УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ МЕТОДОМ "ПЛАВКА НА ПЛАВКУ"

Полезная модель относится к металлургии стали и может быть использована при разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), преимущественно радиального типа.
Известно устройство для непрерывной разливки стали, выполненное в виде трех сваренных между собой металлических сфер со штырем. Данное устройство применяется с целью получения закрытой усадочной раковины для исключения перевода головной обрези непрерывнолитой заготовки в отходы (патент 2197358).
Недостатком известного устройства является то, что оно применяется в конце процесса разливки и его невозможно применить для соединения заготовок из металла предыдущей и последующей разливки после прекращения подачи жидкого металла в кристаллизатор при замене промежуточного ковша.
Известно устройство для непрерывной разливки различных марок стали, содержащее сталеразливочный и промежуточный ковши, кристаллизатор, далее расположенные поддерживающие ролики, а так же вводимый в кристаллизатор разделительный элемент с отверстиями в его стенках, (патент 2111081)
Недостатком данного устройства является то, что оно имеет недостаточную площадь контакта элемента с металлом последующей разливки, что не обеспечивает надежного соединения заготовок при длительных остановках вытягивания заготовки после прекращения подачи металла в кристаллизатор, так как происходит полная кристаллизация металла в кристаллизаторе, что приводит к внеплановым остановкам МНЛЗ. Кроме того, разделительный элемент не может применяться при разливке сортовых заготовок квадратного сечения.
Наиболее близким к предложенному является устройство для непрерывной разливки различных марок стали, содержащее сталеразливочный и промежуточный ковши, кристаллизатор, далее расположенные поддерживающие ролики, а так же вводимый в кристаллизатор разделительный элемент с отверстиями в его стенках (патент на полезную модель №85380).
Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает полное разделение металла разного химического состава предыдущей и последующей разливки, что приведет к снижению выхода годной непрерывнолитой заготовки.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности соединения непрерывнолитых заготовок из металла предыдущей и последующей разливки после прекращения подачи жидкого металла в кристаллизатор при замене промежуточного ковша, исключение внепланового прекращения процесса разливки стали, увеличение выхода годной непрерывнолитой заготовки и увеличение производительности МНЛЗ.
Для достижения технического результата в устройстве для непрерывной разливки стали методом «плавка на плавку», содержащем сталеразливочный и промежуточный ковши, кристаллизатор, далее расположенные поддерживающие ролики, а так же вводимый в кристаллизатор разделительный элемент, который выполнен в виде металлической корзины, состоящей из трех изогнутых в виде буквы Π и соединенных друг с другом под углом 60°±5° стальных полос шириной а равной 0,07-0,2 ширины наименьшей грани или диаметра кристаллизатора, высотой корзины Η равной 0,45-0,55 длины кристаллизатора, причем к внутренней части полос и к внешней части основания разделительного элемента привариваются «холодильники», в роли которых выступают металлические швеллеры, шириной b равной 0,5-1,5 ширины стальной полосы, в количестве 8-10 штук на каждую стальную полосу, при этом размер основания корзины В составляет 0,35-0,55 ширины наименьшей грани или диаметра кристаллизатора, а размер верхней части корзины A равен 0,65-0,85 ширины наименьшей грани или диаметра кристаллизатора, причем концы стальных полос должны быть загнуты под углом 90° и выступать в сторону внутренней части корзины на расстояние с равное 0,5-1,5 ширины стальной полосы, кроме того, нижняя часть разделительного элемента расположена относительно мениска металла предыдущей разливки в кристаллизаторе на глубине h равной 0,40-0,60 высоты корзины.
При ширине стальных полос а менее 0,07 ширины наименьшей грани или диаметра кристаллизатора не будет обеспечена необходимая прочность соединения элемента с металлом предыдущей разливки, не произойдет полное разделение металла разного химического состава предыдущей и последующей разливки, что приведет к уменьшению выхода годного металла, внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ, а при ширине стальных полос а более 0,2 ширины наименьшей грани или диаметра кристаллизатора возникнут значительные сложности с установкой разделительного элемента в хвостовую часть непрерывнолитой заготовки предыдущей разливки и не будет обеспечена необходимая прочность соединения элемента с металлом предыдущей разливки, что приведет к внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ
При высоте корзины H менее 0,45 длины кристаллизатора не будет обеспечена необходимая глубина введения элемента в металл предыдущей разливки и возможен перекос элемента относительно вертикальной оси кристаллизатора, что приведет к снижению прочности соединения элемента с металлом предыдущей разливки. При высоте корзины H более 0,55 длины кристаллизатора значительно затруднится процесс наполнения кристаллизатора жидким металлом последующей разливки и произойдет повреждение внутренней полости кристаллизатора, что приведет к внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ.
При ширине металлических швеллеров b менее 0,5 ширины стальной полосы не будет обеспечена необходимая быстрота кристаллизации металла, что приведет к снижению прочности соединения элемента с металлом предыдущей разливки, не произойдет полное разделение металла разного химического состава предыдущей и последующей разливки, что приведет к уменьшению выхода годного металла, внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ, а при ширине металлических швеллеров b более 1,5 ширины стальной полосы возникнут значительные сложности с установкой разделительного элемента в хвостовую часть непрерывнолитой заготовки предыдущей разливки и не будет обеспечена необходимая прочность соединения элемента с металлом предыдущей разливки, что приведет к внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ
При количестве «холодильников» менее 8 штук не будет обеспечена необходимая прочность соединения элемента с металлом предыдущей и последующей разливки вследствие недостаточно быстрой кристаллизации металла, что приведет к снижению прочности соединения элемента с металлом предыдущей разливки. Не произойдет полное разделение металла разного химического состава предыдущей и последующей разливки, что приведет к уменьшению выхода годного металла, внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ. При количестве «холодильников» более 10 штук возникнут сложности с установкой разделительного элемента в хвостовую часть заготовки предыдущей разливки, произойдет снижение прочности соединения элемента с металлом предыдущей разливки, что приведет к внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ.
Диапазон значений размера основания корзины B в пределах 0,35-0,55 ширины наименьшей грани или диаметра кристаллизатора объясняется теплофизическими закономерностями роста корочки формирующейся заготовки. При меньших значениях элемент погружается на глубину, превышающую допустимые пределы, что снизит прочность соединения элемента с металлом последующей разливки. При больших значениях не будет обеспечена необходимая глубина погружения элемента в жидкий металл предыдущей разливки, что приведет к снижению прочности соединения элемента с металлом предыдущей разливки, к разрыву соединения, внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ.
Диапазон значений размера верхней части корзины A в пределах 0,65-0,85 ширины наименьшей грани или диаметра кристаллизатора объясняется теплофизическими закономерностями роста корочки формирующейся заготовки. При меньших значениях элемент погружается на глубину, превышающую допустимые пределы, что снизит прочность соединения элемента с металлом последующей разливки. При больших значениях возникают значительные сложности с установкой разделительного элемента в хвостовую часть заготовки, что приведет к снижению прочности соединения элемента с металлом предыдущей разливки, к разрыву соединения, внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ.
Диапазон значений длины загнутых концов стальной полосы с 0,5-1,5 ширины стальной полосы объясняется тем, что при меньших значениях не будет обеспечено надежное сваривание разделительного элемента с металлом новой разливки, что приведет к разрыву соединения, внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ, а при больших значениях возникнут значительные сложности с наполнением кристаллизатора металлом, что приведет к внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ.
Расположение разделительного элемента относительно мениска металла в кристаллизаторе на глубине h менее 0,40 высоты элемента не обеспечивает надежного соединения элемента с металлом предыдущей разливки. Расположение разделительного элемента относительно мениска металла в кристаллизаторе на глубине h более 0,60 высоты элемента не обеспечивает надежного соединения элемента с металлом последующей разливки из-за недостаточного контакта разделительного элемента с жидким металлом.
Устройство для непрерывной разливки стали методом «плавка на плавку» показано на фиг. 1 (продольный разрез). На фиг. 2 изображена схема разделительного элемента (продольный разрез) и на фиг. 3 вид сверху.
Устройство для разливки стали методом «плавка на плавку» состоит из сталеразливочного ковша 1, защитной трубы 2, промежуточного ковша 3, стакана - дозатора 4, кристаллизатора 5, разделительного элемента (металлической корзины) 6, «холодильников» (швеллеры) 7, поддерживающих роликов 8.
Позицией 9 обозначен металл предыдущей разливки, 10 - металл последующей разливки, 11 - непрерывнолитая заготовка, 12 - мениск металла предыдущей разливки, 13 - зона кристаллизации металла на поверхности разделительного элемента 6 с «холодильниками» 7.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Процесс непрерывной разливки ведут методом «плавка на плавку» со сменой сталеразливочного ковша 1 и промежуточного ковша 3. Металл из сталеразливочного ковша 1 в промежуточный ковш 3 подается через защитную трубу 2, промежуточный ковш 3 установлен на подъемном столе портального или полупортального типа с возможностью подъема и перемещения относительно кристаллизатора 5. Металл из промежуточного ковша 3 подается в кристаллизатор 5 через стакан - дозатор 4, установленный в днище промежуточного ковша 3 с возможностью его снятия и замены. Непрерывнолитую заготовку 11 вытягивают из кристаллизатора 5 и поддерживают роликами 8.
При смене промежуточного ковша 3, прекращают подачу металла из сталеразливочного ковша 1, после чего разливку продолжают со снижения уровня стали в промежуточном ковше 3 до 3 тонн, при достижении которых прекращают подачу металла из промежуточного ковша 3 в кристаллизатор 5. После чего скорость вытягивания заготовки 11 снижают до полной остановки и располагают разделительный элемент 6 в металле предыдущей разливки 9 на глубине h относительно мениска металла предыдущей разливки 12. Погружение разделительного элемента осуществляют вручную или при помощи специальных приспособлений. Затем устанавливают над кристаллизатором 5 новый промежуточный ковш 3 который наполняют металлом из сталеразливочного ковша 1, после чего устанавливают стакан - дозатор 4 и начинают подачу металла последующей разливки 10 в кристаллизатор 5, после наполнения которого возобновляют вытягивание заготовки 11.
При расположении разделительного элемента 6 относительно мениска металла предыдущей разливки 12 на глубине h, металл предыдущей разливки 9 кристаллизуется на поверхности разделительного элемента 6 с «холодильниками» 7 в зоне 13, образует прочное соединение с заготовкой и отсекает доступ металлу последующей разливки 10 вглубь металла предыдущей разливки 9. После подачи в кристаллизатор 5 металла последующей разливки 10 происходит кристаллизация металла на поверхности «холодильников» 7 в зоне 13, образуется надежное соединение заготовок из металла 9 и 10, при этом металл новой разливки не проникает вглубь металла предыдущей разливки, обеспечивая повышение выхода годной непрерывнолитой заготовки и повышение производительности МНЛЗ.
Заявляемое устройство для непрерывной разливки стали методом «плавка на плавку» было опробовано при смене промежуточных ковшей на пятиручьевой сортовой МНЛЗ радиального типа с диаметром кристаллизатора 360,400 мм. Во время проведения технологической операции по смене промежуточного ковша после прекращения поступления металла предыдущей разливки из промежуточного ковша в кристаллизатор под мениск металла вводили разделительный элемент, останавливали вытягивание заготовки на время от 5 до 7 минут. После установки нового промежуточного ковша над кристаллизаторами начинали подачу металла следующей разливки в кристаллизатор, после чего возобновляли вытягивание заготовки. Заявляемые параметры были подобраны экспериментально.
Использование разделительного элемента обеспечивает надежное соединение заготовок, позволяющее исключить внеплановое прекращение разливки, увеличить выход годной непрерывнолитой заготовки и производительность МНЛЗ.