СПОСОБ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
SECONDARY COOLING OF CONTINUOUSLY-CAST BILLETS

Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывной разливке металла на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
Известен способ вторичного охлаждения непрерывнолитых заготовок и опорных элементов машин непрерывного литья металлов, включающий подачу водовоздушной смеси на охлаждаемую поверхность в виде факела, образованного водовоздушным туманом, при этом охлаждение опорных элементов (роликов) осуществляют наружными поверхностями факела водовоздушного тумана. RU 2098227, B22D 11/124.
Недостатком этого способа является недостаточное охлаждение опорных элементов в момент его контакта с заготовкой, что приводит к возникновению термических напряжений на поверхности роликов, уменьшению их стойкости и снижению производительности МНЛЗ, а также отсутствует возможность снижения расхода водовоздушного тумана при уменьшении скорости разливки из-за необходимости осуществления охлаждения роликов, что приведет к переохлаждению поверхности заготовки, ухудшит ее качество и снизит выход годного металла.
Известен выбранный в качестве прототипа способ вторичного охлаждения непрерывнолитых заготовок, включающий охлаждение объединенных в роликовые секции опорных роликов машины непрерывного литья заготовок (RU 2382688).
Недостатком этого способа является отсутствие возможности изменения охлаждения ролика при разливке слябов различной ширины, это приводит к переохлаждению узких и разогреву более широких слябов, что ухудшит качество заготовки и снизит выход годного металла, также в данном способе не изменяется поток охладителя в зависимости от расстоянии от начала зоны вторичного охлаждения, что приведет к переохлаждению заготовки в нижней части зоны вторичного охлаждения и к разогреву роликов в ее верхней части, что ухудшит качество заготовки, уменьшит стойкость роликов и снизит производительность МНЛЗ.
Технический результат от использования данного изобретения заключается в поддержании равномерного температурного профиля отливаемой заготовки, вторично охлаждаемой опорными роликами по длине зоны вторичного охлаждения, что улучшает качество заготовки, повышает выход годного металла, увеличивает производительность МНЛЗ, а также обеспечивает равномерную тепловую нагрузку на опорные ролики МНЛЗ, что положительно сказывается на их стойкости.
Указанный технический эффект достигается тем, что в способе вторичного охлаждения непрерывнолитых заготовок, включающем охлаждение объединенных в роликовые секции опорных роликов машины непрерывного литья заготовок, в отличие от ближайшего аналога охладитель подают в центральный канал ролика, при этом расход охладителя определяют по формуле:
2
Vв=α×B+β×W-δ×L+ε×L-λ,
3
2
2
2
3
где Vв - расход охладителя м/ч; B - ширина заготовки, м; W - скорость вытягивания заготовки, м/мин; L - расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до середины роликовой секции, м; α - эмпирический коэффициент ширины, равный 1,45-4,85 м/ч; β - эмпирический коэффициент скорости, равный 1,25-4,15 м·мин/ч; δ - эмпирический коэффициент квадрата расстояния, равный 0,01-0,03 м/ч; ε - эмпирический коэффициент расстояния, равный 0,18-0,58 м/ч; λ - эмпирический свободный коэффициент, равный 0,68-2,28 м/ч.
2
Расход охладителя, определяемый по формуле Vв=α×B+β×W-δ×L+ε×L-λ, объясняется теплофизическими закономерностями кристаллизации формирующейся заготовки и теплопередачей от жидкой фазы через затвердевшую корку к опорным роликам. Так как при изменении скорости разливки и (или) расстояния от начала зоны вторичного охлаждения формирующаяся заготовка имеет разную толщину сформированной корочки и температуру поверхности, изменяется тепловой поток к опорным роликам, который необходимо регулировать расходом охладителя. С изменением ширины отливаемой заготовки меняется площадь ее контакта с опорными роликами, изменяя оказываемую на них тепловую нагрузку, следовательно, для поддержания оптимального теплового состояния опорных роликов и температурного профиля отливаемой заготовки необходимо регулировать расход охладителя.
Диапазон значений эмпирических коэффициентов, определенных опытным путем, объясняется теплофизическими закономерностями распределения тепловых потоков на поверхности и фронте кристаллизации формирующейся заготовки в процессе ее кристаллизации в зоне вторичного охлаждения, а также теплофизическими и механическими процессами, протекающими в опорных роликах зоны вторичного охлаждения. При меньших значениях на фронте кристаллизации формирующейся заготовки вследствие недостаточного теплоотвода будут образовываться трещины, что ухудшит качество заготовки и уменьшит выход годного металла, а также приведет в перегреву роликов, уменьшению их стойкости и снижению производительности МНЛЗ. При больших значениях на фронте кристаллизации формирующейся заготовки будут возникать растягивающие напряжения вследствие повышенного температурного градиента между внутренними и поверхностными слоями заготовки, что ухудшит качество поверхности и макроструктуры заготовки и снизит выход годного металла.
Заявляемый способ был опробован на двухручьевой слябовой МНЛЗ криволинейного типа при разливке слябов толщиной 250 мм и шириной от 1250 до 2350 мм со скоростью вытягивания заготовки от 0,5 до 0,9 м/мин из низкоуглеродистой, среднеуглеродистой и низколегированной стали.
Пример конкретного осуществления способа.
В процессе непрерывной разливки слябов толщиной 250 мм и шириной 1500 и 2050 мм из стали марки 17Г1С-У на МНЛЗ №5 ЭСПЦ скорость вытягивания составляла 0,6 и 0,7 м/мин. Вторичное охлаждение заготовки осуществляли водовоздушной смесью с минимальным расходом охладителя для данного типа форсунок, а также водой, подаваемой внутрь опорных роликов, объединенных в роликовые секции. При этом расход охладителя, подаваемого в центральный канал роликов, устанавливали согласно приведенной выше формуле в соответствии с расстоянием от начала зоны вторичного охлаждения, шириной отливаемой заготовки и скоростью ее вытягивания. Используемые параметры представлены в таблицах 1, 2.
Результаты использования предлагаемого изобретения на Магнитогорском металлургическом комбинате показали, что разливка стали по технологии заявляемого изобретения позволяет улучшить качество слябов, увеличить выход годного металла, повысить производительность МНЛЗ и стойкость роликовых секций.
Таблица 1
Расход охладителя внутри опорных роликов при отливке заготовки шириной 1500 мм при скорости вытягивания 0,6 м/мин (числитель) и 0,7 м/мин (знаменатель)
Номер роликовой секции (Расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до середины роликовой секции, м)
Эмпирический коэффициент
ширины α, м<sup>2</sup>/ч
скорости β, м<sup>2</sup>·мин/ч
квадрата расстояния δ, м/ч
расстояния ε, м<sup>2</sup>/ч
свободный λ, м<sup>3</sup>/ч
Расход охладителя, м<sup>3</sup>/ч
первая (0,675)
1,45
1,25
0,01
0,18
0,68
2,4/2,5
3,15
2,70
0,02
0,38
1,48
5,1/5,4
4,85
4,15
0,03
0,58
2,28
7,9/8,3
вторая (1,605)
1,45
1,25
0,01
0,18
0,68
2,5/2,6
3,15
2,70
0,02
0,38
1,48
5,4/5,7
4,85
4,15
0,03
0,58
2,28
8,3/8,8
третья (2,705)
1,45
1,25
0,01
0,18
0,68
2,7/2,8
3,15
2,70
0,02
0,38
1,48
5,7/6,0
4,85
4,15
0,03
0,58
2,28
8,8/9,2
четвертая (3,705)
1,45
1,25
0,01
0,18
0,68
2,8/2,9
3,15
2,70
0,02
0,38
1,48
6,0/6,3
4,85
4,15
0,03
0,58
2,28
9,2/9,6
Таблица 2
Расход охладителя внутри опорных роликов при отливке заготовки шириной 2050 мм при скорости вытягивания 0,6 м/мин (числитель) и 0,7 м/мин (знаменатель)
Номер роликовой секции (Расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до середины роликовой секции, м)
Эмпирический коэффициент
ширины α, м<sup>2</sup>/ч
скорости β, м<sup>2</sup>·мин/ч
квадрата расстояния δ, м/ч
расстояния ε, м<sup>2</sup>/ч
свободный λ, м<sup>3</sup>/ч
Расход охладителя, м<sup>3</sup>/ч
первая (0,675)
1,45
1,25
0,01
0,18
0,68
3,2/3,3
3,15
2,70
0,02
0,38
1,48
6,8/7,1
4,85
4,15
0,03
0,58
2,28
10,5/10,9
вторая (1,605)
1,45
1,25
0,01
0,18
0,68
3,3/3,4
3,15
2,70
0,02
0,38
1,48
7,2/7,4
4,85
4,15
0,03
0,58
2,28
11,0/11,4
третья (2,705)
1,45
1,25
0,01
0,18
0,68
3,5/3,6
3,15
2,70
0,02
0,38
1,48
7,5/7,7
4,85
4,15
0,03
0,58
2,28
11,5/11,9
четвертая (3,705)
1,45
1,25
0,01
0,18
0,68
3,6/3,7
3,15
2,70
0,02
0,38
1,48
7,7/8,0
4,85
4,15
0,03
0,58
2,28
11,9/12,3