Способ непрерывной разливки металлов

 

Сущность изобретения: способ непрерывной разливки металлов включает подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного движения, подачу на мениск металла в кристаллизаторе слоя шлаковой смеси, охлаждение рабочих стенок кристаллизатора проточной водой, охлаждение поверхности слитка под кристаллизатором охладителем, а также 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 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 увеличении значения температуры на нижнем уровне до 50 ... 95% от значения температуры на верхнем уровне хотя бы на одном шаге измерения по периметру слитка увеличивают удельные расходы охладителя под кристаллизатором на 10 - 40% от рабочего значения на длине, равной 0,5 5 толщины слитка. При уменьшении значения температуры на нижнем уровне до 6 ... 49% от значения на верхнем уровне уменьшают удельные расходы воды 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. Удельные расходы воды под кристаллизатором не изменяют [1].

Недостатки известного способа - низкие 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 рабочих стенок кристаллизатора по его длине и периметру при помощи термопар. Термопары устанавливают по всей длине кристаллизатора. В процессе разливки удельные расходы воды под кристаллизатором не изменяют [2].

Недостатки известного способа - низкие стабильность и производительность процесса непрерывной разливки металлов. Это объясняется тем, что в процессе возвратно-поступательного движения кристаллизатора происходит на мениске примерзание жидкого металла к поверхности рабочих стенок, что вызывает разрыв кристаллизующейся оболочки слитка и, как следствие, прорывы 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.

Цель изобретения - повышение производительности процесса непрерывной разливки металлов за счет устранения прорывов металла под кристаллизатором.

Указанная цель достигается 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 и периметру 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. 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 увеличивают удельные расходы воды под кристаллизатором на 10-40% от рабочего значения по длине, равной 0,5-5 толщины слитка. При уменьшении значения температуры на нижнем уровне до 6-49% от значения на верхнем уровне уменьшают удельные расходы воды под кристаллизатором.

Повышение производительности и стабильности процесса непрерывной разливки металлов будет происходить вследствие фиксирования момента разрыва оболочки слитка и последующего увеличения удельных расходов воды под кристаллизатором. В этих условиях обеспечивается устранение прорывов металла под кристаллизатором.

Диапазон значений 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 вышележащей 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 значения 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 имеет 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 удельные расходы воды не имеет смысла, т.к. 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 удельных расходов воды.

Диапазон увеличения удельных расходов воды на 10-40% от рабочего значения объясняется закономерностями теплоотвода от слитка под кристаллизатором в условиях локального уменьшения толщины оболочки слитка в месте образовавшегося в кристаллизаторе разрыва. При таком увеличении удельных расходов воды происходит быстрое увеличение толщины оболочки слитка, что предотвращает прорыв металла под кристаллизатором. При меньших значениях не будет происходить быстрое увеличение толщины оболочки слитка, что приведет к прорывам металла под кристаллизатором. При больших значениях будет происходить переохлаждение поверхности слитка, что приведет к браку слитков по внутренним и наружным трещинам.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от величины рабочей скорости вытягивания слитка.

Диапазон значений длины слитка, на которой увеличивают удельные расходы воды, в пределах 0,5...5 толщины слитка объясняется закономерностями роста толщины оболочки слитка под кристаллизатором. При меньших значениях интенсивность роста толщины оболочки слитка не будет гарантировать отсутствие прорывов металла. При больших значениях будет происходить переохлаждение поверхности слитка, что приведет к браку слитков по внутренним и наружным трещинам.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от скорости вытягивания слитка.

Диапазон значений длины слитка, на которой увеличивают удельные расходы воды, в пределах 0,5-5 толщины слитка объясняется закономерностями роста толщины оболочки слитка под кристаллизатором. При меньших значениях интенсивность роста толщины оболочки слитка не будет гарантировать отсутствие прорывов металла. При больших значениях будет происходить переохлаждение поверхности слитка, что приведет к браку слитков по внутренним и наружным трещинам.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от скорости вытягивания слитка.

Диапазон значений уменьшения значений температуры на нижнем уровне до 6. . .49% от значения на верхнем уровне, после чего уменьшают удельные расходы воды до рабочего значения, объясняется закономерностями формирования и залечивания разрывов оболочки слитка в кристаллизаторе. При больших значениях возможно отсутствие залечивания разрывов оболочки слитков, что приведет к прорывам металла под кристаллизатором. Меньшие значения устанавливать не имеет смысла, т.к. устранение разрывов оболочки слитка уже произошло.

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

Анализ научно-технической литературы и патентной 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.

П р и м е р. В процессе непрерывной разливки кристаллизатор подают сталь марки 3сп, вытягивают из него слиток с переменной скоростью. На мениск металла в кристаллизаторе подают шлаковую смесь на основе СаО - SiO₂-Al₂О₃. 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-константановые термопары вычеканивают в тело рабочих медных стенок кристаллизатора на глубину, отстоящую от рабочих поверхностей 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. 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 увеличивают удельные расходы воды под кристаллизатором на 10...40% рабочего значения на длине, равной 0,5-5 толщины слитка. При уменьшении значения температуры на нижнем уровне до 6.. . 49% от значения на верхнем уровне уменьшают удельные расходы воды до рабочего значения. Рабочие значение удельных расходов воды изменяют вдоль зоны вторичного охлаждения по экспоненциальному закону от максимального значения под кристаллизатором до минимального в конце зоны охлаждения.

Повышение значения температуры на нижнем уровне означает появление разрыва оболочки слитка, что приводит к прорыву металла под кристаллизатором. Для избежания прорыва металла увеличивают удельные расходы воды под кристаллизатором. В этих условиях увеличивается теплоотвод от слитка под кристаллизатором, что приводит к ускорению роста толщины оболочки слитка и устранению прорывов металла. После снижения значений температуры на нижнем уровне измерения восстанавливают прежнее значение удельных расходов воды под кристаллизатором.

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 увеличения удельных расходов воды под кристаллизатором вследствие неправильного расположения уровней измерения температуры тела рабочих стенок относительно мениска металла в кристаллизаторе. В этом примере верхний и нижний уровни измерения располагают на расстояниях от мениска металла, превышающими допустимые значения. Кроме того, значение уменьшенной температуры тела рабочих стенок на нижнем уровне, при котором уменьшают удельные расходы воды до рабочего значения, не обеспечивает залечивания разрывов оболочки слитка, что приводит к прорывам металла под кристаллизатором.

В пятом примере не будет обеспечиваться залечивание разрывов оболочки слитка из-за незначительного увеличения удельных расходов воды и малой длины слитка с увеличенными расходами воды, 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. 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 нефиксированных 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 увеличения удельных расходов воды под кристаллизатором приводит к прорывам металла под кристаллизатором. В этих условиях снижается производительность и стабильность процесса непрерывной разливки металлов.

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

Применение способа позволяет повысить производительность процесса непрерывной разливки металлов на 2,2%. Экономический эффект подсчитан в сравнении с базовым объектом, за который принят способ непрерывной разливки металлов, применяемый на Череповецком металлургическом комбинате.

Формула изобретения

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 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 измерение температуры тела рабочих стенок кристаллизатора по длине слитка осуществляют 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, причем при увеличении значения температуры на нижнем уровне до 50 - 95% от значения температуры на верхнем уровне по крайней мере на одном шаге измерения по периметру слитка увеличивают удельные расходы охладителя под кристаллизатором на 10 - 40% от рабочего значения по длине, равной 0,5 - 5 толщинам слитка, а при уменьшении значения температуры на нижнем уровне до 6 - 49% от значения на верхнем уровне уменьшают удельные расходы воды до рабочего значения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2