Способ непрерывного литья стальных заготовок и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывному литью заготовок. Цель изобретения - повышение качества заготовок за счет равномерного охлаждения и снижение пораженности трещинами и увеличение стойкости кристаллизатора. Способ включает подачу жидкого металла в кристаллизатор через погружной стакан, формирование заготовки, подачу инертного газа в зазор между заготовкой и кристаллизатором со стороны его нижнего торца под давлением 4...15 давлений столба жидкого металла в плоскости нижнего торца кристаллизатора и вытягивание заготовки из кристаллизатора. Устройство содержит кристаллизатор 1, погружной стакан 2, щелевидные сопла 3 для подачи инертного газа в зазор между кристаллизатором и заготовкой 5, два Г-образных коллектора 4. Причем коллекторы с соплами установлены под нижним торцом кристаллизатора симметрично его технологической оси. Сопла расположены на коллекторе равномерно с шагом 2,5...3,8 ширины их выходного отверстия, оси сопел отклонены от рабочей поверхности кристаллизатора на угол 2...15°. Проекция осей сопл на ближайшую рабочую поверхность кристаллизатора параллельны его технологической оси. 2 с.п. ф-лы, 8 ил. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

А1 (Ю 01) рц В 22 0 11/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П4НТ СССР

Н АВТОРСКОМУ СВЩ ЕТЕЛЬСТВУ

1 ((21) 4361719/31-02 (22) 11. 11.87 (46) 07.12.90. Бюл. М 45 (71) Череповецкий филиал Вологодского политехнического института и Череповецкий металйургический комбинат им.50-летия СССР (72) А.В.Третьяков, Э.А.Гарбер, .Н.И.Шестаков и Ю.И.Иванов (53) 62 1.746. 047:621.746.27(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР 9 1115846, кл. В 22 D 11/04, 1981. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к металЛургии, а именно к непрерывному литью заготовок. Цель изобретения - повышение качества заготовок за счет равномерного охлаждения и снижения пораженности трещинами и увеличение стойкости кристаллизатора. Способ включает подачу жидкого металла в кристалли2 затор через погружной стакан, Формирование заготовки, подачу инертного газа в зазор между заготовкой и кристаллизатором со стороны его нижнего торца под давлением 4... 15 давлений столба жидкого металла в плоскости нижнего торца кристаллизатора и вытягивание заготовки из кристаллизатора.

Устройство содержит кристаллизатор. 1, погружной стакан 2, щелевидные сопла

3 для подачи инертного газа в зазор между кристаллизатором и заготовкой 5, два Г-образных коллектора 4. Причем коллекторы с соплами установлены под нижним торцом кристаллизатора симметрично его технологической оси. Сопла д расположены на коллекторе равномерно с шагом 2,5...3,8 ширины их выходного отверстия, оси сопл отклонены от рабочей поверхности кристаллизатора на угол 2...15 . Проекции осей сопл на ближайшую рабочую поверхность кристаллизатора параллельны его технологической оси. 2 с.п. ф-лы, 8 ил. 3 табл.

1611561

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывному литью заготовок, Цель изобретения — повышение ка чества заготовок за счет равномерного охлаждения и снижения пораженности трещинами и увеличение стойкости кристаллизатора.

На фиг. 1 показана схема устройст- 1ð ва; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг.1; на фиг. 3 — узел I на фиг. 2; на фцг. 4 — 7 варианты расположения щеле видных сопл; на фиг. 8 — схема расположения коллектора с щелевидным соп- 15 лом.

Способ непрерывного литья заготовок включает подачу жидкого металла в кристаллизатор через погружной стакан, формирование заготовки, подачу инертного газа в зазор между заготовкой и кристаллизатором со стороны его нижнего торца под давлением 4...15 давления столба жидкого металла в плоскости нижнего торца кристаллизато-25 ра и вытягивание заготовки из кристаллизатора, Подача инертного газа в зону кон— такта слитка с кристаллизатором со стороны нижнего торца кристаллизатора обеспечивает исключение засорения сопла затвердевшими частицами шлака за счет чего не искажается заданйое аэродинамическое поле движения инертного rasa в зоне контакта слитка с

35 кристаллизатором, что приводит к улучшению качества металла путем повьппения равномерности охлаждения слитка в кристаллизаторе.

Кроме того, сохраняется целостность рабочей стенки кристаллизатора и отсутствует выкрашивание материала на выходном участке сопл, вследствие чего повышается качество металла, а татке возрастает стойкость кристаллизатора.

Подача инертного газа под давлением менее 4 давлений столба жидкого металла в плоскости нижнего торца кристаллизатора приводит к тому, среднее давление на участке охлаждения газом оказывается недостаточным для компенсации давления столба жидкого металла на корочку слитка и это отрицательно сказывается на качестве

55 заготовки и стойкости кристаллизатора.

Подача инертного газа под давлением, более чем в 15 раз превышаю,цим давление столба жидкого металла в плоскости нижнего торца кристаллиза= тора, приводит к механическому короблению корочки слитка, интенсивному износу рабочей стенки кристаллизатора и ухудшению качества заготовки.

Способ осуществляется следующим образом.

В кристаллизатор непрерывно залива-ют жидкий металл, а формирующийся слиток вытягивают с заданной по технологии скоростью. Снаружи, со стороны нижнего торца кристаллизатора дискретными струями подают инертный гаэ, Часть газа рассеивается в окружающем пространстве, но основная его масса проникает в зону контакта, создавая в нижней части этой зоны газовый пояс повышенного давления. Избыток инертного газа непрерывно самопроизвольно удаляется через участки, лежащие меж ду струями нагнетаемого газа. Таким образом, в нижней части зоны контакта слитка с кристаллизатором создается интенсивная вынужденная конвекция газа, что существенно повышает теплообмен и доводит его интенсивность до уровня среднего значения по высоте кристаллизатора. Созданный газовый пояс выравнивает эффективную толщину зазорапо периметру слитка, вследствие чего усредняется интенсивность теплообмена и по периметру слитка.

Подача инертного газа снаружи со стороны нижнего торца кристаллиэатора позволяет существенно повысить равномерность теплообмена в кристаллизаторе как по периметру слитка, так и по его высоте, следствием чего является снижение пораженности металла трещинами. Кроме того, повышается стойкость кристаллизатора (табл, 1).

Устройство для непрерывного литья заготовок содержит кристаллиэатор 1, погружной стакян 2, щелевидные сопла

3 для подачи инертного газа в "азор между кристаллизатором и заготовкой, два Г-образных коллектора 4, -.-.ричем коллектора с соплами расположены под нижним торцом кристаллизатора сипчетрично его технологической оси, при этом сопла расположены на коллекторе равномерно с шагом 2,5...3,8 ширины их выходного отверстия, оси сопл отклонены от рабочей поверхности кристаллизатора на yrc.т 2... 15, а проекции осей сопл на ближайшую рабочую поверхность крнсталлкзатора параллельны его технологической оси.

1611561 Использование коллекторов, имеющих

Г-образную форму, позволяет сравнительно легко смонтировать устройство, а в случае необходимости быстро его демонтировать даже без прекращения процесса разливки. Сижетричкое расположение коллекторов относительно технологической оси позволяет обеспечить требуемую равномерность подачи икерт- fp ного газа по периметру слитка.

Шаг расположения щелевидных сопл определен экспериментально. В табл.2 приведено влияние шага расположения сопл на пораженность металла трещина- 15 ми по отношению к пораженности трещинами при разливке на известном устройстве.

Из табл. 2 видно, что наибольшая эффективность получена при расположе- 2р нии сопл с шагом 2,5-3,8.ширины их выходного отверстия. В этом случае создаются благоприятные условия для достаточно глубокого проникновения инертного газа в зону контакта слитка 25 с кристаллизатором и появляются необходимые условия для удаления избыточной массы газа, вследствие чего повышается равномерность охлаждения слитка, что благоприятно отражается на качестве металла °

Угол наклона оси сопл выбран на основе обработки результатов экспериментов, проведенных на модели эоны ,контакта слитка с кристаллизатором.

Модель представляет собой реальный остывший слиток с прижатой к его поверхности медной стенкой. Со стороны нижнего торца стенки подается инертный газ. Глубину проникновения газа фиксируют по повышению давления в зоне контакта слитка с рабочей стенкой.

Давление rasa в зазоре измеряют с помощью дифманометрон, подсоединенных к отверстиям, выполненным н медной 45 стенке. Результаты исследования представлены в табл. 3.

На, фиг. 4 показаны сопла 3, прилегающие к заготовке 5 н сечении, перпендикулярном технологической оси.

Сопла, имеющие ширину щели 18 мм, расположены с шагом 45 мм. Величина шага рассчитана иэ соотношения h=2 5;

b=2,5x18=45 мм.

Участки, ка которых инертный газ

55 вдувается н зону контакта слитка с кристаллиэатором, имеют ширину 1 а участки, на которых гаэ истекает из этой зоны, имеют ширину 1,„, причем участки вдува и истечения примыкают друг другу. Эпюра сксростей v истечекия инертного газа имеет вид усеченной параболы. При уменьшении шага расположение сопл сверх величины, равной 2,5 ширины щели сопла. длина 1 участка истечения настолько

ff уменьшается, что истечение газа сушестнекно затрудняется, вследствие чего затрудняется и eerо проникновение в зону контакта слитка с кристаллизатором. В этом случае циркуляция инертного rasa в зоне контакта слитка с кристаллизатором заметно снижается, что не позволяет существенно повысить качество слитка за счет увеличения равномерности охлаждения, На фиг. 5 показаны сопла 3, прилегающие к заготовке 5 в сечении, перпендикулярном технологической оси.

Сопла имеют ширину щели 18 мм и расположены с шагом 68 мм. Величина шага рассчитана иэ соотношения h=3,8;

Ь=3,8х18й 68 мм.

Участки вдува инертного газа шириной 1 примыкают к участкам истечеЬ кия газа шириной 1 как и н случае, приведенном на фиг. 4. Одкако здесь эпюра скоростей истечения имеет нид параболы, директриса которой значительно удалена от ее вершины. При дальнейшем увеличении шага расположения сопл наступает разрыв между участками вдува и участками истечения инертного газа, т.е. во".никают такие участки, в которык циркуляция полностью отсутствует. В этом случае не повышается равномерность охлалдения слитка, а следовательно, нет по". нышения качества металла.

На фиг. 6 показано сопло 3, ось которого отклонена от рабочей поверхо ности кристаллиэатора 1 на угол 2

При этом инертный газ проникает в зону контакта заготовки 5 с кристаллиэатором 1 на глубину, равную 0,35 Н, где Н вЂ” высота кристаллизатора. Уменьшение угла наклона сверх 2 не предо станляется возможным по конструктивным соображениям.

На фиг. 7 показано сопло 3, ось которого отклонена от рабочей поверх(Ъ ности кристалли=,aòîðà 1 на угол 15

В этом случае инертный ras проникает в зону контакта заготонки 5 с кристаллиэатором l ка глубину, равную

О, 11 высоты кристаллиэатора. При даль нейшем увеличении угла наклона сопТаблида1

Давление инертОтносительная стойтносительная ст

Давление инертного газа в сра ненни с давлени столба видного металла ного газа в сравнении с давлением столба жидкости металла кость крнсталлнзатора ость кристаллиз ора

1,23

1,20

1,18

1, !6

1,08

1,07

1,03

1О

13

14

16

17

1,О

1, 11

1,02

1ВО4

1, 12

1, 19

1,26

О

2

4

7

161156 ла глубина прощ1кновения газа резко ,снижается, вследствие чего не пред". ставляется возможным заметно повысить равномерность охлаждения слитка по

5 его периметру и не позволяет существенно повысить качество металла.

Пример. На криволинейной машине непрерывного литья заготовок разливают сталь в кристаллиэатор сечением 1290х250 мм и высотой 1,2 м, а формируемую заготовку вытягивают со скоростью 0,9 м/мин. Через два

Г-образных коллектора, расположенных под кристаллизатором, и щелевидные сопла подают инертный газ. Давление газа стабилизируют на уровне, в семь

pas превышающем величину давления столба жидкого металла в плоскости нижнего торца кристаллизатора. Высо- 20 та столба жидкого металла составляет

1, 1 м. Плотность стали равна

7200 кг/мз . Тогда давление столба жидкого металла равно 1;1х7200х9,8=

=77616 Н, где 9,8 м/с2 — ускорение 25 свободного падения. Инертный газ подают под давлением, равным 776 16х7=5,4х х10 Н/м 1с 5,5 ат.

Ширина выходного отвератия щелевидного сопла составляет 18 мм, шаг рас- 30 положения сопл в три раза превышает ширину отверстия и равен 18х3=54 мм.

Оси сопл отклонены от грани слитка на

0 угол 4,5

Инертный газ проникает в зону контакта слитка с кристаллизатором на глубину 210 мм. Избыточное давление газа ня этом участке падает от (5,5-1)=4,5 ати в плоскости нижнего торця кристяллизяторя до 0 ня рясстоя 40 нии 210 мм от этого торца, Использование предлагаемых способа и устройства позволяет уменьшить пораженность металла трещинами на 5,4- 45

1 8

9,6Х путем повышения равномерности охлаждения слитка в кристаллизаторе, а также повысить стойкость кристаллизатора на 12-26Х.

Ф о р мул а.и э о б р е т е н и я

1. Способ непрерывного литья стальных заготовок, включающий подачу жидкого металла в кристаллизатор, формирование заготовки, подачу газа в зазор между заготовкой и кристаллизатором со стороны его нижнего торца и вытягивание заготовки из кристаллизатора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества заготовок за счет равномерного охлаждения и снижения пораженности трещинами и увеличения стойкости кристаллиэатора, в качестве газа используют инертный гаэ, давление которого составляет 14...15 давлений столба жидкого металла на уровне нижнего торца кристаллиэатора.

2. Устройство для непрерывного литья стальных заготовок, содержащее кристаллиэатор и средство для подачи инертного газа в зазор между кристал- лиэатором и заготовкой, о т л и ч а ющ е е. с я тем, что, с целью повышения качества заготовок эа счет равномерного охлаждения и снижения пораженности трещинами и увеличения стойкости кристаллизатора, средство для подачи инертного газа выполнено в виде установленного под нижним торцом кристаллизатора коллектора с соплами, расположенными с нагом 2,5...3,8 ширины их выходного отверстия и наклоном их осей от рабочей поверхности

Гф кристаллиэатора на угол 2... 15, при этом проекции осей сопл на ближайшую рабочую поверхность кристаллизатора параллельны технологической оси устройства.

Т в

1611561

2,О

2,3

2,5

2,7

1,9

2,7

5,4

Таблица 3

Глубина проникновения инертного rasa в зону контакта слитка с рабочей стенкой кристаллизатора, доли высоты кристаллизатора

Угол наклона сопл, град.

0 5

1,5

5

Глубина проникновения инертного газа в зону контакта слитка с ра бочей стенкой кристаллизатора, доли высоты кристаллиэатора

0,08

П, 1 0

0,35

0,32

О,?4

3,0

3 5

3,8

4,5

Угол наклона сопл, град, 12

f5

17

9,б

8,2 5,9

2,5

1,5

О, 17

О, 11

0,06

0,03 о,o) 1611561

1611561

Составитель В.Яковлев

Техред Л.Сердюкова

Корректор О.Ципле

Редактор Е.Папп

Заказ 3794 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, iK-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101