Способ непрерывного литья заготовок
Патент 1788653
Авторы
Классы МПК
Способ непрерывного литья заготовок
Реферат
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению многослойных заготовок непрерывной разливкой. Цель изобретения - повышение производительности, качества отливаемых заготовок и выхода годного. После вытягивания полой оболочки заготовки из кристаллизатора 2 на шаг вытягивания из ковша-пневмозадатчика через металлопровод 1 за первый прием осуществляют подачу жидкого металла 3 снизу в кристаллизатор 2, причем мениск 6 жидкого металла 3 поднимают в кристаллизаторе 2 на растояние, превышающее длину шага вытягивания на величину, равную зазору между хвостовой частью сформированной оболочки заготовки и стенками кристаллизатора 2. Далее осуществляют паузу, продолжительность которой соответствует времени затвердевания жидкого металла 3 в зазоре. У стенок кристаллизатора 2 в это время происходит формирование твердой корки 7. Затем осуществляют второй прием подачи жидкого металла 3 в кристаллизатор 2 и в ранее сформированную оболочку заготовки и мениск 6 жидкого металла 3 поднимают на растояние, кратное шагу вытягивания заготовки из кристаллизатора 2 и в течение установленного времени формируют второй слой оболочки заготовки на ранее вытянутом из кристаллизатора участке. 5 з. п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке металлов, преимущественно в многослойные заготовки. Цель изобретения повышение производительности, качества отливаемых заготовок и выхода годного. На фиг.1 показано положение ранее сформированной оболочки 4 полой заготовки 5 после ее вытягивания из кристаллизатора 2 на установленный шаг lш.в; на фиг. 2 положение, когда за первый прием жидкий металл 3 подан в кристаллизатор 2 и его мениск 6 поднят на высоту более шага вытягивания заготовки из кристаллизатора 2 на величину е, равную зазору с между хвостовой частью заготовки 5 и стенками кристаллизатора 2, и когда в кристаллизаторе 2 и зазоре сформировалась затвердевшая корка 7; на фиг.3 положение, когда за второй прием жидкий металл 3 подан в ранее сформированную оболочку 4 заготовки 5 и его мениск 6 находится на расстоянии двух шагов вытягивания от места подачи жидкого металла 3 в кристаллизатор 2; на фиг.4 положение, когда из заготовки 5 жидкий металл 3 удален; на фиг.5 положение в момент вытягивания оболочки 4 заготовки 5 из кристаллизатора 2, когда в образующийся зазор между заготовкой и стенками кристаллизатора вводится безокислительный газ; на фиг.6 положение, когда одновременно с вытягиванием оболочки 4 заготовки 5 из кристаллизатора 2 в него вводится жидкий металл 3. На схеме представлен металлопровод 1, который сообщается с герметичным металлоприемником-пневмозадатчиком (не показан) и снизу подсоединен к вертикальному кристаллизатору 2. Жидкий металл 3 подают из герметичного металлоприемника-пневмозадатчика через металлопровод 1 в кристаллизатор 2 и далее в ранее сформированную оболочку 4 заготовки 5. Мениск подаваемого жидкого металла 3 обозначен на схеме позицией 6. В кристаллизаторе формируют корку заготовки 7. Два положения мениска 6 жидкого металла 3 в отливаемой заготовке 5 фиксируют с помощью специальных автоматических устройств 8 и 9. Для реализации способа применимы специальные автоматические устройства, разработанные в Киевском институте автоматики. Устройство для периодического вытягивания заготовки из кристаллизатора на установленный шаг. Непрерывное литье заготовок по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Первоначально на рабочие поверхности стенок кристаллизатора 2 наносят предпочтительно твердую смазку, например, из дисульфида молибдена. С помощью механизма вытягивания заготовки из кристаллизатора в кристаллизатор 2 устанавливают затравку, форму которой целесообразно выполнить близкой к форме отливаемой заготовки на длине шага вытягивания. В качестве затравки рекомендуют использовать часть ранее отлитой заготовки, причем ее длина может соответствовать шагу вытягивания заготовки из кристаллизатора или быть меньше шага вытягивания. Нижний конец затравки размещают в кристаллизаторе 2 в положении, аналогичном положению нижней части сформированной полой оболочки 4 заготовки 5 после ее очередного вытягивания из кристаллизатора 2 на шаг вытягивания lш.в (фиг.1). Начало техпроцеcса непрерывного литья заготовок предлагаемым способом практически ничем не отличается от установившегося процесса литья. В связи с этим процесс непрерывного литья заготовок описывается с момента, когда закончили очередное вытягивание сформированной полой оболочки 4 загототовки 5 из кристаллизатора 2 на установленный шаг вытягивания lш.в (фиг.1). После вытягивания полой оболочки 4 заготовки 5 из кристаллизатора 2 на шаг вытягивания lш.в из ковша-пневмозадатчика через металлопровод 1 за первый прием осуществляют подачу жидкого металла 3 снизу в кристаллизатор 2, причем мениск 6 жидкого металла 3 поднимают в кристаллизаторе 2 предпочтительно на расстояние, превышающее длину шага вытягивания lш.в на величину е, равную зазору c, который имеет место между хвостовой частью сформированной оболочки 4 заготовки 5 и стенками кристаллизатора 2 (см. фиг.1,2). Мениск 6 жидкого металла 3 в указанном месте фиксируют с помощью специального автоматического устройства 8. Далее наступает пауза, продолжительность которой зависит от времени затвердевания жидкого металла 3 в зазоре между хвостовой частью ранее сформированной оболочки 4 заготовки 5 и стенками кристаллизатора 2, подают охладитель на мениск жидкого металла в указанном зазоре и формируют в кристаллизаторе дополнительный участок оболочки заготовки в виде уступа. Подаваемый охладитель способствует уменьшению времени затвердевания жидкого металла в зазоре. В качестве охладителя можно использовать или инертный газ, или смесь инертного газа и смазки, или сжиженный газ. У стенок кристаллизатора 2 в это время происходит формирование твердой корки 7. По истечении времени, достаточного для затвердевания жидкого металла в зазоре и формирования таким образом дополнительного участка заготовки в виде уступа, осуществляют второй прием подачи жидкого металла 3 в кристаллизатор 2 и в ранее сформированную оболочку 4 заготовки 5 и мениск 6 жидкого металла 3 поднимают на заранее установленное расстояние, кратное шагу вытягивания заготовки 5 из кристаллизатора 2. На фиг.3 показано положение мениска 6 жидкого металла 3, когда он поднят только на один шаг вытягивания. Это положение мениска 6 фиксируют с помощью специального автоматического устройства 9. Затем в течение установленного времени происходит увеличение толщины корки 7 в кристаллизаторе 2 и формирование второго слоя оболочки 4 заготовки 5 на ранее вытянутом из кристаллизатора участке. Следует заметить, что мениск 6 жидкого металла 3 при необходимости может быть поднят в заготовке 5 на один шаг вытягивания, на два и более. Оболочка заготовки при этом будет иметь соответственно три и более слоев. После того как второй слой в ранее сформированной оболочке 4 заготовки 5 достигнет заданной толщины, остатки жидкого металла 3 из заготовки 5 через металлопровод 1 удаляют обратно в металлоприемник-пневмозадатчик (см. фиг.4) и осуществляют очередное вытягивание заготовки 5 на установленный шаг вытягивания lш.в. (см. фиг.5), при этом в образующийся зазор между заготовкой 5 и стенками кристаллизатора 2 предпочтительно вводят безокислительный охладитель, например инертный газ. В случае использования во время разливки для смазки стенок кристаллизатора 2 жидкой смазки, например рапсового масла, в образующийся зазор вместе с безокислительным газом подают установленную порцию жидкой смазки. Затем этапы техпроцесса литья заготовки 5 повторяют. В случае использования в качестве смазки стенок кристаллизатора 2 твердой смазки, которая может сохраняться на стенках кристаллизатора в течение разливки определенной порции металла, первый прием подачи жидкого металла 3 в кристаллизатор 2 могут начать осуществлять еще до окончания вытягивания заготовки 5 из кристаллизатора на установленный шаг (см. фиг.6). Отлитые полые заготовки далее могут быть обработаны разными методами. Если будут отливать круглые заготовки, например трубные, целесообразно деление отлитой заготовки на мерные части соответственно шагу вытягивания заготовки из кристаллизатора, который в свою очередь должен быть равным заданной длине трубной заготовки. В случае отливки полых плоских заготовок, предназначенных для листовой металлопродукции, отливаемую заготовку целесообразно или разрезать на мерные части соответственно шагу вытягивания заготовки из кристаллизатора и сразу эти части превращать в сплошные мерные заготовки методом прокатки или ковки, или путем изгиба и выпрямления переводить заготовку в горизонтальное положение и методом совмещенной прокатки сначала обжимать до сплошного сечения, а затем до листовой металлопродукции заданной толщины. В случае необходимости получения тонкой сплошной плоской заготовки, например, толщиной 20-60 мм и когда в сплошной заготовке не должно быть более двух слоев, сформированных из оболочки полой отливаемой заготовки, целесообразно осуществлять только первый прием подачи жидкого металла 3 в кристаллизатор 2 и после того, как в кристаллизаторе 2 корка 7 заготовки достигнет заданной толщины, например 10-30 мм, жидкий металл 3 из заготовки 5 удаляют, после чего осуществляют очередное вытягивание заготовки 5 из кристаллизатора 2 на установленный шаг вытягивания. Только первый прием подачи жидкого металла 3 в кристаллизатор 2 целесообразно применять также в том случае, если необходимо производство слоистых заготовок из слоев металла разного химического состава. В этом случае сначала первый слой заготовки 5 формируют при периодическом ее вытягивании из кристаллизатора 2 на шаг вытягивания установленное число раз, например 2-4 раза, затем в сформированную оболочку 4 заготовки 5 на высоту, соответствующую 2-4-м шагам вытягивания, подают жидкий металл другого химического состава и им формируют второй слой оболочки 4 заготовки 5 до заданной толщины. Остатки жидкого металла второго слоя сливают. При необходимости в заготовку 5 вводят металл третьего химического состава и им формируют третий слой оболочки 4 заготовки 5 и т.д. П р и м е р 1. Разливают сталь в плоскую листовую заготовку. Максимальный размер сечения отливаемой заготовки на длине шага вытягивания 120х1010 мм; минимальный 100х1000 мм. Шаг вытягивания заготовки из кристаллизатора 2500 мм. Соответственно заданным размерам заготовки на длине шага вытягивания выполняют кристаллизатор. Длина кристаллизатора для указанного шага вытягивания принимается 2600 мм. После вытягивания сформированной оболочки заготовки из кристаллизатора на шаг 2500 мм зазоры между хвостовой частью заготовки и стенками кристаллизатора будут следующими: со стороны широких стенок заготовки 10 мм; со стороны узких стенок 5 мм. На затвердевание жидкого металла и образование выступа в десятимиллиметровом зазоре между хвостовой частью заготовки и широкой стенкой кристаллизатора требуется не более 10 с. Подача сверху в зазор охладителя инертного газа, аргона или азота _ сначала на жидкий металл, а затем на затвердевшую корку позволяет снизить температуру металла в зазоре до величины, при которой металл в зазоре приобретает достаточную прочность, чтобы впоследствии выдержать усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора. Средняя скорость подъема жидкого металла в кристаллизаторе и отливаемой заготовке 500 мм/с. За первый прием подачи жидкого металла в кристаллизатор мениск жидкого металла поднимают на высоту 25155 мм, с точностью 5 мм удерживается мениск жидкого металла в заданном положении с помощью специального автоматического устройства (см. фиг.2). Поскольку средняя скорость подъема жидкого металла 500 мм/с, то время подъема жидкого металла в кристаллизаторе за первый прием подачи будет 5 с. Далее следует выдержка 10 с, после чего осуществляют второй прием подачи жидкого металла в ранее сформированную оболочку заготовки. За второй прием мениск жидкого металла поднимают в заготовке на 2490 мм и удерживают в этом положении 20 с, затем жидкий металл за 10 с удаляют из заготовки и полую оболочку заготовки за 5 с вытягивают из кристаллизатора на шаг вытягивания, равный 2500 мм. При принятых условиях подачи жидкого металла в кристаллизатор и отливаемую заготовку, удалении жидкого металла из заготовки и формировании заготовки время повторяющегося цикла составляет около минуты. За время цикла заготовку на длине шага вытягивания формируют разное время. В нижней части на длине шага вытягивания оболочку заготовки формируют 80 с, в верхней части 60 с. При коэффициенте затвердевания К 2,5 с/см х мин-2 толщина оболочки в нижней части заготовки (на длине шага вытягивания) будет 29 мм, в верхней 25 мм. Разница в толщине оболочки 4 мм, что незначительно. При необходимости за счет организации разного теплоотвода от формируемой заготовки по длине шага вытягивания, разница в толщине корки заготовки может быть сведена до минимума. Однако, поскольку отливаемую полую листовую заготовку рекомендуют сразу же переводить в сплошную и далее сразу же обжимать до заданного размера листа, разница в толщине корки на длине шага вытягивания заготовки из кристаллизатора существенного значения не имеет. Средняя толщина оболочки заготовки (широких стенок) будет 27 мм. При такой толщине оболочки заготовки часовая производительность одноручьевой машины непрерывного литья будет 65 т/ч, а годовая 455000 т/год, если машина будет работать в течение года 7000 ч. Перевод полой плоской заготовки в сплошную позволяет иметь тонкую (50 мм) листовую заготовку, состоящую из качественной корковой части металла. Чтобы получить хорошую деформированную структуру для такой заготовки, достаточна 2-3 -кратная степень обжатия. Следовательно, из такой заготовки получат качественные листы толщиной 15-25 мм. Целесообразно отливаемые заготовки совмещенно прокатывать до тонкого горячекатаного листа, например, до толщины 3 мм. Тогда прокатанная на длине шага вытягивания заготовка будет иметь длину горячекатаного листа 45 м. Другие режимы формирования заготовок позволяют иметь другие толщины оболочек отливаемых заготовок, например 35-40 мм. Однако, как показывают расчеты, производительность машины при ширине отливаемой заготовки 1000 мм будет примерно такой же, как и в приведенном примере. Увеличенная толщина оболочки листовой заготовки позволяет увеличить длину листа, прокатанного из заготовки на длине шага вытягивания заготовки из кристаллизатора. П р и м е р 2. Через два кристаллизатора МНЛЗ разливают сталь в трубные полые заготовки, которые затем делят на мерные части, длина которых равна шагу вытягивания заготовки из кристаллизатора. Максимальный диаметр сечения отливаемой заготовки на длине шага вытягивания 270 мм; минимальный 250 мм. Шаг вытягивания заготовки из кристаллизатора 2000 мм, длина кристаллизатора 2100 мм. Средняя скорость подъема жидкого металла в кристаллизаторе 400 мм/с. В процессе отливки заготовки осуществляют только первый прием подачи жидкого металла в кристаллизатор на высоту 2015 5 мм. Далее в течение 2 мин формируют корку заготовки и остатки жидкого металла из заготовки удаляют при скорости перемещения его мениска 400 мм/с. Затем со скоростью 500 мм/с оболочку заготовки вытягивают из кристаллизатора на шаг вытягивания, равный 2000 мм. Отлитая заготовка на длине шага вытягивания при этом будет иметь среднюю толщину оболочки 50 мм. Для указанной круглой заготовки коэффициент затвердевания К 3,6 с/см х мин-2. Разница в толщине оболочки на длине шага вытягивания будет не более 3 мм, масса металла на единице длины будет примерно одинаковой. В данном случае сказывается разный диаметр заготовки на длине шага вытягивания. При средней толщине оболочки 50 мм масса 2- метровой заготовки 500 кг. Время повторяемости цикла формирования на длине шага вытягивания заготовки из кристаллизатора 2,25 мин. При указанном цикле повторяемости формирования заготовки производительность двухручьевой МНЛЗ более 25 т/ч. Годовая производительность машины 150000 т (принято 6000 ч непрерывной работы МНЛЗ в год). Изобретение позволяет отливать заготовки с высоким качеством поверхности и при наличии меньшего числа стыков между периодически вытягиваемыми из кристаллизатора участками заготовки, что увеличивает выход годного на 2-3% Если заготовка после отливки не поступает на совмещенную прокатку, а делится на мерные части, то в ряде случаев деление заготовки может производиться по месту стыкуемых участков. Разделенная таким образом заготовка по всей длине будет иметь высокое качество металла. Производительность МНЛЗ, в которой заготовка вытягивается из кристаллизатора периодически на шаг, близкий к длине кристаллизатора, во многом зависит от длины шага вытягивания заготовки из кристаллизатора. Чем больше шаг вытягивания заготовки из кристаллизатора, тем больше производительность машины. Поскольку по предлагаемому способу шаг вытягивания может быть в 1,5-2,0 раза больше, то и производительность МНЛЗ для осуществления способа будет большей. Согласно расчетам указанная производительность может быть увеличена до 30% Изобретение позволяет не менее чем в два раза увеличить межремонтный период работы кристаллизатора, т.к. после начала вытягивания заготовки из кристаллизатора отсутствует трение заготовки о стенки кристаллизатора и, следовательно, износ стенок будет незначительным. Межремонтный срок службы кристаллизатора увеличивается также за счет того, что улучшаются условия смазки стенок кристаллизатора.
Формула изобретения
1. СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК, преимущественно многослойных, включающий периодическую подачу жидкого металла в вертикальный кристаллизатор снизу, формирование в нем оболочки заготовки, удаление из нее жидкого металла, шаговое вытягивание оболочки заготовки из кристаллизатора вверх, периодическую подачу жидкого металла в кристаллизатор и ранее сформированную оболочку заготовки, последующие изгиб полой заготовки, ее выпрямление и обжим до сплошного сечения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, качества отливаемых заготовок и выхода годного, перед формированием в кристаллизаторе очередного участка оболочки заготовки осуществляют подъем мениска жидкого металла в нем на высоту, превышающую шаг вытягивания на величину зазора между хвостовой частью ранее сформированной заготовки и стенками кристаллизатора, подают охладитель на мениск жидкого металла в указанном зазоре и формируют в кристаллизаторе дополнительный участок оболочки заготовки в виде уступа. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что периодическую подачу жидкого металла в кристаллизатор начинают до окончания периода вытягивания заготовки из кристаллизатора. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют инертный газ. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют смесь инертного газа и смазки. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют сжиженный газ. 6. Способ по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что в качестве смазки используют рапсовое масло.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6