Способ охлаждения металла при непрерывной разливке

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения металлических изделий прямоугольного сечения. Способ охлаждения металла при непрерывной разливке включает заливку металла в кристаллизатор, вытягивание слитка из кристаллизатора с переменной скоростью, поддержание и направление слитка, вторичное охлаждение его водой или водовоздушной смесью, распыляемой в виде факелов форсунками. Удельный расход охладителя вдоль зоны вторичного охлаждения изменяют в зависимости от скорости вытягивания от максимального значения под кристаллизатором до минимального - в конце зоны. Зону вторичного охлаждения вдоль широких граней слитка разделяют на три участка, центральный и два периферийных. Подачу и отключение подачи охладителя на центральный и периферийные участки слитка производят с чередованием по времени. По второму варианту подачу и отключение подачи охладителя производят с чередованием по времени и с перекрытием по времени. Время отключения охладителя определяют по расчетным формулам в зависимости от длины жидкой фазы, толщины слитка, скорости разливки, марочного сортамента стали. Обеспечивается повышение качества слитков за счет снижения поверхностных трещин. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при непрерывной разливке металлов, в частности для получения металлических изделий прямоугольного сечения.

Известен способ получения литых металлических изделий, включающий расплавление, гомогенизацию, разливку в форму или кристаллизатор и охлаждение жидкого металла, при этом охлаждение жидкого металла в температурных интервалах фазовых превращений осуществляют прерывисто с чередованием периодов интенсивного теплоотвода и подогрева с числом чередований не менее двух. Интенсивный теплоотвод осуществляют с температурными градиентами, переменными во времени, и/или по сечению изделия, и/или по его длине. Чередование периодов интенсивного теплоотвода и подогрева осуществляют под кристаллизатором установки непрерывной разливки металла [RU 2101129, опубл. 10.01.1998].

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ охлаждения металла при непрерывной разливке, включающий заливку его в кристаллизатор, вытягивание слитка из кристаллизатора с переменной скоростью, поддержание и направление слитка, вторичное охлаждение его водой или водовоздушной смесью, распыляемой в виде факелов форсунками, изменение удельных расходов охладителя вдоль зоны вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания от максимального значения под кристаллизатором до минимального в конце зоны, регулирование интенсивности охлаждения широких граней слитка путем циклической подачи охладителя [SU 789217 А, 23.12.1980].

Недостатком вышеуказанных способов является большая неравномерность охлаждения центральных и периферийных участков поверхности слитка, в особенности широких граней слитков прямоугольного сечения. В результате неравномерного распределения температуры по периметру слитка в нем возникают значительные термические напряжения, приводящие к образованию ребровых и поперечных трещин по широким граням слитка и к отбраковке слитков по наружным трещинам.

Задачей изобретения является повышение качества непрерывнолитых слитков за счет снижения поверхностных дефектов, в частности трещин.

Указанная задача решается тем, что в способе охлаждения металла при непрерывной разливке, включающем заливку его в кристаллизатор, вытягивание слитка из кристаллизатора с переменной скоростью, поддержание и направление слитка, вторичное охлаждение его водой или водовоздушной смесью, распыляемой в виде факелов форсунками, изменение удельных расходов охладителя вдоль зоны вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания слитка от максимального значения под кристаллизатором до минимального в конце зоны, регулирование интенсивности охлаждения широких граней слитка путем циклической подачи охладителя, согласно изобретению зону вторичного охлаждения вдоль широких граней слитка разделяют на три участка, центральный и два периферийных, и производят подачу и отключение подачи охладителя на центральный и периферийные участки слитка с чередованием по времени, при этом время отключения подачи охладителя на периферийные участки τ₁ определяют по зависимости

τ₁=(L·K₁)/(V·100), мин,

а время отключения подачи охладителя на центральный участок τ₂ определяют по зависимости

τ₂=(L·K₂)/(V·100), мин, где

L - длина жидкой фазы, м, определяемая по зависимости

L=(H²·V)/4·К₃ ²,

Н - толщина разливаемого слитка, мм;

V - скорость разливки металла, м/мин;

K₁ - коэффициент, учитывающий марочный сортамент разливаемой стали, устанавливаемый в пределах от 1 до 8;

K₂ - коэффициент, учитывающий время отключения периферийных участков, устанавливаемый в пределах от 1 до 8, в зависимости от марочного состава разливаемой стали;

К₃ - коэффициент затвердевания стали, мм·мин^-0,5 (вариант 1).

В способе охлаждения металла при непрерывной разливке, включающем заливку его в кристаллизатор, вытягивание слитка из кристаллизатора с переменной скоростью, поддержание и направление слитка, вторичное охлаждение его водой или водовоздушной смесью, распыляемой в виде факелов форсунками, изменение удельных расходов охладителя вдоль зоны вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания слитка от максимального значения под кристаллизатором до минимального в конце зоны, регулирование интенсивности охлаждения широких граней слитка путем циклической подачи охладителя, согласно изобретению зону вторичного охлаждения вдоль широких граней слитка разделяют на три участка, центральный и два периферийных, а подачу или отключение подачи охладителя на центральный или периферийные участки охлаждения производят с чередованием по времени и с перекрытием во времени τ₃, при этом время отключения подачи охладителя на периферийные участки τ₁ определяют по зависимости

τ₁=(L·K₁)/(V·100), мин,

время отключения подачи охладителя на центральный участок τ₂ определяют по зависимости

τ₂=(L·K₂)/(V·100), мин, где

L - длина жидкой фазы, м, определяемая по зависимости

L=(Н²·V)/4·K₃ ²,

H - толщина разливаемого слитка, мм;

V - скорость разливки металла, м/мин;

K₁ - коэффициент, учитывающий марочный сортамент разливаемой стали, устанавливаемый в пределах от 1 до 8;

K₂ - коэффициент, учитывающий время отключения периферийных участков, устанавливаемый в пределах от 1 до 8, в зависимости от марочного состава разливаемой стали;

К₃ - коэффициент затвердевания стали, мм·мин^-0,5,

а время перекрытия подачи и отключения охладителя составляет

τ₃=τ₁/5 (вариант 2).

Коэффициент K₁, учитывающий марочный сортамент разливаемой стали, устанавливают в пределах от 1 до 8. С увеличением углеродного эквивалента, учитывающего содержание С и легирующих элементов в марке стали, его значение снижается. Коэффициент К₂, учитывающий время отключения периферийных участков, устанавливают в пределах от 1 до 8. С увеличением углеродного эквивалента, учитывающего содержание С и легирующих элементов в марке стали, его значение увеличивается. Значения коэффициента затвердевания стали К₃, мм·мин^-0,5, приведены в издании Еланский Г.Н. Разливка и кристаллизация стали. М.: МГВМИ, 2010. - 192 с.; Куклев А.В., Лейтес А.В. Практика непрерывной разливки стали. М.: Металлургиздат, 2011. - 432 с.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1

В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор заливают низколегированную трубную сталь марки 17Г1СУ и вытягивают слиток сечением 250×1600 мм со скоростью 0,9 м/мин. В зоне вторичного охлаждения непрерывнолитой слиток поддерживают и направляют при помощи роликов и охлаждают охладителем (водовоздушной смесью или водой), распыливаемым форсунками, сгруппированными в 8 зон вторичного охлаждения со следующими удельными расходами охладителя по зонам: 15,0; 14,5; 11,3; 10,8; 8,0; 4,0; 3,0; 2,5 м³/ч соответственно, изменяя их от максимальной величины под кристаллизатором до минимальной величины в конце охлаждения. Все секции по широким граням слитка в зонах №3-8 имеют три участка с раздельным регулированием охладителя: центральный и два периферийных, обеспечивающих циклический режим подачи охладителя. Чередование по времени циклов подачи и отключения охладителя на центральный и периферийный участки слитка осуществляют в зонах №3-8 вторичного охлаждения.

τ₁=(L·K₁)/(V·100),

τ₂=(L·K₂)/(V·100),

L=(H²·V)/4·K₃ ², м - длина жидкой фазы.

При этом τ₁=(Н²·К₁)/(400·K₃ ²), τ₂=(Н²·К₂)/(400·К₃ ²), а период чередования подачи и отключения охладителя Т=τ₁+τ₂.

K₁=4, K₂=3, К₃=25.

Таким образом:

τ₁=(Н²·К₁)/(400·K₃ ²)=(250²·4)/(400·25²)=1 мин,

τ₂=(Н²·К₂)/(400·K₃ ²)=(250²·3)/(400·25²)=0,75 мин,

τ₁=60 с, τ₂=45 с.

График включения и отключения подачи охладителя на центральный и периферийные участки с чередованием приведен на фиг.1. Схематично работа системы вторичного охлаждения (на примере одной секции) по широким граням заготовки приведена на фиг.2 и 3.

Пример 2

В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор заливают сталь марки 20ПС и вытягивают слиток сечением 250×1600 мм со скоростью 1 м/мин. В зоне вторичного охлаждения непрерывнолитой слиток поддерживают и направляют при помощи роликов и охлаждают охладителем (водовоздушной смесью или водой), распыливаемым форсунками, сгруппированными в 8 зон вторичного охлаждения со следующими удельными расходами охладителя по зонам: 17,0; 15,5; 13,3; 11,8; 9,0; 5,0; 4,0; 3,0 м³/ч соответственно, изменяя их от максимальной величины под кристаллизатором до минимальной величины в конце охлаждения. Все секции по широким граням слитка в зонах №3-8 имеют три участка с раздельным регулированием охладителя: центральный и два периферийных, обеспечивающих циклический режим подачи охладителя. Чередование по времени циклов подачи и отключения охладителя на центральный и периферийный участки слитка осуществляют в зонах №3-8 вторичного охлаждения с перекрытием во времени. При этом время перекрытия τ₃ составляет 1/5 от времени τ₁.

При этом τ₁=(Н²·К₁)/(400·K₃ ²); τ₂=(Н²·К₂)/(400·K₃ ²), τ₃=τ₁/5.

K₁=4, K₂=3, К₃=25.

Таким образом: τ₁=60 с, τ₂=45 с, τ₃=12 с.

График включения и отключения подачи охладителя на центральный и периферийные участки с перекрытием во времени приведен на фиг.4. Схематично работа системы вторичного охлаждения с перекрытием во времени (на примере одной секции) по широким граням заготовки приведена на фиг.5.

Применение предлагаемого способа позволит снизить местный перегрев и переохлаждение участков поверхности слитка, особенно по широким граням заготовки, и обеспечить равномерную температуру по длине и по периметру слитка. Это позволит уменьшить термические напряжения, возникающие в оболочке слитка, а также снизить количество ребровых трещин и процент отсортировки проката по ним.

1. Способ охлаждения металла при непрерывной разливке, включающий заливку его в кристаллизатор, вытягивание слитка из кристаллизатора с переменной скоростью, поддержание и направление слитка, вторичное охлаждение его водой или водовоздушной смесью, распыляемой в виде факелов форсунками, изменение удельных расходов охладителя вдоль зоны вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания слитка от максимального значения под кристаллизатором до минимального в конце зоны, регулирование интенсивности охлаждения широких граней слитка путем циклической подачи охладителя, отличающийся тем, что зону вторичного охлаждения вдоль широких граней слитка разделяют на три участка: центральный и два периферийных и производят подачу и отключение охладителя на центральный и периферийные участки слитка с чередованием по времени, при этом время отключения подачи охладителя на периферийные участки τ₁ определяют по зависимости
τ₁=(L·K₁)/(V·100), мин,
а время отключения подачи охладителя на центральный участок τ₂, определяют по зависимости
τ₂=(L·K₂)/(V·100), мин,
где L - длина жидкой фазы, м,
определяемая по зависимости
L=(H²·V)/4·K₃ ²,
Н - толщина разливаемой заготовки мм,
V - скорость разливки металла, м/мин;
К₁ - коэффициент, учитывающий марочный сортамент разливаемой стали, устанавливаемый в пределах от 1 до 8;
К₂ - коэффициент, учитывающий время отключения периферийных участков, устанавливаемый в пределах от 1 до 8, в зависимости от марочного сортамента разливаемой стали;
К₃ - коэффициент затвердевания стали, мм·мин^-0,5.

2. Способ охлаждения металла при непрерывной разливке, включающий заливку его в кристаллизатор, вытягивание слитка из кристаллизатора с переменной скоростью, поддержание и направление слитка, вторичное охлаждение его водой или водовоздушной смесью, распыляемой в виде факелов форсунками, изменение удельных расходов охладителя вдоль зоны вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания слитка от максимального значения под кристаллизатором до минимального в конце зоны, регулирование интенсивности охлаждения широких граней слитка путем циклической подачи охладителя, отличающийся тем, что зону вторичного охлаждения вдоль широких граней слитка разделяют на три участка: центральный и два периферийных, а подачу или отключение охладителя на центральный или периферийные участки охлаждения производят с чередованием по времени и с перекрытием по времени τ₃, при этом время отключения подачи охладителя на периферийные участки τ₁ определяют по зависимости
τ₁=(L·K₁)/(V·100), мин,
а время отключения подачи охладителя на центральный участок τ₂ определяют по зависимости
τ₂=(L·K₂)/(V·100), мин,
где L - длина жидкой фазы, м, определяемая по зависимости
L=(H²·V)/4·K₃ ²,
Н - толщина разливаемой заготовки, мм,
V - скорость разливки металла, м/мин;
K₁ - коэффициент, учитывающий марочный сортамент разливаемой стали, устанавливаемый в пределах от 1 до 8;
К₂ - коэффициент, учитывающий время отключения периферийных участков, устанавливаемый в пределах от 1 до 8, в зависимости от марочного сортамента разливаемой стали;
К₃ - коэффициент затвердевания стали, мм·мин^-0,5, а время перекрытия подачи и отключения охладителя составляет τ₃=τ₁/5.