СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ
METHOD OF METAL COOLING IN CONTINUOUS CASTING

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при непрерывной разливке металлов, в частности для получения металлических изделий 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 охлаждения металла при непрерывной разливке, включающий заливку его в кристаллизатор, вытягивание слитка из кристаллизатора с переменной скоростью, поддержание и направление слитка, вторичное охлаждение его водой или водовоздушной смесью, распыляемой в виде факелов форсунками, изменение удельных расходов охладителя вдоль зоны вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания от максимального значения под кристаллизатором до минимального в конце зоны, регулирование интенсивности охлаждения широких граней слитка путем циклической подачи охладителя [SU 789217 А, 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 отбраковке слитков по наружным трещинам.
Задачей изобретения является повышение качества непрерывнолитых слитков за счет снижения поверхностных дефектов, в частности трещин.
1
Указанная задача решается тем, что в способе охлаждения металла при непрерывной разливке, включающем заливку его в кристаллизатор, вытягивание слитка из кристаллизатора с переменной скоростью, поддержание и направление слитка, вторичное охлаждение его водой или водовоздушной смесью, распыляемой в виде факелов форсунками, изменение удельных расходов охладителя вдоль зоны вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания слитка от максимального значения под кристаллизатором до минимального в конце зоны, регулирование интенсивности охлаждения широких граней слитка путем циклической подачи охладителя, согласно изобретению зону вторичного охлаждения вдоль широких граней слитка разделяют на три участка, центральный и два периферийных, и производят подачу и отключение подачи охладителя на центральный и периферийные участки слитка с чередованием по времени, при этом время отключения подачи охладителя на периферийные участки τ определяют по зависимости
1
1
τ=(L·K)/(V·100), мин,
2
а время отключения подачи охладителя на центральный участок τ определяют по зависимости
2
2
τ=(L·K)/(V·100), мин, где
L - длина жидкой фазы, м, определяемая по зависимости
2
2
3
L=(H·V)/4·К ,
Н - толщина разливаемого слитка, мм;
V - скорость разливки металла, м/мин;
1
K - коэффициент, учитывающий марочный сортамент разливаемой стали, устанавливаемый в пределах от 1 до 8;
2
K - коэффициент, учитывающий время отключения периферийных участков, устанавливаемый в пределах от 1 до 8, в зависимости от марочного состава разливаемой стали;
3
-0,5
К - коэффициент затвердевания стали, мм·мин (вариант 1).
3
1
В способе охлаждения металла при непрерывной разливке, включающем заливку его в кристаллизатор, вытягивание слитка из кристаллизатора с переменной скоростью, поддержание и направление слитка, вторичное охлаждение его водой или водовоздушной смесью, распыляемой в виде факелов форсунками, изменение удельных расходов охладителя вдоль зоны вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания слитка от максимального значения под кристаллизатором до минимального в конце зоны, регулирование интенсивности охлаждения широких граней слитка путем циклической подачи охладителя, согласно изобретению зону вторичного охлаждения вдоль широких граней слитка разделяют на три участка, центральный и два периферийных, а подачу или отключение подачи охладителя на центральный или периферийные участки охлаждения производят с чередованием по времени и с перекрытием во времени τ, при этом время отключения подачи охладителя на периферийные участки τ определяют по зависимости
1
1
τ=(L·K)/(V·100), мин,
2
время отключения подачи охладителя на центральный участок τ определяют по зависимости
2
2
τ=(L·K)/(V·100), мин, где
L - длина жидкой фазы, м, определяемая по зависимости
2
2
3
L=(Н·V)/4·K ,
H - толщина разливаемого слитка, мм;
V - скорость разливки металла, м/мин;
1
K - коэффициент, учитывающий марочный сортамент разливаемой стали, устанавливаемый в пределах от 1 до 8;
2
K - коэффициент, учитывающий время отключения периферийных участков, устанавливаемый в пределах от 1 до 8, в зависимости от марочного состава разливаемой стали;
3
-0,5
К - коэффициент затвердевания стали, мм·мин,
а время перекрытия подачи и отключения охладителя составляет
3
1
τ=τ/5 (вариант 2).
1
2
3
-0,5
Коэффициент K, учитывающий марочный сортамент разливаемой стали, устанавливают в пределах от 1 до 8. С увеличением углеродного эквивалента, учитывающего содержание С и легирующих элементов в марке стали, его значение снижается. Коэффициент К, учитывающий время отключения периферийных участков, устанавливают в пределах от 1 до 8. С увеличением углеродного эквивалента, учитывающего содержание С и легирующих элементов в марке стали, его значение увеличивается. Значения коэффициента затвердевания стали К, мм·мин, приведены в издании Еланский Г.Н. Разливка и кристаллизация стали. М.: МГВМИ, 2010. - 192 с.; Куклев А.В., Лейтес А.В. Практика непрерывной разливки стали. М.: Металлургиздат, 2011. - 432 с.
Способ осуществляют следующим образом.
Пример 1
3
В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор заливают низколегированную трубную сталь марки 17Г1СУ и вытягивают слиток сечением 250×1600 мм со скоростью 0,9 м/мин. В зоне вторичного охлаждения непрерывнолитой слиток поддерживают и направляют при помощи роликов и охлаждают охладителем (водовоздушной смесью или водой), распыливаемым форсунками, сгруппированными в 8 зон вторичного охлаждения со следующими удельными расходами охладителя по зонам: 15,0; 14,5; 11,3; 10,8; 8,0; 4,0; 3,0; 2,5 м/ч соответственно, изменяя их от максимальной величины под кристаллизатором до минимальной величины в конце охлаждения. Все секции по широким граням слитка в зонах №3-8 имеют три участка с раздельным регулированием охладителя: центральный и два периферийных, обеспечивающих циклический режим подачи охладителя. Чередование по времени циклов подачи и отключения охладителя на центральный и периферийный участки слитка осуществляют в зонах №3-8 вторичного охлаждения.
1
1
τ=(L·K)/(V·100),
2
2
τ=(L·K)/(V·100),
2
2
3
L=(H·V)/4·K , м - длина жидкой фазы.
1
1
3
2
2
3
1
2
2
2
2
2
При этом τ=(Н·К)/(400·K ), τ=(Н·К)/(400·К ), а период чередования подачи и отключения охладителя Т=τ+τ.
1
2
3
K=4, K=3, К=25.
Таким образом:
1
1
3
2
2
2
2
τ=(Н·К)/(400·K )=(250·4)/(400·25)=1 мин,
2
2
3
2
2
2
2
τ=(Н·К)/(400·K )=(250·3)/(400·25)=0,75 мин,
1
2
τ=60 с, τ=45 с.
График включения и отключения подачи охладителя на центральный и периферийные участки с чередованием приведен на фиг.1. Схематично работа системы вторичного охлаждения (на примере одной секции) по широким граням заготовки приведена на фиг.2 и 3.
Пример 2
3
3
1
В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор заливают сталь марки 20ПС и вытягивают слиток сечением 250×1600 мм со скоростью 1 м/мин. В зоне вторичного охлаждения непрерывнолитой слиток поддерживают и направляют при помощи роликов и охлаждают охладителем (водовоздушной смесью или водой), распыливаемым форсунками, сгруппированными в 8 зон вторичного охлаждения со следующими удельными расходами охладителя по зонам: 17,0; 15,5; 13,3; 11,8; 9,0; 5,0; 4,0; 3,0 м/ч соответственно, изменяя их от максимальной величины под кристаллизатором до минимальной величины в конце охлаждения. Все секции по широким граням слитка в зонах №3-8 имеют три участка с раздельным регулированием охладителя: центральный и два периферийных, обеспечивающих циклический режим подачи охладителя. Чередование по времени циклов подачи и отключения охладителя на центральный и периферийный участки слитка осуществляют в зонах №3-8 вторичного охлаждения с перекрытием во времени. При этом время перекрытия τ составляет 1/5 от времени τ.
1
1
3
2
2
3
3
1
2
2
2
2
При этом τ=(Н·К)/(400·K ); τ=(Н·К)/(400·K ), τ=τ/5.
1
2
3
K=4, K=3, К=25.
1
2
3
Таким образом: τ=60 с, τ=45 с, τ=12 с.
График включения и отключения подачи охладителя на центральный и периферийные участки с перекрытием во времени приведен на фиг.4. Схематично работа системы вторичного охлаждения с перекрытием во времени (на примере одной секции) по широким граням заготовки приведена на фиг.5.
Применение предлагаемого способа позволит снизить местный перегрев и переохлаждение участков поверхности слитка, особенно по широким граням заготовки, и обеспечить равномерную температуру по длине и по периметру слитка. Это позволит уменьшить термические напряжения, возникающие в оболочке слитка, а также снизить количество ребровых трещин и процент отсортировки проката по ним.