СПОСОБ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ СЛИТКОВ КВАДРАТНОГО И ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
METHOD OF SECONDARY COOLING OF METAL AT THE CONTINUOUS CASTING OF CAKES OF SQARE AND RECTANGULAR SECTION

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при непрерывной разливке металлов, в частности для получения металлических изделий квадратного и прямоугольного сечения.
Известен способ получения литых металлических изделий, включающий расплавление, гомогенизацию, разливку в форму или кристаллизатор и охлаждение жидкого металла, при этом охлаждение жидкого металла в температурных интервалах фазовых превращений осуществляют прерывисто с чередованием периодов интенсивного теплоотвода и подогрева с числом чередований не менее двух. Интенсивный теплоотвод осуществляют с температурными градиентами, переменными во времени, и/или по сечению изделия, и/или по его длине. Чередование периодов интенсивного теплоотвода и подогрева осуществляют под кристаллизатором установки непрерывной разливки металла [RU 2101129, опубл. 10.01.1998].
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ непрерывной разливки стали, включающий заливку металла в кристаллизатор, вытягивание слитка из кристаллизатора с переменной скоростью, поддержание и направление слитка, а также его охлаждение водой, распыляемой в виде факелов форсунками, изменение удельных расходов воды в зоне вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания от максимального значения под кристаллизатором до минимального - в конце зоны и регулирование интенсивности охлаждения, при этом в процессе разливки периодически перекрывают факелы воды с частотой 10-30 циклов в минуту, прямо пропорционально скорости вытягивания слитка [SU 789217, опубл. 23.12.1980].
Недостатком вышеуказанных способов является большая неравномерность охлаждения центральных и периферийных участков поверхности слитка, в особенности широких граней слитков прямоугольного сечения. В результате неравномерного распределения температуры по периметру слитка в нем возникают значительные термические напряжения, приводящие к образованию ребровых и поперечных трещин по широким граням слитка и к браку слитков по наружным трещинам.
Задачей изобретения является повышение качества непрерывнолитых слитков за счет снижения поверхностных дефектов, в частности трещин, и улучшения макроструктуры слитка.
Указанная задача решается тем, что в способе вторичного охлаждения металла при непрерывной разливке слитков квадратного и прямоугольного сечения, включающем его охлаждение распыленным охладителем, изменение удельных расходов охладителя вдоль зоны вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания слитка от максимального значения под кристаллизатором до минимального в конце зоны и регулирование интенсивности охлаждения путем циклической подачи охладителя, согласно изобретению время подачи охладителя и время отключения подачи охладителя устанавливают в зависимости от скорости разливки, содержания углерода и легирующих добавок в разливаемой марке стали, а период цикла Т устанавливают равным:
1
2
Т=τ+τ;
1
1
2
τ=(L*α*α)/(V*100),
2
1
τ=(L*K)/(V*100),
1
τ - время подачи охладителя, мин;
2
τ - время отключения подачи охладителя, мин;
- длина жидкой фазы, м;
а, b - размеры сечения разливаемого слитка, мм;
V - скорость разливки металла, м/мин;
1
α - коэффициент, учитывающий содержание углерода в стали, устанавливается в пределах от 0 до 1;
2
α - коэффициент, учитывающий содержание легирующих добавок в стали, устанавливают в пределах от 1 до 5;
1
K - коэффициент, учитывающий марочный сортамент разливаемой стали, устанавливают в пределах от 0 до 1;
2
-0,5
K - коэффициент затвердевания стали, мм*мин.
Кроме того, в качестве легирующих добавок в разливаемой марке стали используют ванадий, ниобий, титан.
В предлагаемом изобретении для охлаждения затвердевающего слитка задается время подачи охладителя и время отключения подачи охладителя. С увеличением содержания в стали легирующих элементов (ванадия, ниобия, титана), а также с увеличением в стали содержания углерода отношение времени подачи охладителя и времени отключения подачи охладителя уменьшается. Уменьшение отношения времени подачи охладителя и времени отключения подачи охладителя объясняется тем, что необходимо уменьшить теплоотвод для создания условий рассредоточения ликвации и пористости слитка, а следовательно, улучшения макроструктуры слитка, а также для исключения переохлаждения его поверхности.
1
2
1
Коэффициент α, учитывающий содержание углерода в стали, устанавливается в пределах от 0 до 1. С ростом содержания углерода в марке стали его значение снижается. Коэффициент α, учитывающий содержание легирующих добавок в стали, устанавливают в пределах от 1 до 5. С ростом содержания легирующих элементов в марке стали его значение снижается. Коэффициент K, учитывающий марочный сортамент разливаемой стали, устанавливают в пределах от 0 до 1 в зависимости от марочного сортамента разливаемой стали. С увеличением углеродного эквивалента, учитывающего содержание С и легирующих элементов в марке стали, его значение увеличивается.
2
-0.5
Значения коэффициента затвердевания стали K, мм*минприведены в (Еланский Г.Н. Разливка и кристаллизация стали. Учебное пособие для вузов. М.: МГВМИ, 2010. - 192 с.; Куклев А.В., Лейтес А.В. Практика непрерывной разливки стали. М.: Металлургиздат, 2011. - 432 с.).
Применение охлаждения непрерывнолитого слитка с чередованием подачи и отключения подачи охладителя в зависимости от скорости разливки, содержания углерода и легирующих добавок в разливаемой марке стали позволяет исключить захолаживание поверхности непрерывнолитого слитка, увеличить температуру поверхности непрерывнолитого слитка и обеспечить равномерное распределение температуры по его периметру и длине, что приводит к улучшению качества поверхности отливаемых слитков и к снижению отсортировки по металлургическим дефектам в прокате.
Способ осуществляют следующим образом:
Пример №1
В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор заливают низколегированную сталь марки 05Г1МБ и вытягивают слиток сечением 280×370 мм со скоростью 0,45 м/мин, на вертикальной МНЛЗ, со следующим содержанием элементов в стали:
3
В зоне вторичного охлаждения непрерывнолитой слиток охлаждают охладителем (водовоздушной смесью), распыливаемым форсунками сгруппированными в 3 зоны вторичного охлаждения со следующими удельными расходами охладителя по зонам: 1,3; 0,85; 0,75 м/ч соответственно, изменяя их от максимальной величины под кристаллизатором до минимальной величины в конце охлаждения. Чередование времени подачи и времени отключения подачи охладителя на поверхность разливаемого слитка осуществляют в зонах №2 и 3 вторичного охлаждения.
1
1
2
τ=(L*α*α)/(V*100),
2
1
τ=(L*K)/(V*100),
1
τ - время подачи охладителя, мин;
2
τ - время отключения подачи охладителя, мин;
- длина жидкой фазы, м.
1
1
2
2
2
1
2
1
2
2
2
При этом τ=(a*b*α*α)/(400*K ), τ=(a*b*K)/(400*K ), а период цикла Т=τ+τ.
1
2
1
2
α=0,8; α=2,7; K=0,86, K=26.
Таким образом:
1
1
2
2
2
2
τ=(а*b*α*α)/(400*K )=(280*370*0,8*2,7)/(400*26)=0,83 мин;
2
1
2
2
2
τ=(a*b*K)/(400*K )=(280*370*0,86)/(400*26)=0,33 мин;
1
2
1
2
τ=50 с, τ=20 с, Т=τ+τ=50+20=70 с.
Пример №2
В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор заливают низколегированную сталь марки 09Г2ФБ и вытягивают слиток сечением 280×370 мм со скоростью 0,45 м/мин на вертикальной МНЛЗ со следующим содержанием элементов в стали:
3
В зоне вторичного охлаждения непрерывнолитой слиток охлаждают охладителем (водовоздушной смесью), распыливаемым форсунками, сгруппированными в 3 зоны вторичного охлаждения со следующими удельными расходами охладителя по зонам: 0,9; 0,65; 0,5 м/ч соответственно, изменяя их от максимальной величины под кристаллизатором до минимальной величины в конце охлаждения. Чередование времени подачи и времени отключения подачи охладителя на поверхность разливаемого слитка осуществляют в зонах №2 и 3 вторичного охлаждения.
1
1
2
τ=(L*α*α)/(V*100),
2
1
τ=(L*K)/(V*100),
1
τ - время подачи охладителя, мин;
2
τ - время отключения подачи охладителя, мин;
- длина жидкой фазы, м.
1
1
2
2
2
1
2
1
2
2
2
При этом τ=(a*b*α*α)/(400*K ), τ=(a*b*K)/(400*K ), а период цикла Т=τ+τ.
1
2
1
2
α=0,3; α=3,6; K=0,65, K=26.
Таким образом:
1
1
2
2
2
2
τ=(а*b*α*α)/(400*K )=(280*370*0,3*3,6)/(400*26)=0,41 мин;
2
1
2
2
2
τ=(a*b*K)/(400*K )=(280*370*0,65)/(400*26)=0,25 мин;
1
2
1
2
τ=25 с, τ=15 с, Т=τ+τ=25+15=40 с.
Применение предлагаемого способа позволит снизить местный перегрев и переохлаждение участков поверхности слитка, обеспечить равномерную температуру по длине и по периметру слитка. Это позволит уменьшить термические напряжения, возникающие в оболочке слитка, а также снизить количество трещин и процент отсортировки проката по ним.