Способ обработки затвердевающего слитка Советский патент 1990 года по МПК B22D27/08 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве стальных слитков.

Цель изобретения - повышение качества слитка и улучшение условий техники безопасности.

Способ включает заливку металла в изложницу и обработку его вибрацией в процессе затвердев ания. При этом обработку вибрацией ведут в две стадии: на первой стадии вибрацию осуществляют с амплитудой, равной (0,7-0,8) S0 5-Н 1 (мм), где S - средняя площадь поперечного сечения (мм2); Н - высота налива металла в изложницу (мм); обработку начинают по истечении 0,0.4-0,05 и заканчивают по истечении 0,25- 0,30 времени полной кристаллизации слитка, затем осуществляют обработку на второй стадии с амплитудой вибрации, уменьшенной до

0,2-0,3 от первоначальной величины, и заканчивают обработку по истечении не более 0,35-0,4 времени полной кристаллизации слитка.

Начало вибрационного воздействия ранее 0,040 времени полной кристаллизации нецелесообразно, так как при этом возможны прорывы металла на стыке прибыльная надставка - изложница и изложница - поддон, а Б дальнейшем - сдвиг прибыльной надставки относительно изложницы. При этом резко снижаются условия техники безо пасности и понижается выход годного Начало вибрационного воздействия позднее 0,050 времени полной кристаллизации ухудшает качество слитка за счет ухудшения его однородности, так как в этом случае в слитке образуется переходная зона столбчатых кристаллов, на границе которой (соотOi

KJ

оо

ьЈъ -U

ветствующей началу вибрации) формируется область повышенной ликвации.

Виброобработку осуществляют в течение до 0,25-0,30 времени полной кристаллизации с амплитудой, равной (0,7-0,8) X XS0 5 1 мм. При этом в период формирования столбчатых кристаллов обеспечивается интенсивное перемешивание расплава, которое разрушает термогравитационные потоки. Вибрационное воздействие обеспечивает формирование локальных турбулентных областей расплава (вихрей). При этом происходит не только разрушение столбчатых кристаллов, обломки которых служат дополнительными центрами кристаллизации, но и подпитка двухфазной области жидким расплавом. Это приводит к измельчению зерна и повышению плотности слитка. Скорость кристаллизации возрастет, благодаря чему зональня ликвация серы и фосфора заметно снижается. Ликвационные полосы отсутствуют. Качество металла по всей высоте слитка улучшается.

Оптимальная амплитуда колебаний составляет (0,7-0,8) S0-5 Н мм, где S - средняя площадь сечения слитка; Н - высота налива металла в изложницу. При этом обеспечивается формирование локальных вихрей расплава, достаточных для разрушения столбчатых кристаллов. Уменьшение амплитуды колебаний менее OJS0 5- - 1 мм нецелесообразно, так как возмущающего воздействия оказывается недостаточно для формирования локальной турбулентности, необходимой интенсивности, что снижает однородность слитка, увеличивает размеры зерна, а также ухудшает подавление внеосевой ликвации. Увеличение амплитуды колебаний свыше 0,8S° 5 Н мм нецелесообразно, так как при этом ухудшается качество слитка, что связано с разрушением твердой фазы и появлением горячих трещин. Чрезмерное увеличение амплитуды колебаний ухудшает также условия техники безопасности, так как снижается устойчивость изложницы, что может привести к ее опрокидыванию.

Вибрационное воздействие с амплитудой (0,7-0,8) S u 5 мм заканчивают по истечении 0,25-0,30 времени полной кристаллизации. Уменьшение длительности виброобработки с начальной амплитудой менее 0,25 времени полной кристаллизации нецелесообразно, так как при этом снизится однородность слитка и повысится внеосевая ликвация. Увеличение длительности вибрационного воздействия с первой начальной амплитудой свыше 0,30 времени полной кристаллизации ухудшает качество слитка за счет повышения пористости его внутренней зоны, так как на заключительном этапе кристаллизации в условиях виброобработки формируется весьма вязкая жидкотвердая фаза, в которой при интенсивном воздействии появляются пустоты, которые не всегда заполняются расплавом. По истечении 0,25-0,30 времени полной кристаллизации обработку ведут с амплитудой колебаний, составляющей 0,2-0,3 первоначальной амплитуды колебаний. при этом достигается уплотнение формирующейся кристаллической структуры, с одной стороны, и эффективное снятие внутренних напряжений в твердой фазе слитка, с другой стороны, что препятствует появлению внутренних трещин. Увеличение амплитуды колебаний свыше 0,3 первоначальной нецелесообразно, так как ухудшает качество слитка за счет формирования пористости в его осевой зоне. Уменьшение амплитуды колебаний менее 0,2 первоначальной амплитуды колебаний нецелесообразно, так как при этом снижается эффективность снятия внутренних (усадочных) напряжений в твердой фазе слитка, что ухудшает его качество за счет горячих трещин. Кроме того,

Q увеличиваются размер зерна и пористость в осевой зоне слитка.

Виброобработку целесообразно заканчивать по истечении 0,35-0,40 времени полной кристаллизации, так как дальнейшая обработка не оказывает сущо нного воз5 действия на жидкотвердую фазу. Появление действия вибрации обуславливает повышение неоднородности, рыхлости и пористости в тех объемах слитка, которые затвердевают в последнюю очередь. Таким образом, вибрационное воздействие в этом случае

0 ухудшает качество слитка и увеличивает энергозатраты. Окончание виброобработки ранее 0,35 времени полной кристаллизации нецелесообразно, так как при этом уменьшится качество слитка за счет недостаточного снятия внутренних напряжений в твердой

5 фазе, вызывающих горячие трещины. Кроме того, уменьшится однородность слитка в зоне равноосных кристаллов. Продолжение виброобработки после 0,40 времени полной кристаллизации приводит к разрушению

0 сформировавшегося каркаса слитка, повышается рыхлость и пористость в верхних слоях слитка.

Оптимальная частота низкочастотного вибрационного воздействия составляет 10- 15 Гц и зависит от целого ряда технологи5 ческих параметров, например массы и геометрии слитка, марки стали и пр. При этом следует учитывать, что наиболее оптимальные значения частоты воздействия с точки зрения турбулизации расплава, разрушения кристаллов и снятия внутренних напряжений неадекватны.

Новым в предполагаемом решении является то, что вибрационное воздействие начинают по истечении 0,040-0,050 времени полной кристаллизации с амплитудой равной

5 (0,7-0,8) S° 5-H мм, после чего виброобработку ведут с амплитудой колебаний, составляющей 0,2-0,3 первоначальной амплитуды колебаний, причем виброобработку заканчивают не позднее 0,35-0,40 времени полной кристаллизации.

Пример. Обрабатывали слитки массой 5,7 т из стали 20 и стали 35ХГСА. Высота прибыльной надставки слитка 480 мм, высота тела слитка без прибыли - 960 мм. Размеры слитка внизу - 518X598 мм, вверху - 660X730 мм. Высота налива металла в изложницу - 2340 мм, среднее сечение слитка мм. Длительность затвердевания слитков составляла 2 ч. 20 мин. В состав оборудования для виброобработки входили: преобразователь частоты ПЧ-4-200-94 для плавного безступенчатого регулирования частоты вращения; вибраторы ИВ-90 с регулируемым дисбалансом для создания механических колебаний, пульт управления для управления и контроля режимов вибрации. Для определения амплитуд колебаний использовали виброметр ВИП-2. Вибраторы жестко крепили при помощи струбцин к 6-ти местному поддону, на который устанавливали изложницы для сифонной разливки стали.

Вибрационную обработку начинали в интервале от 0,020 времени полной кристаллизации (соответствует 2,8 мин) до 0,100 от времени полной кристаллизации (соответствует 14 мин) и заканчивали по истечении 0,100 (14 мин) - 0,500 (70 мин) времени полной кристаллизации с амплитудой от 0,30-S° 5H- до 1,00 SVhT (что соответствует в абсолютных значениях интервалу 0,187-0,214 мм). После этого виброобработку вели с амплитудами от 0,10 до 0,50 от первоначальной величины, что составляло от 0,008 мм до 0,134 м; виброобработку заканчивали по истечении 0,200-0,800 времени полной кристаллизации, что составляло от 28 до 112 мин. Величину амплитуды изменяли путем увеличения или уменьшения числа одновременно работающих вибраторов и за счет изменения величины дисбалансов вибраторов, а также за счет изменения числа оборотов двигателей вибраторов при из0

5

0

5

0

5

0

менении частоты питающего тока при помощи преобразователя частоты.

При контроле качества металла пробы отбирали от наиболее загрязненных участков слитка, т. е. его прибыльной и данной частей. Глубину проникновения усадочной раковины слитка определяли на продольных плитах, вырезанных в осевой части слитка. Макроструктуры исследовали на плитах после горячего травления в 50%-ном водном растворе соляной кислоты. Определение вида и оценку степени развития дефектов макроструктуры производили сравнением свежепротравленных образцов с эталонами шкал ГОСТа 10243-75 «Сталь. Методы испытаний и оценки макроструктуры по пятибельной шкале.

В сравнении с прототипом заявляемое техническое решение обеспечивает снижение головной обрези в среднем на 1,5...1.8% и уменьшение брака при прокатке на 0,35... 0,40%.

Формула изобретения

Способ обработки затвердевающего слитка, включающий заливку металла в изложницу и обработку его вибрацией в процессе затвердевания, отличающийся тем, что, с целью повышения качества слитка и улучшения условий техники безопасности, обработку вибрацией ведут в две стадии: на первой стадии вибрацию осуществляют с амплитудой, равной (0,7-0,8)-S° 5H (мм), где S - средняя площадь поперечного сечения слитка (мм2); Н - высота налива металла в изложницу (мм), причем обработку начинают по истечении 0,04-0,05 и заканчивают по истечении 0,25-0,30 времени полной кристаллизации слитка, после чего ведут обработку на второй стадии с амплитудой вибрации, уменьшенной до 0,2-0,3 от первоначальной величины, а заканчивают обработку по истечении не более 0,35-0,4 времени полной кристаллизации слитка.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве стальных слитков. Цель изобретения - повышение качества слитка и улучшение условий техники безопасности. Способ включает заливку металла в изложницу и обработку его вибрацией в процессе затвердевания. При этом обработку ведут в две стадии. На первой стадии вибрацию осуществляют с амплитудой, равной (0,7-0,8)^.S°^,5.H^-1 мм, где S - средняя площадь поперечного сечения слитка, мм²

H - высота налива металла в изложницу, мм. Процесс обработки начинают по истечении 0,04-0,05 и заканчивают по истечении 0,25-0,30 времени полной кристаллизации слитка. На второй стадии обработку ведут с амплитудой вибрации, уменьшенной до 0,2-0,3 от первоначальной величины, и заканчивают обработку по истечении не более 0,35-0,40 времени полной кристаллизации слитка. Способ обеспечивает снижение головной обрези в среднем на 1,5-1,8% и уменьшение брака при прокатке на 0,35-0,40%.