Способ непрерывной разливки металлов

 

Способ непрерывной разливки металлов включает подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного движения, подачу на мениск на металла в кристаллизаторе слоя шлаковой смеси, охлаждение рабочих стенок и измерение температуры тела рабочих стенок кристаллизатора по длине и периметру слитка при помощи термопар. В процессе непрерывной разливки измеряют температуру тела рабочих стенок кристаллизатора по длине слитка, находящегося в кристаллизаторе не менее, чем на двух уровнях, на расстоянии соответственно 0,2... 0,3 и 0,35...0,5 от мениска металла в кристаллизаторе и с шагом по периметру слитка, равным 0,3...1,2 его толщины, и при увеличении значения температуры на нижнем уровне до 50...05% от значения температуры на верхнем уровне хотя бы на одном шаге измерения по периметру слитка уменьшают расход шлаковой смеси на 5 - 30% от рабочего значения, а при уменьшении значения температуры на нижнем уровне до 6...49% от значения на верхнем уровне увеличивают расход шлаковой смеси до рабочего значения. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов.

Известен способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного движения, подачу на мениск металла в кристаллизаторе шлаковой смеси, охлаждение рабочих стенок кристаллизатора проточной водой, охлаждение поверхности слитка под кристаллизатором охладителем, распыливаемым форсунками, а также измерение температуры рабочих стенок кристаллизатора по его периметру.

В процессе непрерывной разливки измеряют перепад температуры охлаждающей воды на входе и выходе из каналов рабочих стенок кристаллизатора. При этом расход шлаковой смеси в кристаллизатор не изменяют [1].

Недостатком известного способа являются низкая стабильность и производительность процесса непрерывной разливки металлов. Это объясняется тем, что в процессе возвратно-поступательного движения кристаллизатора происходит примерзание жидкого металла к рабочим стенкам. Это явление сопровождается разрывом оболочки слитка, следствием чего являются прорывы металла под кристаллизатором. Сказанное приводит к снижению производительности и стабильности процесса разливки. Известный способ не позволяет контролировать процесс образования разрывов оболочки слитка и предупреждать прорывы металла.

Наиболее близким по технической сущности является способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного движения, подачу на мениск металла в кристаллизаторе шлаковой смеси, охлаждение рабочих стенок кристаллизатора проточной водой, охлаждение поверхности слитка под кристаллизатором охладителем, распыливаемым форсунками, а также измерение температуры тела рабочих стенок кристаллизатора по его длине и периметру при помощи термопар. При этом термопары устанавливают по всей длине кристаллизатора. В процессе разливки расход шлаковой смеси в кристаллизатор не изменяют [2].

Недостатком известного способа является низкая стабильность и производительность процесса непрерывной разливки металлов. Это объясняется тем, что в процессе возвратно-поступательного движения кристаллизатора происходит на мениске металла примерзание жидкого металла к поверхности рабочих стенок, что вызывает разрыв кристаллизирующейся оболочки слитка и, как следствие, прорыв металла под кристаллизатором. Известный способ не обеспечивает контроль за примерзанием и разрывом оболочки по периметру кристаллизатора. В этих условиях снижается производительность и стабильность процесса непрерывной разливки металлов.

Технический эффект при использовании предлагаемого способа заключается в повышении производительности процесса непрерывной разливки металлов за счет устранения прорывов металла под кристаллизатором.

Указанный технический эффект достигают тем, что в кристаллизатор подают металл, вытягивают из него слиток с переменной скоростью, сообщают кристаллизатору возвратно-поступательное движение, подают на мениск металла в кристаллизатор слой шлаковой смеси, охлаждают рабочие стенки кристаллизатора проточной водой, охлаждают поверхность слитка под кристаллизатором-охладителем, а также измеряют температуру тела рабочих стенок кристаллизатора по его длине при помощи термопар.

В процессе непрерывной разливки измеряют температуру тела рабочих стенок кристаллизатора по длине слитка, находящегося в кристаллизаторе, не менее, чем на двух уровнях, на расстоянии соответственно 0,2...0,3 и 0,35.. . 0,5 от мениска металла в кристаллизаторе и с шагом по периметру слитка, равным 0,3. . . 1,2 его толщины, и при увеличении значения температуры на нижнем уровне до 50...95% от значения температуры на верхнем уровне хотя бы на одном шаге измерения по периметру слитка уменьшают расход шлаковой смеси на 5-30% от рабочего значения, а при уменьшении значения температуры на нижнем уровне до 6-49% от значения на верхнем уровне увеличивает расход шлаковой смеси до рабочего значения.

Повышение производительности и стабильности процесса непрерывной разливки металлов будет происходить вследствие фиксирования момента разрыва оболочки слитка и последующего снижения расхода шлаковой смеси. В этих условиях обеспечивается устранение прорывов металла под кристаллизатором.

Диапазон значения расстояния верхнего уровня измерения температуры тела рабочих стенок кристаллизатора от мениска металла в пределах 0,2...0,3 длины слитка, находящегося в кристаллизаторе, объясняется закономерностями теплоотвода от слитка по его длине в кристаллизаторе. В этом диапазоне располагается зона увеличения теплоотвода от слитка. При меньших значениях будут фиксироваться значения температуры тела рабочих стенок кристаллизатора, которые будут меньше максимальных значений температуры в этом диапазоне длин. При больших значениях также будут фиксироваться меньшие значения температуры по сравнению с более высокими значениями в этом диапазоне длин. В результате будет происходить регулирование скорости вытягивания слитка в неоптимальном диапазоне, что приведет к браку слитков.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от длины слитка, находящегося в кристаллизаторе.

Диапазон значений расстояния нижнего уровня измерения температуры тела стенок кристаллизатора от мениска металла в пределах 0,35...0,5 длины слитка, находящегося в кристаллизаторе, объясняется закономерностями теплоотвода от слитка по его длине в кристаллизаторе. В этом диапазоне располагается зона уменьшения теплоотвода от слитка по сравнению с теплоотводом в выше лежащей зоне. При меньших и больших значениях значения температуры тела стенок кристаллизатора будут больше, чем значения в указанном диапазоне длин. В результате будет происходить регулирование скорости вытягивания слитка в неоптимальном диапазоне, что приведет к браку слитков.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от длины слитка, находящегося в кристаллизаторе. Диапазон значений шага измерения температуры тела рабочих стенок кристаллизатора по периметру слитка в пределах 0,3...1,2 его толщины объясняется закономерностями формирования оболочки слитка по периметру кристаллизатора. При больших значениях вследствие деформации оболочки слитка и ее локального отхода от рабочих стенок невозможно точное фиксирование температуры по периметру слитка. Меньшие значения устанавливать не имеет смысла, т.к. длина локальных участков деформации оболочки слитка имеют большие значения. Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от ширины слитка.

Диапазон значений увеличения значений температуры на нижнем уровне до 50. . . 95% от значения температуры на верхнем уровне хотя бы на одном шаге измерения по периметру слитка объясняется закономерностями изменения теплоотвода по длине слитка в кристаллизаторе. При меньших значениях изменять расход шлаковой смеси не имеет смысла, так как процесс формирования слитка происходит в оптимальных условиях. Большие значения в практике не случаются вследствие неизбежного падения температуры поверхности по длине слитка.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от рабочего значения расхода шлаковой смеси.

Диапазон уменьшения расхода шлаковой смеси в пределах 5-30% от рабочего значения объясняется закономерностями теплоотвода от слитка в зависимости от расхода шлаковой смеси и связанной с этим толщиной шлакового гарнисажа между поверхностью рабочих стенок кристаллизатора и оболочкой слитка. При меньших значениях толщина слоя шлакового гарнисажа почти не изменяется, что не вызывает изменения теплоотвода от слитка и температуры поверхности слитка. При больших значениях слой шлакового гарнисажа уменьшается в значительных пределах, что вызывает увеличение усилия вытягивания слитка из кристаллизатора. Последнее вызывает разрыв оболочки слитка и, как следствие, прорывы металла под кристаллизатором.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от рабочего значения расхода шлаковой смеси.

Диапазон значений уменьшения температуры на нижнем уровне до 6...49% от значения на верхнем уровне, после чего увеличивают расход шлаковой смеси до рабочего значения, объясняется закономерностями формирования и "залечивания" разрывов оболочки слитка в кристаллизаторе. При больших значениях возможно отсутствие "залечивания" разрывов оболочки слитков, что приводит к прорывам металла под кристаллизатором. Меньшие значения устанавливать не имеет смысла, так как устранение разрывов оболочки слитка не произошло.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от значения температуры на верхнем уровне измерения температуры тела рабочих стенок кристаллизатора.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков способа с отличительными признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Способ непрерывной разливки металлов осуществляют следующим образом.

В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подают сталь марки 3сп и вытягивают из него слиток с переменной скоростью. На мениск металла в кристаллизаторе подают шлаковую смесь на основе CaO-SiO₂-Al₂O₃. Рабочие стенки кристаллизатора охлаждают проточной водой. Кристаллизатору сообщают возвратно-поступательное перемещение. В зоне вторичного охлаждения слиток поддерживают и направляют при помощи роликов и охлаждают охладителем, распыливаемым форсунками. Измеряют температуру тела рабочих стенок кристаллизатора по его длине и периметру при помощи термопар и сравнивают полученные значения температуры. Медь-константовые термопары зачеканивают в тело рабочих медных стенок кристаллизатора на глубину, отстоящую от рабочей поверхности стенок на расстоянии 1...2 мм.

В процессе непрерывной разливки измеряют температуру тела рабочих стенок кристаллизатора по длине слитка, находящегося в кристаллизаторе не менее, чем на двух уровнях на расстоянии соответственно на 0,2...0,3 и 0,35. . . 0,5 от мениска металла в кристаллизаторе и с шагом по периметру слитка, равным 0,3...1,2 его толщины, и при увеличении значения температуры на нижнем уровне до 50...95% от значения температуры на верхнем уровне хотя бы на одном шаге измерения по периметру слитка уменьшают расход шлаковой смеси на 5-30% от рабочего значения, а при уменьшении значения температуры на нижнем уровне до 6. . .49% от значения на верхнем уровне увеличивают расход шлаковой смеси до рабочего значения.

Повышение значения температуры на нижнем уровне означает появление разрыва оболочки слитка, что приводит к прорыву металла под кристаллизатором. Для избежания прорывов металла уменьшают расход шлаковой смеси, что приводит к уменьшению толщины слоя шлакового гарнисажа между стенками кристаллизатора и оболочкой слитка. В этих условиях увеличивается теплоотвод от слитка, что приводит к ускорению "залечивания" разрывов оболочки и устранению прорывов металла.

После снижения значений температуры на нижнем уровне измерения восстанавливают прежнее рабочее значение расхода шлаковой смеси.

В таблице приведены примеры осуществления способа непрерывной разливки металлов с различными технологическими параметрами.

В первом примере будет образовываться брак слитков по внутренним и наружным трещинам из-за значительного уменьшения расхода шлаковой смеси вследствие неправильного расположения уровней измерения температуры тела рабочих стенок относительно мениска металла в кристаллизаторе. В этом примере верхний и нижний уровень измерения располагают на расстояниях от мениска металла, превышающими допустимые значения. Кроме того, значение уменьшенной температуры тела рабочих стенок на нижнем уровне, при котором увеличивают расход шлаковой смеси до рабочего значения, не обеспечивает "залечивание" разрывов оболочки слитка, что приводит к прорывам металла под кристаллизатором.

В пятом примере будет образовываться брак слитков по внутренним и наружным трещинам из-за незначительного уменьшения расхода шлаковой смеси вследствие неправильного расположения уровней измерения температуры тела рабочих стенок относительно мениска металла в кристаллизаторе. В этом примере верхний и нижний уровни измерения располагают на расстоянии от мениска металла, которые меньше допустимых значений. Кроме того, шаг измерения значений температуры тела рабочих стенок кристаллизатора превышает допустимые значения, что не позволяет фиксировать все локальные участки контакта оболочки слитка со стенками кристаллизатора. В этих условиях возможно образование нефиксируемых разрывов оболочки слитка, что приводит к прорывам металла под кристаллизатором.

В шестом примере (прототипе) вследствие отсутствия сравнения значений температуры тела рабочих стенок кристаллизатора на различных уровнях по длине слитка приводит к нефиксируемому образованию разрывов оболочки слитка. Дальнейшая разливка в этих условиях без уменьшения расхода шлаковой смеси приводит к прорывам металла под кристаллизатором. В этих условиях снижается производительность и стабильность процесса непрерывной разливки металлов.

В примерах 2-4 уровни измерения температуры тела рабочих стенок кристаллизатора располагают на оптимальных расстояниях от мениска металла, что позволяет измерять температуру в соответствии с закономерностями изменения теплоотвода от слитка и благодаря сравнению полученных значений температуры фиксировать момент образования разрывов оболочки слитка. Сказанное позволяет своевременно уменьшать расход шлаковой смеси, что обеспечивает "залечивание" разрывов оболочки слитка, и тем самым, устранить прорывы металла под кристаллизатором.

Применение способа позволяет повысить производительность процесса непрерывной разливки металлов на 2,4%.

Формула изобретения

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, подачу на мениск металла в кристаллизаторе слоя шлаковой смеси, охлаждение рабочих стенок кристаллизатора проточной водой, охлаждение поверхности слитка под кристаллизатором охладителем и измерение температуры тела рабочих стенок кристаллизатора по длине и периметру слитка при помощи термопар, отличающийся тем, что в процессе непрерывной разливки измеряют температуру тела рабочих стенок кристаллизатора по длине слитка, находящегося в кристаллизаторе, по меньшей мере на двух уровнях на расстоянии соответственно 0,2 - 0,3 и 0,35 - 0,5 от мениска металла в кристаллизаторе и с шагом по периметру слитка, равным 0,3 - 1,2 его толщины, при этом при увеличении температуры на нижнем уровне до 50 - 95% от значения температуры на верхнем уровне по меньшей мере на одном шаге измерения уменьшают расход шлаковой смеси на 5 - 30% от рабочего значения, а затем при уменьшении температуры на нижнем уровне до 6 - 49% от ее значения на верхнем уровне увеличивают расход шлаковой смеси до рабочего значения.

РИСУНКИ

Рисунок 1