Способ непрерывного литья металла

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке металла. Цель - увеличение выхода годного металла за счет повышения стабильности процесса затвердевания. Способ предусматривает регулировку фазового тока перемешивания металла в зависимости от толщины корки слитка, скорости потоков расплава, частоты реверсирования магнитного поля, конструкции машины непрерывного литья и конструкции перемешивателя и расстояния от него до поверхности слитка.

Изобретение относится к металлургии, точнее к непрерывному литью металлов. Целью изобретения является увеличение выхода годного металла за счет повышения стабильности процесса затвердевания. Поставленная цель достигается тем, что фазный ток и частоту реверсирования магнитного поля перемешивателя устанавливают при измерении толщины корки слитка в зоне перемешивания по формулам: I I (1) f_p= (2) где I_н, I соответственно номинальное и текущее значения величины фазного тока; δ_н, δ соответственно номинальное и текущее значения толщины корки слитка; v_н номинальное значение скорости потоков расплава; К₁, К₂ постоянные числовые коэффициенты для данного сечения слитка, конструкции перемешивателя и расстояния от него до поверхности слитка. Экспериментальные исследования показали, что при использовании реверсивного магнитного поля эффект определяется временем движения в одном направлении, т.е. величиной обратной пропорциональной частоте реверсирования поля f_р и максимальным значением скорости потоков расплава у фронта кристаллизации v, которое при постоянной номинальной толщине корки слитка в зоне перемешивания δ_н (постоянных номинальных технологических параметрах литья) и конкретном месте установки перемешивателя определяется для данного сечения слитка электротехническими параметрами перемешивания. Наиболее удобным является задание номинальной скорости потоков расплава v_н уставкой фазного тока перемешивателя I_н. Однако, в процессе литья, в результате изменения технологических параметров, толщина корки слитка δ изменяется. Вследствие этого при неизменном значении величины номинального фазного тока I_н перемешивателя скорость потоков расплава v у фронта кристаллизации будет изменяться, при этом режим ЭМП, выбранный для номинальной толщины корки δ_н, не будет оптимальным для другой толщины корки слитка δ. Следовательно, для поддержания оптимального режима ЭМП по ходу разливки необходимо изменять величину фазного тока так, чтобы скорость потоков расплава у фронта кристаллизации была постоянной при изменении толщины корки слитка. Но ско-рость потоков расплава связана и с частотой реверсирования магнитного поля, причем каждому значению толщины корки δ и фазного тока I соответствует свое оптимальное значение частоты реверсирования f_р. В результате экспериментальных исследований были установлены соотношения между электротехническими параметрами перемешивателя (фазным током и частотой реверсирования) и скоростью потоков расплава у фронта кристаллизации при переменной величине толщины корки слитка. При фиксированных номинальных технологических параметрах литья изменяют фазный ток и частоту реверсирования и по оценке качества металла определяют оптимальную для номинальной толщины корки оптимальный режим ЭМП (I_н и f_рн). Такую операцию до сих пор производили с некоторым дискретным шагом для чего диапазона возможных толщин корки слитка в зоне установки перемешивателя. Эмпирические формулы (1) и (2) показывают, определив экспериментально оптимальный режим ЭМП для одной номинальной толщины корки δ_н, вычислять фазный ток I и частоту реверсирования магнитного поля f_р во всем диапазоне толщин корки слитка δ. Кроме того, полученные формулы удобно применять для автоматического регулирования параметров перемешивания в зависимости от изменения толщины корки слитка. В эти соотношения входят числовые коэффициенты К₁ и К₂, которые зависят от конструкции перемешивателя, сечения слитка и расстояния между ними, параметрами, которые не изменяются в процессе разливки. Коэффициенты К₁ и К₂ определяют следующим образом: на экспериментальном стенде устанавливают перемешиватель и на сплаве с низкой температурой плавления моделируют процесс перемешивания жидкой фазы конкретного сечения слитка. С помощью немагнитной стали имитируют на стенде номинальную толщину корки δ_н, задают номинальный фазный ток перемешивателя I_н и, с помощью одного из известных способов, замеряют соответствующие им значение скорости потоков расплава v_н. Затем, увеличивая (или уменьшая) толщину имитатора, устанавливают произвольную толщину корки δ. Изменяя фазный ток, достигают номинального значения скорости потоков расплава v_н. Фазный ток, при этом будет равен какой-то фиксированной величине I. Коэффициент К₁ вычисляют по формуле, полученной преобразованием формулы (1): K₁= (3) подставляя в нее определенные на стенде величины v_н, I_н, I, δ_н и δ. Коэффициент К₂ вычисляют по формуле, полученной преобразованием формулы (2): K₂= При номинальной толщине корки (δ δ_н) K₂= (4)
Ниже приводится пример реализации способа. На МНЛЗ отливается блум сечением 300 х 360 мм номинальной скоростью вытягивания 0,6 м/мин. Перемешиватель-индуктор бегущего магнитного поля установлен на расстоянии 4,0 м от мениска металла в кристаллизаторе и на расстоянии 50 мм от поверхности слитка. При ноpмальной скорости разливки толщина корки слитка в зоне установки индикатора δ_н 71 мм. Эта величина либо вычисляется, либо определяется одним из известных экспериментальных способов. Экспериментально установлено, что оптимальным для приведенных условий является режим ЭМП: I_н 700 А; f_рн= 0,25 Гц. На стенде устанавливаем, что этим параметрам соответствует скорость потоков расплава v_н0,55 м/с. Затем моделируем на стенде другую толщину корки, например δ 83 мм. Устанавливаем, что скорость потоков расплава достигается для такой корки при фазном токе I 830 А. Подставляем значения δ_н, δ, v_н, I, I_н, f_рн в формулу (3) и (4):
К₁ 0,007
К₂ 2,2
Зная коэффициенты К₁ и К₂ можно выбрать оптимальный режим ЭМП для любого значения корки слитка δ. Допустим, в связи с изменением условий разливки толщина корки в зоне индуктора уменьшилась до δ₁ 60 мм. По формулам (1) и (2) определяем:
I₁ 615 А
f_р1 0,215 Гц. Или предположим толщина корки увеличилась до δ₂ 80 мм. Тогда:
I₂ 790 А
f_р2 0,28 Гц. Расстояние от перемешивателя до поверхности слитка выбирается, исходя из конструктивных особенностей МНЛЗ и самого перемешивателя. Практически минимальное расстояние может составлять 10 мм. При таком расстоянии и неизменных условиях разливки при толщине корки слитка 71 мм оптимальным будет режим ЭМП: I_н570 А, f_рн 0,17 Гц, что соответствует скорости потоков v_н 0,55 м/с. При толщине корки 83 мм такая скорость v_н достигается при фазном токе I 660 А. Тогда:
K₁= 0,006
K₂= 3,2
Для описываемых параметров МНЛЗ и перемешивателя максимальное расстояние от перемешивателя до поверхности слитка может составлять 10 мм. Оптимальный режим ЭМП для номинальной толщины корки δ_н 71 мм; I_н= 975 А, f_рн 0,34 Гц, (v_н 0,55 м/с). При толщине корки δ_н 83 мм ско-рость v_н достигается при токе I 1170 А. Тогда: К₁ 0,0076; К₂ 1,6. В таблице приведены параметры непрерывного литья, включая режим ЭМП, и соответствующие им результаты анализа макроструктуры, полученные в процессе экспериментальных исследований (для расстояния от перемешивателя до поверхности слитка равного 50 мм).

Формула изобретения

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛА, включающий электромагнитное перемешивание жидкой фазы кристаллизующегося непрерывного слитка с изменением величины тока и частоты реверсирования магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годного металла за счет повышения стабильности процесса затвердевания, дополнительно контролируют толщину корки слитка в зоне перемешивания, а величину тока и частоту реверсирования магнитного поля перемешивателя устанавливают при изменении толщины корки слитка в зоне перемешивания по математической зависимости:


где I_н и I - соответственно номинальное и текущее значение величины фазного тока, А;
δ_н и δ - соответственно номинальное и текущее значение толщины корки слитка, мм;
V_н - номинальное значение скорости потоков расплава, м/с;
F_р - частота реверсирования магнитного поля;
k₁ и k₂ - постоянные числовые коэффициенты для данного сечения слитка, конструкции перемешивателя и расстояния от него до поверхности слитка.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 11-2002

Извещение опубликовано: 20.04.2002        

---