УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

Полезная модель относится к литейному производству, в частности к непрерывному литью металлов и конкретно к установкам для обработки и перемешивания жидкого металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с помощью трайб-аппаратов и электромагнитных полей.
Известна установка для непрерывного литья заготовок, содержащая промежуточный ковш, снабженный крышкой, кожухом и разливочным стаканом, расположенным в днище, сообщающимся с кристаллизатором, а также трайб-аппаратом, установленным на крышке и включающим разматывающее и направляющее устройства (см. заяв. Японии №51-20968, B22D 11/10, опубл. 29.06.1976).
В известной установке для непрерывного литья заготовок обработка металла проводится с помощью трайб-аппарата путем ввода раскисляющих, легирующих и модифицирующих присадок в виде проволоки, трубки или ленты в жидкую сталь, находящуюся в промежуточном ковше. Такая установка при высоких скоростях разливки и при промежуточных ковшах большой емкости не обеспечивает высокое качество непрерывнолитого слитка, так как наблюдаются значительные неравномерности распределения и угар присадок (особенно легирующих), а также температуры расплава (при вводе больших количеств легирующих) по объему промежуточного ковша и по порциям разливочного металла; При этом в зонах с невысокой интенсивностью перемешивания присадок в промежуточном ковше происходит сегрегация легирующих компонентов, а в катализаторе наблюдается их всплытие на уровень металла, с ухудшением степени усвоения лигатур, структуры и качества непрерывнолитых заготовок. Кроме того, при использовании присадок для глубокого расслоения или при вводе тугоплавких лигатур происходит зарастание разливочного стакана, с существенным
нарушением стабильности разливки и симметрии движения потоков металла в кристаллизаторе, что вызывает снижение качества непрерывнолитых заготовок.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является устройство для непрерывного литья заготовок, содержащее футерованный промежуточный ковш, снабженный крышкой, кожухом, датчиком скорости разливки и разливочным стаканом, установленным в днище и снизу сообщающимся с кристаллизатором, на выходе из которого вдоль его стенок последовательно расположены поддерживающие и тянущие ролики, а также первый и второй трайб-аппараты, установленные соответственно на крышке промежуточного ковша и на входе в кристаллизатор, и включающие разматывающие механизмы с приводами и регуляторами подачи проволоки, и направляющие устройства (см. заяв. Японии №63-61107, B22D 11/10, опубл. 28.11.1988).
В известном устройстве для непрерывного литья заготовок реализуется ввод присадок в виде порошковой проволоки с помощью трайб-аппаратов одновременно в промежуточном ковше и в кристаллизаторе. Однако в свете современных тенденций в развитии МНЛЗ, связанных с увеличением емкости промежуточного ковша до 50 и более тонн и скорости разливки (см. Процессы непрерывной разливки: Монография / А.Н.Смирнов, В.Л.Пилющенко, А.А.Минаев и др. - Донецк: ДонНТУ, 2002. - С.235), известная установка не обеспечивает эффективное перемешивание, компенсацию тепловых потерь при вводе присадки и высокое качество получаемых заготовок. При высоких скоростях разливки высоколегированных сталей требуется внесение большого количества порошковой проволоки в промежуточный ковш или в кристаллизатор. Это создает неблагоприятные условия, заключающиеся в формировании неметаллических включений и необходимости их удаления из объема разливаемой стали. На расплавление вводимой проволоки затрачивается тепловая энергия и при большом расходе присадок температура недопустимо понижается, ухудшая стабильность разливки и качество структуры непрерывнолитой заготовки. В процессе введения в металл холодных проволок с тугоплавким наполнителем наблюдается длительное и неравномерное их растворение, а также значительное падение температуры в объеме металла, окружающем погружной конец направляющего устройства трайб-аппаратов. Поэтому здесь
происходит образование твердой корочки стали и нагара, что приводит к закупориванию направляющего устройства и к затруднениям при подаче проволоки с ухудшением марочного состава непрерывнолитых заготовок. Кроме того, в известной установке отсутствует взаимосвязь между скоростью разливки, скоростью подачи проволоки и интенсивностью перемешивания присадок с разливаемым металлом. Поэтому при быстром изменении скорости разливки возникает дисбаланс в скорости подачи проволоки и наблюдаются режимы с контактированием проволоки с днищем промежуточного ковша или со стенкой кристаллизатора, что ухудшает структуру непрерывнолитой заготовки. В известной установке при разливке сортовых заготовок из сталей раскисленных алюминием наблюдается зарастание внутренней полосы разливочного стакана неметаллическими включениями, конгломераты которых попадают в поверхностные слои заготовки с ухудшением качества ее поверхности. Также наблюдается несимметричное истечение струи металла, связанное с зарастанием разливочного стакана, которое искажает движение конвективных потоков в жидкой ванне кристаллизатора и изменяет характер подвода тепла к границе твердой фазы. Это препятствует быстрому росту твердой фазы в местах локального перегрева расплава и способствует прорыву корочки со снижением качества поверхности непрерывнолитой заготовки.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство для непрерывной разливки металла, является повышение качества непрерывнолитого слитка.
Технический эффект от использования предлагаемого устройства для непрерывного литья заготовок достигается за счет повышения температуры вводимой проволоки, интенсификации перемешивания присадок с разливаемым металлом, а также с уменьшением зарастания разливочного стакана.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для непрерывного литья заготовок, содержащем футерованный промежуточный ковш, снабженный крышкой, кожухом, датчиком скорости разливки и разливочным стаканом, установленным в днище и снизу сообщающимся с кристаллизатором, на выходе из которого вдоль его стенок последовательно расположены поддерживающие и тянущие ролики,
а также первый и второй трайб-аппараты, установленные соответственно на крышке промежуточного ковша и на входе в кристаллизатор, и включающие разматывающие механизмы с приводами и регуляторами подачи проволоки, и направляющие устройства добавлены новые элементы и изменены связи между ними. Устройство дополнительно снабжено источником постоянного тока и двумя регуляторами тока с микропроцессорной системой управления и блоком задания переключения тока, а также двумя подовыми электродами, установленными в днище промежуточного ковша симметрично разливочному стакану, электроизолированными от его кожуха. Причем отрицательный полюс источника постоянного тока подключен к направляющим устройствам трейб-агрегатов, электроизолированных от крышки промежуточного ковша и от кристаллизатора. Его положительный полюс соединен с силовыми входами регуляторов тока, причем силовые выходы каждого из них попарно подключены к подовым электродам и тянущим роликам, установленным с противоположных сторон кристаллизатора. При этом вход микропроцессорной системы управления соединен с блоком задания переключения тока и датчиком скорости разливки на промежуточном ковше, а ее выходы - с управляющими входами регуляторов тока и с регуляторами подачи проволоки на приводах разматывающих механизмов трайб-аппаратов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображен поперечный разрез устройства для непрерывной разливки металла и схема его регулирования.
Устройство для непрерывного литья заготовок, содержащее футерованный промежуточный ковш 1, снабженный крышкой 2, кожухом 3, установленным в днище 4 разливочным стаканом 5, Сообщающимся снизу с кристаллизатором 6, и датчиком скорости 7. На выходе из кристаллизатора 6 вдоль его стенок последовательно расположены поддерживающие 8 и тянущие 9 ролики, установленные с противоположных сторон кристаллизатора 6. На крышке 2 промежуточного ковша 1 установлен электроизолированный от нее первый трайб-аппарат 11, включающий разматывающий механизм 12 с приводом 13 и регулятором подачи проволоки 14, а также направляющее устройство 15. На входе в кристаллизатор 6 установлен электроизолированный от него второй трайб-аппарат 16, включающий разматывающий механизм 17 с приводом 18 и регулятором подачи проволоки 19, а также направляющее устройство 20. В днище
промежуточного ковша 1 зафутерованы первый 21 и второй 22 подовые электроды, изолированные от кожуха 3 электроизоляторами соответственно 23 и 24, установленные симметрично разливочному стакану 5. Отрицательный полюс источника постоянного тока 25 подключен к направляющим устройства 15 и 20 соответственно первого 11 и второго 16 трайб-аппаратов. Положительный полюс источника постоянного тока 25 подключен к силовым входам 26 и 27 регуляторов тока (тиристорных или транзисторных). Силовой выход 30 первого регулятора тока 28 соединен с первым подовым электродом 21 и первым тянущим роликом 9 одновременно или через переключатель (на чертеже не приведенный). Силовой выход 31 второго регулятора тока 29 соединен со вторым подовым электродом 22 и вторым тянущим роликом 10 также одновременно или через переключатель (на чертеже не указанный). Управляющие входы 32 и 33 соответственно первого 26 и второго 27 регуляторов тока, а также регуляторы подачи проволоки 14 и 19 соответственно первого 11 и второго 16 трайб-аппаратов подключены к входам 34 микропроцессорной системы управления 35, вход 36 которой соединен с блоком задания переключения тока 37 и датчиком скорости разливки 7 на промежуточном ковше 1. Дополнительно на чертеже условно обозначены: 38 - слиток, формирующийся в кристаллизаторе 6; 39 - проволока, присаживаемая первым трайб-аппаратом 11 в металл, находящийся в промежуточном ковше 1; 40 - проволока, подаваемая в жидкую сердцевину слитка 38 через зеркало расплава в кристаллизаторе 6.
Устройство для непрерывного литья заготовок работает следующим образом: из сталеразливочного ковша по сливному стакану (на чертеже не обозначены) жидкий металл сливается в промежуточный ковш 1, закрытый сверху крышкой 2, установленной на кожухе 3. Затем расплав поступает из промежуточного ковша 1 через установленный в днище 4 разливочный стакан 5 в кристаллизатор 6. Расход металла, поступающего в кристаллизатор 6, фиксируется датчиком скорости разливки 7, установленным под днищем 4 промежуточного ковша 1. В кристаллизаторе 6 формируется слиток 38, который вытягивается с помощью поддерживающих 8 и тянущих 9 и 10 роликов. С помощью первого Трайб-аппарата 11 в металл, находящийся в промежуточном ковше 1, вводится проволока (лента или трубка) 39, содержащая десульфурирующие
или раскисляющие элементы, и производится его рафинирование. При этом разматывающий механизм 12 с помощью привода 13, управляемого регулятором подачи проволоки 14, подает проволоку 39 в направляющее устройство 15, обеспечивающее с ней электрический контакт и осуществляющее ее регулируемый ввод под уровень металла в промежуточном ковше 1. Затем с помощью второго трайб-аппарата 16 проволоку (ленту или трубку) 40, содержащую легирующие или модифицирующие элементы, присаживают в жидкую сердцевину слитка. При этом разматывающий механизм 17 с помощью привода 18, управляемого регуляторами подачи проволоки 19, подает проволоку 40 в направляющее устройство 20, также обеспечивающее с ней электрический контакт и осуществляющее ее регулируемый ввод под уровень металла в кристаллизаторе 6. Далее на первый 21 и второй 22 подовые электроды, изолированные от кожуха 3 промежуточного ковша 1 электроизоляторами 23 и 24, подается (одновременно или поочередно) напряжение от отрицательного полюса источника постоянного тока 25. От положительного полюса источника постоянного тока 25 напряжение подается на силовые входы 26 и 27 соответственно первого 28 и второго 29 регуляторов тока, с силовых выходов 30 и 31 которых напряжение поступает соответственно на первый 21 подовый электрод и первый тянущий ролик 9 (одновременно или поочередно), а также на второй подовый электрод 22 и второй тянущий ролик 10 (одновременно или поочередно). При этом происходит замыкание тока от источника постоянного тока 25 через направляющее устройство 15 первого трайб-аппарата 11 на проволоку 39 и от нее через металл в промежуточном ковше 1 на подовые электроды 21 и 22 (на чертеже линии тока показаны пунктирными линиями со стрелками) или через направляющее устройство 15 на проволоку 39 и через жидкий металл в промежуточном ковше 1, разливочном стакане 5 и через жидкую сердцевину слитка 38 на первый 9 и второй 10 тянущие ролики. Также происходит замыкание тока через жидкую сердцевину слитка 38 на первый 9 и второй 10 тянущие ролики или через направляющее устройство 20 на проволоку 40 через жидкую сердцевину слитка 38, расплав в разливочном стакане 5 и в промежуточном ковше 1 - на первый 21 и второй 22 подовые электроды, а также с проволоки 40 на первый 9 и второй 10 тянущие ролики, на управляющие входы 32 и 33 соответственно первого 28 и второго 29 регуляторов тока, подаются сигналы с выходов 34 микропроцессорной системы управления 35.
Алгоритмы переключения тока (периодичность, амплитуда и скважность) задаются в соответствие с управляющими сигналами, поступающими на вход 36 микропроцессорной системы управления 35 с блока задания переключения тока 37 и с датчика скорости разливки 7. При вводе проволоки 39 или 40 с пропусканием через нее электрического тока от источника постоянного тока 25 подбирают скорость ее подачи таким образом, чтобы плавление металлической оболочки и возгонки присадок происходило до того, как проволока 39 начинает контактировать с днищем 4 промежуточного ковша 1 (или проволока 40 со стенкой кристаллизатора 6). Поэтому пропускаемый через проволоку 39 (или 40) ток регулируют таким образом, чтобы контактный нагрев и нагрев теплом расплавленной стали были достаточными для плавления оболочки и возгонки присадок на заданной глубине расплава в промежуточном ковше 1 или в кристаллизаторе 6. Это обеспечивает реакцию добавки с вредными примесями стали до ее всплытия на поверхность и удаление продуктов реакции из расплава или наоборот предотвращает всплытие легирующих элементов. Электроконтактный нагрев вводимой проволоки 39 и 40 и кондуктивное перемешивание присадки с металлом в промежуточном ковше 1 и в кристаллизаторе 6 позволяет более полно и равномерно усваивать легирующие и модифицирующие элементы с обеспечением высокой точности химического состава стали и повышением качества непрерывнолитых заготовок. При нагреве локально вводимой проволоки 39 и 40 проходящим током происходит быстрое образование капель или нагрев присадки в глубине под зеркалом расплава в промежуточном ковше 1 и в кристаллизаторе 6. Сопутствующее кондуктивное перемешивание способствует быстрому усреднению состава стали по всему объему ванны. При повышений температуры вводимой проволоки 39 и 40 за счет электроконтактного нагрева происходит рост однородности разливаемого металла, уменьшаются размеры микрогруппировок атомов в смешиваемых жидких фазах, которые являются центром кристаллизации, что повышает однородность кристаллической структуры непрерывнолитых заготовок. Если плотность тока, проходящего через вводимые проволоки 39 и 40 в зоне контакта с разливаемым металлом, достигает значений достаточных для возникновения разрыва цепи, то в порах материала проволоки возникает плазменный разряд, интенсифицирующий нагрев и перемешивание расплава. При этом происходит сверхбыстрое взрывообразное расплавление проволоки 39 и 40
2
3
плазменной дугой и расплавление ее в массе расплава, с созданием вибраций в промежуточном ковше 1 и кристаллизаторе 6. Например, введение в таких условиях проволоки 39 с порошком силикокальция в промежуточный ковш 1, позволяет воздействовать на окончательную морфологию неметаллических включений, прежде всего, превращая тугоплавкие включения оксида алюминия в легкоплавкие соединения типа СаО-АlО, с изменением зарастания разливочного стакана 5 и значительным улучшением жидкотекучести стали (см. Семкин И.Г., Коптев А.П., Морозов А.П. Внепечная плазменная металлургия: Монография. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. - С.260). При нагреве проволоки 39 и 40 не образуется оболочка из твердой незамерзающей стали, что снижает ограничение по теплообмену и ускоряет ее расплавление и поглощение жидкой фазой. Кинетика процесса растворения проволоки 39 и 40 в данном случае зависит от растворимости вводимой добавки в сталь. Поэтому интенсивное перемешивание при сопутствующем кондуктивном перемешивании способствует образованию высокоразвитой межфазной поверхности, эффективному усреднению состава стали и повышению качества заготовок. Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить качество непрерывнолитой заготовки с переносом части операций по доводке стали с помощью обработки порошковой проволоки в промежуточный ковш 1 и кристаллизатор 6. Совмещая ввод проволоки с ее нагревом и кондуктивным перемешиванием зоны взаимодействия, возможно предотвращение всплывания легирующих компонентов на уровень металла в кристаллизаторе 6, обеспечение равномерного состава и температуры разливаемой стали, улучшение структуры слитка и повышение качества непрерывнолитых заготовок.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемое устройство для непрерывного литья заготовок обеспечивает повышение качества непрерывнолитых заготовок, является работоспособным и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе. Соответственно заявляемое устройство для непрерывного литья заготовок может быть применено в литейном производстве с целью повышения качества непрерывнолитого слитка, а следовательно, соответствует условию «промышленной применимости».