ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЙ АГРЕГАТ

Изобретение относится к черной и цветной металлургии, более конкретно - к литейно-прокатному агрегату для одновременного производства тонколистового металла и сортовых заготовок.
Известны агрегаты для литья и последующей прокатки слитков переменного сечения (см. патент США №3747667, НКИ 164-282, МКИ В 22 d 11/12). Кристаллизатор выполнен с полостью в форме сегмента круга, такой же является конструкция устройства вторичного охлаждения. Прокатные клети осуществляют обжатие слитка в форме сегмента. Однако, при такой деформации нарушается условие равенства коэффициентов вытяжки по ширине слитка. Ввиду этого качество металла низкое; значительным является количество брака из-за волнистости краев проката или коробоватости его центральной зоны. Кроме того, при малой толщине слитка и малой толщине полости кристаллизатора не удается осуществить разливку металла под уровень мениска, что приводит к ухудшению качества слитка.
Ближайшим аналогом данного изобретения является агрегат согласно патенту Франции №2085327, МКИ В 22 d 11/00. 1972 г. Агрегат включает кристаллизатор, состоящий из двух частей, расположенных на каретке и две независимые системы вторичного охлаждения. Он также включает прокатные клети для осуществления деформации прямоугольных слитков. Такой агрегат имеет преимущество, заключающееся в том, что он обеспечивает возможность литья одновременно и полос малой толщины, например 2-8 мм, и сортовых заготовок - квадратных сечениями от 150×150 мм до 200×200 мм, прямоугольных 150×250 мм и др. Для многих заводов это является желательным. Однако, при литье тонких полос и в этом
случае невозможно осуществить разливку металла под уровень мениска и добиться высокого качества полос.
Данное изобретение направлено на решение технической задачи: обеспечить повышение качества тонких металлических полос при одновременном расширении технологических возможностей агрегата - возможности одновременно производить тонколистовой металл и сортовые заготовки.
Указанная задача решается за счет того, что кристаллизатор, образованный водоохлаждаемым валком и сегментом, выполнен с прямоугольными участками различной толщины, из которых, по крайней мере один, выполнен толщиной, равной (20-50) толщин более тонких участков; под кристаллизатором установлены устройства разделения слитка на части различных толщин в виде упоров и роликовых систем, а за ними расположены прокатные клети в виде нескольких непрерывных линий для прокатки тонких участков слитка и отдельно для прокатки его утолщенной части. Кроме того, система вторичного охлаждения установлена под кристаллизатором только на участке большей толщины полости кристаллизатора. Для более тонких участков вторичного охлаждения не предусмотрено.
Именно указанные отличия обеспечивают решение поставленной технической задачи, поскольку применение кристаллизатора в виде валка и сегмента с прямоугольными участками различной толщины, в том числе по крайней мере одного толщиной, равной (20-50) толщин более тонких участков обеспечивает возможность установить на участке большей толщины воронку для подачи жидкого металла под уровень с защитой мениска слоем шлаковой или экзотермической смеси, что обеспечит существенное повышение качества слитка, причем всего его объема, поскольку обеспечивается защита мениска на всех участках сечения полости кристаллизатора, и толстых, и тонких. Под кристаллизатором упоры и системы роликов отделяют участки слитка меньшей толщины и далее
различные прокатные клети осуществляют обжатие участков слитка различной толщины.
Между отличительными признаками и решением технической задачи существует прямая причинно-следственная связь. Эти признаки обеспечивают возможность получения из одной плавки и тонколистового металла, и сортовых заготовок.
Конструкция поясняется чертежами (фиг.1 - фиг.4), при этом на фиг.1 показан общий вид агрегата, на фиг.2 разрез по плоскости AA, а на фиг.3 - разрез по плоскости BB. На фиг.4 показана в аксонометрии форма полученного слитка.
Приняты следующие обозначения. Ковш для жидкого металла 1 расположен над промежуточным ковшом 2, из которого через воронку 3 жидкий металл поступает в кристаллизатор, образованный водоохлаждаемым валком (ротором) 4 (с внутренней (рабочей) стенкой 24) и сегментом 5 (с внутренней (рабочей) стенкой 25).
Слиток состоит из участков прямоугольного или квадратного сечения сортового слитка 6 и участков тонколистового металла 7. Тонкие листы отделяют резкой от толстого участка слитка прямоугольного или квадратного сечения и они роликами 8 и двухвалковыми клетями 9 и 10 подаются к зачистному агрегату 11. После зачистки боковых граней в процессе движения через агрегат 11 листы прокатывают в четырехвалковых клетях 12 и сматывают в рулоны 13. Участок прямоугольного или квадратного сечения разгибают с помощью упора 14 и роликов 15. Зачистной агрегат 16 служит для зачистки боковых граней (на участках среза тонких листов).
После этого слиток разрезают летучими ножницами 17, и заготовки 18 подают к сортовому стану в виде клетей с горизонтальным расположением валков 19 и с вертикальными валками 20, либо к универсальной прокатной клети, либо к печам для нагрева, либо на склад продукции.
Литье осуществляют с защитой мениска жидкого металла слоем шлаковой или экзотермической смеси 21, подаваемой по лотку 22 из питателя 23.
Агрегат работает следующим образом. Жидкий металл доставляют к агрегату в футерованном ковше 1 и заливают этот металл в промежуточный ковш 2, а из него через воронку 3 под уровень мениска в кристаллизаторе. Кристаллизатор, образованный валком 4 и сегментом 5 обеспечивает формирование слитка (см. фиг.4) по краям в форме листов толщиной h, а в центре в форме прямоугольника толщиной H=(20-50)h и шириной (20-100)h (см. фиг.1, 2).
После кристаллизации листов толщиной h их отделяют от прямоугольного слитка 6 и эти участки тонкого листового металла 7 поступают в ролики 8, клети 9 и 10 к зачистной машине 11, которая осуществляет сплошную зачистку зоны среза листов 7 при отделении их от прямоугольного участка слитка 6. При наличии дефектов машина 11 может удалить их и с широкой поверхности листов 7. После зачистки листы 7 толщиной h подвергаются прокатке в четырехвалковых клетях 12 и сматыванию моталкой 13 в рулон.
Прямоугольный участок слитка толщиной H=(20-50)h отделяется от валка 4 с помощью упора 14 и роликами 15 подается к зачистной машине 16. Эта машина обеспечивает сплошную зачистку участков боковых поверхностей, которые при отливке были соединены с участками тонких листов, а затем слиток 6 разрезают на мерные длины летучими ножницами 17. Отрезанные заготовки 18 подают к сортовому или заготовочному стану в виде чередующихся клетей с горизонтальным расположением валков 19 и с вертикальным их расположением 20. Можно применять также станы иной конструкции: маятниковые, планетарные, либо агрегаты непрерывной ковки с двухсторонним обжатием. Можно подавать слиток 6 к сортовому стану и не разрезая его ножницами 17.
При потребности в товарной литой заготовке квадратного или прямоугольного сечения, заготовки 18 подают на холодильник и далее на склад.
Данный литейно-прокатный агрегат обеспечивает следующие преимущества:
- во-первых, он дает возможность из одной плавки получать и тонколистовой металл, и сортовую заготовку;
- во-вторых, он дает возможность значительного повышения качества металла за счет использования его разливки «под уровень» с защитой мениска шлаковыми (или экзотермическими) смесями.
В полости кристаллизатора, образованного деталями 4 и 5, расположена воронка 3, соединенная с промежуточным ковшом 2 (фиг.3). Конец воронки 3 погружен в жидкий металл так, что струя металла защищена от окисления. Мениск жидкого металла защищен слоем шлаковой смеси 21 и от окисления, и от переохлаждения (подстуживания), что резко снижает количество таких дефектов, как складки, завороты, поперечные трещины.
Шлаковую смесь подают по лотку 22 из питателя 23, например, периодически (подача смеси может осуществляться, например, с помощью устройства согласно авторскому свидетельству СССР №1695113 - «Устройство для подачи шлаковых и экзотермических смесей в кристаллизатор». Бюллетень изобретений 1991. №45. С.43).
Шлаковая смесь частично расплавляется и ее слой 21 (фиг.3) защищает всю поверхность мениска: не только участков 7 толщиной h, но и участка 6 толщиной Н=(20-50)h (фиг.4). Известно, что подача на мениск шлаковых смесей приводит к тому, что часть смеси расплавляется и ее тонкий слой образует гарниссаж на боковой поверхности слитка, играя роль смазки между поверхностями слитка и кристаллизатора. Это в 1,5-2,0 раза уменьшает силы трения и износ кристаллизатора (см. Бровман М.Я.,
Марченко И.К., Канн Ю.Е., Иванов В.И. Усовершенствование технологии и оборудования машин непрерывного литья заготовок. - Киев: Техника. 1976. - 165 с.).
При непрерывном литье с защитой мениска шлаковыми смесями обеспечивается весьма высокое качество металла, а кристаллизаторы не выходят из строя вследствие износа, как это имеет место при литье «открытой струей», т.е. без защиты мениска.
Только при использовании технологии литья под уровень мениска удалось обеспечить непрерывное литье качественных сталей для производства труб, рельсов, балок, листовых сталей для автомобильной промышленности.
Но использовать такую технологию при непрерывном литье тонких листов, толщиной менее 10 мм невозможно, поскольку при столь малом сечении кристаллизатора в нем невозможно расположить воронку 3 для подачи металла «под уровень мениска». Такая воронка требует, в зависимости от ее конструкции, толщины полости кристаллизатора не менее 60-80 мм. Иногда эти воронки выполняют не круглого, а эллиптического (овального) сечения, чтобы можно было расположить их в узком зазоре, но и при этом погрузить воронку в кристаллизатор с полостью толщиной 10 мм не удается.
Предлагаемый агрегат обеспечивает возможность отливать с защитой мениска, т.е. при высоком качестве тонкие листы толщиной h=2-5 мм и менее, располагая воронку в той части кристаллизатора прямоугольного сечения, которая имеет толщину Н=(20-50)h.
Сейчас для производства тонколистового металла на валковых установках непрерывного литья, совмещенных с прокатными станами, требуются тонкие слитки толщинами h=2-5 мм и именно такова толщина полостей кристаллизатора на участках 6 (фиг.4).
Величина Н=(20-50)h для слитков минимальной толщины h=2 мм равна H=40-100 мм, а для толщины h=5 мм - H=100-250 мм, что
обеспечивает реализацию разливки под уровень с расположением воронки в кристаллизаторе.
Таким образом, при h=2-5 мм толщина участка кристаллизатора прямоугольного сечения большей толщины Н составит (2÷5)·(20÷50)=40÷250 мм и при таких размерах части сечения кристаллизатора в нем можно расположить воронку для подачи металла под уровень мениска, например, с отверстием в воронке 15-30 мм и с наружным диаметром воронки (выполненной из огнеупорных материалов), равным 30-80 мм.
Выполнение кристаллизатора с участком большей толщины Н, составляющей менее, чем 20h (где h - толщина участка меньшей толщины), приведет к трудностям с подачей жидкого металла, в частности, с подачей металла «под уровень мениска», затруднит защиту мениска шлаковыми смесями. Выполнение участка большей толщины, составляющей свыше 50h не даст никаких преимуществ, а приведет только к увеличению длины жидкой фазы на этом участке, к необходимости удержания корки полосы от раздутия на выходе из агрегата с применением дополнительных устройств, к затруднениям в эксплуатации и увеличению стоимости оборудования.
Схема течения жидкого металла от воронки 3 к участкам 7 показана на фиг.2 и 3 стрелками. Тонкие участки слитка толщиной h затвердевают в условиях, когда имеет место подпитка жидким металлом со стороны участка толщиной Н, и мениск защищен от переохлаждения слоем шлаковой смеси 21 (см. фиг.3).
Таким образом, при предложенном оптимальном интервале толщин Н и h реализуются все преимущества, достигаемые за счет разливки «под уровень»: уменьшение окисления металла, защита мениска от переохлаждения, уменьшение количества поверхностных дефектов.
При известных конструкциях литейно-прокатных агрегатов добиться этих результатов для литья тонких листов (толщиной менее 5 мм) невозможно. Данная конструкция агрегата позволяет обеспечить получение
указанных преимуществ, поскольку тонкие участки 7 слитка защищены шлаковой смесью, подаваемой на мениск участка 6 толщиной Н=(20-50)h.
Эти тонкие участки 7 отделяются упором 14 и роликами 8 от более толстой части слитка 6 еще до завершения ее кристаллизации и подвергаются прокатке в клетях 10, 12 и зачистке машиной 11.
Участок слитка толщиной Н разгибают и после завершения его кристаллизации подвергают зачистке машиной 16, при необходимости резке и далее - прокатке на сортовом или полосовом стане. В данном конкретном примере кристаллизатор выполнен с двумя участками толщиной h и одним толщиной Н (фиг.4). Соответственно, агрегат включает две прокатные линии для прокатки тонкого листа и одну для прокатки более толстой сортовой заготовки.
Участки слитка малой толщины h могут быть отделены от участка толщиной Н при их движении «вниз» по отношению к более толстому участку слитка, как показано на фиг.1. Но их можно отделять изгибая их в направлении верхней поверхности утолщенной части слитка, как показано на фиг.4. После отделения участков 7 (от участка слитка 6) их разгибают и подают после зачистки в линию прокатных клетей.
Ширина полости кристаллизатора участка 6 равна (20-100)h, что обеспечивает возможность, одновременно с тонколистовым металлом, получать сортовые заготовки квадратного сечения размерами от (20×20)h до (50×50)h и прямоугольных сечений от (20×100)h с отношением сторон 1:5 до (50×100)h с отношением сторон 1:2. Это дает возможность обеспечения непрерывнолитыми заготовками прокатных станов различного назначения - заготовочных, сортовых и полосовых.