Способ вторичного охлаждения непрерывнолитой заготовки

 

Использование: в области металлургии, применительно к непрерывному литью металлов. Сущность изобретения: охладитель подают на поверхность заготовки с помощью форсунок, сгруппированных по участкам с изменением удельных расходов по экспоненциальному закону; на участке, примыкающем к кристаллизатору и составляющем 0,03-0,11 длины жидкой фазы, подают 35-60% охладителя с расходом, определенным заданным соотношением, а через первый ряд форсунок вблизи кристаллизатора охладитель подают с максимальным расходом, заданным соотношением.

Предлагаеамый способ относится к металлургии и может быть использован в сталеплавильном производстве на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

В настоящее время в производстве заготовок на МНЛЗ для вторичного охлаждения используют различные способы, включающие дозированную подачу охладителя на поверхности заготовки в зоне вторичного охлаждения (ЗВО). Важными элементами способов являются операции, выполнение которых влияет на характер распределения охладителя по длине ЗВО. От эффективности выбранного способа охлаждения зависят технико-экономические показатели МНЛЗ, в том числе и такие, как производительность агрегата и качество получаемых заготовок.

Известен способ вторичного охлаждения (см. Loung. T.M. "The interoduction and application of continuous casting at Round Oak Steel Works". Введение и применение непрерывной разливки на заводе Round Oak "Proc. 33 rd. Chem. Conf. Scarborough, 3-5, Tune, 1980, London, 1980, 15-25, согласно которому в ЭВО длиной 9 м при средней скорости разливки 0,6 м/мин, заготовку размером 315х355 мм охлаждают путем подачи воды с удельным расходом 0,3 л/кг (ранее 0,5-0,6 л/кг), при этом на первом участке длиной 0,5 м и подают 25% воды, на втором (длиной 3,7 м) 50% и на третьем 25% Основными недостатками способа являются: недостаточное охлаждение на коротком участке под кристаллизатором (при удельном расходе 0,3 л/кг и скорости разливки 0,6 м/мин, общий расход составляет 8,8 м³/ч, что для первого участка составляет 8,8х0,25 2,2 м³/ч) с плотностью орошения 2,2: 0,67 3,3 м³/м²ч (0,67 площадь орошения на первом участке, м²) не позволяет устойчиво вести разливку на скоростях более 0,6 м/мин; отсутствие приемов, позволяющих осуществить изменение плотности орошения вдоль участков охлаждения по определенному закону и избежать резких перепадов интенсивности охлаждения на границах участков; отсутствие приемов, позволяющих вести процесс в широком диапазоне изменения скорости разливки и размеров сечения заготовки.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ вторичного охлаждения непрерывнолитой заготовки, включающий подачу охладителя на поверхность заготовки с помощью форсунок, сгруппированных по участкам с изменением удельных расходов охладителя по экспоненциальному закону от максимальных значений под кристаллизатором до минимальных в конце зоны вторичного охлаждения для интенсификации процесса охлаждения на участке, примыкающем к кристаллизатору.

Недостатком способа является отсутствие приемов и операций, позволяющих вести процесс в широком диапазоне скоростей разливки и марок разливаемых сталей. Техническим результатом предлагаемого способа является увеличение производительности и повышение качества отливаемых заготовок.

Указанный результат достигается тем, что в способе вторичного охлаждения непрерывнолитой заготовки, включающем подачу на ее поверхность с помощью форсунок, сгруппированных по участкам с изменением удельных расходов охладителя по экспоненциальному закону и интенсификацией процесса охлаждения на участке, примыкающем к кристаллизатору, интенсификацию процесса охлаждения осуществляют на участке, составляющем 0,03-0,11 длины жидкой фазы заготовки путем подачи на этом участке 35-60% подаваемого охладителя, расход которого Q предварительно определяют по формуле Q abV_p^1,5, при этом через первый ряд форсунок, установленных непосредственно под кристаллизатором, охладитель подают с максимальным расходом Q b(c + dV_p), где а 11-16; b ширина отливаемой заготовки в метрах; с 0,8-1,0; d 1,2-1,4; V_p скорость разливки, м/мин.

Значение коэффициентов а и с выбирают в зависимости от марки разливаемой стали. Для углеродистых сталей выбирают а 14-15, с 1,0, а для трещиночувствительных сталей а 11-12, с 0,8.

Значение коэффициента d зависит от типа МНЛЗ. Для МНЛЗ вертикального типа d 1,4. Для криволинейной МНЛЗ d 1,3, а для горизонтальной d 1,2.

Выбор коэффициентов а < 11 и с < 0,8 целесообразен по условиям недостаточности охлаждения, приводящий к потере устойчивости процесса разливки. Выбор а > 16 и с > 1,0 приводит к переохлаждению заготовки и к снижению ее качества.

П р и м е р 1. В процессе непрерывного литья заготовки из ст.3 сечением 250х1550 м со скоростью вытягивания 1 м/мин предлагаемый способ реализуют следующим образом:
1. Определяют расход подаваемого охладителя по формуле Q abV_p^1,5. Для ст. 3 выбирают а 15. Тогда Q 15х1,55х1 23,25 м³/ч. Длина жидкой фазы в этом случае равна 25 м.

2. Определяют максимальный расход воды, подаваемый на первый ряд форсунок. При с 1 (углеродистая сталь) и значении d 1,3 (криволинейная МНЛЗ) Q 1,55 (1+1,3) 3,57 м³/ч.

3. Определяют длину l_i участка интенсивной подачи охладителя l_i 25х(0,03-0,11) (0,75-2,75)м.

4. Определяют долю охладителя, подаваемого на участок l_i:Q_i 23,25(0,35-0,60) (8,1-14,0) м³/ч.

Сравнивая результаты операций 3 и 4 имеем: при минимальной длине l_i= 0,75 имеем Q_i 8,1 м³/ч, а при максимальной длине l_i 2,75 м имеем Q_i 14,0 м³/ч. Тогда на оставшийся участок зоны вторичного охлаждения, составляющий 0,89 от длины жидкой фазы, подают 23,25-14,0 9,25 м³/ч. Таким образом, интенсивность подачи охладителя на участке интенсифицированного охлаждения в среднем составляет:
при длине l_i 0,75 м (8,1:0,75) 10,8 м³/ч на 1 м длины ЗВО;
при длине l_i 2,75 м (414,0:2,75) 5,1 м³/ч на 1 м длины ЗВО,
а на оставшемся участке ЗВО (9,25:22,25) 0,4 м³/ч на 1 м длины ЗВО.

5. С учетом конкретных данных процесса и выполнения предварительных операций, в соответствии с предлагаемым способом интенсификацию процесса охлаждения осуществляют на участке 0,75-2,75 м путем подачи на этом участке 8,1-14,0 м³/ч охладителя при общем его расходе 23,25 м³/ч, при этом через первый ряд форсунок, установленных непосредственно под кристаллизатором, подают с максимальным расходом 3,57 м³/ч.

6. Распределение расходов внутри участков осуществляют по известному (экспоненциальному) закону. При этом показатель экспоненты находят с использованием известной операции нормирования (равенства площади эпюры под экспонентой расходу 8,1-14,0 м³/ч на расстоянии 0,75-2,75 м при начальном значении расхода Q_о 3,57 м₃/ч.

П р и м е р 3. При тех же значениях параметров разливки, что в примере 1, отливают заготовку из трещиночувствительной стали. Предлагаемый способ реализуют следующим образом:
1. Определяют расход подаваемого охладителя при а 11. Тогда Q 11х1,55х1 17,05 м³/ч.

При таком расходе охладителя длина жидкой фазы 26 м.

2. Определяют максимальный расход воды на первый ряд форсунок при с 0,8. Тогда Q_o 1,55х(0,8-1,3) 3,26 м³/ч.

3. Определяют длину l_i участка интенсивной подачи охладителя l_i 26(0,03-0,11) 0,78-2,86 м.

4. Определяют долю охладителя, подаваемого на участок Q_i 17,05(0,35-0,60)5,93-10,23 м³/ч.

При l_i 0,78 м Q_i 5,95 м³/ч, а при l_i10,23 м Q_i 10,23 м³/ч. На оставшийся участок зоны вторичного охлаждения, составляющий 0,89 от длины жидкой фазы, подают 17,05-10,23 6,82 м³/ч. Таким образом, интенсивность подачи охладителя на участке интенсифицированного охлаждения в среднем составляет:
при длине l_i 0,78 м (5,95:0,78) 7,6 м³/ч на 1 м длины ЗВО;
при длине l_i 2,86 м (10,23:2,86) 3,6 м³/ч на 1 м длины ЗВО;
а на оставшемся участке ЗВО (6,82:23,14) 0,3 м³/ч на 1 м длины ЗВО.

5. С учетом конкретных данных процесса и выполнения предварительных операций в соответствии с предлагаемым способом интенсификацию процесса охлаждения осуществляют на участке 0,78-2,86 м путем подачи на этом участке 5,95-10,23 м³/ч охладителя при общем его расходе 17,05 м³/ч, при этом через первый ряд форсунок, установленных непосредственно под кристаллизатором, подают с максимальным расходом 3,26 м³/ч.

6. Распределение расходов внутри участков осуществляют по известному (экспоненциальному) закону.

Использование предлагаемого способа позволяет:
интенсифицировать процесс кристаллизации на участке ЗВО, примыкающем к кристаллизатору (где твердая оболочка является достаточно тонкой и обладает малым термическим сопротивлением), что является необходимым условием для увеличения скорости разливки и производительности МНЛЗ;
выровнять фронт кристаллизации (наращивание толщины на тонких участках твердой оболочки происходит быстрее), что очень важно для исключения прорывов жидкого металла и повышения устойчивости процесса;
улучшить качество заготовок за счет смещения интенсивности охлаждения к кристаллизатору и поддержания более высокой температуры поверхности заготовки в зоне разгиба.

Внедрение способа позволит увеличить производительность МНЛЗ на 20-30% увеличить выход годного на 1,5-2,0% и сократить число порывов на 10-12%

Формула изобретения

СПОСОБ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ, включающий подачу охладителя на ее поверхность с помощью форсунок, сгруппированных по участках с изменением удельных расходов охладителя по экспоненциальному закону от максимальных значений под кристаллизатором до минимальных в конце зоны вторичного охлаждения для интенсификации процесса охлаждения на участке, примыкающем к кристаллизатору, отличающийся тем, что на участке, примыкающем к кристаллизатору, составляющем 0,03 0,11 длины жидкой фазы заготовки, осуществляют подачу 35 60% подаваемого охладителя, расход которого предварительно определяют по формуле
Q = abV¹_p^,5,
при этом через первый ряд форсунок, установленных непосредственно под кристаллизатором, охладитель подают с максимальным расходом
Q₀ b (c + dV_р),
где a 11 16;
b ширина отливаемой заготовки, м;
c 0,8 1,0;
d 1,2 1,4;
V_р скорость разливки, м/мин.