Способ непрерывной разливки металлов Советский патент 1982 года по МПК B22D11/00 

(5) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к металлургии , а именно к непрерывной разливке легированных, высокоуглеродистых и подшипниковых сталей на установках с криволинейной технологической осью, в слитки сортового и блюмового сортамента. Известен способ непрерывной разливки металлов в слитки прямоугольного поперечного сечения на установках с криволинейной технологической осью, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при ломощи роликов, охлаждение поверхности слитка по двум широ ким граням водой, распыливаемой форсунками, изменение удельных расходов воды вдоль зоны орошения по экспоненциальному закону. При этом удельные расходы воды по широким граням слитка изменяют от 3,5-,Q до 1,7-1,9 воду подают на слиток на участке, соответствующем 0,6-0,7 времени его полного затвердевания, в течение 0,09 0,32 ч в прямой пропорциональной зависимости от толщины слитка, изменяющейся в пределах 0,15-0,3 м. Узкие грани охлаждаются только на воздухе 1. Недостатком известного способа является низкое качество непрерывнолитых слитков из легированных, высокоуглеродистых и подшипниковых марок стали. Это объясняется тем, что способ применим при отливке плоских или слябовых слитков из углеродистых марок стали. При отливке слитков сортового и блюмового сортамента необходимо охлаждение всех четырех граней с различной интенсивностью. При известном способе наблюдается разогрев узких граней слитка, приводящий к значительным термическим напряжениям в углах слитка и образованию внутренних И наружных трещин. Известен способ непрерывной разливки металлов в слитки прямоугольно го поперечного сечения на установках с криволинейной технологической осью включающей подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоне вторично го охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка по дву Широким граням водой, распыливаемой форсунками, изменение удельных расхо дов воды вдоль зоны орошения по экспоненциальному закону. При этом температуру поверхности слитка изменяют путем регулировки расхода воды от lOyO-IOSO C до 800-850°С на длине зо ны орошения 6,0-7,0 м от кристаллиза тора при скорости вытягивания 0,60,65 м/мин, при увеличении ее на каж дые 0,1 м/мин допускают повышение те пературы слитка в верхней части вторичного охлаждения на 10-12°С путем регулировки расхода воды, а длину зо ны орошения увеличивают на 0,8-1,5 м оставляя температуру поверхности слитка в конце зоны орошения прежней На остальной части зоны вторичного охлаждения, а также узкие грани на всей длине охлаждают на воздухе 2 . Недостатком известного способа является низкое качество непрерывнолитых слитков из легированных, высокоуглеродистых и подшипниковых марок стали. Это объясняется тем, что известный способ применим при отливке плоских или слябовых слиткбв из рядовых марок стали. При этом наблюдается разогрев узких граней слитка, перераспределение термических напряжений в угловых частях слитка, в результате чего на слитке появляются поверхностные трещины, приводящие к браку слитков. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ непрерывной разливки металлов в слитки прямоугольного поперечного сечения на установках с криволинейной технологической осью, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоны вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка водой по четырем граням, распыливаемой фор сунками, изменение удельных расходов воды вдоль зоны орошения по экспоненциальНому закону. При этом помимо охлаждения широких граней слитка распыленной водой охлаждают также узкие грани сначала водой и затем на воздухе, изменяя интенсивность охлаждения по экспоненциальному закону от 4,5-6,5 под кристаллизатором до 2,5-2,8 .ч в конце зоны орошения, длина которой равна 5-30 толщинам слябового слитка и находится в прямой пропорциональной зависимости от скорости вытягивания. Длина полей орошения по широким граням слитка одинакова ЗЗ . Недостатком известного способа является низкое качество непрерывнолитых слитков из легированных, высокоуглеродистых и подшипниковых марок стали. Это объясняется тем, что указанный диапазон расходов воды применим для отливки слитков слябового сечения. В слитках сортового и блюмово,го поперечного сечения температурное поле и распределение термических напряжений по сечению совершенно иное. чем в плоских слитках слябового поперечного сечения. При известном способе в слитках сортового и блюмового поперечного сечения в районе узлов возникают значительные термические напряжения, превосходящие допустимые значения. В результате в слитках возникают внутренние и наружные трещины в районе углов, приводящие к браку слитков. Кроме того, способ не обеспечивает теоретически необходимую закономерность распределения температуры поверхности слитка в зоне вторичного охлаждения. Для обеспечения высокого качества слитков сортового и блюмового сечения из легированных, высокоуглеродистых и подшипниковых марок стали при отливке на установках с криволинейной технологической осью необходимо изменять удельные расходы воды по всем четырем граням слитка Q различной интенсивностью. При этом длина поля орошения по .боковым граням меньше, чем по грани, расположенной по малому радиусу, длина поля орошения на последней в свою очередь меньше, чем по грани, расположенной по большому радиусу. Эта закономерность организации режима вторичного охлаждения по граням слитка вызвана необходимостью устранения угловых трещин на поверхности и по сечению слитка. Теоретическими расчетами и экспериментально установлено, для получения слитков оптимального качества необходимо усиленное охлаждение граней слитков в верх ней части зоны вторичного охлаждения по указанной закономерности под крис таллизатором на относительно небольшом расстоянии. В этом случае обеспе чивается уменьшение жесткости боковы граней слитка, и в то же время обеспечивается относительно большая жест кость грани, расположенной по большому радиусу. Это обеспечивает смещение в ней от центра сечения положе ния нейтральной оси,вокруг которой происходит разгиб слитка после его затвердевания. Благодаря уменьшению жесткости боковых граней и ее увеличению на грани, расположенной по бол шому радиусу, в углах слитка уменьшаются растягиваюи4ие напряжения, про исходит перераспределение термически напряжений в сторону их выравнивания значения суммарных напряжений уменьшаются. В результате снижается брак слитков по внутренним и поверхностны трещинам. Установлено также, что для получения оптимальной структуры по сечению слитка и расширения централь ной зоны разноосных кристаллов необходимо иметь по каждой грани слитка соответствующее распределение- температуры поверхности вдоль зоны вторич ного охлаждения. Кроме того, установ лено, что для получения слитков оптимального качества необходимо обеспечивать постоянство температуры поверхности слитка в месте разгиба в диапазоне 850-950°С. При этих условиях процесс деформации происходит в стабильных условиях, обеспечивающи оптимальные условия деформации слитка без образования внутренних и наружных трещин. Целью изобретения является улучшение качества непрерывнолитых слитков. Указанная цель достигается тем, что согласно способу включающему подачу металла в кристаллизатор с криволинейной технологической осью, вытягивание из него слитка прямоугольного поперечного сечения с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка по четырем граням водой, распыливаемой форсунками, изменение удельных расходов воды вдоль зоны орошения по экспоненциальному закону с последующим охлаждением на воздухе причем в процессе разливки по длине зоны вторичного охлаждения на грани, расположенной по малому ра диусу, на участке, соответствующем 0,,07 времени полного затвердевания слитка, удельные расходы воды уменьшают от 12,0-15,0 г /мч под кристаллизатором до ,0-6,0 в конце участка, на грани, расположенной по большому радиусу, на участке, соответствующем 0,06-0,09 времени полного затвердевания слитка, удельные расходы воды уменьшают от 17,020,0 M/м ч под кристаллизатором до 5,0-7,0 в конце участка, а по боковым граням удельные расходы воды уменьшают на участке, соответствующем 0,02-0,04 времени полного затвердевания слитка от 10,0-8,0 м под кристаллизатором до 3,0-5,0 м /м ч в конце участка. Улучшение качества непрерывнолитых слитков происходит вследствие неодинаковой интенсивности охлаждения граней слитка по большому и малому радиусам, отличной от интенсивности охлаждения боковых граней. Уменьшение жесткости боковых граней, снижение ее на грани по малому радиусу и увеличение на грани по большому радиусу способствует уменьшению растягивающих напряжений в углах слитка при его о разгибе, перераспределению по сечению слитка термических напряжений и умень шению суммарных напряжений, В результате в углах слитка уменьшает-: ся количество внутренних и наружных трещин с одновременным улучшением внутренней макроструктуры, увеличением зоны равноосных кристаллов, что снижает брак слитков. Неодинаковое время или длина участка зоны орошения поверхности слитка на различных его гранях вызваны необходимостью соответствующего изменения температуры поверхности слитка по каждой грани. Диапазоны изменения удельных расходов воды по граням слитка и времени их орошения устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от скорости вытягивания. При больших значениях удельных расходов, чем указанные для каждой грани, происходит переохлаждение поверхности слитка, в его оболочке возникают термические напряжения, значения которых превосходят допустимые значения, не обеспечивается необходимая температура по граням в месте разгиба слитка. При меньших значениях,.чем указанные для каждой грани, происходит разогрев поверхности слитка, оболочка слитка становится слишком тонка и не может сопротивляться ферростатическому давлению жидкого металла. В обоих случаях получаемая макроструктура слитка не отвечает требованиям получения качественных слитков, в центре слитка образуются пустоты, раз вивается ликвация. Диапазоны времени орошения каждой грани или длины зоны орошения устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от скорости вытягивания. При больших значениях, чем указанные для каждой грани, происходит переохла дение поверхности слитка, в его оболочке возникают термические напряжения, превосходящие допустимые значения, в месте разгиба температураслитка становится ниже оптимальной. При меньших значениях, чем указанные для каждой грани, происходит разогрев поверхности слитка, температура поверхности в месте разгиба становится завышенной, оболочка слитка слишком пластична, чтобы противостоять ферростатическому давлению жидкого металла. В обоих случаях не обеспечивается в месте разгиба постоянство температуры поверхности слитка. Способ непрерывной разливки металлов осуществляют следующим образом. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор блюмового сечения 300 X ЗбО мм подают легированную высокоуглеродистую сталь марки 35 X 7СА следующего химсостава, : С 0,32-0,3 Si 1,1-1,it; Ип 0,8-1,1; Р 6 0,01; S 0,01; Сг 1,1-1 ,4. Из кристаллизатора длиной 0,8 м вытягивают слиток со скоростью 0,6 м/мин. В зоне вторичного охлаждения слиток поддерживают и направляют при помощи роликов и охлаждают водой распыливаемой форсунками, сгруппированными в верхней части зоны вторичного охлаждения под кристаллизатором по четырем граням слитка. Процесс разливки ведут на установке непрерывной разливки с радиальной технологической осью с радиусом кривизны по внешней грани слитка R 12,0 м. Время полного затвердевания слитка сечением 300 X ЗбО мм составляет 30,3 мин. При скорости вытягивания S 8 0,6 и/мин длина жидкой фазы 18,2 м и на этом расстоянии от мениска металла в кристаллизаторе производят разгиб слитка в горизонтальное положение. На грани слитка, расположенной по малому радиусу г 11,7 м устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону от 13,5 м /м% под кристаллизатором до 5,0 ч в конце зоны орошения в течение 0,05 времени полного затвердевания слитка или 1,7 мин на расстоянии 1,0 м. На грани слитка, расположенной по большому радиусу R 12,0 м, устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону от 18,5 под кристаллизатором до 6,0 в конце зоны орошения в течение 0,08 времени полного затвердевания слитка |Или 2,4 мин на расстоянии 1,45 м. {По боковым граням устанавливают удель|ные расходы воды, изменяющиеся по .экспоненциальному закону от 9,0 м под кристаллизатором до 4,0 м в конце зоны орошения в течение 0,03 времени полного затвердевания слитка или 0,9 мин на расстоянии 0,55 м, одинаковом для обеих в боковых гранях. В дальнейшем все грани слитка охлаждают на воздухе. В результате такой организации режима вторичного охлаждения вследствие сравнительно малой интенсивности и короткого времени охлаждения боковые грани остаются более пластичными и менее жесткими на всем протяжении затвердевания слитка по сравнению с .гран ми, расположёнными по радиусам R и г. Грань, расположенная по малому радиусу г имеет большую жесткость по сравнению с боковыми гранями в необходимых пределах для уменьшения растягивающих и перераспределения термических напряжений в углах. Благодаря интенсивному и более длительному охлаждению грани, расположенной по большому радиусу R, по сравнению с противоположной гранью, происходит смещение нейтральной оси сечения слитка от центра в сторону этой грани, вокруг которой происходит разгиб слитка, в конце его затвердевания. В результате этого процесс деформации слитка при его разгибе .происходит без возникновения опасных сумма эных напряжений по сечению слитка. Кроме того, указанная организация режима

вторичного охлаждения позволяет оптимизировать структурообразование слитка, расширить центральную зону равноосных кристаллов. Последнее достигается за счет теоретически необходимой закономерности распределения температуры поверхности слитка вдоль зоны вторичного охлаждения. При этом на каждой грани создается соответствующее необходимое распределение температуры поверхности вдол зоны вторичного охлаждения.

При увеличении скорости вытягивания до 0,8 м/мин длина жидкой фазы слитка увеличивается до 2,2 м, одна ко разгиб слитка производят на прежнем расстоянии от мениска металла в кристаллизаторе, равном 18,2 м, В эт случае разгиб слитка производят с жидкой сердцевиной.

На грани слитка, расположенной по малому радиусу г м, устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону от 15,0 м /м ч под кристаллизатором до 6,0 п /м ч в конце зоны орошения в течение 0,07 времени полного затвердвания слитка или 2,1 мин на расстоянии 1,7 м, подключая при этом дополнительные форсунки. На грани слитка, расположенной по большому радиусу R 12,0 м, устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону от 2П,0 м под кристаллизатором до 7,0 м в конце зоны орошения в течение 0,09 времени полного затвердевания слитка или 2,7 мин на расстоянии 2,2 м. По боковым граням устанавливают удельны расходы воды, и меняющиеся по экспоненциальному закону от 10,0 м /м ч под кристаллизатором до 5,0 ч в конце зоны орошения в течение 0,04 времени полного затвердевания слитка или 1,2 мин на расстоянии 1,0 м, оди наковом для обоих боковых граней. В дальнейшем все грани слитка охлаждают на воздухе.

При уменьшении скорости вытягивания до 0,4 м/мин длина жидкой фазы слитка уменьшается до 12,1 м, В этом случае полное затвердевание слитка происходит до точки разгиба, однако влияние предлагаемого режима вторичf4oro охлаждения на перераспределение термических и уменьшение растягивающих напряжений в углах слитка в процессе его деформации при разгибе остается.

На грани слитка, расположенной по малому радиусу г 11,7 м, устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону 12,0 м /м ч под кристаллизатором до 4,0 м /м м в конце зоны орошения в течение 0,04 времени полного затвер девания слитка или 1,2 мин на расстоянии 0,5 м, отключая при этом ряд форсунок. На грани слитка, расположенной по большому радиусу R 12,0 м, устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону от 17,0 м под кристаллизатором до 5) в конце зоны орошения в течение 0,06 времени полного затвердевания слитка или 1,8 мин на расстоянии 0,7 м. По боковым граням устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону от 8,0 м/м% под кристаллизатором до 3.0 в конце зоны орошения- в течение 0,02 времени полного затвердевания слитка или 0,6 мин на расстоянии 0,24 м, одинаковом для обоих боковых граней. В дальнейшем все грани слитка охлаждают на воздухе

При такой организации режима вторичного охлаждения независимо от скорости вытягивания в месте разгиба обеспечивается постоянство температуры поверхности слитка в диапазоне 850-950С, наиболее оптимальной для условий деформации слитка без образования внутренних и наружных трещин.

При увеличении или уменьшении габаритов слитков соответственно изменяют скорость вытягивания слитка, однако диапазоны регулирования удельных расходов воды по граням слитка остаются указанными. Предлагаемый способ предпочтителен для применения при отливке слитков сортового сортамента в диапазоне 180 х 180 - 150 х 250 мм и блюмового сортамента в диапазоне 200 X 250 - 350 х 450 мм, из легированных, высокоуглеродистых и подшипниковых марок стали склонных к трещинообразованию при вторичном охлаждении и деформации.

В результате применения предлагаемого способа сокращается брак слитков по внутренним и наружным трещинам на 0,15, сокращается количество обрези на 0,1.

Формула изобретения

Способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор с криволинейной технологумескрй осью, вытягивание из него слитка прямоугольного поперечного сечения с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка по четырем граням водой, распыливаемой форсунками, с изменением удельных расходов воды вдоль зоны орошения по экспоненциальному закону и,последующим охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что, с целью улучшений качества непрерывнолитых слитков, в процессе разливки по длине зоны вторичного охлаждения на грани, расположенной по малому радиусу, на участке, соответствующем 0,,07 времени полного затвердевания слитка, удельные расходы воды уменьшают от 12,0-15,0 м /м.ч под кристаллизатором до «,0-6,0 в конце участка, на грани, расположенной по большому радиусу, на участке, соответствущем 0,06-0,09 времени полного затвердевания слитка, удельные расходы

ды уменьшают от 17,0-20,0 м /м-ч под кристаллизатором до 5,0-7,0 м /м-ч в конце участка, а по боковым граням удельные расходы воды уменьшают на участке, соответствующем 0,02-0,01 времени полного затвердевания слитка, от 8,0-10,0 под кристаллизатором до ,0 в конце участка

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР № 5820tl, кл. В 22 D 11/00, 1977.