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. (RU 2197358 В22D 11/112)
Недостатком известного устройства является то, что оно применяется в конце процесса разливки и его не возможно применить для соединения заготовок из металла предыдущей и последующей разливки после прекращения подачи жидкого металла в кристаллизатор при замене промежуточного ковша.
Известно выбранное в качестве прототипа 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. (RU 2111081 В22D 11/00)
Недостатком известного 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.
Технический 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 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 с отверстиями в его стенках, в отличие от прототипа разделительный элемент выполнен в виде двух полых металлических цилиндров высотой Н равной 0,45-0,55 длины кристаллизатора, вставленных в друг друга и соединенных между собой, причем в стенках цилиндров выполнены отверстия, суммарная площадь которых равна 0,20-0,85 суммарной площади поверхности цилиндров, при этом диаметр основания внешнего цилиндра D составляет 0,35-0,75 наименьшей стороны поперечного сечения отливаемой заготовки, а зазор между внутренним и внешним цилиндром n равен 0,30-0,70 от внутреннего радиуса внешнего цилиндра r, кроме того, нижняя часть разделительного элемента расположена относительно мениска металла предыдущей разливки в кристаллизаторе на глубине h равной 0,40-0,60 высоты цилиндров.
При высоте разделительного элемента Н менее 0,45 длины кристаллизатора не будет обеспечена необходимая глубина введения элемента в металл предыдущей плавки и возможен перекос элемента относительно вертикальной оси кристаллизатора, что приведет к снижения прочности соединения элемента в металлом предыдущей разливки, а при высоте разделительного элемента Н 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 количестве отверстий располагающихся в стенках цилиндров менее 0,20 от суммарной площади поверхности стенок не будет обеспечена необходимая прочность соединения элемента с металлом предыдущей и последующей разливки, вследствие недостаточного проникновения порций металла в полость элемента, а при количестве отверстий в стенках цилиндров более 0,85 от суммарной площади поверхности стенок не будет обеспечена прочность самого разделительного элемента, что приведет к разрыву соединения, внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ.
Диапазон значений диаметра основания внешнего цилиндра D в пределах 0,35-0,75 наименьшей стороны поперечного сечения отливаемой заготовки 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 в металлом предыдущей разливки, к разрыву соединения, внеплановому прекращению процесса разливки и снизит производительность МНЛЗ.
Диапазон значений зазора между внутренним и внешним цилиндром n в пределах 0,30-0,70 от внутреннего радиуса внешнего цилиндра r объясняется гидродинамическими закономерностями проникновения жидкого металла в полость разделительного элемента. При меньших значениях зазора не будет обеспечено необходимое проникновение жидкого металла в полость элемента, что не обеспечит необходимой прочности соединения металла предыдущей и последующей разливки, а при больших значениях, значительно снизится прочность соединения разделительного элемента с металлом предыдущей и последующей разливки.
Расположение разделительного элемента относительно мениска металла в кристаллизаторе на глубине h менее 0,40 высоты элемента не обеспечивает надежного соединения элемента с металлом предыдущей плавки, а 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 стенок цилиндров с жидким металлом.
Устройство для непрерывной разливки стали методом «плавка на плавку» показано на фиг.1, продольный разрез; схема разделительного элемента показана на фиг.2, продольный разрез и 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 6 с отверстиями 7, поддерживающих роликов 8. Позицией 9 обозначен металл предыдущей разливки, 10 - металл последующей разливки, 11 - непрерывнолитая заготовка, 12 - мениск металла предыдущей разливки, 13 - внешний цилиндр разделительного элемента, 14 - внутренний цилиндр разделительного элемента.
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 через зазор n между внутренним цилиндром 14 и внешним цилиндром 13, а так же через отверстия 7 проникает в полость разделительного элемента и кристаллизуясь образует прочное соединение с заготовкой. После подачи в кристаллизатор 5 металла последующей разливки 10 сталь через зазор n между внутренним цилиндром 14 и внешним цилиндром 13, а так же через отверстия 7 проникает в полость разделительного элемента, кристаллизуясь образует надежное соединение заготовок из металла 9 и 10.
Заявляемое устройство для непрерывной разливки стали методом «плавка на плавку» было опробовано при смене промежуточных ковшей на пятиручьевой сортовой МНЛЗ радиального типа с сечением кристаллизатора 150×150 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. В качестве металлических полых цилиндров использовались трубы различного диаметра, соединенные между собой. Как показали результаты эксперимента, использование разделительного элемента обеспечивает надежное соединение заготовок, позволяющее исключить внеплановое прекращение разливки и увеличить производительность МНЛЗ.