Способ непрерывной разливки металлов

 

Каждый из кристаллизаторов, последовательно установленных на оси разливки, совершает возвратно-поступательные движения синхронно с другими кристаллизаторами с постоянным от кристаллизатора к кристаллизатору сдвигом фаз, равным T/n, где Т- период возвратнопоступательных движений кристаллизаторов, n- число кристаллизаторов, кратное двум. 3 ил.

Известен способ непрерывной разливки металлов, при котором слиток формируют посредством подачи жидкого металла в кристаллизатор, совершающий возвратно-поступательные движения вдоль оси разливки, после чего слиток перемещают в зону вторичного охлаждения при помощи непрерывно вращающихся роликов до его полного затвердевания (см. Непрерывная разливка стали: Из опыта завода "Азовсталь" по совершенствованию технологии непрерывной разливки стали/ Авт. кол. В.В. Лепорский, Д.А. Дюдкин, О.В. Носоченко и др. Донецк, Донбасс, 1982, с. 24-29). Недостатком способа является низкая производительность процесса, связанная с резким замедлением скорости продвижения фронта кристаллизации к центру поперечного сечения слитка в зоне его вторичного охлаждения.

Известен также способ непрерывной разливки металлов, в частности би- металлов, при котором би- металлический слиток формируют подачей жидкого металла сердцевины в первичный кристаллизатор малого поперечного сечения, установленный перед кристаллизатором с размерами поперечного сечения, соответствующими размерам готовой заготовки, в который подают металл оболочки (см. пат. Франции N 1296729, кл. В 22 d.). Недостатком данного способа является необходимость создания зоны вторичного охлаждения слитка ввиду отсутствия гарантии полного затвердевания заготовки в пределах зоны ее контакта с кристаллизаторами МНЛЗ, что снижает производительность литья, увеличивает габариты машины и снижает качество слитка вследствие потери центрирования сердцевины в незакристаллизовавшейся оболочки.

Известен также способ непрерывной разливки металлов, принятый за прототип, при котором осуществляют послойное формирование слитка подачей жидкого металла в последовательно установленные по оси разливки и совершающие возвратно-поступательные перемещения кристаллизаторы с дискретно увеличивающимся поперечным сечением ( см. кн. Э. Германн "Непрерывное литье," М. 1961, с. 324. Недостатком способа является необходимость создания значительных по величине внешних сил для удержания и перемещения заготовки по оси разливки с целью уравновешивания совместного действия сил трения в контакте формируемого слитка со стенками кристаллизаторов. Это требует размещения в технологической линии МНЛЗ мощных устройств для удержания и перемещения непрерывнолитой заготовки после ее полной кристаллизации. Отмеченный недостаток снижает эффективность процесса вследствие усложнения технологического оборудования, роста его материалоемкости и габаритов.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса разливки путем снижения усилий вытягивания и удержания слитка.

Для достижения этой цели при реализации способа непрерывной разливки металлов, включающем послойное формирование слитка подачей жидкого металла в последовательно установленные по оси разливки кристаллизаторы с дискретно увеличивающимся поперечным сечением, совершающими возвратно-поступательные движения вдоль оси разливки, а также вытягивание слитка из кристаллизаторов, согласно изобретению возвратно-поступательные перемещения кристаллизаторов осуществляют синхронно с постоянным от кристаллизатора к кристаллизатору сдвигом фаз, равным T/n, где T- период возвратно-поступательных перемещений, n общее количество кристаллизаторов, кратное двум.

Как известно, при реализации технологии непрерывного литья металлов во избежание приваривания затвердевшей корки слитка к стенкам кристаллизатора ему сообщают непрерывные возвратно-поступательные перемещения вдоль оси разливки. При этом в контакте твердой корки слитка со стенками кристаллизатора возникают силы трения, действующие на слиток по направлению движения кристаллизатора, величина которых пропорциональна гидростатическому давлению жидкого металла, площади поверхности кристаллизатора в контакте со слитком, а также величине коэффициента трения твердой корки слитка о стенки кристаллизатора.

При осуществлении известных способов непрерывной разливки металлов с одним, либо двумя кристаллизаторами силы трения их стенок о поверхность двухфазного слитка незначительны и потому надежно уравновешиваются силами трения заготовки о поддерживающие ролики в зоне вторичного охлаждения слитка, протяженность которой многократно превышает длину зоны первичного охлаждения. В случае применения двух кристаллизаторов характер их возвратнопоступательных перемещений может быть независим друг от друга, так как даже при сложении сил трения заготовки о стенки двух кристаллизаторов роликовая проводка зоны вторичного охлаждения с приводом механизма вытягивания слитка не испытывает перегрузок.

Иная ситуация возникает с реализацией способа непрерывной разливки при послойном формировании слитка в нескольких последовательно установленных по оси разливки кристаллизаторах с дискретно увеличивающимся сечением. Высокая скорость процессов кристаллизации металла, при которой возможно ограничение глубины жидких лунок слитка высотой кристаллизаторов, во-первых, многократно увеличивает силу трения заготовки о стенки кристаллизаторов при их возвратно-поступательном движении, а во-вторых, исключает зону вторичного охлаждения с многороликовой поддерживающей проводкой, а следовательно, лишает МНЛЗ мощного механизма удержания и вытягивания слитка.

Решить возникшие проблемы можно двумя путями.

При первом из них, оставив характер возвратно-поступательных перемещений каждого кристаллизатора независимым, периодически возникающие суммированные силы трения заготовки о стенки кристаллизаторов уравновешивают силами трения слитка о тормозные элементы механизма вытягивания, например ролики, установленные за кристаллизаторами МНЛЗ. Однако в этом случае для уравновешивания значительных сил трения необходимо значительное число роликов с мощным приводом, что увеличивает протяженность технологической линии машины, усложняет конструкцию и повышает материалоемкость оборудования, т. е. снижает эффективность процесса.

Суть предложенного способа сводится к решению проблемы уравновешивания сил трения вторым путем, а именно посредством такого взаимного согласованного возвратно-поступательного движения кристаллизаторов при котором силы трения заготовки о стенки кристаллизаторов, по меньшей мере частично взаимно уравновешивались в любой момент времени. При этом частично неуравновешенные силы трения слитка в случае необходимости используют для его вытягивания из кристаллизаторов и тем самым механизм качания кристаллизаторов параллельно выполняет функции механизма вытягивания.

В заявленном способе отмеченный эффект достигают, осуществляя возвратно-поступательное перемещение кристаллизаторов синхронно с постоянным от кристаллизатора к кристаллизатору сдвигом фаз, равным T/n, где T- период возвратно-поступательных движений кристаллизаторов, n общее количество кристаллизаторов, кратное двум.

При синхронном характере возвратно-поступательных движений исключена возможность возникновения резонансного всплеска продольных сил от сложения сил трения между слитком и кристаллизатором, что, например, возможно при асинхронном характере движении. Постоянный от кристаллизатора к кристаллизатору сдвиг фаз обеспечивает движение отдельных кристаллизаторов в разных направлениях, что обуславливает эффект взаимного уравновешивания сил трения. Если сдвиг фаз от кристаллизатора к кристаллизатору не будет постоянным, то за период возвратно-поступательных движении происходят знакопеременные всплески суммарных сил трения слитка о стенки кристаллизатора, что приводит к импульсивному нагружению механизма вытягивания.

Сдвиг фаз возвратно-поступательных движений кристаллизаторов, равный T/n, необходим для приведения сил трения слитка о стенки кристаллизатора к полному уравновешиванию. Причем полное уравновешивание сил трения может быть получено только при случае, если число кристаллизаторов является четным. При несоблюдении этого условия уравновешивание сил трения нарушается по меньшей мере в течение полупериода возвратно-поступательных движений кристаллизаторов.

Таким образом, отмеченная совокупность отличительных признаков в заявленном способе обеспечивает снижение усилий вытягивания и удержания слитка в сравнении с произвольным характером возвратно-поступательных движений кристаллизаторов относительно друг друга.

В результате патентно-информационных исследований не обнаружено технических решений со сходными отличительными признаками, следовательно, данное решение соответствует критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема размещения кристаллизаторов и устройства для вытягивания слитка в технологической линии МНЛЗ; на фиг. 2 соответствующие возвратно-поступательному движению кристаллизаторов графики зависимости их перемещения от времени; на фиг. 3 изображены эпюры изменения во времени сил трения в контакте слитка с каждым кристаллизатором и на фиг.3.б эпюры изменения во времени суммарной силы трения, воспринимаемой механизмом вытягивания слитка.

Способ непрерывной разливки металлов с использованием, например, четырех кристаллизаторов реализуют следующим образом.

Жидкий металл 1 (фиг. 1) подают последовательно в установленные по оси разливки 2 кристаллизаторы 3-6 с дискретно увеличивающимся поперечным сечением. Сформированный непрерывнолитой слиток 7 удерживают и вытягивают из кристаллизаторов приводными роликами 8 механизма вытягивания.

Кристаллизаторы 3-6 снабжены механизмом качания (не показан), обеспечивающим их синхронное возвратно-поступательное движение вдоль оси разливки 2 с постоянным от кристаллизатора к кристаллизатору сдвигом фаз, описываемое, например, наиболее просто реализуемым на практике синусоидальным законом где x_i текущая координата перемещения i-того кристаллизатора вдоль оси разливки относительно его начального положения; A амплитуда возвратно-поступательного движения кристаллизаторов; ω- круговая частота возвратно-поступательного движения; t время от начала движения; n общее число кристаллизаторов; i порядковый номер кристаллизаторов по ходу движения слитка (i 1,2,n).

В выражении (1) величина является сдвигом фаз возвратно-поступательного движения i-того по ходу разливки кристаллизатора относительно первого кристаллизатора.

Учитывая, что период возвратно-поступательного движения кристаллизаторов сдвиг фазы движения первого по ходу разливки кристаллизатора 3 равен нулю (фиг. 2, а), второго кристаллизатора (фиг. 2, б), третьего кристаллизатора (фиг. 2, в), и последнего, четвертого кристаллизатора 6-3T/4 (фиг. 2, г). Таким образом, сдвиг фаз возвратно-поступательного движения от кристаллизатора к кристаллизатору постоянен и равен .

Подбирая расчетным путем технологические параметры процесса, определяющие силу трения слитка о стенки каждого кристаллизатора, (скорость разливки, толщину наращиваемых слоев слитка, площадь рабочей поверхности каждого кристаллизатора) приводят к взаимному равенству по абсолютной величине сил трения слитка о стенки каждого из четырех кристаллизаторов 3 6

Направление движения кристаллизаторов при их возвратно-поступательном движении вдоль оси разливки определяет знак силы трения (фиг. 3, а), величина которой, как известно, от скорости не зависит.

Суммируя силы трения слитка о стенки кристаллизатора в каждый момент времени, получаем график изменения продольных сил, действующих со стороны слитка на ролики 8 механизма вытягивания. Например, в момент времени t₁ (фиг. 3, б):

где - продольная сила, действующая со стороны слитка на ролики 8.

Наличие малых суммарных сил трения, действующих на ролики 8, на практике обусловлено колебаниями технологических параметров процесса разливки, таких как скорость движения слитка, уровень жидкого металла в кристаллизаторах, а также неточностью выбора геометрических параметров кристаллизаторов.

Например, при реализации заявленного способа в МНЛЗ в составе четырех кристаллизаторов с размерами поперечного сечения соответственно 75х1000 мм, 150х1100 мм, 225х1200 мм и 300х1300 мм сила трения слитка о стенки кристаллизатора составляет 115.130 кН, а усилие вытягивания слитка из кристаллизаторов при частоте их возвратно-поступательных перемещений в 120 мин^-1 и сдвиге фаз от кристаллизатора к кристаллизатору, равном т/п 0,5/4 0,125 сек не превышает по абсолютной величине 50 кН. При этом в сравнении с произвольным характером возвратно-поступательных перемещений кристаллизаторов при осуществлении способа непрерывной разливки металлов, принятом за прототип, технологическая длина установки сокращается на 30 за счет уменьшения числа пар приводных роликов с 16 до 2 в механизме вытягивания заготовок, материалоемкость тянущих средств сокращается в 10.12 раз, а энергозатраты на перемещение слитка в 8.10 раз.

Таким образом, отличительные признаки заявленного способа непрерывной разливки металлов обеспечивают достижение поставленной цели.

Формула изобретения

Способ непрерывной разливки металлов, включающий послойное формирование слитка путем подачи жидкого металла в последовательно установленные по оси разливки кристаллизаторы с дискретно увеличивающимся поперечным сечением, сообщение кристаллизаторам возвратно-поступательного движения вдоль оси разливки и вытягивание слитка из кристаллизаторов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса разливки путем снижения усилий вытягивания слитка из кристаллизаторов, возвратно-поступательное движение кристаллизаторам сообщают синхронно с постоянным от кристаллизатора к кристаллизатору сдвигом фаз, равным Т/n, где Т период возвратно-поступательного движения кристаллизатора, n общее количество кристаллизаторов, кратное двум.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3