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 с образованием шлакового гарнисажа, 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.
Известен способ непрерывной разливки стали [2], включающий додачу расплавленного металла в качающийся кристаллизатор, подачу шлакообразующей смеси на мениск металла с образованием шлакового гарнисажа, 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).
Известен способ непрерывной разливки стали [3], включающий подачу расплавленного металла в качающийся кристаллизатор, подачу шлакообразующей смеси на мениск металла с образованием шлакового гарнисажа, вытягивание из кристаллизатора непрерывнолитой заготовки и контроль качества заготовки после прокатки. Данный способ является ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого способа.
К недостаткам этих способов относится то, что при их 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. Также в связи с технологически необходимым изменением скорости вытягивания заготовки в процессе разливки встает вопрос о приведении в соответствии с ней параметров качания кристаллизатора, поэтому возникает необходимость в снижении инерционных нагрузок в механизме качания кристаллизатора и его приводе.
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, снижения инерционных нагрузок в механизме качания кристаллизатора и его приводе.
Техническим результатом изобретения является улучшение качества поверхности сляба и листа, 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 с образованием шлакового гарнисажа, вытягивание из кристаллизатора непрерывнолитой заготовки и контроль качества заготовки после прокатки, согласно изобретению качание кристаллизатора осуществляют с чередованием циклов с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вверх и/или с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вниз в течение времени пребывания элемента поверхности металла в кристаллизаторе, а качание кристаллизатора во время переходного режима осуществляют по синусоидальному закону.
Кроме того, время движения кристаллизатора во время переходного режима равно времени движения кристаллизатора с увеличенной скоростью вверх, а отношение времени движения кристаллизатора во время переходного режима к времени движения кристаллизатора с увеличенной скоростью вниз находится в диапазоне от 1:2 до 1:4.
Время пребывания элемента поверхности металла в кристаллизаторе t определяется по формуле:
где h - высота уровня металла в кристаллизаторе, м;
p
V - скорость вытягивания (разливки), м/мин.
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 корка мениска поднимается выше 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 качании кристаллизатора с увеличенной скоростью движения вниз происходит лучшее затягивание ШОС между стенками кристаллизатора и оболочкой непрерывнолитой заготовки, увеличивается расход ШОС, в результате чего снижается трение между оболочкой непрерывнолитой заготовки и стенками кристаллизатора.
Качание кристаллизатора осуществляют с чередованием циклов с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вверх и/или с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вниз в течение времени пребывания элемента поверхности металла в кристаллизаторе.
При большей доле участия в образовании дефекта «плена» раскатанных неметаллических включений применяют качание кристаллизатора с большим временем с увеличенной скоростью движения вверх. При большей доле участия в образовании дефекта «плена» раскатанных трещин применяют качание кристаллизатора с большим временем с увеличенной скоростью движения вниз.
Качание кристаллизатора во время переходного режима, который действует между перемещениями кристаллизатора циклами с увеличенной скоростью вверх и/или вниз, осуществляют по синусоидальному закону, что позволяет снизить инерционные нагрузки в механизме качания кристаллизатора и его приводе.
Предлагаемый способ непрерывной разливки стали осуществляют следующим образом.
В процессе непрерывной разливки в качающийся кристаллизатор подают металл, подают шлакообразующую смесь на мениск металла с образованием шлакового гарнисажа и вытягивают из кристаллизатора непрерывнолитую заготовку, качание кристаллизатора осуществляют с чередованием циклов с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вверх и/или с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вниз в течение времени пребывания элемента поверхности металла в кристаллизаторе, качание кристаллизатора во время переходного режима осуществляют по синусоидальному закону и контролируют качество заготовки. Время пребывания элемента поверхности металла в кристаллизаторе t определяют по формуле (3). А время движения кристаллизатора вверх и/или вниз определяют в прямой зависимости от доли соответственно: раскатанных неметаллических включений и/или раскатанных трещин, участвующих в образовании дефекта «плена». При большей доле участия в образовании дефекта «плена» раскатанных неметаллических включений применяют качание кристаллизатора с большим временем с увеличенной скоростью движения вверх. При большей доле участия в образовании дефекта «плена» раскатанных трещин применяют качание кристаллизатора с большим временем с увеличенной скоростью движения вниз.
Пример.
Было проведено опытно-промышленное опробование разработанного способа непрерывной разливки стали. 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 с образованием шлакового гарнисажа, вытягивали из кристаллизатора непрерывнолитую заготовку со скоростью 1,0 м/мин. Время пребывания элемента поверхности металла в кристаллизаторе составило 0,75 минуты, а качание кристаллизатора осуществляли с чередованием циклов с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вверх и с увеличенной скоростью движения кристаллизатора вниз в течение времени пребывания элемента поверхности металла в кристаллизаторе. Качание кристаллизатора осуществляли по несинусоидальному закону с амплитудой качания А=4 мм, скоростью разливки 1,0 м/мин и частотой 1,5 Гц. При этом измерялись усилия вытягивания заготовки из кристаллизатора и контролировалось качество проката.
Полученные результаты сравнивались с прототипом, где качание кристаллизатора осуществляли по несинусоидальному закону с амплитудой качания А=4 мм, скоростью разливки 1,0 м/мин и частотой 1,5 Гц, и где усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора составляло 31,5 кН, расход ШОС 0,8 кг/т, а отсортировка проката по дефекту «плена» 18,6 %.
Результаты применения предлагаемого способа в сравнении с прототипом приведены в таблице, из которой видно, что наилучшие результаты получены при времени движения кристаллизатора во время переходного режима, равном времени движения кристаллизатора с увеличенной скоростью вверх, и отношении его к времени движения кристаллизатора с увеличенной скоростью вниз как 1:2, 1:3, 1:4.
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, а также снижения инерционных нагрузок в механизме качания и его приводе.
Список использованных источников
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.
3. Патент РФ на изобретение № 2378083 С1 «Способ непрерывной разливки стали» 10.01.2010.