Способ непрерывного литья заготовок

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывному литью заготовок. Сущность способа состоит в определении величины давления в гидроцилиндрах каждой пары тянущих роликов тянуще-обжимной клети при вытягивании заготовки, которое зависит от скорости вытягивания, температуры поверхности заготовки, марки разливаемой стали и рассчитывается по следующим зависимостям: Δр₀=(р₀+Δр_i)·k_р; Δр_i=0 для S_i ≥ S_L и Δр_i=[α₁-(T₀-900)/α₂]·k_i для S_i<S; k_p=(b+0,5h)/1200, где k_р - безразмерный коэффициент; S_L - протяженность жидкой фазы заготовки, м; S_i - расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до i-го ролика обжимной клети, м; b - толщина заготовки, м; h - ширина заготовки, м; р₀ - давление, необходимое для транспортировки заготовки без обжатия, атм; Δр_i - дополнительное давление в гидроцилиндрах в каждой паре роликов, необходимое для обжатия жидкой сердцевины заготовки, атм; р_i - давление в гидроцилиндрах каждой пары роликов, атм; Т₀ - температура поверхности заготовки °С; k_i - поправочный коэффициент для каждой пары роликов (1, 2, 3 и т.д.), зависит от схемы работы тянущей клети; α₁, α₂ - коэффициенты, зависящие от марки стали (α₁=50...150, α₂=4...10). Протяженность жидкой фазы заготовки определяют из определенного выражения. Технический результат - получение сляба с улучшенной макроструктурой, уменьшение осевой рыхлости и осевой ликвации за счет определения необходимого режима обжатия заготовки в твердожидком состоянии.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывной разливке металла.

Известен способ получения непрерывнолитых стальных заготовок, включающий подачу металла в кристаллизатор, охлаждение его под кристаллизатором и деформацию заготовки на участке неполной его длины по оси заготовки между точкой начала кристаллизации и точкой полного затвердевания заготовки по всему сечению (RU № 2094139, МПК В 21 В 1/46, B 22 D 11/12, 1997).

Известен также наиболее близкий способ непрерывного литья металла, включающий подачу металла в кристаллизатор и его вытягивание с переменной скоростью, обжатие слитка в твердожидком состоянии в зоне вторичного охлаждения с помощью роликов, при этом скорость вытягивания устанавливают по определенной зависимости (RU № 2022690, МПК B 22 D 11/00, 1994).

Известные способы не обеспечивают получение качественной заготовки, т.к. создают поля сжимающих напряжений в центральной зоне слитка, не компенсирующие усадку металла при кристаллизации.

Технический результат предложенного способа состоит в определении необходимого режима обжатия заготовки в твердожидком состоянии, что позволяет в дальнейшем получить сляб с улучшенной макроструктурой, уменьшенными осевой рыхлостью и осевой ликвацией.

Указанный технический результат достигается созданием способа непрерывного литья заготовок, согласно которому металл из сталеразливочного ковша подают в промежуточный ковш и далее в кристаллизатор, с переменной скоростью вытягивают из него заготовку парами роликов, охлаждают ее в зоне вторичного охлаждения, осуществляют обжатие заготовки в твердожидком состоянии. При этом согласно изобретению увеличивают скорость вытягивания заготовки по отношению к разливке без обжатия, обжатие осуществляют парами роликов в тянуще-обжимной клети, при этом определяют температуру поверхности заготовки, определяют протяженность жидкой фазы заготовки, а давление в гидроцилиндрах для каждой пары роликов клети устанавливают в зависимости от скорости вытягивания, температуры поверхности заготовки и марки разливаемой стали из следующего соотношения:

p_i=(p₀+Δp_i)·k_p,

Δp_i=0 для S_i ≥ S_L;

k_p=(b+0,5h)/1200,

где k_p - безразмерный коэффициент, учитывающий размеры поперечного сечения заготовки;

S_L - протяженность жидкой фазы заготовки, м;

S_i - расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до i-го ролика тянуще-обжимной клети, м;

b - толщина заготовки, м;

h - ширина заготовки, м;

р₀- давление, необходимое для транспортировки заготовки без

обжатия; aтм;

Δр_i - дополнительное давление в гидроцилиндрах каждой пары роликов, необходимое для обжатия жидкой сердцевины заготовки, атм;

p_i - давление в гидроцилиндрах каждой пары роликов, атм;

T₀ - температура поверхности заготовки °С;

k_i - поправочный коэффициент для каждой пары роликов (1, 2, 3 и т.д.), зависит от схемы работы тянуще-обжимной клети;

α₁, α₂ - коэффициенты, зависящие от марки стали (α₁=50...150, α₂=4...10).

При этом протяженность жидкой фазы заготовки S_L определяют из соотношения

где k_L - протяженность жидкой фазы заготовки для определенной марки стали при условии v=v₀;

v - скорость вытягивания заготовки, м/мин;

v₀ - скорость вытягивания заготовки, при которой жидкая фаза заготовки не входит в тянущую клеть, м/мин;

n_L - расчетный коэффициент (n_L=1,0...1,3, зависит от режима

вторичного охлаждения).

Рассмотрим в качестве примера возможные схемы работы тянуще-обжимной клети, имеющей 4 пары роликов (поясняется чертежом):

А). Вытягивание с возможностью обжатия заготовки всеми парами роликов:

1) жидкая фаза находится в верхней части тянущей клети - режим транспортировки заготовки с обжатием - дополнительные давления для 1-й и 2-й пары роликов (протяженность жидкой фазы S₁ ≤ S_L < S₃ - 1-я и 2-я пара роликов включаются одновременно для компенсации возможных отклонений расчетного параметра жидкой фазы от реального состояния);

2) жидкая фаза заготовки находится в середине тянущей клети - режим транспортировки сляба с обжатием - дополнительные давления для 1-й, 2-й и 3-й пары роликов (протяженность жидкой фазы S₃ ≤ S_L < S₄);

3) жидкая фаза находится в нижней части тянущей клети - режим транспортировки заготовки с обжатием - дополнительные давления для всех четырех пар роликов (протяженность жидкой фазы S_L ≥ S₄).

Скорость вытягивания заготовки - не более предельной (жидкая фаза не выходит за пределы тянущей клети).

k₁=1,0; k₂=1,02; k₃=1,05; k₄=1,10.

Б). Вытягивание с возможностью обжатия заготовки только в верхних двух парах роликов:

1) конец жидкой фазы находится выше тянущей клети - режим транспортировки заготовки без обжатия (протяженность жидкой фазы S_L<S);

2) жидкая фаза заготовки находится в верхней части тянущей клети - режим транспортировки заготовки с обжатием - дополнительные давления для 1-й и 2-й пары роликов (протяженность жидкой фазы S_L ≥ S₁).

Скорость вытягивания заготовки - не более предельной (жидкая фаза не выходит за пределы тянущей клети).

k₁=1,10; k₂=1,10; k₃=0; k₄=0 при S₁ ≤ S_L < S₃;

k₁=1,22; k₂=1,10; k₃=0; k₄=0 при S₃ ≤S_L < S₄.

Таким образом:

1. Давление р_i в тянущих роликах зависит от скорости вытягивания, в зависимости от которой меняется положение конца жидкой фазы в отливаемой заготовке. В месте отсутствия жидкой фазы используется минимальное обжатие.

2. С увеличением скорости вытягивания увеличивается температура в зоне обжатия и, соответственно, падает прочность затвердевшей корочки слитка. Поэтому для получения требуемой величины обжатия показатель дополнительного давления в гидроцилиндрах для каждой пары роликов будет зависеть от температуры поверхности заготовки.

3. Режим обжатия заготовки зависит от физических свойств разливаемой марки стали: чем прочнее отливаемая заготовка, тем необходимо применить большее усилие для ее обжатия.

Примеры использования изобретения

Пример 1. Сталь марки 10Г2ФБЮ разливают на вертикальной УНРС со скоростью v=0,7 м/мин (увеличенной по сравнению с вытягиванием без обжатия) в слябы размером h·b (200·1100) мм. Тянуще-обжимная клеть имеет 4 пары (i=4) тянуще-обжимных роликов (расстояние между их осями 400 мм) с раздельным управлением нажимными гидроцилиндрами. Расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до 1-й пары роликов тянуще-обжимной клети составляет 10 м.

Протяженность жидкой фазы рассчитывают по формуле

где k_L=9,5;

v₀=0,6 м/мин;

n_L=1,12.

Расчетная протяженность жидкой фазы составляет 11,29 м, т.е. находится в районе 4-й пары роликов.

Давление в гидроцилиндрах каждой пары роликов определяют по формуле

p_i=(p₀+Δp_i)k_p;

где р₀=62 атм;

k_p=(b+0,5h)/1200;

Δр_i=0, если S_i ≥ S_L;

Т₀=1000°С (температура поверхности сляба на входе в тянущую клеть, измеренная пирометром).

α₁=69;

α₂=5,4;

k₁=1,0; k₂=1,02; k₃=1,05; k₄=1,1.

Для указанного примера k_p=1,0.

Давление в гидроцилиндрах каждой пары роликов получено следующее:

p₁=112,5 атм;

р₂=113,5 атм;

р₃=115 атм;

р₄=117,5 атм.

В результате обжатия заготовки с незатвердевшей сердцевиной в тянуще-обжимной клети с указанными давлениями произошло улучшение макроструктуры сляба, уменьшилась осевая рыхлость и осевая ликвация.

Пример 2. Сталь марки 17Г2СФ разливают на вертикальной УНРС со скоростью v=0,65 м/мин (увеличенной по сравнению с вытягиванием без обжатия) в слябы размером h×b (200×1500) мм. Тянуще-обжимная клеть имеет 4 пары (i=4) тянуще-обжимных валков (расстояние между осями роликов 400 мм) с раздельным управлением нажимными гидроцилиндрами. Расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до 1-й пары роликов тянуще-обжимной клети составляет 10 м.

Протяженность жидкой фазы рассчитывают по формуле

где k_L=9,4;

v₀=0,6 м/мин;

n_L=1,11;

Расчетная протяженность жидкой фазы составляет 10,38 м, т.е. находится в районе 2-го ролика.

Давление в гидроцилиндрах каждой пары роликов определяют по формуле

p_i=(p₀+Δpi)k_p,

р₀=62 атм;

k_p=(b+0,5h)/1200;

Δp_i=0, если S_i ≥ S_L

Т₀=980°С (температура поверхности сляба на входе в тянущую клеть, измеренная пирометром):

α₁=78;

α₂=5,7;

k₁=1,0; k₂=1,02; k₃=1,05; k₄=1,1;

Для указанного примера k_p=1,33.

Давление в гидроцилиндрах для каждой пары роликов получено следующее:

p₁=129 атм;

р₂=136 атм;

р₃=62 атм;

p₄=62 атм.

Обжатие заготовки с жидкой сердцевиной происходит в 1 и 2 парах роликов, 3 и 4 пара служат для транспортировки.

В результате обжатия заготовки с незатвердевшей сердцевиной с указанными давлениями произошло улучшение его макроструктуры, уменьшилась осевая рыхлость и осевая ликвация.

Таким образом, предложенный способ непрерывного литья заготовок позволяет получить заготовки различных сечений с улучшенной макроструктурой, уменьшенной осевой рыхлостью и ликвацией, что обеспечивает высокое качество используемого в судостроении толстого листа, получаемого при прокатке непрерывнолитого сляба.

Формула изобретения

Способ непрерывного литья заготовок, включающий подачу металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш и далее в кристаллизатор, вытягивание из него заготовки с заданной скоростью, охлаждение ее в зоне вторичного охлаждения с обжатием заготовки в твердожидком состоянии посредством роликов, отличающийся тем, что увеличивают скорость вытягивания заготовки по отношению к разливке без обжатия, а обжатие осуществляют парами роликов в тянуще-обжимной клети, при этом определяют температуру поверхности заготовки, определяют протяженность жидкой фазы заготовки, а давление в гидроцилиндрах для каждой пары роликов тянуще-обжимной клети устанавливают в зависимости от скорости вытягивания, температуры поверхности заготовки и марки разливаемой стали из следующего соотношения:

р_i=(р₀+Δр_i)·k_р,

для S_i < S_L,

Δр_i=0 для S_i ≥ S_L,

k_p=(b+0,5h)/1200,

где k_р - безразмерный коэффициент, учитывающий размеры поперечного сечения заготовки;

S_i - расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до i-го ролика тянуще-обжимной клети, м;

S_L - протяженность жидкой фазы заготовки, м;

b - толщина заготовки, м;

h - ширина заготовки, м;

р₀ - давление, необходимое для транспортировки заготовки без обжатия, атм;

Δр_i - дополнительное давление в гидроцилиндрах каждой пары роликов, необходимое для обжатия жидкой сердцевины заготовки, атм;

р_i - давление в гидроцилиндрах каждой пары роликов, атм;

Т₀ - температура поверхности заготовки, °С;

k_i - поправочный коэффициент для каждой пары роликов (1, 2, 3 и т.д.) зависит от схемы работы тянуще-обжимной клети;

α₁, α₂ - коэффициенты, зависящие от марки стали (α₁=50-150, α₂=4-10),

при этом протяженность жидкой фазы заготовки определяют из соотношения

где S_L - протяженность жидкой фазы заготовки, м;

k_L - протяженность жидкой фазы заготовки для определенной марки стали при условии v=v₀;

v - скорость вытягивания заготовки, м/мин;

v₀ - скорость вытягивания заготовки, при которой жидкая фаза не входит в тянущую клеть, м/мин;

n_L - расчетный коэффициент (n_L=1:0-1,3 зависит от режима вторичного охлаждения).