Способ непрерывной разливки тонких металлических изделий и устройство для его осуществления

 

Использование: получение тонких металлических изделий методом непрерывной разливки. Сущность изобретения: устройство содержит кристаллизатор 2, два вытяжных валка 6,7. Средства регулирования зазора между вытяжными валками 8,9, средства электромагнитного перемешивания 10, 11, два датчика усилия прокатки F, F , блок обработки информации 12. 2 с.п. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил, ;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s В 22 D 11/16, 11/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4743487/27 (22) 04,04.90 (46) 15.02.93, Бюл. ¹ 6 (31) 8904862 (32) 06.04.89 (33) FR (71) Текметаль промосьон (FR) (72) Роже Вентаволи и Даниель Нейрет (FR) (56) Патент США ¹ 4155398, кл. В 22 0 11/10, 1979. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ

ТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И,, Ы 1795927 АЗ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ;

НИЯ (57) Использование: получение тонких металлических изделий методом непрерывной разливки. Сущность изобретения . устройство содержит кристаллизатор 2, два вытяжных валка 6,7. Средства регулирования зазора между вытяжными валками 8,9, средства электромагнитного перемешивания 10;

11, два датчика усилия прокатки F, F . блок обработки информации 12. 2 с.п. и 7 з,п. флы,1 ил, 1795927

Изобретение относится„ в частности,к .с остальной частью разливочной установки получению тонких стальных слябов, то есть из-за большой жесткости станины, которая плоских изделий, конечная толщина кото- бы потребовалась. В любом случае, ее сторых редко превышает 100 — 120 мм, но чаще имость намного превысила бы стоимость всего находится в пределах 20-50 мм, 5 обычной установки.

Установки непрерывной отливки сталь- Целью изобретения является управленых слябов с такой незначительной толщи- ние глубиной жидкого кратера, позволяюной отлйчаются от установок непрерывной щее вернуть усилие, испытываемое отливки слябов стандартной толщины (по- вытяжными валками, к его номинальному рядка 150-200 мм), в частности наличием 10 значению, как только будет выявлено увелипосле кристаллизатора в направлении из- чение это о усилия выше нормы. влечения изделия по крайней мере одной С этой целью при непрерывном литье пары валков, называемых вытяжными. Их тонких металлическихизделий, вчастности, задачей является доводить без обжатия из- из стали, в установке, содержащей кристалделие до его окончательной толщины после "5 лизатор, за которым следуют в направлении его выхода из кристаллиэатора, осуществ- извлечения литого иэделия вытяжные валляя только сближение больших поверхно- ки, предназначенныедля закрывания кратестей литого иэделия, Кристаллизатор не ра затвердевающего металла путем позволяет получить непосредственно жела- уменьшения толщины указанного изделия в емые малые толщины, 8 принципе зазор 20. процессе заливки, измеряют усилие давлемежду вытяжными валками является фикси- ния металла на валки, постоянно оказиваерованным в течение всего процесса разлив- мое на вытяжные валки изделием и в зоне, ки и равен требуемой толщине. Вытяжные расположенной выше по ходу относительно втулки осуществляют захват иэделия так, вытяжных валков, или между ними, воздей чтобы вызвать ускоренное закрывание жид- 25 ствуют на еще жидкую сердцевину изделия кого кратера. По выходе из валков, следова- переменным. магнитным полем, отслеживая тельно, изделие обычно полностью действие указанного магнитного поля по. затвердевшее по всему его сечению. Во вся- значению измеренного усилия давления ме- ком случае оно не имеет сердцевины в пол- талла йа валки с тем, чтобы оно не превышаностью жидком состоянии. 30 ло в течение длительного времени верхнее

Для осуществления максимального предельное значение. уменьшения толщины вытяжные валки це- Это переменное магнитное поле может лесообраэно поместить непосредственно быть подвижным и, таким образом, осущена выходе из кристаллиэатора. Однако та- ствлять перемешивающее воздействие на кое размещение не лишено недостатков, В З5 жидкую сердцевину отливаемого изделия, частности, оно может привести к преждев- которое, как известно, способствует удалеременной усадке отлитого изделия у стенки нию тепла, или, напротив, может быть стакристаллизатора в выходной его части, что ционарным и оказывать действие может вызвать прорыв, Следовательно, индуктивного нагрева на отливаемое издеможно создать установки, в которых вытяж- 40 лие. ные валки достаточно удалены от выхода . Предметомизобретениятакжеявляется кристаллизатора, например, на расстояние устройство непрерывной разливки для осупорядка 1 м. ществления данного способа, отличающееПри эксплуатации такой машины требу- ся тем, что оно содержит средства для ется решить проблему регулирования глуби- 45 измерения усилия давления металла на валны кратера в жидком виде. Если жидкий ки, оказываемого отливаемым изделием, кратер закрывается выше вытяжных валков, индуктор, по крайней мере, создающий пето последние должны воздействовать на из- ременное магнитное поле в отливаемом изделие, которое находится полностью втвер- делии выше вытяжных валков или между . дом или тестообразном состоянии. Для 50 ними и средства отслеживания соответстдоведения изделия до требуемой толщины вия указанного магнитного поля. величине онидолжны будут испытывать значительное усилия давления со стороны изделия на выраспирающее усилие, что равноценно про- тяжные валки. катке твердого раската. Такое усилие, если Индуктор или индукторы могут быть оно действует слишком долго, может приве- 55 расположены между кристаллизатором и сти к серьезным повреждениям самих вал- вытяжными валками или могут размещаться ков и элементов их закрепления. С другой в вытяжных валках. Эти индукторы могут сторонь|, машина, способная выдержат» сообщатьперемешивающиедвиженияжидзначительные давления металла на валки, кой Фазе или оказывать нагревающее возбыла бы с трудом совместима по габаритам действие на отливаемое изделие..

1795927

25

Через посредство действия перемешивания, оказываемого на жидкую сердцевину для облегчения отвода перегрева, или, напротив, путем воздействия подогрева, оказываемого на изделие, регулируют глубину жидкого кратера.

Перемешивание жидкой сердцевины отливаемого изделия в настоящее время очень широко распространено в непрерывной разливке стальных изделий традиционных форм — блюмов, слитков и слябов толщиной примерно 200 мм. Цель — получение структур кристаллизации, благоприятных для пользовательских характеристик конечного изделия, таких как высокая пропорция сечения, затвердевшего в виде равноосной структуры, и уменьшение ликвации, Однако перемешивание также играет роль в отведении тепла из металла— отведение тем более быстром, чем интенсивнее движение жидкого металла, При прочих равных условиях, увеличение перемешивающего воздействия на жидкую сердцевину ускоряет затвердевание изделия и поднимает точку замыкания жидкого кратера. И наоборот, уменьшение перемешивающего воздействия стремится замедлить кристаллизацию иэделия и отпустить точку замыканйя жидкого кратера.

При непрерывном литье изделий значительного сечения это воздействие перемешивания на охлаждение изделия имеет только второстепенное значение, по мере того, как охлаждение в основном обеспечено после кристаллизатора с помощью охлаждающей текучей среды направляемой на поверхность изделия, С другой стороны, не стремятся регулировать с высокой точностью точку замыкания жидкого кратера, которая обычно находится на уровне нескольких метров за кристаллизатором

Напротив, при отливке тонких слябов самая малая толщина жидкой сердцевины делает ее очень чувствительной ко всем явлениям, которые могут ускорить ее кристаллизацию и, в частности, к движениям вынужденной конвекции, таким как движения, наведенные подвижным магнитным полем. Устанавливая такие перемещения постоянно внутри жидкой сердцевины и изменяя их интенсивность, создают, следовательно, возможность регулирования глубины кристаллизационного кратера, не воздействуя на параметры функционирования машины.

Как было показано выше, в случае непрерывного литья тонких слябов с вытяжными валками, удаленными от кристаллиэатора, такая регулировка имела очень большое значение. Эта возможность может быть совмещена или заменена другими средствами охлаждения изделия, воздействующими с его поверхности, таких как разбрызгивание охлаждающей текучей среды. Она обладает тем преимуществом, что воздействует непосредственно на жидкую сердцевину и обеспечивает небольшое время реагирования.

Интенсивность перемешивания изменяют в зависимости от величины измеренного усилия, оказываемого изделием на вытяжные валки, зазор между которыми при нормальной работе поддерживается постоянным и равным желаемой толщице изделия. Вытяжные валки настроены таким образом, чтобы испытывать воздействие силы, величина F которой, измеряемая датчиками непрерывно или дискретно, соответствует замыканию жидкого кратера.

Если F становится больше. чем ее нормальное значение, это свидетельствует о том, что вытяжные валки испытывают усилие со стороны изделия, сердцевина которого уже находится в жидком состоянии, Такое отклонение по отношению к нормальному функционированию машины может быть вызвано такими факторами, как преднамеренное или непреднамеренное уменьшение скорости разливки, снижение температуры жидкого металла, питающего кристаллизатор и т.д. Начало и конец разливки, во время которых температура жидкого металла и скорость прохождения изделия могут меняться в значительных пропорциях, также представляют собой критические периоды.

В самом деле, в этом случае трудно регулировать параметры работы машины с тем, чтобы постоянно располагать точку замыкания жидкого кратера на желательном уровне. Возможность влиять на скорость . кристаллизации металла через посредство интенсивности перемешивания жидкой сердцевины предоставляет оператору дополнительное средство воздействия, с целью управления работой машины.

П р и м е о. С помощью математического моделирования и опытов на машине определяют для заданных условий разливки (форма изделия, скорость разливки, температура жидкого металла, подаваемого в кристаллизатор и т.д,), какие параметры работы перемешивающего устройства для жидкой сердцевины позволяют при закрытии жидкого кратера вмешиваться на самом благоприятном уровне, то еСть на уровне вытяжных валков. Кроме того, для усилия F устанавливают два пороговых значения Fo u

F>. F0 представляет собой значение, ниже которого усилие считается ненормально слабым и свидетельствует об опасности незапирания жидкого кратера, F(представля1795927

20

30 литья.

50 ет собой величину, выше которой считается, .что усилие, которое испытывают валки, слишком велико и не должно сохраняться постоянно. Если значение F< достигается, то это означает, что кратер кристаллизации закрывается слишком рано. Следовательно, оператор уменьшает интенсивность элект.. ромагнитного перемешивания для замедления его кристаллизации. Усилие, оказываемое на валки, измеряется. Если оно остается выше F<, осуществляют новое уменьшение интенсивности перемешивания. Если оно находится междуусилиями Fo и F>, новая интенсивность перемешивания сохраняется до тех пор, пока точка замыкания жидкого кратера переместится ниже вытяжных валков. Такое перемещение должно выражаться усилием, меньшим Fo, и в этом случае требуется увеличить интенсивность перемешивания для возврата усилия к данному интервалу (Fo, F<).

Кроме того, можйо назначить пороговое значение Fz, превышающее F1, за пре. делами которого усилие, распирающее вытяжные валки, не должно выдерживаться долее, чем несколько мгновений. Превышение этого порога Fz в этом случае должно привести не только к значительному и резкому уменьшению интенсивности перемешивания, но и к увеличению расстояния .между валками. После этого усилие, испытываемое валками, измеряется. Если оно останется выше Fz, то зазор между валками увеличивается. Когда оно становится меньше Fz,валки сближены. Затем, если усилие становится выше Fz, то валки вновь раздви- гаются. Если, напротив, после сближения валков усилие остается меньше Г2, то сближение валков продолжают, и так далее до тех пор, пока валки вернутся к своему номинальному зазору с усилием ниже Fz, С этого момента для возврата усилия к величине, находящейся в пределах от F< до F<, воздействуют только на интенсивность перемешивания.

Для учета инерции действия магнитного поля можно также установить величину усилия опережения Ез, меньшую F< так, что при достижении усилием значения Ез, воздействуют на магнитное поле, Таким образом, можно предвосхитить преодоление порога F< и снизить опасности повреждения машины. Точно также можно установить . значение опережения F4, превышающее Fp, такое, что когда усилие достигнет значения

Ел, изменяют магнитное поле. Таким образом, ограничивают еще в большей степени опасность появления дефектов в изделии, которые были бы вызваны слишком запоз далым закрытием жидкого кратера.

Устройства, которые контролируют интенсивность перемешивания и зазор между вытяжными роликами, управляются оператором или блоком обработки информации, который управляет работой разливочной машины по информации, поступающей от измерителей распирающих валки усилий, электрические параметры электромагнитных устройств перемешивания металла, скорости разливки и т.д.

Электромагнитные устройства для перемешивания металла с бегущим магнитным полем, используемые на практике, могут относиться к различным типам известных устройств перемешивания, сообщая металлу вертикальные движения или перпендикулярные к направлению извлечения, по большим плоскостям изделия, или вращательные движения. Целесообразно, но не исключительно, они относятся к так назывэемому типу "роликов магнитного перемешивания". Они в этом случае помещены в ролики, которые служат, кроме того, для поддержания изделия (не сжимая его) между нижней частью кристаллизатора и вытяжными валками. Могут найти применение плоские устройства для магнитного перемешивания, расположенные по ширине изделия в той же зоне машины непрерывного

На чертеже схематически изображен пример. установки непрерывной разливки тонких слябов, Отливаемое изделие 1 выходит из кристаллизатора 2, в который подается жидкий металл через разливочный стакан

3, в частично затвердевшем состоянии-: сердцевина 4 находится в жидком состоянии, и оно зажато периферическим слоем 5 в тестообразном или полностью затвердевшем состоянии, толщина которого растет по мере продвижения изделия в машине при

его затвердевании, Установка содержит пару вытяжных валков 6 и 7, свободно вращающихся или с вращением с использованием следящей системы в направлении, указанном стрелками, расположенных на определенйом расстоянии от кристаллизатора, за пределами его ближайшего соседства, Эти валики уменьшают толщину изделия до требуемой величины путем сближения слоев металла, которые начали затвердевать на больших поверхностях кристаллизатора, с тем, чтобы закрывать жидкий кратер. Они снабжены средствами 8 и 9, позволяющими регулировать зазор между ними и удерживать его на определенной величине. Установка содержит также средства. электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины 4. Они могут быть выполнены, как изображено на чертеже, в виде пары

1795927 плоских многофазных устройств для перемешивания металла 10 и 11, расположенных напротив больших поверхностей изделия, между нижней частью кристаллизатора и вытяжными валками, и создающих скользящее магнитное-поле. Датчики замеряют усилия прокатки F и F, с которым иэделие воздействует на вытяжные валки 6 и 7, и передают результаты этих замеров в блок обработки информации 12, Этот блок управляет, в зависимости от переданных датчиками данных, рабочими параметрами устройств перемешивания металла, которые определяют интенсивность движений внутри жидкой сердцевины, и это делается постоянным образом, С другой стороны, этот блок также управляет зазором вытяжных валков в случае, когда. усилие прокатки, воздействующее на один из них со стороны иэделия, превышает вышеуказанный порог

F2

Дополнительно к устройствам для перемешивания металла или вместо них, которые расположены между нижней частью кристаллизатора и вытяжными валками, также можно использовать устройства для перемешивания металла; введенные в кристаллизатор. Однако, так как они должны действовать на жидкую сердцевину относительно большого объема и так как они расположены достаточно далеко от дна жидкого кратера., эти устройства для перемешивания металла в кристаллизаторе могут оказаться недостаточными для обеспечения только с их помощью достатачФормула изобретения

1. Способ непрерывной разливки тонких металлических изделий, в частности из стали, в установке, содержащей кристаллизатор, за которым следуют в направлении извлечения отливки вытяжные валки, предназначенные для закрывания кратера кристаллизатора путем обжатия указанного изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности функционирования установки, измеряют усилие воздействия на вытяжные валки со стороны изделия в направлении увеличения зазора между ними и в зоне, расположенной выше вытяжных валков или между ними, воздействуют на жидкую сердцевину изделия переменным магнитным полем при одновременном контроле усилия воздействия на вытяжные валки с тем, чтобы оно не превышало в течейие длительного периода заданное верхнее предельное значение и но резкого изменения скорости кристаллизации жидкой сердцевины.

Другой вариант заключается в размещении индукторов в самих вытяжных валках, которые для этой цели выполнены трубчатыми. Они тогда особенно хорошо приспособлены к ускорению кристаллизации в случае, когда жидкий кратер замыкается под вытяжными валками. Они могут, впрочем, перемешивать жидкий металл только в этом последнем случае или постоянно быть в действии, как вышеописанные устройства. Они могут использоваться одни или в сочетании с другими устройствами перемешивания сердцевины в жидком вида

И, наконец, можно заменить часть

Ъ или- все индукторы с подвижным полем, обеспечивающих перемешивание жидкой сердцевины, на индукторы с переменным, но стационарным полем, роль которых заключается в постоянном или прерывистом подводе потока тепла к жидкой сердцевине, Этот поток тепла можвт быть изменен таким образом, чтобы сохранять закрывание жидкого кратера на уровне вытяжных валков. Он увеличивается, когда жидкий кратер закрывается выше вытяжных валков по потоку, и уменьшается, когда жидкий кратер закрывается под вытяжными валками. Такое устройство целесообразно для введения внутри вытяжных валков, таккак в этом случае оно может действовать в той же зоне, в которой его воздействие будет чувствоваться в первую очередь. усилие, кратковременно допустимое без повреждения вытяжных валков, 2. Способ по п,1, отличающийся тем, что магнитное поле представляет собой стационарное магнитное поле, .имеющее эффект индукционного нагрева изделия.

3, Способ по п.1, отличающийся тем, что магнитное поле представляет собой переменное магнитное поле, перемещаю- щееся поступательно и приводящее к явлению перемешивания жидкой сердцевины иэделия.

4. Способ по пп,1-3, о т л и ч à ю щ и йс я тем, что магнитное поле изменяют так, чтобы усилия воздействия на вытяжные валки удерживались между двумя заранее установленными значениями — верхним предельным значением F>, обозначающим усилие воздействия на вытяжные валки, которые нельзя длительно превышать во избежание повреждения вытяжных валков, и

1795927

Составитель Ю.Марков

Техред М,Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор

Заказ 439 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 нижним предельным значением Fo, отражающим нахождение жидкой сердцевины изделия ниже вытяжных валков.

5, Способ поп4, отличающийся тем, что при усилий воздействия на вытяжные валки, превышающем фиксированное значение Fz, которое больше или равно указанному предельному значению F<, зазор между валками увеличивают ступенчато до снижения усилия воздействия до значения, меньшего F>, и затем зазор между валками возвращают ступенчато к его номинальному значенйю, обеспечивая величину усилия воздействия на вытяжные валки менее Fz, а для учета инерции действия магнитного поля при возрастании. усилия воздействия на вытяжнйе валки до предупреждающего значения Рз, фиксируемого ниже F<, или при уменьшении усилия воздействия на вытяжные валки до предупреждающего значения, F< превышающего значение Fp, изменяют действие магнитного поля.

6, Устройство для непрерывной разливки тонких металлических изделий, в частности из стали, содержащее кристаллизатор, за которым следует в направлении извлече ния отливки вытяжные валки, предназначенные для обеспечения путем уменьшения

- толщины изделия закрывания кристаллиза-. ционного кратера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит средства измерения усилия разведения, с которым отливаемое иэделие воздействует на два вытяжных валка, два индуктора, расположенных по крайней мере в одном иэ вытяжных валков или перед вытяжными валками с0 стороны кристаллизатора для создания переменного магнитного поля в жидкой фазе отливаемого изделия, также содержит следящие средства индукторов за усилием разведения, которое не должно длительно превйшать верхнее предельное значение, устанавливаемое предварительно и пропорционально усилию, кратковременно допустимому для работы без повреждения вытяжных валков.

7. Устройство по п,6, о т и и ч а ю щ е ес я. тем, что оно содержит два средства регулирования разведения вытяжных вал-. ков и средства слежения для разведения, воздействующие с усилием разведения на вытяжные валки, 8. Устройство поп.били 7, отл ича ющ е е с я тем, что индуктор представляет собой многофазный индуктор со скользящим полем.

9. Устройство по 6 или 7, о т л и ч а ющ е е с я тем, что индуктор представляет собой однофазную катушку индуктивности.