слиток 1 формируется в кристаллизаторе, куда жидкий металл подается под уровень мениска через воронку 3 из промежуточного ковша 4. Полость воронки через трубу 5 соединена с клапаном 6, который с помощью привода 7 может периодически изменять давление в воронке, в нижней части которой выполнены два наклонных отверстия 8. Имеются клети с валками 9 для движения слитка.

Устройство работает следующим образом. Слиток 1 формируется в кристаллизаторе 2, полость которого выполнена в форме трех соединенных квадратов.

Жидкий металл подводят только в средний из этих квадратов под уровень через воронку 3 из промежуточного ковша 4, защищая мениск слоем шлаковой или экзотермической смеси. Полость воронки 3 закрыта и в ней периодически повышают давление, также как и в трубе 6. Благодаря герметичности воронки 3 и тому, что ее полость через трубу 5 клапаном 6 периодически соединяют с трубопроводом повышенного давления, повышается давление в объеме воронки - в полости Д, что приводит к быстрому импульсному вытеканию металла из воронки, т. е. реализуется газоимпульсное воздействие на жидкую фазу слитка. Частота импульсов регулируется скоростью вращения привода 7.

Струи металла при воздействии импульса давления газа в объеме Д с повышенной скоростью вытекают через отверстия 8 и попадают в каналы, соединяющие отдельные квадраты, соединенные в единое сечение слитка. Направления струй показаны на фиг. 1 и 2. Струи жидкого металла в каналах, в зонах Е, увеличивают скорость и, омывая внутреннюю поверхность кристаллизатора, препятствуют возникновению (или росту толщины) корки слитка на этих участках. Это обеспечивает возможность подпитки жидким металлом крайних, боковых квадратов в сечении слитка на глубине до h = 200-300 мм, при малой толщине каналов (и соответственно перемычек, соединяющих в зонах Е отдельные квадраты), даже при малых размерах толщины. При литье слитков из углеродистой стали и воздействии импульсов газа, выталкивающих струи металла через каждые 7-8 с за время τ ≤ 20 c, толщина затвердевшей корки слитка на стенках кристаллизатора не превышает 3,0-3,5 мм. При литье квадратных заготовок сечениями от 150 • 150 мм до 300 • 300 мм и скоростях литья 0,6-1,6 м/мин за время 20 с (1/3 мин) будет пройдено расстояние h = 0,20-0,53 м (200-530 мм).

Если толщина корки на участках Е не превышает 3,0-3,5 мм и ширина канала δ > 7,0 мм , то будет обеспечена хорошая подпитка боковых квадратных сечений жидким металлом. С некоторым запасом лучше принять δ = 10-12 мм , при этом на фиг. 1, 2 показано литье слитков, состоящих из трех соединенных квадратов. Валки 9, соединенные с приводом (конструкция привода обычная и на чертежах не показана), осуществляют обжатие перемычек (см. фиг. 3) от δ до δ₁ . Это обжатие, составляющее от δ = 10-12 мм до δ₁ = 3-4 мм, можно осуществлять при высокой температуре даже тогда, когда не закончена кристаллизация металла в центральных зонах квадратов. При литье слитка, состоящего из шести квадратов, можно применить схему с подачей жидкого металла через две воронки (см. фиг. 5).

Использование: черная металлургия, преимущественно непрерывное литье для производства сортового металла для последующей прокатки. Сущность: для исключения в процессе работы нарушения подпитки металлом части профиля сечений многопрофильного слитка в машине непрерывного литья металлов, содержащей кристаллизатор, выполненный в виде формообразующих полостей, соединенных между собой каналами, воронку для подачи жидкого металла в кристаллизатор и тянущие ролики, предусмотрены отверстия, выполненные в боковых стенках воронки и направленные в каналы, при этом полость воронки соединена с введенным в машину устройством периодического повышения давления. Кроме этого, воронка для подвода жидкого металла установлена в одной из каждых трех формообразующих полостей. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Машина непрерывного литья металлов, содержащая кристаллизатор в виде нескольких формообразующих полостей, соединенных между собой каналами, воронку для подачи в кристаллизатор жидкого металла и тянущие ролики, отличающаяся тем, что она снабжена устройством периодического повышения давления газа в полости воронки, а кристаллизатор выполнен в виде формообразующих полостей, число которых кратно 3, при этом в боковых стенках воронки выполнены отверстия, направленные в соединяющие соседние полости кристаллизатора каналы. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что воронка для подачи в кристаллизатор жидкого металла установлена в одной из каждых трех формообразующих полостей кристаллизатора.