Способ непрерывного литья заготовок

Изобретение относится к области металлургии. Способ включает подачу металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш и далее в кристаллизатор, вытягивание из кристаллизатора заготовки с переменой скоростью, охлаждение ее в зоне вторичного охлаждения с мягким обжатием в твердожидком состоянии посредством пар роликов. Скорость вытягивания заготовки определяют по формуле: $$V=\varphi \cdot L_K\frac{\Delta T^{-0.028}}{\varpi \times h^2}$$ , где: φ - безразмерный коэффициент толщины отливаемой заготовки, равный 540…730; L_K - расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до оси последнего ролика сегмента, в котором заканчивается мягкое обжатие заготовки, мм; ϖ - безразмерный коэффициент изотерм солидус, равный 0,96…0,98; h - половина толщины отливаемой заготовки, мм; ΔT - перегрев металла в промежуточном ковше над температурой ликвидус, °C. Обеспечивается повышение качества непрерывнолитой заготовки. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывному литью заготовок с мягким обжатием в твердожидком состоянии посредством пар роликов.

Известен способ непрерывного литья заготовок, включающий подачу металла из сталеразливочного ковша в промежуточный и далее в кристаллизатор, вытягивание из него заготовки с заданной скоростью, охлаждением ее в зоне вторичного охлаждения с обжатием заготовки в твердожидком состоянии роликами. При этом скорость вытягивания по отношению к разливке без обжатия увеличивается, а обжатие осуществляют парами роликов в тянуще-обжимной клети, при этом определяют температуру поверхности и 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 /RU 2226138, B22D 11/12/.

Недостатком этого способа является невозможность достижения необходимой скорости обжатия отливаемой заготовки из-за короткой протяженности зоны "мягкого обжатия" в тянущей клети на 4 парах роликов. Кроме того, указанный способ ориентирован на конкретную МНЛЗ и узкий скоростной диапазон разливки, что существенно ограничивает область его применения.

Наиболее близким по технической сущности и выбранный в качестве прототипа является способ непрерывного, литья заготовок, который включающий подачу металла из сталеразливочного ковша в промежуточный и далее в кристаллизатор, вытягивание из него заготовки с заданной скоростью и охлаждение заготовки в зоне вторичного охлаждения с мягким обжатием в твердожидком состоянии посредством пар роликов, при этом обжатие заготовки в каждой паре роликов осуществляют по зависимости

ΔU_SR =k₁k₂Δυ_SR при относительном содержании жидкой фазы f_L в двухфазной зоне в центре заготовки в пределах 0,25≤f_L≤0,75,

где k₁=1.5-5.5 - коэффициент, учитывающий поперечное деформирование материала в двухфазной зоне при обжатии и зависящий от относительного содержания жидкой фазы в центральной зоне заготовки;

k₂=2.2-4.1 - коэффициент, учитывающий деформирование затвердевшей корочки заготовки и зависящий от отношения размера двухфазной зоны в соответствующей роликовой паре к толщине заготовки;

Δυ_SR - полная усадка заготовки при затвердевании металла в соответствующей роликовой паре, мм. RU 2269395, B22D 11/12.

Недостатками данного способа является то, что в нем не учитывается расположение и поддержание диапазона с относительным содержанием жидкой фазы в двухфазной зоне в центре заготовки соотносительно конца зоны обжатия, а также осуществление мягкого обжатия заготовки на всем протяжении процесса разливки без учета расположении эффективного интервала обжатия относительно самой зоны обжатия с изменением температуры перегрева металла над температурой ликвидус, при разливке слябов разной толщины, что приведет к образованию внутренних трещин или образованию в центральной зоне рыхлости и химической неоднородности, что ухудшит качество непрерывнолитой заготовки.

Технический результат от использования данного изобретения заключается в повышении качества непрерывнолитой заготовки.

Указанный технический эффект достигается тем, что способ непрерывного литья заготовок включает в себя подачу металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш и далее в кристаллизатор, вытягивание из кристаллизатора заготовки с переменой скоростью, охлаждение ее в зоне вторичного охлаждения с мягким обжатием в твердожидком состоянии посредством пар роликов, согласно изобретению скорость вытягивания заготовки определяется по формуле: $$V=\varphi \cdot L_K\frac{\Delta T^{-0.028}}{\varpi \times h^2}$$ , где, φ - безразмерный коэффициент толщины отливаемой заготовки, равный 540…730; L_k - расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до оси последнего ролика сегмента, в котором заканчивается мягкое обжатие заготовки, мм; ϖ - безразмерный коэффициент изотерм солидус, равный 0,96…0,98; h - половина толщины отливаемой заготовки; ΔT - перегрев металла над температурой ликвидус, °C.

Сущностью предлагаемого способа заключается в поддержания двухфазной зоны в оптимальном диапазоне относительно длины зоны обжатия, что позволяет создать необходимое ферростатическое давления на фронте кристаллизации и эффективно произвести заполнение образовывающихся усадочных пустот (пор) жидким расплавом на участке заключительной кристаллизации заготовки.

Диапазон значений безразмерный коэффициент толщины отливаемой заготовки, равный 540…730, объясняется теплофизическими закономерностями кристаллизации отливаемой заготовки. При значениях коэффициента φ меньше 540 разливка металла будет производиться на низких скоростях вытягивания заготовки, что приведет к переохлаждению заготовки в зоне вторичного охлаждения и образованию грубых поверхностных трещины, что ухудшит качество отливаемой заготовки. При значениях коэффициента более 730 разливка металла будет производиться на повышенных скоростях вытягивания заготовки, из-за чего корочка заготовки на выходе из кристаллизатора не будет обладать необходимой толщиной и прочностью, в результате чего будут образовываться горячие трещин, что ухудшит качество заготовки и может привести к возникновению аварийных ситуаций, в частности к прорыву корочки формирующейся заготовки под кристаллизатором.

Диапазон значений безразмерного коэффициента изотерм солидус ϖ, равный 0,96…0,98, объясняется гидродинамическими процессами протекающими в двухфазной зоне и ее проницаемостью. При значениях коэффициента менее 0,96 будет происходить позднее обжатие заготовки, которое не обеспечит необходимую интенсивность сближения фронтов кристаллизации для создания давления в двухфазной зоне, позволяющего преодолеть сопротивление со стороны кристаллической структуры, вследствие чего будет увеличиваться концентрация пор, что ухудшит качество макроструктуры заготовки по дефектам «Осевая рыхлость» и «Осевая химическая неоднородность». При значениях коэффициента более 0,98 будет происходить раннее обжатие заготовки и из-за возникновения пластических деформаций на фронте кристаллизации будут образовываться внутренние трещины, что ухудшит качество макроструктуры отливаемой заготовки.

Заявляемый способ непрерывного литья заготовок был опробован при разливке стали на одноручьевой слябовой МНЛЗ криволинейного типа. На горизонтальном участке роликового полотна в двух сегментах, состоящих из семи пар роликов каждый, производили мягкое обжатие заготовки, которое ввиду конструктивной особенности МНЛЗ может заканчиваться на 24,5 м, 26,7 м и 29,2 м ее металлургической длины. В процессе непрерывного литья заготовок толщиной 300 мм из стали марки 09Г2С перегрев температуры металла над температурой ликвидус в промежуточном ковше изменялся в пределах 18…31°C. Скорость вытягивания заготовки изменяли согласно приведенной выше формуле. Используемые параметры представлены в таблице 1.

В процессе непрерывного литья заготовок толщиной 250 мм из стали марки К52 перегрев температуры металла над температурой ликвидус в промежуточном ковше изменялся в пределах 14…29°C. Скорость вытягивания заготовки изменяли согласно приведенной выше формуле. Используемые параметры представлены в таблице 2.

Таблица 1
Параметр	безразмерный коэффициент толщины отливаемой заготовки	безразмерный коэффициент изотерм солидус	расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до оси последнего ролика сегмента, в котором заканчивается мягкое обжатие	перегрев металла над температурой ликвидус	скорость вытягивания заготовки
Обозначение	φ	ϖ	Lк	ΔT	V
Единицы измерения	-	-	м	°C	м/мин
Значение	667	0,975	29.2	18	0,82
	667	0,975	29,2	22	0,81
	667	0,975	26,7	27	0,74
667	0,975	26,7	31	0,73

Таблица 2
Параметр	безразмерный коэффициент толщины отливаемой заготовки	безразмерный коэффициент изотерм солидус	расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до оси последнего ролика сегмента, в котором заканчивается мягкое обжатие	перегрев металла над температурой ликвидус	скорость вытягивания заготовки
Обозначение	φ	ϖ	Lк	ΔT	V
Единицы	-	-	м	°C	м/мин
измерения
	601	0,97	29,2	14	1,08
Значение	601	0,97	29,2	18	1,07
	601	0,97	26,7	22	0,97
	601	0,97	24,2	29	0,87

Способ непрерывного литья заготовок, включающий подачу металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш и далее в кристаллизатор, вытягивание из кристаллизатора заготовки с переменной скоростью, охлаждение ее в зоне вторичного охлаждения с мягким обжатием в твердожидком состоянии посредством пар роликов, отличающийся тем, что скорость вытягивания заготовки определяют по формуле: $$V=\phi \cdot L_k\frac{\Delta T^{-\mathrm{0,028}}}{\varpi \cdot h^2},$$ где φ - безразмерный коэффициент толщины отливаемой заготовки, равный 540…730; L_k - расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до оси последнего ролика сегмента, в котором заканчивается мягкое обжатие заготовки, мм; ϖ - безразмерный коэффициент изотерм солидус, равный 0,96…0,98; h - половина толщины отливаемой заготовки, мм; ΔT - перегрев металла над температурой ликвидус, °C.