Способ охлаждения стальных слитков при непрерывной разливке и установка для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B22D11/124 

(Л

С

В ходе непрерывной разливки осуществляют интенсивное охлаждение изделия в то время, когда изделие находится в вязкой фазе затвердевания, таким образом, что дифференциальное тепловое сжатие между вязкой сердцевиной и уже полностью затвердевшей наружной коркой вызывает эффект сжатия сердцевины коркой. Для этой цели средства охлаждения изделия размещаются на разливочной машине на уровне концевого участка металлургической длины. Способ преимущественно применяется при разливке сталей, имеющих широкий диапазон затвердевания; с содержанием углерода порядка 0.25-1,5%. 2 с и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к охлаждению слитков из сталей, имеющих широкий диапазон затвердевания, например, с содержанием углерода около 0,25...1,5%.

Цель - повышение качества слитков за счет устранения расслоенной зоны в центральной части.

На фиг. 1 схематически показана наклонная установка для непрерывной разливки стали обычного типа, продольный разрез; на фиг. 2 - установка по изобретению с направляющей для охлаждения в зоне окончания затвердевания изделия, продольный разрез; на фиг. 3- графики изменения скоростей охлаждения поверхности и сердцевины изделия в ходе его прохождения в нижней части машины в случае отсутствия и наличия охлаждающего устройства в зоне окончания затвердевания изделия.

Ковш подает жидкую сталь 1 в распределительный резервуар 2. Затем жидкая сталь 1 поступает в один или несколько кристаллизаторов 3 с медными стенками или со стенками из медного сплава, интенсивно охлаждаемыми водой. Именно в каждом из этих кристаллизаторов или зонах первичного охлаждения начинается затвердевание периферийной части слитка 4, который получает, таким образом, окончательное сечение. Кристаллизатор, показанный на фиг. 1, имеет изгиб, отражающийся на слитке. В промышленной практике встречается также

00 Ю

00

00

ы

прямой кристаллизатор, тогда получают прямое изделие. Сразу после кристаллизатора 3 начинается зона вторичного охлаждения Y, в которой слиток 4 смачивается по длине в зависимости от длины установки с помощью распределительных трубок 5 с форсунками. Форсунки подают по всему периметру изделия охлаждающую жидкость, обычно распыленную воду, Затем начинается зона естественного охлаждения Z, в которой схематически показанная обычная установка не содержит средств охлаждения слитка. В нижней части машины находятся средства (не показаны) разгибания изделия для придания ему прямой формы и средства (не показаны) для поперечного разделения изделия.

На фиг. 1 можно различить несколько концентрических участков внутри изделия в ходе разливки, соответствующих физическому состоянию материала, который они содержат. В сечении изделия, в верхней части машины (например, в зоне Y), последовательно расположены три участка. В сердцевине 6 металл полностью находится в жидком состоянии, сечение этой зоны уменьшается по мере затвердевания изделия и, после точки окончания жидкой фазы 7, нет больше одного жидкого металла. Вокруг жидкой сердцевины б, вязкий участок 8, соответствующий металлу в ходе затвердевания, одновременно содержит жидкую и твердую части. Пропорция этой твердой части увеличивается по мере снижения температуры. Вокруг вязкого участка, корка 9 состоит только из затвердевшего металла. После точки оканчивающегося затвердевания 10 корка 9 покрывает все изделие.

На фиг. 2 показана машина для непрерывной разливки, согласно изобретению. Отличие между двумя конструкциями заключается в добавлении к обычной машине дополнительных средств охлаждения с форсунками 11, размещенных в зоне Z машины, в которой заканчивается затвердевание изделия.

На фиг. 3 показаны варианты скорости изменения температуры металла на поверхности и в середине по мере продвижения слитка в зоне Z машины, в которой заканчивается затвердевание. Это продвижение выражается расстоянием Ь в мениске, т.е. на поверхности жидкого металла в изложнице. Кривые действительны для следующих условий разяивки:

- размер изделия: слитки квадратного сечения со стороной 105 мм,

-состав изделия: сталь с 0,7% углерода.

- скорость извлечения изделия: 2,3 м/мин.

В этих условиях полное затвердевание изделия происходит на расстоянии 11,20 м от мениска, отмеченном на фигуре линией S.

Кривые А и В соответствуют случаю по фиг. 1, когда слиток в концевой части машины не подвержен принудительному охлаждению. Кривая А представляет скорость изменения температуры на поверхности

0 слитка. Она показывает, что эта скорость остается примерно постоянной (т.е. потеря 0,5°С/с) по всей длине рассмотренной зоны, Кривая В представляет скорость изменения температуры твердо-жидкой

5 сердцевины слитка. Она показывает, что в начале рассмотренной зоны эта температура остается практически постоянной. Охлаждение твердо-жидкой (вязкой) сердцевины значительно ускоряется только

0 на расстоянии около 8 м от мениска. На расстоянии более 9,5 м от мениска вязкая сердцевина начинает терять более 0,5°С/с, и следовательно, начинает охлаждаться быстрее, чем поверхность. Это приводит к теп5 ловому сжатию сердцевины, более сильному, чем тепловое сжатие поверхности.

Кривые С и D соответствуют случаю по фиг, 2, когда слиток подвергается принуди0 тельному охлаждению в зоне Z окончания затвердевания посредством распределительных трубок с форсунками. Эти кривые составлены в случае, когда слиток орошается, между расстояниями от мениска 8,40 м и

5 11,20 м. водой с расходом 12 м3/ч и на 1 м2 орошенного слитка, причем этот расход равномерно распределяется по всей зоне орошения. Кривая С представляет скорость изменения температуры поверхности слит0 ка, а кривая D представляет скорость изменения температуры вязкой сердцевины. Выше зоны охлаждения эти кривые соответственно совпадают с кривыми А и В. От начала зоны принудительного охлаждения

5 резко ускоряется охлаждение поверхности с достижением 9°С/с на расстоянии 9 м от мениска. Затем охлаждение становится все более и более медленным по причине постепенного улучшения качества теплообмена

0 между охлаждающей водой (расход и температура которой являются постоянными) и изделием (температура которого снижается по мере его продвижения в зоне охлаждения). Одновременно следствием принуди5 тельного охлаждения является ускорение охлаждения вязкой сердцевины, но этот эффект ощущается с опозданием (начиная с расстояния 10 м от мениска) и постепенно. В конечном счете охлаждение вязкой сердцевины становится более быстрым, чем охлаждение поверхности изделий, только на расстоянии 11 м от мениска. На этом уровне практически заканчивается затвердевание вязкой сердцевины и ее термомеханическое поведение достаточно близко к поведению 5 полностью затвердевшей корки с тем, чтобы можно было не учитывать явление дифференциального теплового сжатия и чтобы не могли образовываться расслоенные участки.10

Рекомендуется продолжать принудительное охлаждение изделия до примерно 1 м за точкой окончания затвердевания. На фиг. 3 распределительная трубка с форсунками показана продолженной за точку 10. 15 Таким образом, неточность в расчете для определения точки пересечения кривых А и В на фиг. 3 составляет примерно ±1 м. Эту неточность следует учитывать при выборе точки начала принудительного охлаждения, 20 Следовательно, рекомендуется размещать первые распределительные трубки с форсунками 11, по меньшей мере, на 1 м выше указанной точки пересечения. Однако следует также удостовериться, что это опере- 25 жение начала охлаждения не вызывает преждевременного пересечения кривых С и D на фиг. 3, т.е. будет иметь место в точке, в . которой твердая фракция вязкой сердцевины будет составлять, по меньшей мере, ме- 30 нее 60%.

Рекомендуемые расходы охлаждающей воды составляют порядка 8-15 м3/ч на 1 м2 35 орошенного слитка. Предпочтительно, выбирают расход порядка 12 м3/м2 ч.

Этот способ может применяться для всех машин для непрерывной разливки. 40 предназначенных для изготовления стальных изделий. Он особенно пригоден для разливки марок сталей, содержащих около 0,25-1,5% углерода.

Один из вариантов этого способа состо- 45 ит в применении дополнительных средств для охлаждения таким образом, что расход охлаждающей жидкости изменяется между началом и окончанием зоны охлаждения. Общий средний расход для всей зоны не 50 изменяется. Таким образом, можно лучше управлять потоком теплоты, извлекаемым из изделия вдоль зоны охлаждения, с целью достижения снижения, показанного на фиг, 3, скорости охлаждения поверхности изде- 55 лия. Таким образом, увеличивается вероятность, до последнего окончания затвердевания, менее быстрого охлаждения в сердцевине, чем в корке.

С другой стороны, было отмечено, что хорошая однородность сердцевины изделия может быть получена путем приведения в движение жидкой сердцевины в зоне вторичного охлаждения или даже в кристаллизаторе. Это приведение в движение может благоприятно достигаться с помощью электромагнитных средств перемешивания. Эти средства могут быть представлены в виде кольцевых многофазных индукторов, размещенных вокруг отлитого слитка и создающих вращающееся магнитное поле вокруг его оси или многофазных индукторов плоской конструкции, создающих поле, скользящее параллельно оси или перпендикулярно этой оси слитка. Формула изобретения

держащая кристаллизатор и установленные под ним средства охлаждения слитка, отличаю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества слитков за счет устранения рассло- енной зоны в центральной части, средства охлаждения слитка, дополнительно размещены на концевом участке металлургической длины.

Фие. 2

V (eC/s)

боо

700

800

900

1000

1 100

Фиг.З