СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B22D11/128 B22D11/14 

Изобретение относится к способу непрерывной разливки металлических заготовок, в частности стальных заготовок путем разливки металла в прямой, вертикально ориентированный кристаллизатор и последующего отвода прямой заготовки, образованной в кристаллизаторе, а также к установке для непрерывной разливка для осуществления упомянутого способа и к способу преобразования установки для непрерывной разливки с криволинейным кристаллизатором в установку непрерывной разливки с прямолинейным кристаллизатором.

В АТ-В-375518 и АТ-В-331439, например, описано получение металлической заготовки способом непрерывной разливки с использованием прямолинейного кристаллизатора, то есть кристаллизатора, в котором полость для заливки жидкого металла выполнена прямолинейной и направленной вертикально. После выхода из кристаллизатора заготовку направляют по направляющей с системой роликов, установленных в опорных сегментах, или в сквозных продольных несущих элементах и охлаждают таким образом, что создается опора для все еще тонкой оболочки заготовки, достаточная для предотвращения выгибания, обусловленного ферростатическим давлением. В большинстве случаев заготовку под кристаллизатором сначала направляют по прямолинейной направляющей такой длины, которая обеспечивает образование на заготовке за счет непосредственного охлаждения после кристаллизатора достаточно твердой оболочки, позволяющей изогнуть заготовку в зоне изгиба таким образом, чтобы она могла транспортироваться дальше по дуговому участку направляющей, расположенной после зоны изгиба и имеющей заданный радиус. К дуговому участку направляющей примыкает концевая зона правки, в которой заготовка снова правится. После правки заготовку выводят по прямолинейной, приблизительно, горизонтальной направляющей.

Из АТ-В 331439 уже известна проблема, связанная с различиями между криволинейным и прямолинейным кристаллизатором. Здесь предлагается ограничить растяжение оболочки заготовки с наружной стороны заготовки. С этой целью предложено осторожно и небольшими ступенями увеличивать изгиб заготовки.

Кроме того, известна, например, из АТ-В-249896 получение металлической заготовки способом непрерывной разливки сразу с криволинейной формой без использования зоны изгиба, а именно в так называемом криволинейном кристаллизаторе. В таком криволинейном кристаллизаторе полость, в которую заливают жидкий металл, выполняют криволинейной, предпочтительно в виде дуги окружности, в результате чего заготовку, выходящую из кристаллизатора, можно поддерживать и транспортировать с помощью дуговой направляющей, расположенной сразу после выхода. В этом случае достаточно иметь на конце дуговой направляющей конечную зону правки, в которой заготовку выпрямляют так, что после этого она может направляться, как описано выше, по, приблизительно, горизонтально расположенной прямолинейной направляющей. Установки для непрерывной разливки с криволинейными кристаллизаторами производят во всем мире, однако такие установки имеют металлургические недостатки, которые заключаются в первую очередь в том, что загрязнения и газовые пузырьки, захватываемые разливаемой струей и проникающие глубоко в сердцевину жидкой заготовки, не могут подниматься к зеркалу расплава так же легко, как в прямолинейном кристаллизаторе. Кроме того, криволинейный кристаллизатор имеет менее благоприятные условия обтекания, что может привести к нарушениям в процессе роста оболочки.

В связи с этим предпринимались попытки преобразовать установку для непрерывной разливки с криволинейными кристаллизаторами в установку для непрерывной разливки с прямолинейным кристаллизатором. Если при этом использовать такую же направляющую для заготовки, что и в исходной установке для непрерывной разливки с криволинейным кристаллизатором, то перед дугообразной направляющей для заготовки необходимо разместить зону изгиба, а выше нее расположить прямолинейный кристаллизатор для непрерывной разливки. Такое решение создает определенные трудности, поскольку в этом случае уровень прямолинейного кристаллизатора должен лежать значительно выше первоначально предусмотренного криволинейного кристаллизатора. Такая компоновка неприемлема при определенных условиях, так как она может потребовать не только увеличения высоты литейного цеха, но также и изменения общей планировки цеха, адаптацию разливочной площадки, промежуточных разливочных устройств и ковшового крана, а также подводов к ковшу и т.п. к этой новой высоте. В результате литейный цех придется полностью переоборудовать, что дорого и, с другой стороны, сопряжено с длительным простоем литейного производства.

Другая возможность заключается в замене дуговой направляющей, а именно на другую дуговую направляющую, адаптированную к прямолинейному кристаллизатору с расположенной после него зоной изгиба. Однако это также очень громоздкая и дорогостоящая система и в большинстве случаев приходится мириться с металлургическим недостатком криволинейного кристаллизатора.

Задача изобретения состоит в создании способа непрерывной разливки, а также установки для непрерывной разливки для осуществления этого способа, с помощью которого можно отливать заготовку с использованием прямолинейного кристаллизатора и наиболее важных компонентов установки для непрерывной разливки с криволинейным кристаллизатором, таких как дуговая направляющая, разливочное оборудование и т.д. Другая задача изобретения состоит в том, чтобы высоту установки для непрерывной разливки с прямолинейным кристаллизатором в целом сохранить близкой к высоте установки для непрерывной разливки с криволинейным кристаллизатором при том же радиусе изгиба отливаемой заготовки и дуговой направляющей, соответственно.

Кроме того, мероприятия по замене криволинейного кристаллизатора на прямолинейный кристаллизатор должны быть минимизированы в отношении времени и затрат.

Эта задача решается в способе для непрерывной разливки металлической заготовки вышеуказанного типа за счет того, что прямолинейную заготовку в по меньшей мере одной первой зоне изгиба сначала изгибают вдоль переходной кривой по дуге окружности, имеющей первый радиус, а в по меньшей мере одной последовательно расположенной первой зоне правки вдоль переходной кривой направляют по дуге окружности, имеющей радиус больший, чем радиус заготовки после первой зоны изгиба, причем больший радиус предпочтительно соответствует радиусу дуговой направляющей, расположенной перед конечной зоной правки, в которой заготовку правят по переходной кривой, причем заготовку после прохождения через конечную зону правки проводят по приблизительно горизонтальной прямолинейной направляющей.

Предпочтительно, заготовку, имеющую первый радиус между первой зоной изгиба и первой последовательно расположенной зоной правки, направляют по дуговой направляющей с этим первым радиусом, при этом предпочтительно, прямолинейную заготовку, выходящую из кристаллизатора направляют между кристаллизатором и первой зоной изгиба вдоль вертикальной прямолинейной направляющей.

Если радиус дуговой направляющей очень большой, то после изгиба в первой зоне правки, расположенной после зоны изгиба, целесообразно изгибать заготовку в по меньшей мере одной дополнительной последовательно расположенной зоне правки по дуге окружности, имеющей больший радиус, чем радиус заготовки перед этой дополнительной последовательно расположенной зоной правки.

В одном из вариантов, в случае больших радиусов дуговой направляющей, после деформации в первой зоне изгиба и последовательно расположенной зоне правки осуществляют по меньшей мере одну дополнительную деформацию заготовки в дополнительной зоне изгиба и последовательно расположенной зоне правки.

Установка для непрерывной разливки согласно изобретению, содержащая прямолинейный кристаллизатор, направляющую для заготовки, расположенную после этого устройства в направлении вытягивания заготовки с первой зоной изгиба, дуговую направляющую и конечную зону правки с примыкающей к ней, приблизительно, горизонтальной прямолинейной направляющей, отличается тем, что после по меньшей мере одной первой зоны изгиба размещена по меньшей мере одна первая зона правки заготовки в дугу большего радиуса по сравнению с первой зоной изгиба, за которой размещена дуговая направляющая.

Предпочтительно, между первой зоной изгиба и первой зоной правки предусмотрена дуговая направляющая, при этом между кристаллизатором и первой зоной изгиба целесообразно разместить вертикальную прямолинейную направляющую для заготовки. В одном из вариантов целесообразно предусмотреть по меньшей мере одну дополнительную зону изгиба с последующей зоной правки после первой зоны изгиба и последовательно расположенной зоны правки.

Предпочтительная форма выполнения отличается тем, что в соответствии с АТ-В-331439, характеристика растяжения заготовки, определяемая зоной (зонами) изгиба и зонами правки, соответственно, в по меньшей мере одном или обоих переходных участках подобна наклонной искаженной букве "S" с прямой касательной на перегибе, а углы наклона начала и конца кривой растяжения, построенной для упомянутого участка, равны нулю относительно оси Х прямоугольной системы координат, начало которой расположено в начале переходной кривой, а ось Х расположена по касательной к переходной кривой.

При этом является целесообразным, чтобы наклон касательной на перегибе, большей частью соответствовал максимально допустимому изменению растяжения 0,0025%/мм во время изгиба и 0,0030%/мм во время правки.

Предпочтительно, изменения кривизны (у’’’) переходного участка кривой соответствует дифференциальному уравнению

где ϕ’(х_j) - функция изменения растяжения, которое при удлинении в зоне изгиба или правки, сначала увеличивается от нуля, затем изменение растяжения достигает максимума и потом снова уменьшается до нуля, r_E - радиус дуги окружности в конце зоны изгиба или в начале зоны правки, соответственно, и х_Е - вертикальная проекция зоны изгиба или горизонтальная проекция зоны правки, соответственно, a х_j представляет собой координату положения в системе координат.

Способ изготовления установки для непрерывной разливки, соответствующей изобретению, включающий преобразование установки для непрерывной разливки с криволинейным кристаллизатором, расположенной за ним дуговой направляющей и конечной зоной правки с последовательно расположенной, приблизительно горизонтальной прямолинейной направляющей, в установку для непрерывной разливки с прямолинейным вертикально ориентированным кристаллизатором, включает в себя этапы, на которых

- удаляют криволинейный кристаллизатор и часть примыкающей к нему дуговой направляющей,

- прямолинейный кристаллизатор устанавливают на участке установки для непрерывной разливки, расстояние от которого до центра кривизны дуговой направляющей меньше радиуса первоначальной дуговой направляющей,

- зону изгиба, включающую переходный участок кривой, размещают по одной оси с прямолинейным кристаллизатором, при этом из зоны изгиба выходит заготовка, имеющая первый радиус, меньший, чем радиус дуговой направляющей, и

- после зоны изгиба размещают, по меньшей мере, одну зону правки, из которой выходит заготовка, имеющая второй радиус, больший, чем первый радиус, причем второй радиус предпочтительно соответствует радиусу части первоначальной дуговой направляющей, остающейся в установке для непрерывной разливки, и тангенциально переходит в эту дуговую направляющую.

Предпочтительно между зоной изгиба и первой зоной правки встроена дуговая направляющая.

Согласно предпочтительному варианту осуществления между кристаллизатором и зоной изгиба встроена прямолинейная направляющая, расположенная по одной оси с кристаллизатором.

Для того, чтобы избежать слишком большого изгиба заготовки, прямолинейный кристаллизатор встраивают в установку для непрерывного литья разливки, предпочтительно, на уровне, близком к уровню криволинейного кристаллизатора, предпочтительно чуть выше упомянутого уровня, при этом отклонение от уровня криволинейного кристаллизатора зависит от высоты цеха, имеющейся крановой системы и т.д. "Небольшое отклонение по высоте" обычно означает такое отклонение, которое дает возможность так или иначе избежать перестройки цеха; как правило, отклонение по высоте в обычных литейных цехах отличается в целом на 0,5-1 м.

В случае больших радиусов дуговой направляющей оказалось целесообразным после первой зоны правки разместить дополнительную зону правки с последовательно расположенной дуговой направляющей.

Согласно другому варианту, в случае больших радиусов дуговой направляющей целесообразно после первой зоны изгиба и расположенной последовательно за нею зоны правки разместить по меньшей мере одну дополнительную зону изгиба с последовательно расположенной зоной правкой.

Ниже изобретение поясняется более подробно на примере варианта осуществления, показанного на чертеже, где показан схематический вид сбоку установки для непрерывной разливки, включающей прямолинейный кристаллизатор и криволинейный кристаллизатор.

На фиг.1 показан пунктиром криволинейный кристаллизатор 1 с последовательно расположенной направляющей 2 для заготовки, при этом для упрощения направляющая 2 в верхней части, - т.е. непосредственно под криволинейным кристаллизатором 1, изображена пунктирной линией, обозначающей внешнюю, или нижнюю сторону заготовки. Как обычно, эта направляющая 2 образована опорными и направляющими роликами 2', примыкающими к кристаллизатору и поддерживают заготовку на небольших расстояниях друг от друга с обеих сторон, т.е. с внешней, или нижней стороны, и с внутренней, или верхней стороны. Таким образом, внешняя, или нижняя сторона заготовки, показанная пунктиром, образует огибающую всех этих роликов.

Разливочная площадка 3 расположена примерно на уровне верхнего края криволинейного кристаллизатора 1. Внутренняя полость 4 криволинейного кристаллизатора 1, т.е. сквозная полость 4, в которую поступает расплав металла, заливаемый с помощью обычного разливочного ковша (на чертеже) в разливочный желоб обычной конструкции (также не показан) и оттуда - в криволинейный кристаллизатор 1 через литниковую трубку, выполнена дугообразной, т.е. по дуге окружности. Дуговая направляющая 2, примыкающая к криволинейному кристаллизатору 1, имеет радиус R_end. Центр 5 этой дуговой направляющей расположен примерно на уровне нижней половины криволинейного кристаллизатора 1 и, следовательно, ниже уровня мениска 6 в криволинейном кристаллизаторе 1, примерно на высоту Н_o.

К дуговой направляющей 2, длина которой не превышает четверти окружности, примыкает зона 7 правки, в которой заготовку правят на опорных и изгибающих роликах. Предпочтительно, зона правки 7 имеет переходный участок, подобно описанному в АТ-В-331439, что обеспечивает осторожное выпрямление ленты. К зоне 7 правки примыкает приблизительно горизонтальная прямолинейная направляющая 8, которая также содержит близко расположенные опорные и направляющие ролики. Заготовку транспортируют наружу по этой прямолинейной направляющей 8 и после этого разрезают на отдельные отрезки или сразу наматывают в рулон. Прямолинейная направляющая 8 также может быть установлена с отклонением от горизонтальной линии, например, отклонения на ±5° вполне допустимы.

Сплошными линиями на чертеже показана установка для непрерывной разливки, в котором криволинейный кристаллизатор заменен прямолинейным кристаллизатором 9. Как видно из чертежа, этот прямолинейный кристаллизатор 9 размещен со смещением по горизонтали относительно криволинейного кристаллизатора 1 в сторону центра 5 окружности дуговой направляющей 2 на величину Н_Н.

Кроме того, прямолинейный кристаллизатор 9 смещен относительно криволинейного кристаллизатора 1 на небольшую величину по высоте, в частности, на величину Н_V. К прямолинейному кристаллизатору 9, т.е. кристаллизатору 9 с вертикальной и прямолинейной полостью 10, в которую заливается расплав металла примыкает вертикально ориентированная прямолинейная направляющая 11. Такая конфигурация обеспечивает эффективную очистку строго вертикального участка отливаемой заготовки, а именно всплытие загрязнений и газовых пузырьков, которые вовлекаются заливаемой струей в жидкую сердцевину заготовки.

К вертикальной прямолинейной направляющей 11 примыкает зона изгиба 12, включающая переходный участок, вдоль которой заготовка из прямолинейной становится дугообразной. Предпочтительно, эта переходная кривая также имеет конфигурацию, описанную в АТ-В-331439.

Дуга имеет радиус R_min, который меньше, чем радиус R_end дуговой направляющей 2 для криволинейного кристаллизатора 1. После зоны 12 изгиба расположена дуговая направляющая 13 с радиусом R_min, которая простирается в пределах меньшего углового сектора около 20°. После дуговой направляющей 13 расположена зона правки 14, в которой лента немного правится точно для радиуса R_end дуговой направляющей 2, первоначально определенной для криволинейного кристаллизатора 1. R_min должен выбираться в зависимости от отливаемого материала, скорости литья и отливаемой толщины (толщины заготовки). При выборе R_min необходимо иметь в виду, что оболочка заготовки не будет подвергаться избыточным нагрузкам (избыточному растяжению) при первичном изгибе.

Чем ближе прямолинейный кристаллизатор 9 сдвинут к центру кривизны 5, тем легче, - несмотря на относительно длинную прямолинейную направляющую 11 - обеспечить расположение прямолинейного кристаллизатора 9 на уровне 3 криволинейного кристаллизатора 1, даже при уменьшении R_min, особенно если требуется длинная вертикальная прямолинейная направляющая 11.

Этот способ позволяет передавать заготовку из прямолинейного кристаллизатора 9 в дуговую направляющую 2 криволинейного кристаллизатора 1 и не требует значительного увеличения высоты для размещения прямолинейного кристаллизатора 9. Таким образом, за счет лишь небольшого преобразования - только удаления первой части 15 дуговой направляющей 2, отходящей от криволинейного кристаллизатора 1 и доходящей до конца вводимой зоны правки 14 - можно воспользоваться всеми металлургическими преимуществами, обеспечиваемыми прямолинейным кристаллизатором. Промежуточное разливочное устройство и ковшовый кран могут быть легко использованы как и раньше, возможно, после небольшого подъема. Собственно литейный цех не подвергается совершенно никакими изменениями.

Как видно из чертежа, небольшого укорочения вертикальной прямолинейной направляющей 11, расположенной после прямолинейного кристаллизатора 9, будет достаточно для размещения кристаллизатора 9 точно на уровне криволинейного кристаллизатора 1.

Для изобретения существенно, что заготовка, выходящая из прямолинейного кристаллизатора 9, сначала изгибается до радиуса R_min, который меньше, чем радиус R_end дуговой направляющей 2 криволинейного кристаллизатора 1, и только потом изгибается до этого радиуса R_end. Изгиб отливаемой заготовки до радиуса R_end может также осуществляться в несколько этапов, например, в нескольких последовательно размещенных зонах правки 14, а также путем изгиба прямой ленты в первой зоне изгиба 12 до радиуса R_min, меньшего, чем радиус R_end дуговой направляющей, последующей правки до радиуса несколько большего, чем радиус R_min, который заготовка имеет на выходе из первой зоны изгиба. Эта процедура может также повторяться несколько раз до тех пор, пока не будет получен радиус R_end дуговой направляющей криволинейного кристаллизатора. Применение таких вариантов, включающих многоступенчатую правку и/или многоступенчатый изгиб-правку, целесообразно в том случае, если прямолинейный кристаллизатор 9 должен быть расположен точно на уровне 3 демонтированного криволинейного кристаллизатора 1.

Изобретение относится к области металлургии. В способе непрерывной разливки металлических заготовок заливают металл в прямолинейный, вертикально ориентированный кристаллизатор (9). Прямолинейную заготовку в виде ленты, выходящую из кристаллизатора (9), в по меньшей мере, одной первой зоне изгиба (12) вдоль переходной кривой изгибают по дуге окружности, имеющей первый радиус (R_min), а в, по меньшей мере, одной последовательно расположенной первой зоне (14) правки вдоль переходной кривой изгибают по дуге окружности, имеющей больший радиус, чем первый радиус (R_min) ленты после первой зоны изгиба. При этом больший радиус соответствует радиусу (R_end) дуговой направляющей (2) перед конечной зоной (7) правки переходной кривой, в которой заготовку правят, а затем отводят по приблизительно горизонтальной прямолинейной направляющей. В способе изготовления установки для непрерывной разливки преобразуют установку для непрерывной разливки с криволинейным кристаллизатором в установку для непрерывной разливки с прямолинейным кристаллизатором, сохраняя при этом максимально возможное количество компонентов установки с криволинейным кристаллизатором, таких как, дуговая направляющая, разливочное оборудование и т.п. Технический результат - отливка качественных металлических заготовок, без загрязнений и газовых пузырей, исключение избыточных нагрузок на оболочку заготовки при ее первичном изгибе, сокращение времени и затрат на изготовление установки для непрерывной разливки с прямолинейным кристаллизатором. 3 с. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ непрерывной разливки металлических заготовок, в частности стальных заготовок, включающий заливку металла в прямолинейный, вертикально ориентированный кристаллизатор и последующее вытягивание прямолинейной заготовки, образованной в кристаллизаторе, отличающийся тем, что прямолинейную заготовку сначала изгибают по дуге окружности, имеющей первый радиус (R_min) в по меньшей мере одной первой зоне изгиба переходной кривой, и в по меньшей мере одной последовательно расположенной первой зоне правки вдоль переходной кривой правят по дуге окружности, имеющей больший радиус, чем радиус (R_min) ленты после первой зоны изгиба, причем больший радиус предпочтительно соответствует радиусу (R_end) дуговой направляющей (2) перед конечной зоной правки переходной кривой, в которой заготовку правят и после прохождения через конечную зону правки отводят по приблизительно горизонтальной прямолинейной направляющей (8).2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между первой зоной изгиба и первой последовательно расположенной зоной правки заготовку с первым радиусом (R_min) направляют по дуговой направляющей, имеющей упомянутый первый радиус (R_min).3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что прямолинейную заготовку, выходящую из кристаллизатора (9), между кристаллизатором и первой зоной изгиба направляют по вертикальной прямолинейной направляющей.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что после деформации в первой зоне правки, расположенной после зоны изгиба, заготовку деформируют в по меньшей мере одной дополнительной последовательно расположенной зоне правки по дуге окружности, имеющей радиус больший, чем радиус (R_min) ленты перед дополнительной последовательно расположенной зоной правки.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что после деформации в первой зоне изгиба и последовательно расположенной зоне правки заготовку подвергают по меньшей мере одной дополнительной деформации в дополнительной зоне изгиба и последовательно расположенной зоне правки.6. Установка для непрерывной разливки, содержащая прямолинейный кристаллизатор (9), направляющую для заготовки, расположенную после кристаллизатора по направлению выхода заготовки и включающую первую зону изгиба (12), дуговую направляющую (2) и конечную зону (7) правки, после которой расположена приблизительно горизонтальная прямолинейная направляющая (8), отличающаяся тем, что после по меньшей мере одной первой зоны изгиба (12) и перед дуговой направляющей (2) расположена по меньшей мере одна первая зона (14) правки для правки ленты по дуге большего радиуса по сравнению с первой зоной изгиба (12).7. Установка для непрерывной разливки по п.6, отличающаяся тем, что между первой зоной изгиба (12) и первой зоной правки (14) размещена дуговая направляющая (13).8. Установка для непрерывной разливки по п.6 или 7, отличающаяся тем, что между кристаллизатором (9) и первой зоной изгиба (12) размещена вертикальная прямолинейная направляющая (11).9. Установка для непрерывной разливки по любому из пп.6-8, отличающаяся тем, что после первой зоны изгиба (12) и последовательно расположенной зоны правки (14) размещена по меньшей мере одна дополнительная зона изгиба с последующей зоной правки.10. Установка для непрерывной разливки по любому из пп.6-9, отличающаяся тем, что характеристика растяжения ленты в зоне изгиба (12) и зонах правки (7, 14) соответственно в по меньшей мере одном или двух переходных участках подобна наклонной искаженной букве “S” с прямой касательной на перегибе, а углы наклона начала и конца кривой растяжения, построенной для упомянутого участка, равны нулю относительно оси Х прямоугольной системы координат, начало которой расположено в начале переходного участка, а ось Х расположена по касательной к переходному участку.11. Установка для непрерывной разливки по п.10, отличающаяся тем, что наклон касательной на перегибе большей частью соответствует максимально допустимому изменению длины 0,0025%/мм во время изгиба и 0,0030%/мм во время выпрямления.12. Установка для непрерывной разливки по п.10 или 11, отличающаяся тем, что кривизна переходного участка (у’’’) соответствует дифференциальному уравнению

где ϕ’(х_j) - функция изменения длины, которое при удлинении в зонах изгиба или выпрямления (12, 14, 7) сначала возрастает от нулевого значения, затем изменение длины достигает максимума и потом снова уменьшается до нуля;

- радиус дуги окружности в конце зоны изгиба или в начале зоны правки (12, 14, 7) соответственно;

Х_E - вертикальная проекция зоны изгиба (12) или горизонтальная проекция зоны правки (14, 7) соответственно а х_j представляет собой координату положения в системе координат.