Поддерживающий ролик зоны вторичного охлаждения слябовой машины непрерывного литья заготовок

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к машинам непрерывной разливки металлов при получении заготовок прямоугольного поперечного сечения. Сущность: устройство поддерживающего заготовку ролика зоны вторичного охлаждения слябовой машины непрерывного литья заготовок включает монолитный корпус с рабочим слоем и центральный (осевой) канал для подачи охладителя При этом канал для подачи охладителя выполнен трехступенчатым, диаметры ступеней связаны соотношением: D D D . где 0 , D , О - внутренние диаметры канала соответственно первой, второй и третьей ступеней, при этом размеры ступеней удовлетворяют условию: I 038 В. R R /V, где I . - длина средней ступени, мм; В - длина бочки ролика, мм; R - радиус первой ступени, мм; R - радиус второй ступени, мм. Реализация изобретения позволит ликвидировать упругий прогиб поддерживающего ролика и (или) создать обжатие двухфазной заготовки в зоне конца жидкой лунки и уменьшить выпучивание, твердой корки двухфазного слитка, что значительно улучшает качество непрерывнолитых заготовок. 1 ил.

(19) «RU (11) (51) 5 В 22 D 11 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по датентам и товарным знакам

1 (21) 5006240/02 (22) 17.0991 (46) 30.1093 Беп. На 39-40 (71) Мариупольский металлургический институт (72) Лоза АВ„Шишкин В.В„Урбанский Рс. (73) Мариупольский металлургический институт (54) ПОДДЕРЖИВЯ10ЩИЙ РОЛИК ЗОНЫ

ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СЛЯВОВОЙ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВН ОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к машинам непрерывной разливки металлов при . получении заготовок прямоугольного поперечного сечения. Сущность: устройство поддерживающего заготовку ролика зоны вторичного охлаждения слябовой машины непрерывного литья заготовок вкл1очает монолитный корпус с рабочим слоем и центральный (осевой) канал дпя подачи охладитепя.

При этом канал для подачи охпадителя выполнен трехступенчатым, диаметры ступеней связаны соотношением: О =О >D. где D,D,D — внутренние

1 3 2 1 2 3 диаметры канала соответственно первой, второй и третьей ступеней, при этом размеры ступеней удовлетворяют условию:! =038 В, R >R /V2, где I °вЂ”

cp 2 1 cp длина средней ступени, мм;  — длина бочки ролика, мм; R — радиус первой ступени, мм; R — радиус

1 2 второи ступени, мм. Реализация изобретения позволит ликвидировать упругий прогиб поддерживающего ролика и (или) создать обжатие двухфазной заготовки в зоне конца жидкой лунки и уменьшить выпучивание. твердой корки двухфазного слитка, что значительно улучшает качество непрерывнолитых заготовок 1 ил.

2001712

Изобретение относится к металлургии, а именно к машинам непрерывной разливки металлов при получении заготовок прямоугольного поперечного сечения.

Иэвесте» поддерживающий ролик машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), включающий монолитный корпус с центральным водоохлаждаемым каналом цилиндрической формы. Конструкция ролика предусматривает равномерное распределение температуры по длине бочки ролика на участке контакта ролика с отливаемой заготовкой и сосредоточение усилий реакции опор ролика на его концах, что приводит к прогибу ролика на участке его контакта с формирующейся двухфазной заготовкой под действием ферростатического столба жидкого металла и ухудшению качества литой заготовки.

Известен также ролик машины непрерывного литья заготовок, принятый эа прототип;который, с целью улучшения качества заготовки за счет обжатия, выполнен профилированным (трапецеидальный профиль) ,с, выпуклостью в центре широкой грани слитка. Недостатком указанного ролика является неравномерное воздействие на слиток трапецеидальным профилем ролика вследствие его прогиба и удаления участков центральной части поверхности его бочки от оси слитка. Более того, указанный недостаток влечет за собой перераспределение контактных давлений вдоль линии контакта ролика и слитка и возникновение повышенных контактных напряжений в участках формирующейся заготовки. примыкающих к вершинам трапеции ролика. Это повышает опасность возникновения горячих трещин в формирующейся заготовке и увеличивает уровень нагрузок на поддерживающие элементы (ролики) и их подшипниковые опоры.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи улучшения качества отливаемых заготовок посредством уменьшения выпучивания заготовки и создания ее обжатия по центру широкой грани эа счет тепловой деформации ролика вследствие перераспределения в нем температурных полей.

Для этого в устройстве. содержащем монолитный корпус с рабочим слоем и центральным (осевым) каналом для подачи охладителя, канал выполнен трехступенчатым, причем диаметры ступеней связаны соотношением:

0 =0 >Oz, где D>. Dz. 03 — внутренние диаметры канала соответственно первой, второй и третьей ступеней: при этом размеры ступеней удовлетворяют условию:

Рср = 0,38*8, й2 >

R1 2 где P,ð — длина средней ступени, мм;

 — длина бочки ролика, мм;

R1 — радиус первой ступени, мм;

Rz — радиус второй ступени, мм.

Известно. что в процессе непрерывной

10 разливки металлов двухфазная заготовка под действием ферростатического столба жидкого металла испытывает прогиб твердой корки, который ухудшает качество слитка. Назначение поддерживающих эле15 ментов — в максимальной степени уменьшить указанный прогиб. Однако, в силу необходимости соблюдения принципа расположения поддерживающих роликов в зоне вторичного охлаждения с минимально

20 допустимым шагом, ролики, контактирующие с двухфазной заготовкой, испытывают некоторый упругий прогиб, который зависит от центра расположения ролика в ручье (т.е. от величины ферростатического давления) и находится в пределах 2,0-3.0 мм. Прогиб роликов. как и выпучивание заготовки, ухудшает качество формирующегося слитка, т.к. влечет эа собой возникновение трещин в кристаллизующихся слоях металла на фрон3о те эатвердевания и способствует протеканию процессов ликвации в металле.

Попытки установить в зоне вторичного охлаждения дополнительные опорные элементы к уже имеющимся успехов не имели, 35 так как зто приводит к усложнению оборудования и затрудняет доступ к основному оборудованию в период профилактических плановых ремонтов.

В отличие от известных устройств в за40 явленном поддерживающем ролике зоны вторичного охлаждения МНЛЗ канал для подачи охладителя в корпусе ролика выполнен трехступенчатым, причем 0) = 03 > Dz, где 0, 02, 03 — диамЕтр пЕрвОй, втОрОй И

45 третьей ступеней соответственно. Изменение сечения канала для подачи охладителя вызывает перераспределение теплового потока в теле ролика. Его центральная часть, соответствующая ширине второй ступени, 50 отдает охладителю меньшее количество тепла, чем краевые участки, Более высокий нагрев слоев центральной части ролика, соответствующих второй ступени, ведет к изменению профиля поддерживающего

55 ролика и созданию выпуклости в его центральной части. Указанной выпуклостью. профиля бочек поддерживающих роликов может быть компенсировано явление упругого прогиба осей роликов и даже создание обжатия заготовки по широкой грани. Высо2001712

55 та выпуклости созданного таким образом профиля бочки ролика зависит от соотношения диаметров ступеней охлаждающего канала. Создание максимальной выпуклости бочки ролика наиболее целесообразно осуществить для бочек роликов, поддерживающих заготовку в зоне конца жидкой лунки, где толщина жидкой фазы минимальна и возможно обжатие заготовки с целью смыкания встречных фронтов кристаллизации и уплотнения осевых слоев формирующегося слитка.

Длина второй ступену ограничивается условиями, выбор которы определяется следующими соображениями. Обжатие двухфазной заготовки наиболее целесообразно осуществлять по ширине жидкой лунки, не деформируя краевые участки заготовки с полностью эакристалпиэовавшейся структурой, Поэтому участки полностью закристаллиэованной структуры необходимо исключить иэ процесса обжатия.

Из практики металлургических заводов известно, что в процессе непрерывной разливки заготовок прямоугольного поперечного сечения (слябов) ширина отливаемых заготовок по отношению к длине бочек . поддерживающих роликов находится в пределах В = 0,75...0,90*В, где Â вЂ” ширина отливаемых заготовок;  — длина бочек поддерживающих роликов.

При этом минимальная граница 0,75*В определена из условий сохранения жесткости направляющего аппарата (отсутствия прогибов роликов), а максимальная 0,90* — учитывает возможность смещения заготовки относительно оси разливки в период начала и окончания разливки,-Эти величины определяют участок рабочей. длины ролика, а котором осуществляется контакт с горячей заготовкой В, ходе экспериментов по введению радиоактивных изотопов, проведенных при участии авторов изобретения в ККЦ v,— Tà

"Азовсталь" при отливке слябов различных сечений, установлено, что минимальная ширина жидкой лунки в зоне конца ее кристаллизации по отношению к ширине заготовки (а соответственно и по отношению к длине рабочего участка ролика) составляет

0 50...0,55*Вз. Выбирая длину средней ступени при создании ролика, необходимо иметь ввиду возможность разливки на

УНРС заготовок иэ всего применяемого на практике сортамента. Учитывая указанное обстоятельство, минимальный участок корректировки положения оси поддерживающего ролика, соответствующий ширине жидкой фазы формирующейся заготовки, необходимо ограничить условием

Вхорр, = 0,50" 0.75*В - 0.38*В. что обеспечивает недопустимость обжатия полностью эакристаллизовавшейся заготовки и гарантирует отсутствие перегрузок поддерживающих роликов и их подшипниковых опор. При невыполнении указанного соотношения, например при Вкорр. > 0.38 В, может возникнуть ситуация при разливке слитков минимальной ширины, когда вследствие корректировки оси ролика обжатию подвергается полностью закристаллиэованная область слитка. Это может привести к перегрузке и выходу иэ строя роликов и их подшипниковых опор, В случае Вкорр, <

<0,38*B тепловой профиль ролика не будет соответсвовать распределению нагрузок от ферростатического давления жидкой фазы, что уменьшает эффективность заявленного устройства, Выбор условия соотношения диаметров ступеней охлаждающего канала определяется следующими соображениями. Уменьшение диаметра охлаждающего канала при движении охладителя от первой ступени к второй связано с уменьшением площади поперечного сечения, а соответственно и уменьшением пропускной способности охлаждающего канала. В ходе лабораторных экспериментов на моделях роликов со ступенчатым каналом (при использовании воды в качестве охладителя и при скоростях ее течения, характерных для эксплуатируемых слябовых МНЛЗ) было установлено, что при условии несжимаемости жидкости охладителя (воды), а это условие соответствует практике промышленной разливки, уменьшение площади поперечного сечения потока охпадителя в два раза (кх Rl /2 - л х г хйг ) приводит к гидравлическому удару, 2 при котором резко возрастает сопротивление движению потока охладителя, Поэтому эффективное охлаждение ролика при использовании ступенчатого охлаждающего канала возможно лишь при условии йг > Rl/

/i2. В ходе конструирования и создания ролика возможно выполнение его переходной части QT первой к второй ступени — конической формы, либо с образующей в виде кривой второго порядка, что дополнительно уменьшает гидравлическое сопротивление движению жидкости. При этом, в переходной части канала и в цилиндрической части второй ступени происходит переход от паминарного течения жидкости к турбулентному, что не только не препятствует движению floToKB, но и улучшает условия теплообмена с роликом за счет турбулиэации потока охладителя. Невыполнение условия

Яг > R i/l/2 может привести к значительному уменьшению скорости движения потока ох2001712

20

55 ладителя по каналу ролика, что нарушает условия 8I 0 охлаждения и может привести к перегреву его рабочей поверхности, что недопустимо.

На чертеже представлена конструкция ролика, имеющего трехступенчатый охлаждающий канал, Поддерживающий ролик эоны вторичного охлаждения слябовой машины непрерывного литья заготовок состоит из монолитного корпуса 1 с рабочим слоем 2.

Канал 3 для подачи охладителя в корпусе ролика имеет три ступени 4, 5, 6, Переходная часть 7 от первой (со стороны подачи охладителя) ступени 4 к второй ступени 5 выполнена в форме конуса (7). Сопряжение между цилиндрической частью первой ступени 4 и переходной частью 7 имеет радиус кривизны гс, обеспечивающий оптимальные условия движения потока охладителя.

В период разливки поток охладителя попадает в канал 3 и, двигаясь последовательно вдоль него 6о ступени 4, 5, 6, отбирает от корпуса 1 ролика определенное количество тепла, воспринятого от формирующегося слитка через рабочий слой 2.

При этом части корпуса ролика, соответствующие ступеням 4 и 6 охлаждения, имеют более низкую температуру по сравнению с центральными, что и обуславливает величину их теплового расширения. Центральная часть ролика с минимальным диаметром охлаждающего канала за счет своего теплового расширения определяет отклонение от цилиндрической формы, присущей ролику в холодном состоянии, При этом дополнительная выпуклость ролика в зависимости от соотношения диаметров ступеней охлаждающего канала компенсирует упругий прогиб.ролика либо осуществляет обжатие заготовки роликами в зоне конца жидкой лунки.

Таким образом, установка роликов со ступенчатым охлаждающим каналом в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ позволяет обеспечить более высокое качество заготовки по сравнению с существующими технологиями.

Формула изобретения

ПОДДЕРЖИВИОЩИЙ РОЛИК ЗОНЫ

ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СЛЯБОВОЙ

МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ 3АГОТОВОК, содержащий монолитный корпус с рабочим слое л и центральным (осе вым) каналом для подачи охладителя, отличающийся тем, что канал для подачи охладителя в корпусе ролика выполнен трехступенчатым, причем диаметры ступеПримером конкретного выполнения заявленного устройства может служить ролик МНЛЗ N. 4 ККЦ металлургического комбината "Азовсталь" диаметром 380 мм, предназначенный для обжатия формирующейся заготовки в зоне конца жидкой лунки на горизонтальном участке криволинейной установки. Общая длина ролика 2600 мм.

Длина бочки ролика 2050 мм. Длина второй ступени охлаждающего канала 780 мм при сечении отливаемой заготовки 250*

*1650 мм, Длина цилиндрической части первой и третьей ступеней охлаждающего канала соответственно 880 и 890 мм. Переходная часть между первой и второй ступеньмл выполнена конической при условии а =- 30 .

Сопряжение между цилиндрической поверхностью первой ступени и поверхностью конуса выполнено с радиусом сопряжения поверхности 220 MM. Внутренний диаметр первой и второй ступеней соответственно

110 и 87 мм. Применение ролика с укаэанными параметрами позволяет при скорости разливки 0,75 мlмин для заготовки с размерами поперечного сечения 250 1650 мм получать обжатия 1Я8 мм от каждого ролика в кассете, что соответствует степени обжатия 1,5 по высоте сечения заготовки. Отмеченное обжатие заготовки при установке роликов указанной конструкции в зоне конца жидкой лунки обеспечивает улучшение качества осевой зоны эа счет ликвидации дефекта "осевая трещина" и уменьшения дефекта "осевая рыхлость".

Таким образом, заявленная совокупность отличительныx признаков поддержива ощего ролика зоны вторичного охлаждения слябовой машины непрерывноголитья заготовок обеспечивает поставленную задачу улучшения качества непрерывнолитых заготовок. (56) Институт черной металлургии. Днепропетровск, 1986, 1-8, Рукопись, депонироеанная в институте Черметинформация, 10.06.86 М 3429-Ч М. ней связаны соотношением

D> = Оз ° Dz, где D>, Dz, Оз - внутренние диаметры канала соответственно первой, второй и третьей ступеней. при этом размеры ступенеи удовлетворяют условиям Icp = 0.38 B,Rz R1 <2 где lc> - длина средней ступени, мм;

В - длина бочки ролика. мм;

Ri - радиус первой ступени. мм;

Bz - радиус второй ступени, мм, 2001712

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

Редактор С. Кулакова

Заказ 3144

Составитель С. Черненко

ТехРед М,МоРгентал КоРРектоР iP. Максимишинец

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5