СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ Российский патент 2010 года по МПК B22D11/00 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывной разливке металла на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Известен способ непрерывного литья заготовок, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание заготовки и ее охлаждение под кристаллизатором, при этом мениску металла в кристаллизаторе сообщают колебания посредством изгиба оболочки в зоне вторичного охлаждения, при этом колебания уровня мениска металла в кристаллизаторе осуществляют с амплитудой 0,1-0,2 мм (Патент SU 1741359, B22D 11/00/1).

Недостатком этого способа является нестабильное состояние мениска металла в кристаллизаторе, вызывающее захват неметаллических включений, а также не учитывается температура металла, что приводит в высокой аварийности и низкому качеству получаемых слитков.

Наиболее близкий по технической сущности и выбранный в качестве ближайшего аналога способ получения высококачественной непрерывнолитой заготовки, который включает подачу металла в кристаллизатор с температурой на 35-40°С выше температуры ликвидуса, непрерывное вытягивания слитка из кристаллизатора со скоростью 0,3-0,45 м/мин, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного качания, причем амплитуда качания поддерживается постоянной, а частоту качания кристаллизатора определяют по формуле N=240×Vp, где Vp - скорость разливки. (Патент RU 2169635, B22D 11/00/2).

Недостатком этого способа является высокая температура перегрева металла на 35-40°С выше температуры ликвидуса, которая приводит к развитию дефектов макроструктуры, возникновению аварий и снижению производительности МНЛЗ, кроме того, низкая скорость разливки 0,3-0,45 м/мин приводит к переохлаждению поверхности сляба за счет излучения, конвекции и теплоотдачи к оборудованию МНЛЗ, которые нельзя скомпенсировать низкими расходами охладителя в зоне вторичного охлаждения, а также частота качания кристаллизатора, определяемая по формуле N=240×Vp, и постоянная амплитуда приведут к образованию грубых складок от возвратно-поступательного движения кристаллизатора и образованию поверхностных дефектов непрерывнолитого сляба, что ухудшит качество непрерывнолитой заготовки, уменьшит выход годного и снизит производительность МНЛЗ.

Технический результат от использования данного изобретения заключается в повышении качества непрерывнолитой заготовки, увеличении выхода годного, снижении аварийности и повышении производительности МНЛЗ.

Указанный технический эффект достигается тем, что в способе непрерывной разливки стали, включающем подачу металла из промежуточного ковша в кристаллизатор, поддержание положения мениска металла в кристаллизаторе на одном уровне, вытягивание из кристаллизатора слитка, придание кристаллизатору возвратно-поступательного движения, в отличие от ближайшего аналога скорость вытягивания определяют по формуле Vp=k_v×(А+В)/(А×В)-ΔT×k_z, где k_v - эмпирический коэффициент, равный 0,15-0,25 м²/мин, А - толщина заготовки, м; В - ширина заготовки, м; ΔТ - температура перегрева стали над температурой ликвидус, °С, равная 15-35°С, k_z - эмпирический коэффициент, равный 0,005-0,015 м/мин×°С, амплитуду качания (Акач) изменяют в пределах от ±1,5 до ±4 мм, а частоту N, циклов/мин, возвратно-поступательного движения кристаллизатора определяют по формуле N=180/Акач+100×Vp, где Акач - амплитуда качания, мм; Vp - скорость разливки, м/мин; 100 - коэффициент пропорциональности, циклов/м; 180 - эмпирический коэффициент, мм.

Формулы для определения скорости вытягивания слитка и частоты возвратно-поступательного движения кристаллизатора получены опытным путем и являются эмпирическими.

Скорость вытягивания из кристаллизатора слитка, определяемая по формуле Vp=k_v×(А+В)/(А×В)-ΔТ×k_z, объясняется теплофизическими закономерностями кристаллизации формирующейся заготовки и теплопередачей в кристаллизаторе. Так как при увеличении скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора существенно уменьшается толщина слоя затвердевшего металла и увеличивается тепловой поток, необходимо при выборе скорости вытягивания учитывать температуру металла, подаваемого в кристаллизатор. При разливке металла с большой температурой перегрева на высокой скорости разливки произойдет ухудшение качества слитка, возникновение аварийных ситуаций и снижение производительности МНЛЗ. При разливке металла с небольшой температурой перегрева на низкой скорости разливки произойдет переохлаждение внутренних и наружных слоев формирующегося слитка, что приведет к образованию трещин, ухудшению качества слитка и снижению выхода годного.

Диапазон значений эмпирического коэффициента скорости вытягивания 0,15-0,25 объясняется теплофизическими закономерностями кристаллизации формирующейся заготовки как в кристаллизаторе, так и в зоне вторичного охлаждения. При меньших значениях, вследствие длительного теплоотвода, на переохлажденных участках поверхности заготовки будут образовываться трещины, что ухудшит качество заготовки, уменьшит выход годного и снизит производительность МНЛЗ. При больших значениях из-за недостаточного времени теплоотвода будет происходить разогрев поверхности и неполная кристаллизация заготовки, что ухудшит качество поверхности и макроструктуры заготовки, уменьшит выход годного, а также может привести к возникновению аварий и снижению производительности МНЛЗ.

Диапазон значений эмпирического коэффициента скорости охлаждения 0,005-0,015 объясняется теплофизическими закономерностями распределения тепловых потоков на поверхности и фронте кристаллизации формирующейся заготовки в процессе ее вытягивания из кристаллизатора. При меньших значениях на фронте кристаллизации формирующейся заготовки, вследствие недостаточного теплоотвода, будут образовываться горячие трещины, что ухудшит качество заготовки и может привести в возникновению аварийных ситуаций и снижению производительности МНЛЗ. При больших значениях на фронте кристаллизации формирующейся заготовки будут возникать растягивающие напряжения вследствие повышенного температурного градиента между внутренними и поверхностными слоями, что ухудшит качество поверхности и макроструктуры заготовки, уменьшит выход годного и снизит производительность МНЛЗ.

При амплитуде качания кристаллизатора менее ±1,5 мм не будет обеспечено необходимое проникновение шлака в зазор между формирующейся корочкой слитка и стенкой кристаллизатора, что приведет к возникновению растягивающих напряжений на поверхности корочки и образованию трещин, ухудшению качества слитка и снижению выхода годного, а также возможно прилипание корочки к стенке кристаллизатора, возникновение аварийных ситуаций и снижение производительности МНЛЗ, а при амплитуде качания кристаллизатора более ±4 мм на поверхности сляба будут образовываться грубые складки (следы качания), обогащенные неметаллическими включениями, по месту расположения которых на участке загиба и разгиба слитка возникают трещины, ухудшается качество слитка и снижается выход годного.

Частота возвратно-поступательного движения кристаллизатора определяется по формуле N=180/Акач+100×Vp, где Акач - амплитуда качания, мм; Vp - скорость разливки, м/мин. Объясняется гидродинамической и теплофизической закономерностью взаимодействия формирующейся корочки слитка со стенками кристаллизатора и шлаковой прослойкой, образующейся между корочкой и стенками кристаллизатора. Процесс проскальзывания кристаллизатора вниз относительно заготовки, который способствует снятию растягивающих напряжений, действующих на формирующуюся корочку, и образованию на поверхности слитка складок с меньшей или большей глубиной, очень важен для получения качественной заготовки и обеспечения безаварийной работы МНЛЗ. Продолжительность этого процесса характеризуется временем, в течение которого скорость движения кристаллизатора вниз превышает скорость вытягивания сляба - временем опережения. Данный параметр зависит от скорости разливки, амплитуды качания и частоты возвратно-поступательного движения кристаллизатора. При длительном времени опережения на поверхности сляба будут образовываться грубые складки (следы качания), обогащенные неметаллическими включениями, по месту расположения которых на участке загиба и разгиба слитка возникают трещины, ухудшается качество слитка и снижается выход годного, а при коротком времени опережения не будет обеспечено необходимое проникновение шлака в зазор между формирующейся корочкой слитка и стенкой кристаллизатора, что приведет к возникновению растягивающих напряжений на поверхности корочки и образованию трещин, ухудшению качества слитка и снижению выхода годного, а также прилипанию корочки к стенке кристаллизатора и, как следствие, возникновению аварийных ситуаций и снижению производительности МНЛЗ.

Диапазон значений перегрева металла на 15-35°С над температурой ликвидус объясняется теплофизическими закономерностями кристаллизации формирующейся заготовки. При меньших значениях на поверхности заготовки будут образовываться завороты корки, пояса, а также будет происходить вовлечение в поверхностный слой заготовки шлаковых включений, что ухудшит качество поверхности заготовки, уменьшит выход годного и снизит производительность МНЛЗ, кроме того, при меньших значениях будет происходить затягивание сталевыпускных отверстий промежуточного ковша, что может привести к возникновению аварийных ситуаций и снижению производительности МНЛЗ. При больших значениях будет образовываться крупнокристаллическая структура с сильно развитой ликвацией, что приведет в ухудшению качества макроструктуры и образованию на поверхности заготовки продольных и поперечных трещин по границам первичных зерен, ослабленных ликвацией легкоплавких соединений, что ухудшит качество заготовки и уменьшит выход годного, кроме того, при больших значениях резко возрастает вероятность образования аварий по прорывам формирующейся корочки, что приведет к снижению производительности МНЛЗ.

Заявляемый способ непрерывной разливки стали был опробован при разливке стали на двухручьевой слябовой МНЛЗ криволинейного типа. В процессе разливки стали марки 17Г1С-У температура стали в промежуточном составляла на 22°С больше температуры ликвидус, сечение отливаемой заготовки 250×1730 мм×мм. Коэффициент скорости вытягивания принимали равным 0,2 м²/мин, а коэффициент скорости охлаждения 0,01 м/мин×°С. Скорость разливки устанавливали согласно формуле и она составила 0,7 м/мин, а частота качания при установленной амплитуде ±3 мм составила 130 циклов/мин. Результаты использования предлагаемого изобретения на Магнитогорском металлургическом комбинате показали, что разливка стали по технологии заявляемого изобретения позволяет повысить качество непрерывно-литой заготовки, увеличить выхода годного, снизить аварийность и повысить производительность МНЛЗ.

Способ включает подачу металла из промежуточного ковша в кристаллизатор, поддержание положения мениска металла в кристаллизаторе на одном уровне, вытягивание из кристаллизатора слитка, придание кристаллизатору возвратно-поступательного движения. Скорость вытягивания определяют по формуле V_p=k_v×(А+B)/(А×B)-ΔT×k_z, где k_v - эмпирический коэффициент, равный 0,15-0,25 м²/мин, А - толщина заготовки, м, В - ширина заготовки, м, ΔT - температура перегрева стали над температурой ликвидус °С, равная 15-35°С, k_z - эмпирический коэффициент, равный 0,005-0,015 м/мин×°С, амплитуду качания (Акач) изменяют в пределах от ±1,5 до ±4 мм. Частоту N, циклов/мин, возвратно-поступательного движения кристаллизатора определяют по формуле N=180/Акач+100×V_p, где Акач - амплитуда качания, мм, Vp - скорость разливки, м/мин, 100 - коэффициент пропорциональности, циклов/м, 180 -эмпирический коэффициент, мм. Достигается повышение качества непрерывнолитой заготовки, снижение аварийности и повышение производительности МНЛЗ.

Способ непрерывной разливки стали, включающий подачу металла из промежуточного ковша в кристаллизатор, поддержание положения мениска металла в кристаллизаторе на одном уровне, вытягивание из кристаллизатора слитка, придание кристаллизатору возвратно-поступательного движения, отличающийся тем, что скорость вытягивания определяют по формуле
V_p=k_v·(А+B)/(А·B)-ΔT·k_z,
где k_v - эмпирический коэффициент, равный 0,15-0,25 м²/мин;
А - толщина заготовки, м;
В - ширина заготовки, м;
ΔT - температура перегрева стали над температурой ликвидус °С, равная 15-35°С;
k_z - эмпирический коэффициент, равный 0,005-0,015 м/мин·°С,
амплитуду качания (Акач) изменяют в пределах от ±1,5 до ±4 мм, а частоту N, циклов/мин, возвратно-поступательного движения кристаллизатора определяют по формуле
N=180/Акач+100·Vp,
где Акач - амплитуда качания, мм;
Vp - скорость разливки, м/мин;
100 - коэффициент пропорциональности, циклов/м;
180 - эмпирический коэффициент, мм.