СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ
METHOD OF STEEL CONTINUOUS CASTING

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к непрерывной разливке стали.
Кристаллизующаяся оболочка непрерывнолитой заготовки имеет низкую прочность, в особенности в зоне мениска. Она может разрываться при вытягивании заготовки. Это нарушает процесс кристаллизации, вызывает ухудшение внутреннего строения слитка и дефекты на его поверхности. Поэтому для уменьшения влияния разрывов оболочки на качество непрерывнолитой заготовки кристаллизатору придается возвратно-поступательное движение (качание).
Известен способ непрерывной разливки стали [1], включающий подачу расплавленного металла в качающийся кристаллизатор, подачу шлакообразующей смеси на мениск металла, вытягивание из кристаллизатора непрерывнолитой заготовки, качание кристаллизатора по синусоидальному закону движения:
где S - перемещение кристаллизатора, мм;
А - амплитуда качания кристаллизатора, мм;
ω - угловая частота, 1/с;
t - время, с.
Скорость качания кристаллизатора определяют по уравнению движения:
где V - скорость качания кристаллизатора, мм/с;
- производная от перемещения по времени;
ω - угловая частота, 1/с;
А - амплитуда качания кристаллизатора, мм;
t - время, с.
Недостатком этого способа является то, что при его применении на поверхности непрерывнолитой заготовки могут образовываться поперечные трещины по складкам качания и загрязняющие район складки неметаллические включения, приводящие к нарушению сплошности и снижению пластичности металла в этой зоне. При прокатке непрерывнолитых слябов поперечные трещины по складкам качания кристаллизатора и скопления неметаллических включений преобразуются в дефекты «плена» на поверхности листа, оказывающие отрицательное влияние на служебные свойства готовых изделий и приводящие к снижению качества продукции.
Известен способ непрерывной разливки стали [2], включающий подачу расплавленного металла в качающийся кристаллизатор, подачу шлакообразующей смеси на мениск металла, вытягивание из кристаллизатора непрерывнолитой заготовки, качание кристаллизатора по несинусоидальному закону, при котором время движения кристаллизатора вверх больше, чем время движения кристаллизатора вниз за один цикл качания. Данный способ более эффективно снижает силы трения, действующие между поверхностью непрерывнолитой заготовки и стенками кристаллизатора по сравнению со способом, где используется синусоидальный закон качания кристаллизатора (1), (2) и является ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого способа.
Недостатком этого способа также является то, что при его применении на поверхности непрерывнолитой заготовки могут образовываться поперечные трещины по складкам качания и загрязняющие район складки неметаллические включения, приводящие к нарушению сплошности и снижению пластичности металла в этой зоне. При прокатке непрерывнолитых слябов поперечные трещины по складкам качания кристаллизатора и скопления неметаллических включений преобразуются в дефекты «плена» на поверхности листа, оказывающие отрицательное влияние на служебные свойства готовых изделий и приводящие к снижению качества продукции.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение качества поверхности непрерывнолитой заготовки по дефекту «плена» за счет увеличения толщины шлаковой пленки между поверхностью непрерывнолитой заготовки и стенками кристаллизатора, снижения термоциклирования в кристаллизаторе, уменьшения загрязнения металла экзогенными неметаллическими включениями.
Техническим результатом изобретения является улучшение качества поверхности сляба и листа и снижение отсортировки готовой продукции по дефекту «плена» после прокатки.
Указанная задача решается за счет того, что в способе непрерывной разливки стали, включающем подачу расплавленного металла в качающийся кристаллизатор, подачу шлакообразующей смеси на мениск металла, вытягивание из кристаллизатора непрерывнолитой заготовки, согласно изобретению перемещение кристаллизатора осуществляют чередующимися циклами с увеличеной скоростью движения кристаллизатора вверх и (или) с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вниз в течение времени пребывания элемента поверхности металла в кристаллизаторе.
Кроме того, время движения кристаллизатора с увеличенной скоростью вверх и время движения кристаллизатора с увеличенной скоростью вниз определяются в прямой зависимости от доли неметаллических включений и трещин, участвующих в образовании дефекта «плена», соответственно.
Изобретение поясняется чертежом, где позициями обозначены: 1 - стенка кристаллизатора, 2 - корка мениска, 3 - расплавленная сталь; 4 - шлакообразующая смесь.
Неметаллические включения в районе складок качания при прокатке непрерывнолитых слябов преобразуются в дефекты поверхности листа «плена», оказывающие отрицательное влияние на служебные свойства готовых изделий и приводящие к отсортировке продукции. Поэтому необходимо принимать меры для препятствования попаданию неметаллических включений в расплав. Во время движения кристаллизатора вверх с увеличенной скоростью шлаковый гарнисаж поднимается выше обычного уровня расплавленной стали в кристаллизаторе, что способствует снижению загрязнения металла экзогенными неметаллическими включениями.
Трение между оболочкой непрерывнолитой заготовки и стенками кристаллизатора зависит от расхода шлакообразующей смеси (ШОС). При перемещении кристаллизатора с увеличенной скоростью движения вниз происходит лучшее затягивание шлакообразующей смеси между стенками кристаллизатора и оболочкой непрерывнолитой заготовки, увеличивается расход шлакообразующей смеси, в результате чего снижается трение между оболочкой непрерывнолитой заготовки и стенками кристаллизатора.
Перемещение кристаллизатора осуществляют чередующимися циклами с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вверх и (или) с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вниз.
При большей доле участия в образовании дефекта «плена» раскатанных неметаллических включений применяют с большей долей времени перемещение кристаллизатора с увеличенной скоростью движения вверх. При большей доле участия в образовании дефекта «плена» раскатанных трещин применяют с большей долей времени перемещение кристаллизатора с увеличенной скоростью движения вниз.
Предлагаемый способ непрерывной разливки стали осуществляют следующим образом.
В процессе непрерывной разливки в качающийся кристаллизатор подают расплавленный металл, на мениск металла подают шлакообразующую смесь и вытягивают из кристаллизатора непрерывнолитую заготовку. Перемещение кристаллизатора осуществляют чередующимися циклами с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вверх и (или) с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вниз. При этом время движения кристаллизатора с увеличенной скоростью вверх и время движения кристаллизатора с увеличенной скоростью вниз определяют в прямой зависимости от доли неметаллических включений и трещин, участвующих в образовании дефекта «плена» соответственно. При большей доле участия в образовании дефекта «плена» раскатанных неметаллических включений применяют с большей долей времени перемещение кристаллизатора с увеличенной скоростью движения вверх. При большей доле участия в образовании дефекта «плена» раскатанных трещин применяют с большей долей времени перемещение кристаллизатора с увеличенной скоростью движения вниз.
Пример. Было проведано опытно-промышленное опробование разработанного закона качания. Для этого в качающийся кристаллизатор длиной 900 мм и уровнем металла в нем h=750 мм подавали сталь 17Г1СУ, подавали шлакообразующую смесь на мениск металла, вытягивали из кристаллизатора непрерывнолитую заготовку со скоростью 1,0 м/мин. Перемещение кристаллизатора осуществляли чередующимися циклами с увеличением скорости движения кристаллизатора вверх и скоростью движения кристаллизатора вниз. Так как в образовании дефекта «плена» преобладали раскатанные трещины (с долей 70%), а доля неметаллических включений составляла 30%, то перемещение кристаллизатора с увеличенной скоростью движения вниз составляло 70% от времени, а перемещение кристаллизатора с увеличенной скоростью движения вверх составляло 30% от времени. При этом измерялись усилия вытягивания заготовки из кристаллизатора, расход ШОС, контролировалось качество проката. Полученные при этом данные сравнивались с аналогичными данными прототипа, где качание кристаллизатора осуществляли по несинусоидальному закону с амплитудой качания А=4 мм, скоростью разливки 1,0 м/мин и частотой 120 циклов в минуту (см. таблицу).
Закон качания кристаллизатора
Уменьшение загрязнения металла экзогенными неметаллическими включениями
Расход ШОС
Среднее усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора
Уменьшение отсортировки проката по дефекту «плена»
несинусоидальный (прототип)
-
0,8 кг/т
31,3 кН
-
предлагаемый
10,1%
0,9528 кг/т
25,17кН
16,2%
Сравнительный анализ показал увеличение расхода ШОС на 19,1%, снижение загрязнения металла экзогенными неметаллическими включениями на 10,1%, снижение среднего усилия вытягивания заготовки из кристаллизатора на 19,59%, снижение отсортировки проката по дефекту «плена» после прокатки на 16,2% в предлагаемом способе по сравнению с прототипом.
Данное изобретение дает возможность улучшить качество поверхности непрерывнолитой заготовки по дефекту «плена» за счет увеличения толщины шлаковой пленки между поверхностью непрерывнолитой заготовки и стенками кристаллизатора, снижения термоциклирования в кристаллизаторе, уменьшения загрязнения металла экзогенными неметаллическими включениями.
Литература
1. Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. - М.: Металлургия, 1991, с.55-69.
2. Судзуки М., Мицуками X., Китагава Т., Каваками К., Учида Ш., Комацу И. Разработка нового режима качания кристаллизатора для высокоскоростной непрерывной разливки слябов. Всесоюзный центр переводов (ВЦП) № перевода Я-13700 18.06.1992.