Способ непрерывного литья биметаллических слитков и устройство для его осуществления

 

. 1, Способ непрёрьтного литья биметаллических слитков, включающий подачу различных металлов через погружные стаканы в кристаллизатор с образованием центральной и периферийной зон слитка и регулирование расходов обоих металлов, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества биметаллических слитков. регулирование расходов металлов при поддержании их суммарного расхода постоянным осуществляют в зависимости от изменения суммарного содержания углерода в обоих металлах, при этом расход металла, образующего периферийную зону слитка, изменяют прямопропорционально изменению суммарного содержания углерода, а расход металла, образующего центральную зону , изменяют обратно пропорционально этой величине. 2. Устройство для непрерывного литья биметаллических слитков, содержащее кристаллизатор с установленной в нем с зазором чашеобразной перегородкой с боковыми стенками и погсл ружные стаканы, на одном из которых с закреплена перегородка, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества биметаллических слитков , нарзгжная поверхность стенок перегородки выполнена конусной книзу под to углом длиной 0,05-0,3 длины ; кристаллизатора,при этом зазор между наружной поверхностью стенок перегоО ) родки в верхней части и кристаллизатосо ел ром составляет 0,1-0,3 ширины его рабочей полости.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5д 4 В 22 П 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3674006/22-02 (22) 26.12.83 (46) 23.11.86. Бюл. В 43 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П,Бардина и Научно-производственное объединение "Тулачермет" (72) В.И.Уманец, В.И.Лебедев, Д.П.Евтеев; В.М.Паршин, В.В.Поляков, В.Г.Мизин, В.П.Симонов, Е.Н.Ивашина, Ю.Ф.Дорошев, В.С.Соловьев и А.Г.Сит-. нов (53) 621.746.047:621.746.27(088.8) (56) 1. Заявка Японии У 55-68156, кл. 11В091 1980.

2. Заявка Японии Ф 49-44859, кл. 11В091, 1974. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СЛИТКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ непрерывного литья биметаллических слитков, включающий подачу различных металлов через погружные стаканы в кристаллиэатор с образованием центральной и периферийной зон слитка и регулирование расходов обоих металлов, о т л и ч а ю- шийся тем, что, с целью улучше- ния качества биметаллических слитков, „„SU„, 1271635 А1 регулирование расходов металлов при поддержании их суммарного расхода постоянным осуществляют в зависимости от изменения суммарного содержания углерода в обоих металлах, при этом расход металла, образующего периферийную зону слитка, изменяют прямопропорционально изменению суммарного содержания углерода, а расход металла, образующего центральную зону, изменяют обратно пропорционально этой величине.

2. Устройство для непрерывного литья биметаллических слитков, содержащее кристаллизатор с установленной в нем с зазором чашеобразной пе- Pg регородкой с боковыми стенками и погружные стаканы, на одном из которых закреплена перегородка, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества биметаллических слит- Я ков, наружная поверхность стенок перегородки выполнена конусной книзу под углом 5-15oи длиной 0,05-0,3 длины: К) кристаллизатора, при этом зазор между 3 наружной поверхностью стенок перегородки в верхней части и кристаллиэато- фф ром составляет О, 1-0,3 ширины его СО раб оч ей полости . Сп

1271635

Изобретение относится к металлур .ии, конкретно к непрерывному литью биметаллических слитков.

Известен способ непрерывного литья биметаллических слитков„ включающий подачу различных металлов и стальной ленты для предотвращения их смешивания в кристаллиэатор, и устройство для его осуществления (1).

Недостатком известных способа и

10 устройства является невозможность получения биметаллических слитков, сердцевина которых из одного металла была бы окружена другим металлом.

Кроме того, подаваемая в кристаллизатор лента должна пройти сложную и длительную подготовку в виде обезжиривания, промывки и т.д., что усложняет процесс разливки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ непрерывного литья биметаллических слитков, включающий подачу различных металлов через погружные стаканы в кристаллизатор с

25 ,образованием центральной и периферийной зон слитка и регулирование расходов обоих металлов.

Способ непрерывного литья биметаллических слитков осуществляется в устройстве, содержащем кристаллизатор с установленной в нем с зазором чашеобразной перегородкой с боковыми стенками и погружные стаканы, на одном из которых закреплена перегородка (2). 35

Недостатком известного способа и устройства является неудовлетворительное качество непрерывнолитых слитков. Это объясняется плохой свариваемостью различных металлов вслед- 4О ствие малой зоны смешивания металлов или зоной их двухфазного состояния.

Последнее объясняется постоянством зазора между юбкой" горизонтальной пластины и рабочими стенками кристаллизатора, а также постоянством расхода металлов. В результате происходит расслоение биметаллических слитков при дальнейшем переделе, что вызывает брак готовой металлопродукции, 50

Качество сварки и сцепления различных металлов в условиях разливки биметаллических слитков зависят от величины и степени развития двухфазного состояния различных металлов. 55

При этом параметры двухфазного состояния определяются химсоставом каждого металла, в первую очередь содержанием углерода ° Содержание углерода в стали определяет развитие двухфазной зоны в процессе кристаллизации, При этом увеличение содержания углерода приводит к увеличению ширины двухфазной зоны на фронте кристаллизации каждой марки стали, Для повышения качества соединения фронтов кристаллизации двух сталей необходимо изменить расход каждой из них в зависимости от содержания углерода.

При этом появляется возможность изменять величину зоны смешивания двух металлов в зазоре между "юбкой горизонтальной пластины и рабочими стенками кристаллизатора. Для более эффективного смешивания металлов необходимо выполнить юбку" конусной и определенной длины.

Целью изобретения является улучшение качества биметаллических слитков.

Цель достигается тем, что согласно способу непрерывного литья биметаллических слитков, включающему подачу различных металлов через погружные стаканы в кристаллизатор с образованием центральной и периферийной зон слитка и регупирование расходов обоих металлов, регулирование расходов металлов при поддержании их суммарного расхода постоянным осуществляют в зависимости от изменения суммарного содержания углерода в обоих металлах, при этом расход металла, образующего периферийную зону слитка, изменяют прямо пропорционально изменению суммарного содержания углерода, а расход металла, образующего центральную зону, изменяют обратно пропорционально этой величине.

В устройстве для непрерывного литья биметаллических слитков, содержащее кристаллизатор с установленной в нем с зазором чашеобразной перегородкой с боковыми стенками и погружные стаканы,. на одном из кото— рых закреплена перегородка, наружная поверхность стенок перегородки выполнена конусной книзу под углом 515 и длиной 0,05-0,3 длины кристаллизатора, при этом зазор между наружной поверхность стенок перегородки в верхней части и кристаллизатором составляет О, I-0,3 ширины его рабочей полости.

Улучшение качества биметаллических слитков происходит вследствие

1271635 диапазон устанавливают в прямо пропорциональной зависимости от суммарного содержания углерода.

Изменение величины зазора между

0 стенками перегородки и стенками кристаллиэатора в пределах 0,1-0,3 ширины рабочей полости кристаллизатора объясняется условиями протекания металла через зазор между "юб5 кой" и фронтом кристаллизации слитка. При больших значениях происходит интенсивное перемешивание обоих металлов, что вызывает образование относительно большой зоны смешанного

0 металла, следствием чего является ухудшение механических свойств биметаллического слитка ° При меньших значениях возможно соединение тела

"юбки" с фронтом кристаллизации поверхностного слоя слитка. Указанный диапазон устанавливают в прямо пропорциональной зависимости от суммарного содержания углерода в обоих металлах.

На чертеже изображено устройство для осуществления способа непрерывного литья биметаллических слитков, продольный разрез.

Устройство содержит промежуточный ковш 1 с перегородкой 2 и стопорами

3, в днище которого установлены удлиненные погружные стаканы 4 и 5, входящие в рабочую полость кристаллизатора, образованную рабочими стенками 6, на стакане 5 закреплена чашеобраэная перегородка 7, на торцах которой выполнены стенки 9, жидкие металлы 10 и 11, оболочки слитка 12 и 13, зона смешивания металлов 14.

Способ непрерывного литья биметаллических .слитков заключается в слесуммарного содержания углерода в

1 каждом из металлов объясняется закономерностями кристаллизации метал— лов. При увеличении содержания в стали углерода увеличивается ширина двухфазной зоны на фронте кристаллизации, что позволяет снизить величину изменения расхода каждого из металлов при условии соблюдения их хорошего сцепления. Изменение расходов металлов проводится при изменении химсостава каждого из металлов по ходу непрерывной разливки биметаллических слитков.

Выполнение наружной поверхности боковых стенок чашеобразной перего- З0 родки под углом 5-15 к вертикали объясняется необходимостью изменения объема эоны смешивания двух металлов посредством подъема и опускания границы разделов металлов по высоте на длине "юбки". При больших значениях образовывается относительно широкая зона смешанного участка из двух металлов, что приводит к ухудшению механических свойств биметал- 40 лического слитка. При меньших значениях не образовывается достаточно широкая эона двухфазного состояния двух металлов, что приводит к расслоению биметаллических слитков. Ука- 45 эанный диапазон устанавливают в прямо пропорциональной зависимости от суммарного содержания углерода в каждом из металлов.

Диапазон длины стенок по nepего- 50 родке в виде "юбки" в пределах 0,050,3 длины кристаллизатора объясняется условиями смешивания двух металлов. При больших значениях зона смешанного состава двух металлов имеет большую величину, что ухудшает механические свойства биметаллического слитка. При меньших значениях зона достаточного развития зоны двухфазного состояния металлов независимо от их химсостава и содержания углерода в каждом из металлов. При этом зона соединения двух металлов имеет относительно большую толщину, состав которой является смесью двух металлов. В результате не происходит расслоение биметаллических слитков, сокращается брак готовой металлопродукции.

Обратно пропорциональная зависимость величины изменения расхода каждого иэ металлов в зависимости от дв ухфаз но го с ос тоя ния двух металлов недостаточна для создания эоны смешанного состава необходимой величины, что приводит к расслоению биметаллического слитка. Укаэанный дующем.

Пример 1. В процессе непрерывной разливки в одну половину промежуточного ковша 1 с перегородкой 2 заливают сталь марки ст. 5 с содержанием углерода 0,3Ж, а в другую половину подают сталь марки ст. 1 с содержанием углерода О, 17.. Расход металла из половин промежуточного ковша 1 регулируют при помощи стопоров

3, Иэ промежуточного ковша 1 металл

5 f27

10 поступает в кристаллиэатор по удлиненному стакану 4 под уровень металла. Металл 11 поступает в кристаллиэатор по удлиненному стакану 5, на конце которого расположена чашеоб— разная огнеупорная перегородка 7 с торцами 8, по периметру которых выполнены сгенки 9, образующие "юбку".

Сечение рабочей полости кристаллиэатора, образованное рабочими стенками

6, 300х2000 мм, длина кристаллизатора 1,0 м, расстояние от верхнего торца кристаллизатора до уровня металла

10 100 мм,расстояние от уровня металла iO в кристаллизаторе до поверхности чашеобразной перегородки 7 300 мм.

При суммарном количестве углерода в металле 10 и 11 0,47. устанавливают следующие параметры огнеупорной пео регородки 7: угол наклона стенок 5 длина стенок составляет 0,05 длины кристаллизатора или 50 мм, зазор по периметру между торцами 8 перегородки 7 и рабочими стенками 6 кристаллизатора — О, 1 ширины рабочей полости кристаллиэатора или 30 мм.

В процессе непрерывной разливки иэ кристаллизатора вытягивают биметаллический слиток сечением 300 х х 2000 мм со скоростью 0,6 м/мин.

Суммарный расход металла 10 и 11 из промежуточного ковша 1 2,52 т/мин.

Биметаллический слиток состоит из периферийной зоны иэ стали марки ст. 5 и центральной зоны из стали марки ст. 1, Толщина периферийной зоны 50 мм. Весовой расход металла

10 0,92 т/мин, металла 11 1,6 т/мин.

Указанные расходы металлов 10 и 11 выдерживают постоянными в процессе непрерывной разливки,,Однако в течение разливки периодически проводят экспресс-анализ химсостава металлов в промежуточном ковше и определяют суммарное количество в них углерода.

Содержание углерода может изменяться от плавки к плавке при разливке одних и тех же марок стали, а также вследствие изменения химсостава по высоте сталеразливочного ковша.

При уменьшении суммарного количества углерода в обоих металлах с

0,4 до 0,2 или на 0,27 уменьшается ширина двухфазной зоны на фронте кристаллизации оболочек слитка 12 и

13, что приводит к уменьшению эоны двухфазного смешанного состояния обоих металлов 10 и 11. Для компенсации

1635 б

5 !

О

55 уменьшения ширины двухфазной зоны на фронте кристаллизации оболочек слитка 12 и 13 увеличивают объем эоны двухфазного смешанного состояния обоих металлов 10 и 11 посредством подъема границы их раздела в зоне 14 смешения вдоль длины стенок 9 на перегородке 7. Для этого уменьшают расход металла 10 на 0,27. или на

0,0018 т/мин устанавливают расход металла 10 равным 0,918 т/мин. В то же время увеличивают расход металла

11 на ту же величину или на

0 0018 т/мин и устанавливают расход металла 11 равным 1,602 т/мин. При этом суммарный расход металла 10 и

11 оставляют неизменным и равным

2,52 т/мин.

При увеличении суммарного количества углерода в обоих металлах 10 и 11 с 0,4 до 0,6Х или на 0,27 увеличивается ширина двухфазной зоны на фронте кристаллизации оболочек слитка 12 и 13, что приводит к увеличению зоны двухфазного смешанного состояния обоих металлов 10 и 11.

Для компенсации увеличения ширины двухфазной зоны на фронте кристаллизации оболочек слитка 12 и 13 уменьшают объем зоны двухфазного смешанного состояния обоих металлов 10 и

11 посредством опускания границы из раздела в зоне 14 смешивания вдоль длины стенок 9 на перегородке

7. Для этого увеличивают расход металла 10 на 0,2 или на 0,0018 м/мин и устанавливают расход металла 10 равным 0,922 т/мин. В то же время уменьшают расход металла 11 на ту же величину или на 0,0018 т/мин и устанавливают расход металла 11 равным

1,599 т/мин. При этом суммарный расход металла 10 и 11 оставляют неиз- менным и равным 2,52 т/мин.

При такой организации и параметрах подвода различных металлов в кристаллизатор развитие зоны двухфазного смешанного состояния металлов обеспечивает прочное и надежное соединение оболочек биметаллического слитка, исключающее его расслой при дальнейшей прокатке °

Пример 2, В процессе непрерывной разливки в одну половину промежуточного ковша 1 с перегородкой

2 заливают сталь марки 60Г с содержанием углерода 0.,67, а в другую по? 12?1 ловину подают сталь марки ст, 5 с содержанием углерода 0,37.

Сечение рабочей полости кристаллизатора 300х2000 мм. Остальные параметры кристаллизатора и процесса разливки те же, что и в примере 1.

При суммарном количестве углерода в обоих металлах 10 и 11 0,97 устанавливают следующие параметры огнеупорной перегородки ?: угол наклона стенок 9 — 10, длина стенок составляет 0,2 длины кристаллизатора или 200 мм, а зазор по периметру между торцами 8 перегородки ? и рабочими стенками 6 кристаллизатора—

0,2 ширины рабочей полости кристаллизатора или 60 мм.

В процессе непрерывной разливки из кристаллизатора вытягивают биметаллический слиток сечение 300 х

2000 мм со скоростью 0,6 м/мин. Суммарный расход металла 10 и 11 из промежуточного ковша 1 2,52 т/мин.

Биметаллический слиток состоит из периферийной зоны из стали марки

60 Г и центральной зоны из стали марки Ст. 5. Толщина периферийной зоны 50 мм. Весовой расход металла

10 0»92 т/мин, металла 11 1 6 т/мин.

В процессе разливки суммарное ко- 10 личество углерода в обоих металлах уменьшается с 0,9 до 0,57 или на

0,47. При этом увеличивают объем зоны двухфазного смешанного состояния обоих металлов 10 и 11 посредством подъема границы их раздела в зоне

14 смешивания вдоль длины стенок 9 на перегородке ?. Для этого уменьшают расход металла 10 на 0,47 или на

0,0036 т/мин и устанавливают расход 40 металла lO равным 0,91 т/мин. В то же время увеличивают расход металла

I1 на ту же величину или на

0,0036 т/мин и устанавливают расход металла 11 равным 1,603 т/мин. При 4> этом суммарный расход металла 10 и

11 оставляют неизменным.

При увеличении суммарного количества углерода в обоих металлах 10 и 11 с 0,9 до 1,37. или на 0,47 уве- 50 личивается ширина двухфазной зоны на фронте кристаллизации оболочек слитка 12 и 13, что приводит к увеличению зоны двухфазного смешанного состояния обоих металлов 10 и 11. В 55 этом случае увеличивают расход металла 10 на 0»47 или на 0,0036 т/мин и устанавливают расход металла 10

635 8 равным 0,924 т/мин. В то же время уменьшают расход металла 11 на ту же величину или на 0,0036 т/мин и устанавливают расход металла 11 равным

1,596 т/мин. При этом суммарный расход металла 10 и 11 оставляют неизменным.

При такой организации и параметрах подвода различных металлов в кристаллизатор развитие зоны двухфазного смешанного состояния металлов обеспечивает прочное и надежное соединение оболочек биметаллического слитка, исключающее его расслой при дальнейшей прокатке.

Пример 3. В процессе непрерывной разливки в одну половину промежуточного ковша 1 с перегородкой

2 заливают сталь марки ЧЕЗА с содержанием углерода 1,37., а в другую половину подают сталь марки 60Н с содержанием углерода 0,67.

Сечение рабочей полости кристаллизатора 300х2000 мм, Остальные параметры кристаллизатора и процесса разливки те же, что и в примере 1.

При суммарном количестве углерода в металле 10 и 11 1,97. устанавливают следующие параметры огнеупорной перегородки ?: угол наклона стенок

15 с» длина стенок составляет 0,3 длины кристаллизатора или 300 мм, а зазор по периметру между торцами

8 перегородки ? и рабочими стенками кристаллизатора — 0,3 ширины рабочей полости кристаллизатора или 90, мм.

B процессе непрерывной разливки из кристаллизатора вытягивают биметаллический слиток сечением 300 х х 2000 мм со скоростью 0,6 м/мин.

Суммарный расход металла 10 и 11 из промежуточного ковша 1 2,52 т/мин.

Биметаллический слиток состоит из периферийной зоны из стали ЧЕЗА и центральной зоны из стали марки 60Г.

Толщина периферийной зоны 50 мм. Весовой расход металла 10 0,92 т/мин, металла 11 1,6 т/мин.

В процессе разливки суммарное количество углерода в обоих металлах уменьшается с 1,9 до 1,37 или на

0,67. В этом случае увеличивают объем зоны двухфазного смешанного состояния обоих металлов 10 и 11 посредством подъема границы их раздела в зоне 14 смешивания вдоль длины стенок 9 на перегородке 7. Для этого уменьшают расход металла 10 на 0,67

1271635

)О

10 J

Составитель Л.Дымшиц

Техред М.Ходанич Корректор Л,Пилипенко

Редактор Н.Марг олина

Заказ 6280/3

Тираж 757 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 или 0,0054 т/мин и устанавливают расход металла 10 равным 0,914 т/мин.

В то же время увеличивают расход металла 11 на ту же величину или на

0,0054 т/мин и устанавливают расход металла 11 равным 1,605 т/мин. При этом суммарный расход металла 10 и

11 оставляют неизменным.

При увеличении суммарного количества углерода в обоих металлах 10 и 11 с 1,9 до 2,5% или на О,б .увеличивается ширина двухфазной зоны на фронте кристаллизации оболочек слитка 12 и 13, что приводит к увеличению зоны двухфазного смешанного состояния обоих металлов 10 и 11.

В этом случае уменьшают зону смешанного состояния металлов и границу их раздела в зоне 14 смешивания. Для этого увеличивают расход металла 10 на 0,6 или на 0,0054 т/мин и устанавливают расход металла 10 равным

0,925 т/мин. В то же время уменьшают расход металла 11 на ту же величину или на 0,0054 т/мин и устанавливают расход металла 11 равным

1,595 т/мнн. При этом суммарный расход металла 10 и 11 оставляют неизменным.

Для более точного регулирова1 ия расхода металла вместо стопоров могут быть применены электромагнитные вентили, устанавливаемые на раэливочных стаканах.

В случае разливки сложнолегированных сталей и сплавов за критерий режимных параметров регулирования расходов металлов, а также конструктивных параметров горизонтальной перегородки может быть принято суммарное содержание любого другого вместо углерода химического элемента, который является определяющим для развития и величины двухфазной зоны на фронте кристаллизации оболочки слитка.

Применение предлагаемых способа и устройства позволяет регулировать в процессе разливки величину зоны смешанного состояния металлов в зависимости от их химсостава, определяя тем самым высокое качество соединения

У составляющих слоев биметаллического

25 слитка, исключающего расслой при дальнейшем переделе.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить выход годных биметаллических слитков на О,б .,