СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTINUOUS CASTING OF RECTANGULAR STEEL INGOTS AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к процессам непрерывной разливки стали в слитки прямоугольного поперечного сечения.
Широко известен способ непрерывной разливки стали [1. Лейтес А.В. Защита стали в процессе непрерывной разливки. М.: Металлургия. 1984. С.37], включающий подачу жидкого металла в кристаллизатор двумя струями под углом 20° к горизонту с помощью глуходонного стакана.
Недостаток способа [1] состоит в сравнительно низкой скорости разливки и вытягивания слитка из кристаллизатора по причине возможности прорыва корочки в слитке под кристаллизатором. Кроме этого, недостаточная скорость кристаллизации стали приводит к развитию осевой ликвации в слитке и получению крупнозернистой структуры.
Известен также способ непрерывной разливки прямоугольных стальных слитков, принятый заявителем за прототип [2. А.с. № 1811972. Способ непрерывной разливки прямоугольных стальных слитков и устройство для его осуществления / В.В.Стулов, Ю.К.Гонтарев, Г.А.Николаев и др. Опубл. 1993. Бюл. № 16], включающий подачу жидкой стали в кристаллизатор плоскими вертикальными струями под углом 8-18° вниз к горизонтальной плоскости в противоположных относительно осей симметрии кристаллизатора точках и поочередную подачу жидкой стали с интервалом времени.
Недостаток способа [2] заключается в том, что наличие двух погружных разливочных стаканов увеличивает затраты времени на их замену и установку в кристаллизаторе. Перемешивание металла в горизонтальной плоскости кристаллизатора позволяет улучшить качество слитков и незначительно, на 10-20%, увеличить скорость разливки.
Заявляемый способ направлен на создание высокоэффективного процесса непрерывной разливки прямоугольных стальных слитков.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа, заключается в следующем.
1. Увеличивается скорость разливки стальных слитков в 1,5-2 раза.
2. Повышается качество прямоугольных стальных слитков.
Заявляемый способ характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаки: подача жидкого металла в кристаллизатор струями вниз к горизонтальной плоскости; формирование корочки; вытягивание из кристаллизатора слитка.
Отличительные признаки: корочку слитка вдоль широких граней на выходе из кристаллизатора разогревают и размывают струей жидкого металла, поступающего из разливочного стакана; деформируют корочку по всей толщине; прорывают корочку вдоль широких граней кристаллизатора; выливают жидкий металл в расположенную внизу вторую ступень кристаллизатора; увеличивают скорость разливки металла; формируют корочку металла во второй ступени кристаллизатора вдоль широких граней путем срастания корочек металла вдоль широких граней во второй ступени кристаллизатора.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Разогрев и размывание корочки вдоль широких граней на выходе из кристаллизатора струей жидкого металла, поступающего из разливочного стакана, создает благоприятные условия для прорыва корочки слитка при меньших усилиях деформации с выливанием жидкого металла.
Деформация корочки по всей толщине вдоль широких граней на выходе из кристаллизатора обеспечивает их прорыв.
Прорыв корочки по всей толщине вдоль широких граней на выходе из кристаллизатора с выливанием жидкого металла в расположенную внизу вторую ступень кристаллизатора создает условия для увеличения скорости разливки металла с целью поддержания постоянного уровня металла в первой ступени кристаллизатора.
Увеличение скорости разливки металла в момент прорыва корочек по всей толщине вдоль широких граней на выходе из кристаллизатора обеспечивает постоянный уровень металла в кристаллизаторе и создает условия для продолжения разливки.
Формирование корочки металла во второй ступени кристаллизатора вдоль широких граней обеспечивает возможность продолжения разливки на более высоких скоростях по причине увеличения в 2 раза площадей поверхности теплообмена в двух ступенях кристаллизатора и количества образующейся твердой фазы.
Срастание корочек металла вдоль широких граней во второй ступени кристаллизатора обеспечивает получение качественной поверхности слитка и исключает возможность дополнительного прорыва корочек вдоль широких граней на выходе из второй ступени кристаллизатора.
Для реализации заявляемого способа заявляется устройство, уровень техники которого известен [2].
Известно устройство для непрерывной разливки прямоугольных стальных слитков [2], взятое заявителем за прототип, содержащее промежуточный ковш с двумя разливочными погружными стаканами и стопорами, стаканы выполнены с одним выходным отверстием, а параметры стакана и кристаллизатора связаны математическими зависимостями.
Недостаток устройства [2] заключается в недостаточной скорости кристаллизации металла в кристаллизаторе и толщине корочки слитка, что не позволяет увеличить скорость разливки стали более 1,5-2 м/мин.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого устройства, заключается в следующем:
1. Повышение надежности его работы.
2. Уменьшение усилий на вытягивание слитка из первой ступени и кристаллизатора в целом.
Заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаки: разливочный ковш с погружным стаканом; водоохлаждаемый кристаллизатор.
1
2
1
1
Отличительные признаки: кристаллизатор выполнен состоящим из двух ступеней разного поперечного сечения, поперечное сечение «H» верхней ступени кристаллизатора меньше поперечного сечения «Н» нижней ступени, длина широких граней кристаллизатора в поперечном сечении обеих ступеней одинакова, на стыке ступеней в центре широких граней выполнены выступы в форме полусферы с радиусом 0,005-0,015 длины верхней ступени, в погружном стакане выполнено два симметричных круглых выходных отверстия с углом наклона вниз к горизонту «φ», связанному с поперечным сечением «H» верхней ступени кристаллизатора, наружным диаметром погружного стакана «d», высотой верхней ступени «L» соотношением
в верхней ступени кристаллизатора установлен оптический датчик уровня металла, подключенный к системе автоматического управления процессом.
Выполнение в погружном стакане двух симметричных круглых выходных отверстий обеспечивает компактность истекающих струй при более высоких значениях скоростей металла в струе по сравнению со струями, истекающими из выходных отверстий другой геометрической формы.
Выполнение в погружном стакане двух симметричных круглых выходных отверстий с углом наклона вниз к горизонту обеспечивает возможность разогрева и размывания струями корочек металла вдоль широких граней на выходе из верхней ступени кристаллизатора.
Уменьшение геометрического соотношения
на величину более 0,035 приводит к отклонению угла наклона двух симметричных круглых выходных отверстий стакана за пределы верхней ступени кристаллизатора, что затрудняет процесс разогрева и размывания корочек металла вдоль широких граней.
Увеличение геометрического соотношения
на величину более 0,035 приводит к размыванию струями корочек металла в средней и верхней части верхней ступени вдоль широких граней кристаллизатора.
Выполнение на стыке ступеней в центре широких граней выступов в форме полусферы с радиусом 0,005-0,015 длины верхней ступени обеспечивает деформирование и прорыв корочки металла при минимальных усилиях по причине разогрева и размывания корочки струей металла.
Выполнение выступов в форме полусферы с радиусом меньше 0,005 длины верхней ступени кристаллизатора исключает в ряде случаев прорыв корочки вдоль широких граней по причине недостаточного разогрева и размывания корочки струей жидкого металла.
Выполнение выступов в форме полусферы с радиусом больше 0,015 длины верхней ступени кристаллизатора приводит к нецелесообразному значительному деформированию корочки металла. В результате нецелесообразно увеличиваются усилия вытягивания слитка и затраты времени на восстановление корочки затвердевающим металлом.
Установка оптического датчика уровня металла в верхней ступени кристаллизатора, подключенного в систему автоматического управления процессом, позволяет поддерживать уровень металла в верхней ступени кристаллизатора в момент прорыва корочки.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показано устройство для непрерывной разливки прямоугольных стальных слитков, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1, на фиг.4 и 5 - внешний вид погружного разливочного стакана.
Заявляемое устройство состоит из разливочного ковша 1 с механизмом 2 перемещения стопора 3 и погружным стаканом 4 с двумя круглыми выходными отверстиями 5, водоохлаждаемого кристаллизатора 6 с верхней ступенью 7 и нижней ступенью 8, широких граней 9 с выступами 10 в форме полусферы, оптического датчика 11 уровня металла. В процессе разливки жидкого металла 12 в кристаллизатор 6 в верхней ступени 7 формируется корочка 13, а в нижней ступени 8 - корочка 14.
1
1
Пример конкретной реализации устройства: H=1,6 м; L=1,2 м; d=0,145 м. В этом случае значение tgφ=0,568-0,638. Значение угла наклона вниз к горизонту круглых выходных отверстий φ=29-33°.
Способ осуществляется заявляемым устройством, следующим образом.
Жидкий металл из разливочного ковша 1 при помощи механизма 2 перемещения стопора 3 через погружной стакан 4 с двумя круглыми выходными отверстиями 5 под углом 31° поступает в верхнюю ступень 7 водоохлаждаемого кристаллизатора 6 и заполняет ее. После достижения заданного уровня металла в верхней ступени 7, контролируемого при помощи оптического датчика 11 уровня металла, начинается вытягивание слитка с корочкой 13, которая формируется на выступах 10, расположенных в центре в широких граней 9, и прорывается. В результате жидкий металл через образовавшиеся трещины в корочке 13 поступает в нижнюю ступень 8 кристаллизатора 6 и заполняет ее с образованием корочки 14. Для поддержания постоянного уровня металла в верхней ступени 7, контролируемого оптическим датчиком 11, при помощи системы автоматического управления процессом механизм 2 перемещает стопор 3 в разливочном ковше 1 и увеличивает расход жидкого металла. После достижения заданного уровня металла в верхней ступени 7 системой автоматического управления процессом увеличивается скорость вытягивания слитка с корочкой 13, которая срастается с корочкой 14 в нижней ступени 8 кристаллизатора 6.