Кольцевой кристаллизатор

 

Изобретение относится к оборудованию для непрерывной разливки стали. Кольцевой кристаллизатор состоит из корпуса, который на внутренней поверхности в своей верхней части имеет систему образованных в направлении разливки и в направлении к его средней части плавно уменьшающихся и сужающихся дорожек, образованных равномерной выборкой в форме синусоидальной кривой, описывающей окружность первоначального кольцевого отверстия корпуса. Отдельные дорожки по всей внутренней поверхности верхней части корпуса кристаллизатора связаны между собой. Максимальная величина амплитуды синусоидальной кривой на верхней кромке кристаллизатора может составлять 0,40-0,55% от первоначального диаметра корпуса на его входе. На длине верхней части корпуса, равной 30-50% от его общей длины, величина амплитуды синусоидальной кривой может плавно уменьшаться до нулевого значения. Технический результат - снижение появления прорывов и продольных трещин, особенно у сталей с содержанием углерода ниже 0,2 мас.%, расширение сортамента разливаемой стали по содержанию углерода от 0,06 до 1,00 мас.%. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию по непрерывной разливке стали, а точнее касается кольцевого кристаллизатора.

Известные кристаллизаторы для непрерывного литья кольцевых отливок обычно образованы трубчатым корпусом, внутренний диаметр которого в его верхней части от верхней кромки на входе расплавленного металла в направлении к его средней части плавно и прямолинейно уменьшается. Этот уклон в верхней части корпуса кристаллизатора колеблется, например, от 1 до 2% и имеет важное значение с учетом постепенной усадки отливки в результате ее постепенного остывания и необходимости достаточного обеспечения отвода и перехода тепла от отливки к корпусу кристаллизатора и необходимости постоянного ведения отливки при прохождении ее по кристаллизатору. Известны, например, также так называемые параболические кристаллизаторы с улучшенной передачей тепла и ведением отливки, поскольку внутреннее параболическое сечение более точно описывает ход усадки отливаемого материала.

Проблемой кристаллизаторов с повышенным уклоном является то обстоятельство, что при данной внутренней форме они допускают разливку стали только в определенном диапазоне химического состава, особенно с точки зрения содержания углерода. Например, при более высоких уклонах кристаллизатора при разливке стали с более высоким содержанием углерода, например около 0,10 мас.%, может происходить зависание отливки внутри кристаллизатора. Наоборот, при меньших уклонах и при разливке стали с более низким содержанием углерода, например около 0,10 мас.%, в результате более сильной усадки отливки происходит образование воздушных зазоров между уже образовавшейся корой непрерывно отливаемой отливки и стеной кристаллизатора с негативными влияниями на отвод тепла, ведение отливки в кристаллизаторе и конечное качество отливки.

Из патента JP 01075146, для предотвращения вертикального растрескивания поверхности и ускорения скорости разливки, применяют не менее трех желобков, отдельно углубленных в направлении разливки на внутренней стороне верхней части кристаллизатора, которые в направлении к его нижней части постепенно сужаются, уменьшаются и исчезают. В принципе, однако, основная часть контура кристаллизатора, и в его верхней части между желобками, остается круглой.

Из патента GB 879437 известно также решение, по которому вся внутренняя поверхность кристаллизатора в направлении разливки имеет дорожки, образующие сообщающуюся волнистость, причем эти дорожки образованы по всей высоте кристаллизатора, а их глубина и форма по всей длине не меняются. В обоих случаях речь идет об определенном улучшении имеющихся кристаллизаторов, которое, однако, проблемы при непрерывной разливке решает только частично.

Подобные обработки внутренней поверхности кристаллизатора также известны из других патентов, например ЕР 0931608 или BE 494052, но эти решения не касаются кольцевых кристаллизаторов или предназначены для разливки других материалов, а не стали.

Вышеуказанные недостатки в значительной степени устранены кольцевым кристаллизатором оборудования непрерывной разливки стали, состоящим из корпуса кристаллизатора, который на внутренней поверхности в своей верхней части имеет образованную в направлении разливки систему дорожек, плавно уменьшающихся и сужающихся в направлении к его средней части, в котором согласно изобретению отдельные дорожки образованы равномерной выборкой в форме синусоидальной кривой, описывающей окружность первоначального кольцевого отверстия корпуса кристаллизатора, причем отдельные дорожки по всей внутренней поверхности верхней части корпуса кристаллизатора соединяются между собой.

Сущность изобретения заключается далее в том, что максимальная величина амплитуды синусоидальной кривой находится на верхней кромке корпуса кристаллизатора, причем эта максимальная величина амплитуды в наиболее выгодных вариантах изобретения составляет от 0,40 до 0,55% первоначального диаметра (D) корпуса кристаллизатора на его входе, а на длине (1) верхней части корпуса кристаллизатора, колеблющейся от 30 до 50% общей длины (L) корпуса кристаллизатора, эта максимальная величина постепенно уменьшается до нулевого значения.

В конкретных вариантах изобретения синусоидальная кривая преимущественно касается с наружной стороны окружности первоначального кольцевого отверстия корпуса кристаллизатора в 15-25 местах.

В кристаллизаторе согласно изобретению в углублениях внутренней поверхности в его верхней части происходит создание избытка металла, который обеспечивает постоянный контакт отливки со стеной кристаллизатора и тем самым передачу тепла и постоянное ведение отливки по кристаллизатору. В средней части затем кристаллизатор опять переходит в кольцевое сечение, причем нижняя часть кристаллизатора уже такая же, как у имеющихся кристаллизаторов.

Максимальная глубина, соответствующая величине амплитуды синусоидальной кривой, зависит главным образом от диаметра кристаллизатора, причем, например, у кристаллизатора диаметром 410 мм оптимальная глубина выборки у верхней кромки составляет около 2 мм. Учитывая, что глубина выборки в направлении к средней части кристаллизатора постепенно уменьшается, в вершине выборки достигается и уклон, например, до 5%, более высокий, чем в местах касания кривой волнистости с первоначальной окружностью и где выборка нулевая, и где уклон, например, только около 1,4%. Если количество точек касания не зависит существенно от диаметра кристаллизатора, глубина выборки при увеличении диаметра кристаллизатора в соответствующем пропорциональном отношении линейно увеличивается или при уменьшении диаметра снижается.

В сравнении со всеми до настоящего времени известными решениями кристаллизаторов, включая кристаллизаторы по патентам JP 01075146 и GB 879437, у кристаллизатора согласно изобретению под влиянием определенной формы, глубины, разности уклонов, которые на вершинах выборки в два раза больше, чем уклоны при естественной усадке стали при охлаждении, и в результате этого создающегося избытка металла происходят постепенная деформация образованной коры во время процесса разливки и равномерное вытеснение избытка металла из этих углублений в стороны.

Преимуществом кристаллизатора согласно изобретению является, кроме достижения улучшения ведения отливки и более лучшей передачи тепла, достижение более равномерного роста литейной коры и уменьшение депрессии на поверхности отливки, что затем снижает появление прорывов и продольных трещин, особенно у сталей с содержанием углерода ниже 0,2 мас.%, причем позволяет разливать сталь в широком диапазоне содержания углерода, например, от 0,06 до 1,00 мас.%.

В дальнейшем изобретение будет подробно раскрыто при помощи конкретного примера варианта кольцевого кристаллизатора со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых согласно изобретению на фиг.1 изображен схематично кристаллизатор в объеме; на фиг.2 - участок верхней кромки кристаллизатора у входного отверстия.

Пример исполнения изобретения

Кольцевой кристаллизатор оборудования непрерывной разливки стали (см. фиг.1 и 2) состоит в принципе из цилиндрического корпуса 1 с диаметром выхода (d), ось которого искривлена радиусом (R). Верхняя часть 2 корпуса 1 кристаллизатора на входе расплавленной стали имеет на своей внутренней поверхности в направлении к его средней части 3 плавно уменьшающиеся и сужающиеся к нулю дорожки 4. Дорожки 4 корпуса 1 кристаллизатора исполнены в направлении разливки в верхней части 2 длиной (l), составляющей 40% общей длины (L) корпуса 1 кристаллизатора от его верхней кромки 5. Нижняя часть корпуса 1 кристаллизатора имеет кольцевую форму. Отдельные дорожки 4 образованы равномерной выборкой в форме синусоидальной кривой 6, максимальная величина (х) амплитуды которой находится на верхней кромке 5 корпуса 1 кристаллизатора, причем эта максимальная величина (х) амплитуды составляет 0,48% первоначального диаметра (D) корпуса 1 кристаллизатора на его входе и на длине (l) с этой максимальной величины плавно уменьшается на нулевое значение. Длина волны синусоидальной кривой 6 в отдельных поперечных сечениях верхней части корпуса 1 кристаллизатора выбрана так, что синусоидальная кривая 6 касается с наружной стороны окружности 7 первоначального кольцевого отверстия корпуса 1 кристаллизатора в 20 точках 8. Дорожки 4 таким образом образуют карманы 9 для получения избытка расплавленного металла.

Решение согласно изобретению можно применить для всех кристаллизаторов оборудования непрерывной разливки стали вертикального типа.

Формула изобретения

1. Кольцевой кристаллизатор оборудования непрерывной разливки стали, состоящий из корпуса (1) кристаллизатора, который имеет на внутренней поверхности в своей верхней части (2) систему образованных в направлении разливки и в направлении к его средней части (3) плавно уменьшающихся и сужающихся дорожек (4), отличающийся тем, что дорожки (4) образованы равномерной выборкой в форме синусоидальной кривой (6), описывающей окружность (7) первоначального кольцевого отверстия корпуса (1) кристаллизатора, причем отдельные дорожки (4) по всей внутренней поверхности верхней части корпуса (1) кристаллизатора связаны между собой.

2. Кольцевой кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что максимальная величина амплитуды синусоидальной кривой (6) находится на верхней кромке (5) корпуса (1) кристаллизатора, причем эта максимальная величина амплитуды составляет 0,40-0,55% от первоначального диаметра (D) корпуса (1) кристаллизатора на его входе, а на длине (l) верхней части (2) корпуса (1) кристаллизатора, колеблющейся в пределах от 30 до 50% общей длины (L) корпуса (1) кристаллизатора, с этой максимальной величины плавно уменьшается до нулевого значения.

3. Кольцевой кристаллизатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что синусоидальная кривая (6) касается с наружной стороны окружности (7) первоначального кольцевого отверстия корпуса (1) кристаллизатора в 15-25 точках (8).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2