Способ непрерывной разливки металлов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистические

Республик (it)950487 (61) Дополнительное к авт. сына-ву (22)Заявлено 04.12.80 (21) 3211544/22-02 (51) М. Кл.

В 22 0 11/00 с присоепинением заявки Рй твеуАаретеенные квинтет

CCqCP но делам нзобретекнк н вткрытнй (23) Приоритет (53) УДК 621. 746, .047(088.8) Опубликовано 15.08,82. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 17. 08. 82 (72) Авторы изобретения

В. И. Лебедев, Ю. Е. Кан, Д. П. Евтеев и В.

Центральный научно-исследовательский инс металлургии им. И. П. Бардина (7I) Заявитель (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ хе $1) .

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке легированных, высокоуглеродистых и подшипниковых сталей на установках с криволинейной технологической осью, в слитки сортового и блюмо- 5 вого сортамента.

Известен способ непрерывной разливки металлов в слитки прямоугольного поперечного сечения на установках с криволинейной технологической осью, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка по двум широким граням водой, распыливаемой форсунками, изменение удельных расходов. воды вдоль зоны орошения по экспонен- о циальному закону. При этом удельные расходы воды по широким граням слитка изменяют от 3,5-4,0 до 1,7-1.,9 м /м /ч воду подают на слиток на участке, со2 ответствующем 0,6-0,7 времени его полного затвердевания, в течение 0,090,32 ч в прямой пропорциональной заBNcNHocTN от толщины слитка, изменяющейся в пределах О, 15-0, 3 м. Узкие грани охлаждаются только на воздуНедостатком известного способа является низкое качество непрерывнолитых слитков из легированных, высокоу гле роди стых и подши пни ковых марок стали. Это объясняется тем, что способ применим при отливке плоских или слябовых слитков из углеродистых марок стали. При отливке слитков сортового и блюмового сортамента необходи- . мо охлаждение всех четырех граней с различной интенсивностью. При известном способе наблюдается разогрев узких граней слитка, приводящий к значительным термическим напряжениям в углах слитка и образованию внутренних и наружных трещин.

950487

Известен способ непрерывной разливки металлов в слитки прямоугольно"

ro поперечного сечения на установках ° с криволинейной технологической осью, включающей подачу металла в кристаллизатор, вытягивание иэ него слитка с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка по двум о

Широким граням водой, распыливаемой форсунками, изменение удельных расходов воды вдоль зоны орошения по экспоненциальному закону. При этом температуру поверхности слитка изменяют 15 путем регулировки расхода воды от

1070- 1080 С до 800"850 С на длине зоны орошения 6,0-7,0 м от кристаллизатора при скорости вытягивания 0,60,65 мlмин, при увеличении ее на каж" gg дые 0,1 м/мин допускают повышение температуры слитка в верхней части вторичного охлаждения на 10-1?o путем регулировки расхода воды, а длину зоны орошения увеличивают на 0,8"1,5 м, zs оставляя температуру поверхности слитка в конце зоны орошения прежней, На остальной части эоны вторичного охлаждения, а также узкие грани на всей длине охлаждают на воздухе )2J . 3ф

Недостатком известного способа является низкое качество непрерывно" литых слитков из легированных, высо" коуглеродистых и подшипниковых марок стали. Это объясняется тем, что известный способ применим при отливке плоских или слябовых слитков из рядовых марок стали. При этом наблюдается разогрев узких граней слитка, перераспределение термических напряжений в угловых частях слитка, в результате чего на слитке появляются поверхностные трещины, приводящие к браку слитков.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ непрерывной разливки метал" лов в слитки прямоугольного попереч" ного сечения на установках с криволинейной технологической осью, вклю50 чающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоны вторичного охлаждения при помощи роликов, 55 охлаждение поверхности слитка водой по четырем граням, распыливаемой шорсунками, изменение удельных расходов воды вдоль эоны орошения по экспоненциальному закону. При этом помимо охлаждения широких граней слитка распыленной водой охлаждают также узкие грани сначала водой и затем на воздухе, изменяя интенсивность охлаждения по экспоненциальному закону от 4,5-6,5 м /м.ч под кристаллизато7 ром до 2,5-2>8 м /м ч в конце зоны орошения, длина которой равна 5-30 толщинам слябового слитка и находится в прямой пропорциональной зависимости от скорости вытягивания. Длина полей орошения по широким граням слитка одинакова (3) .

Недостатком известного способа является низкое качество непрерывнолитых слитков из легированных, высокоуглеродистых и подшипниковых марок стали. Это объясняется тем, что указанный диапазон расходов воды приме" ним для отливки слитков слябового сечения. В слитках сортового и блюмово.го поперечного сечения температурное поле и распределение термических напряжений по сечению совершенно иное, I чем в плоских слитках слябового поперечного сечения. При известном способе в слитках сортового и блюмового поперечного сечения в районе узлов возникают значительные термические напряжения, превосходящие допустимые значения. В результате в слитках возникают внутренние и наружные трещины в районе углов, приводящие к браку слитков. Кроме того, способ не обеспечивает теоретически необходимую закономерность распределения температуры поверхности слитка в зоне вторичного охлаждения.

Для обеспечения высокого качества слитков сортового и блюмового сечения из легированных, высокоуглеродистых и подшипниковых марок стали при отливке на установках с криволинейной технологической осью необходимо изменять удельные расходы воды по всем четырем граням слитка с различной интенсивностью. При этом длина поля орошения по .боковым граням меньше, чем по грани, расположенной по малому радиусу, длина поля орошения на последней в свою очередь меньше, чем по грани, расположенной по большому радиусу. Эта закономерность организации режима вторичного охлаждения по граням слитка вызвана необходимостью устранения угловых трещин на поверхности и по сечению слитка. Теоретическими расчетами и экспериментально уста5 9504 новлено, для получения слитков оптимального качества необходимо усиленное охлаждение граней слитков в верхней части зоны вторичного охлаждения по укаэанной закономерности под крис- таллизатором на относительно небольшом расстоянии. В этом случае обеспечивается уменьшение жесткости боковых граней слитка, и в то же время обеспечивается относительно большая жест-10 кость. грани, расположенной по большому радиусу. Это обеспечивает смещение в ней от центра сечения положения нейтральной оси,вокруг которой . происходит разгиб слитка после его is эатвердевания. Благодаря уменьшению жесткости боковых граней и ее увели" чению на грани, расположенной по большому радиусу, в углах слитка уменьшаются растягивающие напряжения, про- щв, исходит перераспределение термических напряжений в сторону их выравнивания,о значения суммарных напряжении уменьшаются. В результате снижается брак слитков по внутренним и поверхностнымр трещинам. Установлено также, что для получения оптимальной структуры по сечению слитка и расширения центральной зоны раэноосных кристаллов необходимо иметь по каждой грани слитка эв соответствующее распределение температуры поверхности вдоль зоны вторичного охлаждения. Кроме того, установлено, что для получения слитков оптимального качества необходимо обес35 печивать постоянство температуры поверхности слитка в месте разгиба в диапазоне 850-950 С. При этих условиях процесс деформации происходит в стабильных условиях, обеспечивающих оптимальные условия деформации слитка без образования внутренних и наружных трещин.

Целью изобретения является улучшеwe качества непрерывнолитых слитков.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу включающему подачу металла в кристаллиэатор с криволинейной технологической осью, вы50 тягивание из него слитка прямоугольного поперечного сечения с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка по четырем граням водой, распыли ваемой форсунками, изменение удельных расходов воды вдоль заны орошения по экспоненциальному

87 закону с последующим охлаждением на воздухе причем в процессе разливки по длине зоны вторичного охлаждения на грани, расположенной по малому ра. диусу, на участке, соответствующем

0,04-0,07 времени полного затвердевания слитка, удельные расходы воды уменьшают от 12,0- 15,0 и /мгч под кристаллизатором до 4,0-6,0 м /м2ч в конце участка, на грани, расположенной по большому радиусу, на участке, соответствующем 0,06-0,09 времени полного затвердевания слитка, удельные расходы воды уменьшают от 17,020,0 м /м ч под кристаллизатором до

5,0-7,0 м /м ч в конце участка, à по

Я боковым граням удельные расходы воды уменьшают на участке, соответствующем

0,02-0,04 времени полного затвердевания слитка от 10,0-8,0 м /м ч под

Ъ г кристаллизатором до 3,0-5,0 и /м ч в конце участка.

Улучшение качества непрерывноли:тых слитков происходит вследствие не-! одинаковой интенсивности охлаждения

1 граней слитка по большому и малому

:радиусам, отличной от интенсивности охлаждения боковых граней. Уменьшение жесткости боковых граней, снижение ее на грани по малому радиусу и увеличение на грани по большому радиусу способствует уменьшению растягивающих напряжений в углах слитка при его о разгибе, перераспределению по сечению слитка термических напряжений и умень. шению суммарных напряжений. В результате в углах слитка уменьшает-. ся количество внутренних и наружных трещин с одновременным улучшением внутренней макроструктуры, увеличением эоны равноосных кристаллов, что снижает брак слитков.

Неодинаковое-время или длина участка зоны орошения поверхности слитка на различных его гранях вызваны необходимостью соответствующего иэ. менения температуры поверхности слитка по каждой грани. Диапазоны измене" ния удельных расходов воды по граням слитка и времени их орошения устанав" ливают в прямой пропорциональной зависимости от скорости вытягивания, При больших значениях удельных расхо. дов, чем указанные для каждой грани, происходит переохлаждение поверхности слитка, в его оболочке возникают термические напряжения, значения которых превосходят допустимые значения, не обеспечивается необходимая

9504 температура по граням в месте разгиба слитка. При меньших значениях,,чем указанные для каждой грани, происходит разогрев поверхности слитка, оболочка слитка становится слишком тонка и не может сопротивляться ферростатическому давлению жидкого металла. В обоих случаях получаемая макроструктура слитка не отвечает требованиям получения качественных слитков, в центре слитка образуются пустоты, развивается ликвация.

Диапазоны времени орошения каждой грани или длины зоны орошения устанавливают в прямой пропорциональной 15 зависимости от скорости вытягивания.

При больших значениях, чем указанные для каждой грани, происходит переохлаждение поверхности слитка, s его оболочке возникают термические напряже- 2о ния, превосходящие допустимые значения, в месте разгиба температура: слитка становится ниже оптимальной, При меньших значениях, чем указанные для каждой грани, происходит разогрев 25 поверхности слитка, температура по. верхности в месте разгиба становится завышенной, оболочка слитка слишком пластична, чтобы противостоять ферро" статическому давлению жидкого метал- Зф ла. В обоих случаях не обеспечивается в месте разгиба постоянство температуры поверхности слитка.

Способ непрерывной разливки металлов осуществляют следующим образом.

В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор блюмового сечения

300 х 360 мм подают легированную высокоуглеродистую сталь марки 35 Х 7СА следующего химсостава, 3: С 0,32"0,30 в

Si 1,1-1,4; Ип 0,8-1,1; Р 4 0,01; .S 0,01; Сг 1,1-1,4.

Из кристаллизатора длиной 0,8 м вытягивают слиток со скоростью

0,6 м/мин. В зоне вторичного охлаждения слиток поддерживают и направляют при помощи роликов и охлаждают водой, распыливаемой форсунками, сгруппированными в верхней части зоны вторич50 ного охлаждения под кристаллизатором по четырем граням слитка. Процесс разливки ведут на установке непрерывной разливки с радиальной технологической осью с радиусом кривизны по внешней грани слитка R - =12,0 м. Вре„55 мя полного затвердевания слитка сечением 300 х 360 мм составляет

30,3 мин. При скорости вытягивания.

87 8

0,6 и/мин длина жидкой фазы 18,2 и и на этом расстоянии от мениска металла в кристаллизаторе производят разгиб слитка в горизонтальное положение.

На грани слитка, расположенной по малому радиусу r = 11,7 м устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону от

13,5 м /и .ч под кристаллизатором 3 2 до 5,0 м /н ч в конце зоны орошения в течение 0,05 времени полного затвердевания слитка или 1,7 мин на расстоянии 1,0 м. На грани слитка, расположенной по большому радиусу

R =- 12,0 м, устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону. от 18,5 м /м ч г под кристаллизатором до 6,0 M /м ч в конце зоны орошения в течение 0,08 времени полного затвердевания слитка

:или 2,4 мин на расстоянии 1,45 м.

iflo боковым граням устанавливают удель,ные расходы воды, изменяющиеся по .экс поненциальному закону от 9,0 м /м ч под кристаллизатором до 4,0 M /м ч в конце зоны орошения в течение 0,03 времени полного затвердевания слитка или 0,9 мин на оасстоянии 0,55 м, одинаковом.для обеих в боковых гранях.

В дальнейшем все грани слитка охлаждают на воздухе.

В результате такой организации режима вторичного охлаждения вследствие сравнительно малой интенсивности и короткого времени охлаждения боковые грани остаются более пластичными и менее жесткими на всем протяжении затвердевания слитка по сравнению с.гранями, расположенными по радиусам R и r. Грань, расположенная по малому радиусу г имеет большую жесткость по сравнению с боковыми гранями в необходимых пределах для уменьшения растягивающих и перераспределения термических напряжений в углах. Благодаря интенсивному и более длительному охлаждению грани, расположенной по большому радиусу R, по сравнению с противоположной гранью, происходит смещение нейтральной оси сечения слитка от центра в сторону этой грани, вокруг которой происходит разгиб слитка в конце его затвердевания. В результате этого процесс деформации слитка при его разгибе .происходит без возникновения опасных суммарных напряжений по сечению слитка. Кроме того, указанная организация режима

95048 вторичного охлаждения позволяет оптимизировать структурообразование слитка, расширить центральную зону равноосных кристаллов. Последнее достигается за счет теоретически необходимой закономерности распределения температуры поверхности слитка вдоль зоны вторичного охлаждения.

При этом на каждой грани создается соответствующее необходимое распре- 10 деление температуры поверхности вдоль эоны вторичного охлаждения.

При увеличении скорости вытягивания до 0,8 м/мин длина жидкой фазы слитка увеличивается до 24,2 м, одна- 15 ко разгиб слитка производят на прежнем расстоянии от мениска металла в кристаллизаторе, равном 18,2 м, В этом случае разгиб слитка производят с жидкой сердцевиной. 20

На грани слитка, расположенной по малому радиусу r = 11,7 м, устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону от

15,0 м /м ч под кристаллизатором до 25

6,0 м /м ч в конце зоны орошения в течение 0,07 времени полного эатвердевания слитка или 2,1 мин на расстоянии 1,7 м, подключая при этом дополнительные форсунки. На грани слитка, расположенной по большому радиусу

R = 12,0 м, устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону от 20,0 м /м ч

9 2 под кристаллизатором до 7,0 м /м ч 2 в конце зоны орошения в течение 0,09 времени полного затвердевания слитка или 2,7 мин на расстоянии 2,2 м. По боковым граням устанавливают удельные расходы воды, и меняющиеся по экспо- 40 ненциальному закону от 10,0 м /м ч

Э 2

flop кристаллизатором до 5,0 м /м ч

2 в конце зоны орошения в течение 0,04 времени полного затвердевания слитка или 1,2 мин на расстоянии 1,0 м, оди. наковом для обоих боковых граней. В дальнейшем все грани слитка охлаждают на воздухе.

При уменьшении скорости вытягива-. ния до 0,4 м/мин длина жидко" фазы слитка уменьшается до 12,1 м. В этом случае полное затвердевание слитка происходит до точки разгиба, однако влияние предлагаемого режима вторичного охлаждения на перераспределение

55 термических и уменьшение растягивающих напряжений в углах слитка в процессе его деформации при разгибе остается.

7 10

На грани слитка, расположенной по малому радиусу r = 11,7 м, устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону

12,0 и /м ч под кристаллизатором до г

4,0 и./м ч в конце зоны орошения в

l течение 0,04 времени полного затвердевания слитка или 1,2 мин на рас" стоянии 0,5 м, отключая при этом ряд форсунок, На грани слитка, расположенной по большому радиусу R = 12,0 м, устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному за" кону от 17,0 м /м2ч под кристаллиэатором до 5,0 м /м ч в конце зоны орошения в течение 0,06 времени полного затвердевания слитка или 1,8 мин на расстоянии 0,7 м. По боковым граням устанавливают удельные расходы воды, изменяющиеся по экспоненциальному закону от 8,0 м /м ч под кристаллизатог ром до 3,0 м /м ч в конце зоны орошения в течение 0,02 времени полного затвердевания слитка или 0,6 мин на расстоянии 0,24 м, одинаковом для обоих боковых граней, В дальнейшем все грани слитка охлаждают на воздухе.

При такой организации режима вто" ричноro охлаждения независимо от скорости вытягивания в месте разгиба обеспечивается постоянство температуры поверхности слитка в диапазоне

850-950 С, наиболее оптимальной для условий деформации слитка беэ образования внутренних и наружных трещин.

При увеличении или уменьшении габаритов слитков соответственно изменяют скорость вытягивания слитка, однако диапазоны регулирования удельных расходов воды по граням слитка остаются укаэанными. Предлагаемый способ предпочтителен для применения при отливке слитков сортового сортамента в диапазоне 180 х 180 — 150 х 250 мм и блюмового сортамента в диапазоне

200 х 250 - 350 х 450 мм, из легиро" ванных, высокоуглеродистых и подшипниковых марок стали склонных к трещинообразованию при вторичном охлаждении и деформации.

В результате применения предлагаемого способа сокращается брак слитков по внутренним и наружным трещинам на 0,15r,, сокращается количество обрези на О,li.

Формула изобретения

Способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор с криволинейной технологу9504 ческои осью, вытягивание из него слитка прямоугольного поперечного сечения с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка по четырем граням водой, распыливаемой Форсунками, с изменением удельных расходов воды вдоль зоны орошения по экспоненциальному закону и последую- 1р щим охлаждением на воздухе, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества непрерывнолитых слитков, в процессе разливки по длине зоны вторичного охлаждения на гра- 15 ни, расположенной по малому радиусу, на участке, соответствующем 0,04-0,07 времени полного затвердевания слитка, удельные расходы воды уменьшают ат 12,0- 15,0 м /м2.ч под кристаллиза- zp тором до 4,0-6,0 м /м ч в конце участ87 12 ка, на грани, расположенной по большому радиусу, на участке, соответствующем 0,06-0,09 времени полного затвердевания слитка, удельные расходы воды уменьшают от 17,0-20,0 м /м ч под кристаллизатором до 5,0-7,0 м /м ч в конце участка, а по боковым граням удельные расходы воды уменьшают на участке, соответствующем 0,02-0,04 времени полного затвердевания слитка, от 8,0-10,0 м /м ч под кристаллизатог ром до 3,0-5,0 м /м ч в конце участка.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 445510, кл. В 22 0 11/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

И" 522896, кл. В 22 О 11/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

lf 582041, кл. В 22 0 11/00, 1977.

Составитель Г. Борисов

Редактор И. Митровка Техред А. Ач Корректо Г. Огар

Заказ 5821/15 Тираж 852 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35 Раушская наб. д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4