Способ непрерывного литья стальных заготовок

 

Изобретение относится к черной металлургии. Сущность: в способе непрерывного литья стальных заготовок круглого сечения, включающем подачу металла с перегревом из промежуточного ковша в кристаллизатор, скорость вытягивания заготовки V уменьшают при увеличении перегрева по следующему соотношению: , м/мин, где D - диаметр поперечного сечения заготовки, см; Δt - перегрев металла над температурой ликвидуса, °С; a = 500 - 1500°С м/мин; b = 300 - 900°С м/lg см мин; c = 50 - 200°С, и осуществляют ее снижение на 5 - 10% для каждых 10°С превышения температуры. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для непрерывного литья стальных заготовок, преимущественно круглого сечения.

Известен способ непрерывного литья стальных заготовок, включающий подачу металла с перегревом над температурой ликвидуса из промежуточного ковша в кристаллизатор, измерение температуры металла в промежуточном ковше и вытягивание заготовки из кристаллизатора с переменной скоростью в зависимости от сечения заготовки и температуры металла, в котором скорость вытягивания заготовки, ее сечение и температура металла взаимосвязаны формулой 0 < Θ < + , где Θ - температура перегрева стали над ликвидусом, ^оС; V - скорость вытягивания заготовки, см/мин; S - поперечное сечение кристаллизатора, см².

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает удовлетворительного качества заготовок круглого сечения из-за низкой скорости вытягивания.

Известен также способ непрерывного литья стальных заготовок, включающий подачу металла с перегревом над температурой ликвидуса из промежуточного ковша в кристаллизатор, измерение температуры металла в промежуточном ковше и вытягивание заготовки из кристаллизатора с переменной скоростью в зависимости от сечения заготовки и температуры металла, при этом скорость вытягивания заготовки уменьшают при увеличении перегрева, в котором в начале подачи металла из разливочного ковша в промежуточный ковш осуществляют измерение температуры металла в разливочном ковше и изменяют скорость вытягивания заготовки V по следующему соотношению: V = K·10- · , м/мин, где Т_ск - температура металла в разливочном ковше, ^оС; Т_пк - заданная температура металла в промежуточном ковше, ^оС; Q_пк - емкость металла в промежуточном ковше, м³; q_кр - площадь сечения заготовки, м²; К - коэффициент, учитывающий особенности теплопотерь жидкой стали в промежуточном ковше (К = 0,85-1); 30 и 85 - постоянные, соответственно ^оС и ^оС/lg мин.

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает надежности процесса литья в заготовки круглого сечения из-за высокой скорости вытягивания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ непрерывного литья стальных заготовок круглого сечения, включающий подачу металла с перегревом над температурой ликвидуса из промежуточного ковша в кристаллизатор, измерение температуры металла в промежуточном ковше и вытягивание заготовки из кристаллизатора с переменной скоростью в зависимости от сечения заготовки и температурой металла, при этом скорость вытягивания заготовки уменьшают при увеличении перегрева, в котором металл из промежуточного ковша в кристаллизатор подают с перегревом над температурой ликвидуса в пределах 15-20^оС, а заготовку диаметром 150-260 мм из кристаллизатора вытягивают со скоростью 2,60-1,15 м/мин.

Недостатком этого способа является низкая надежность процесса литья из-за высокой скорости вытягивания заготовок и низкой температуры стали в промежуточном ковше, когда не исключаются прорывы металла под кристаллизатором, так и замерзание металла в разливочных стаканах промежуточного ковша.

Технический эффект изобретения заключается в повышении стабильности процесса литья стальных заготовок, преимущественно круглого сечения, путем исключения как прорывов металла под кристаллизатором, так и замерзания металла в разливочных стаканах промежуточного ковша.

Технический эффект достигается тем, что в способе непрерывного литья стальных заготовок, преимущественно круглого сечения, включающем подачу металла с перегревом над температурой ликвидуса из промежуточного ковша в кристаллизатор, измерение температуры металла в промежуточном ковше и вытягивание заготовки из кристаллизатора с переменной скоростью в зависимости от сечения заготовки и температуры металла, при этом скорость вытягивания заготовки уменьшают при увеличении перегрева, согласно изобретению скорость вытягивания заготовки V определяют из следующего соотношения:
V = , м/мин (1), где D - диаметр поперечного сечения заготовки, см;
Δt - перегрев металла над температурой ликвидуса, ^оС;
а, в, с - постоянные (а = 500-1500^оС м/мин; в = 300-900^оС ^. м/мин ^. lg см; с = =50-200^оС) и осуществляют ее снижение на 5-10% для нижних 10^оС превышения температуры.

При разработке предлагаемого способа исходили из положения необходимости исключения как прорывов металла под кристаллизатором, так и замерзания металла в разливочных стаканах промежуточного ковша. Это достигается определением скорости вытягивания заготовки в зависимости от сечения заготовки и температуры металла в промежуточном ковше по предлагаемому соотношению (1) и снижением скорости вытягивания на регламентируемую величину при превышении температуры. Такие признаки отсутствуют у прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного способа критерию изобретения "новизна".

Согласно изобретению скорость вытягивания заготовки необходимо определить из соотношения (1). Это соотношение получено на основании совместного решения двух экспериментально разработанных уравнений: уравнения взаимосвязи скорости вытягивания заготовки V_о и ее диаметра D при величине перегрева металла над температурой ликвидуса Δt, равном 30^оС, V_o = a' + в' lgD) и уравнения зависимости от скорости вытягивания заготовки V от перегрева металла в промежуточном ковше (V = V_o-cʹ ). Оба уравнения отвечают значениям скорости вытягивания заготовки и температуры металла в промежуточном ковше в области устойчивого, без прорывов металла под кристаллизатором и затягивания разливочных стаканов, процесса непрерывного литья заготовок круглого сечения. Размерности величин а, в и с в соотношении (1) соответственно ^оС ^.м/мин; ^оС ^. м/lgсм ^. мин; ^оС.

Определение скорости вытягивания заготовки по указанному соотношению обеспечивает устойчивый процесс литья стальных заготовок круглого сечения за счет исключения как прорывов металла под кристаллизатор, так и затягивания стаканов промежуточного ковша, поскольку обеспечивается соответствие скорости вытягивания и температуры металла в промежуточном ковше.

Снижение скорости вытягивания заготовки на регламентируемую величину повышает стабильность процесса литься за счет исключения прорывов металла под кристаллизатором и затягивания металлом разливочных стаканов промежуточного ковша.

Уменьшение скорости вытягивания заготовки менее 5% снижает стабильность процесса литья из-за возможности прорыва металла под кристаллизатором, поскольку температура металла в промежуточном ковше остается достаточно высокой; повышение скорости вытягивания заготовки более 10% также снижает стабильность процесса литья из-за возможности замерзания металла в разливочных стаканах промежуточного ковша, поскольку температура металла в ковше снижается ниже допустимой.

Сущность предложенного способа заключается в том, что расширяется интервал допускаемых температур металла в промежуточном ковше за счет увеличения верхнего предела, а снижение стабильности процесса литья компенсируется использованием нового соотношения между температурой металла и скоростью вытягивания заготовок.

Примеры осуществления способа.

На восьмиручьевой МНЛЗ разливают 300-тонные плавки стали Ст3сп в кристаллизаторы диаметром 170-230 мм. Металл в кристаллизаторы подают из двух 25-тонных промежуточных ковшей (по одному ковшу четыре ручья) с перегревом 10-30^оС над температурой ликвидуса (1515^оС). Температуру металла в промежуточном ковше при разливке каждой плавки измеряют четыре раза: первый замер на 5-10 м, последний - за 5-10 м до конца разливки; второй и третий - с интервалом 30-65 м. Заготовки вытягивают с переменной скоростью в зависимости от сечения заготовки и температуры металла, при этом скорость вытягивания заготовки уменьшают при увеличении перегрева.

П р и м е р 1. Сталь разливают в кристаллизаторы диаметром 170 мм. Температура металла в промежуточном ковше при первом замере 1535^оС. Согласно величине перегрева металла над ликвидусом Δt = =20^оС, диаметру заготовок и параметрам литья а, в и с, принятым равными их средним из запрашиваемого предела значениям (соответственно 1000^оС ^. м/мин; 600^оС ^. м/lg см ^. мин и 125^оС), определяли скорость вытягивания заготовок
V = = 1,81 м/мин Разливку с этой скоростью производили до второго замера температуры, которая оказалась выше (1545^оС), чем при первом замере. Согласно величине превышения температуры 10^оС и среднему значению изменения скорости 7,5% из запрашиваемого интервала скорость вытягивания заготовок снизили на
ΔV = · · 1,81 = -0,14 м/мин, т. е. до 1,67 см/мин. Поскольку температура металла при последующих замерах не изменилась, со скоростью 1,67 м/мин закончили разливку плавки. Замечаний по разливке не было.

П р и м е р 2. Для того же диаметра заготовок, что и в примере 1, температура металла в промежуточном ковше при первом замере 1545^оС. Согласно величине перегрева металла над ликвидусом Δt = 30^оС, диаметру заготовок и средним значениям параметров литья а, в и с определяли скорость вытягивания заготовок
V = = 1,69 м/мин Разливку с этой скоростью производили до третьего замера температуры (второй замер дал тот же результат, что и первый), которая оказалась ниже (1535^оС), чем при первом и втором замерах.

Согласно величине снижения температуры 10^оС и среднему значению изменения скорости 7,5% скорость вытягивания заготовок увеличили на
ΔV = - · · 1,69 = -0,13 м/мин т. е. до 1,82 м/мин. При четвертом замере температура была той же, что и при третьем замере. Поэтому разливку плавки закончили со скоростью 1,82 м/мин. Замечаний по разливке не было.

П р и м е р 3. Для того же диаметра заготовок, что и в примере 1-2, температура металла в промежуточном ковше при первом замере 1525^оС. Согласно величине перегрева металла над ликвидусом Δt = 10^оС, сечению заготовки и средним значениям параметров литья, а, в и с определили скорость вытягивания заготовок
V = = 1,94 м/мин Разливку с этой скоростью производили до четвертого замера температуры металла в промежуточном ковше (второй и третий замеры дали тот же результат, что и первый замер), которая оказалась выше (1535^оС), чем при первом - третьем замерах. Согласно величине повышения температуры 10^оС и среднему значению изменения скорости 7,5% скорость вытягивания заготовок снизили на
ΔV = - · · 1,94 = -0,15 м/мин, т. е. до 1,74 м/мин и закончили с этой скоростью разливку плавки. Замечаний по разливке не было.

П р и м е р 4. Сталь разливают в кристаллизаторы диаметром 200 мм. Температура металла в промежуточном ковше при первом замере 1535^оС. Согласно величине перегрева металла над ликвидусом Δt = 20^оС, диаметру заготовок и средним значениям параметров литья а, в и с определили скорость вытягивания заготовок
V = = 1,51 м/мин Разливку с этой скоростью производили в течение всей плавки, поскольку второй - четвертый замеры дали тот же, что и при первом замере, результат. Замечаний по разливке не было.

П р и м е р 5. Сталь разливают в кристаллизаторы диаметром 230 мм. Температура металла в промежуточном ковше при первом замере была 1535^оС.

Для величины перегрева металла над ликвидусом Δt = 20^оС, диаметра заготовок 200 мм и средних значений параметров литья а, в и с определили скорость вытягивания заготовок
V = = 1,26 м/мин Разливку с этой скоростью производили до второго замера температуры металла в промежуточном ковше, которая оказалась выше (1545^оС), чем при первом замере. После замера скорость вытягивания заготовок снизили на величину 7,5% (среднее значение из запрашиваемого интервала). Снижение составило
ΔV = - · · 1,26 = -0,10 м/мин, т. е. до 1,16 м/мин.

После четвертого замера температуры, которая была меньше (1540^оС), чем в предшествующем случае, скорость вытягивания заготовок увеличили на значение, соответствующее среднему значению из запрашиваемого предела 7,5%. Увеличение составило
ΔV = - · · 1,16 = -0,04 м/мин, т. е. скорость 1,20 м/мин. С этой скоростью и закончили литье плавки. Замечаний по разливке не было.

П р и м е р 6. При условиях примера 5 скорость вытягивания заготовок после второго замера температуры снизили на величину, равную нижнему запрашиваемому пределу изменения скорости вытягивания заготовки, 5%. Снижение составило
ΔV = - · · 1,26 = -0,06 м/мин, т. е. до 1,20 м/мин и закончили с этой скоростью литье плавки. Замечаний по разливке не было.

П р и м е р 7. При условиях примера 5 скорость вытягивания заготовки после второго замера температуры снизили на величину, равную верхнему запрашиваемому пределу снижения скорости, 10%, снижение составило:
ΔV = - · · 1,26 = -0,13 м/мин, т. е. скорость вытягивания была 1,13 м/мин. Замечаний по разливке не было.

П р и м е р 8. При условиях примера 5 скорость вытягивания заготовок после второго замера температуры снизили на величину 2,5%, т. е. выходящую за нижний запрашиваемый предел изменения скорости вытягивания. Снижение составило
ΔV = - · · 1,26 = -0,04 м/мин, т. е. до 1,22 м/мин.

При дальнейшей разливке плавки на одном из ближайших к месту ввода струи металла из разливочного ковша ручьев произошел прорыв металла под кристаллизатором.

П р и м е р 9. При условиях примера 5 скорость вытягивания заготовок после второго замера температуры снизили на величину 12,5%, т. е. выходящую за верхний запрашиваемый предел. Снижение составило
ΔV = - · · 1,26 = - 0,16 м/мин, т. е. до 1,10 м/мин.

При дальнейшей разливке плавки на двух дальних от места ввода струи металла из разливочного ковша ручьях "затянуло" стаканы.

П р и м е р 10. Для диаметра заготовок из примера 5 температура металла в промежуточном ковше при первом замере 1535^оС.

Согласно величине перегрева металла над ликвидусом Δt = 20^оС, диаметру заготовок 230 мм и нижним значениям параметров литья а, в и с определили скорость вытягивания заготовок
V = = 1,31 м/мин. Разливка плавки с этой скоростью прошла без замечаний.

П р и м е р 11. При условиях примера 10 согласно верхним значениям из запрашиваемого предела параметров литья а, в и с определили скорость вытягивания заготовок
V = = 1,25 м/мин Разливка плавки с этой скоростью прошла без замечаний.

При условиях примера 10 скорость вытягивания заготовок, соответствующая значениям параметров а, в и с, выходящих как за нижние запрашиваемые пределы (пример 12)
V = = 2,13 м/мин так и за верхние пределы (пример 13):
V = = 1,05 м/мин приводит к прорывам металла под кристаллизатором (в первом случае) и затягиванием стаканов промежуточного ковша (во втором случае).

П р и м е р 14 (прототип). Для диаметра заготовок из примера 5 температура металла в промежуточном ковше после первого замера 1535^оС, после второго - 1545^оС.

Согласно перегреву металла над ликвидусом при первом замере Δ_t = 20^оС и при втором замере Δt = 30^оС и диаметру заготовок разливку производили с постоянной скоростью 1,4 м/мин. При разливке плавки произошел прорыв металла под кристаллизатором.

Основные режимы и результаты разливки плавок по предлагаемому способу и способу прототипа обобщены в таблице. Эти результаты подтверждены при разливке представительной партии плавок, проведенных с режимами, аналогичными приведенным в таблице.

Установлено, что при разливке по режимам примеров 1-7 10-11 количество прорывов металла под кристаллизатором было 0,2%, а количество затягиваний стаканов промежуточного ковша 0,3% против 2,5% прорывов металл под кристаллизатором и 3,0% затягиваний стаканов промежуточного ковша при разливке по режимам примеров 8-9 и 12-13 и 2% прорывов и 3,5% затягиваний стаканов при разливке по режимам прототипа.

Изобретение позволяет повысить стабильность процесса литья стальных заготовок преимущественно круглого сечения путем снижения как прорывов металла под кристаллизатором, так и затягивания стаканов промежуточного ковша, что обеспечивает повышение производительности машин непрерывного литья заготовок.

По сравнению с базовым объектом, за который принята технология непрерывного литья заготовок на Волжском электрометаллургическом заводе, повышение производительности при использовании изобретения составит 10-15% за счет увеличения количества плавок в серии (в 1,2--1,5 раза) и снижения затрат времени на ликвидацию последствий аварии (в 2-2,5 раза).

Формула изобретения

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК преимущественно круглого сечения, включающий подачу металла с перегревом над температурой ликвидуса из промежуточного ковша в кристаллизатор, измерение температуры металла в промежуточном ковше и вытягивание заготовки из кристаллизатора с переменной скоростью в зависимости от сечения заготовки и температуры металла, при этом скорость вытягивания заготовки уменьшают при увеличении перегрева, отличающийся тем, что скорость v вытягивания заготовки определяют из следующего соотношения:
v = , м/мин,
где D - диаметр поперечного сечения заготовки, см;
Δ t - перегрев металла над температурой ликвидуса, ^oС;
a = 500 - 1500^oС · м/мин;
b = 300 - 900^oС/lg · см · мин;
c = 50 - 200^oС,
и осуществляют ее снижение на 5 - 10% для каждых 10^oС превышения температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2