ИЗЛОЖНИЦА ДЛЯ ОТЛИВКИ СЛЯБОВ
SLAB CASTING MOULD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к изложнице для отливки сверхтонких слябов, предназначенных для применения, например, на производственной установке для изготовления металлических полос.
Уровень техники
В технике известны многочисленные типы изложниц, используемых для отливки металлических полос, в частности стали. Эти изложницы могут производить сляб, который подвергают нескольким обжатиям по толщине, иногда сопровождаемым поверхностными обработками и механической обработкой в зависимости от различных используемых процессов.
Поскольку толщина покидающего изложницу сляба значительна по сравнению с конечной толщиной, которая должна быть достигнута в конце производственной линии, необходим ряд прокатных клетей. Поскольку проходка через каждую клеть сопровождается охлаждением полосы, после прохождения через несколько прокатных клетей для нагрева полосы необходима индукционная печь или нагревательная печь, которая бы восстанавливала температуру, требуемую для правильной прокатки материала.
И все же, при выполнении названных операций механическая обработка металлической полосы будет довольно долгой, потому что слябы, производимые с помощью изложниц известного типа, называемых также кристаллизаторами, имеют по выходе из изложниц значительную толщину, в результате чего потребуется несколько промежуточных устройств, которые в значительной степени увеличат общую длину машинного оборудования.
С целью того, чтобы использовать на производственной линии полосы меньшее число прокатных клетей, уменьшающих толщину полосы, предпринимались большие усилия, чтобы создать изложницы, которые бы производили более тонкие слябы, преимуществом чего стало бы уменьшение общей протяженности линии и снижение энергетических затрат на производство полосы.
В настоящее время на производящем полосу оборудовании известного типа минимальное получаемое значение толщины сляба на выходе из изложницы при использовании высокоэффективных устройств составляет от 50 до 60 мм. Меньшие же значения толщины создают ряд проблем, которые трудно разрешить. Основные проблемы можно сформулировать следующим образом:
- не имеется достаточного пространства для погружного выпускного устройства, вследствие чего его малое расстояние от широких плит кристаллизатора приводит к образованию затвердевших мостиков и, кроме того, необходимо уменьшать толщину огнеупорного материала выпускного устройства, что отрицательно влияет на его долговечность;
- на мениске имеется слишком мало поверхности для эффективного расплавления смазочных порошков, что создает явно критические условия, в особенности при высокой скорости разливки;
- трудно добиться получения сляба на выходе из изложницы, который бы все еще имел адекватную длину жидкой сердцевины и мог бы подвергаться операции мягкого обжатия сляба, что является необходимым для улучшения его внутреннего качества;
- гидромеханика внутри кристаллизатора не является оптимальной ввиду того, что уменьшенный объем расплавленной стали вследствие уменьшенной толщины не позволяет успешно гасить турбулентность, что может привести к неустойчивости мениска и, следовательно, к нежелательному включению смазочных порошков, что, в свою очередь, может привести к явлениям переплавки затвердевшего поверхностного слоя и отрицательно сказаться на качестве получаемого готового изделия.
Например, в документе US 5460220 описывается изложница для производства слябов в поперечном сечении, используемых, в частности, для операции «мягкого обжатия», которая помогает улучшить структурные характеристики полосы. Однако с помощью такой изложницы можно производить слябы, толщина которых требует значительного механического оборудования на производственной линии.
Кроме того, конфигурация и размеры резервуара этой изложницы не являются достаточными, чтобы предотвратить нежелательное явление переплавки корки, образующейся на поверхности этой полости под действием струй расплавленной стали из выпускного устройства, следствием чего является высокая турбулентность, возникающая в зоне приема изложницы.
Наконец, при использовании такой изложницы невозможно работать при адекватно высоких скоростях разливки, что не дает возможности получать высокие скорости расплавленной стали из выпускного устройства без возникновения изъянов.
Таким образом, необходимо создание изложницы для отливки слябов, которая позволила бы преодолеть указанные недостатки.
Раскрытие изобретения
Одной из главных целей настоящего изобретения является создание изложницы для отливки сверхтонких слябов, предназначенных для использования, например, на производственной установке для изготовления металлических полос, в частности стальных полос. Другой целью является производство полос малой толщины (примерно 20 мм) при высоких скоростях отливки вплоть до 16 м/мин, что позволило бы получать сляб с хорошими внутренними характеристиками.
Более выраженная выпуклая форма частей резервуара, или отливной камеры, изложницы согласно изобретению имеет то преимущество, что она обеспечивает достаточное пространство для того, чтобы предотвратить нежелательное явление переплавки корки, образующейся на внутренней поверхности под действием струй расплавленной стали из выпускного устройства, в особенности начиная с некоторого расстояния от выпускного устройства, где поперечное сечение струи имеет наибольшую площадь. В результате этого наряду с пониженной турбулентностью появляется возможность улучшить течение выпускной струи в зоне приема изложницы, куда помещается выпускное устройство для расплавленной стали.
Таким образом, настоящее изобретение стремится разрешить названные выше проблемы путем создания изложницы для отливки сверхтонких (20-50 мм) стальных слябов при скорости отливки от 6 до 16 м/мин, которая обладает взаимно перпендикулярными продольной плоскостью симметрии и поперечной плоскостью симметрии и включает в себя сквозную полость с входной секцией и выходной секцией для стали, поверхность полости, состоящую из двух взаимозависимо расположенных первых стенок, обращенных к противоположным сторонам продольной плоскости симметрии, и двух вторых узких, плоских и прямоугольных стенок, параллельных поперечной плоскости симметрии, причем первые и вторые стенки образуют четыре продольных угла на общих соединительных участках и при этом первые стенки имеют вогнутый центральный участок с вогнутостью, обращенной к продольной плоскости симметрии, прямые участки стенки у ее концов, и промежуточные участки, соединенные с выпуклостью, причем выпуклость обращена к продольной плоскости симметрии, в то время как соединительные участки и вогнутая центральная поверхность определяют точки перегиба кривой в общих соединительных точках, в которых прямые участки стенки и соединительные точки определяют соединительные точки в общих узловых точках и при этом отношение длин d/l составляет от 10 до 60%, а отношение h/f от 10 до 60%, где:
- d обозначает длину соединительного участка, измеренную как проекцию на продольную плоскость симметрии,
- длина l является расстоянием между двумя симметричными соединительными точками относительно поперечной плоскости симметрии, измеренным как проекция на плоскость симметрии (X),
- h обозначает расстояние между соединительной точкой Р и точкой перегиба Р', измеренное как проекция на поперечную плоскость симметрии Y,
- f обозначает расстояние между точкой Р' и касательной к вогнутому участку в точке максимума вогнутости, измеренное как проекция на плоскость симметрии Y.
Согласно изобретению, используя изложницу, можно отливать сляб с толщиной, намного меньшей толщины, которую можно получить с помощью известных изложниц, от 20 до 50 мм, и при этом способствуя сохранению определенной длины жидкой сердцевины после выходной секции изложницы, причем сердцевина остается жидкой даже в зонах, ближайших к наиболее удаленным боковым частям. Благодаря этому, когда сляб подвергается предварительной прокатке с жидкой сердцевиной, становится возможным добиться повышения качества внутренней структуры путем уменьшения центральной пористости, а также ликвации.
Таким образом, возможность отливать сверхтонкие слябы названных выше размеров позволяет использовать механическое оборудование с уменьшенной высотой и длиной по сравнению с механическим оборудованием известного уровня техники.
Кроме того, необходимо отметить дополнительное преимущество: полоса, получаемая в конце проходки по всей линии горячей прокатки и отливки, обладает уже конечной толщиной и готова к применению без необходимости дополнительной обработки на линии холодной прокатки.
Зависимые пункты формулы изобретения описывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
Дополнительные признаки и преимущества изобретения станут очевидными при знакомстве с детальным описанием предпочтительных вариантов осуществления, предлагаемых с помощью не ограничивающих изобретения примеров изложницы, иллюстрируемых с помощью следующих фигур, где:
фиг.1 - трехмерный вид изложницы изобретения;
фиг.2а - разрез по плоскости y-z изложницы фиг.1;
фиг.2b - плоский вид изложницы фиг.1;
фиг.3а - разрез по плоскости y-z другого варианта осуществления изложницы изобретения;
фиг.3b - плоский вид варианта осуществления Фиг.3а;
фиг.4 - вид в частичном разрезе по плоскости, параллельной осям координат х-у изложницы на фиг.1.
Осуществление изобретения
На фиг.1, где ортогональная система координат определена в виде х, у, z, представлена изложница с продольной плоскостью симметрии X, параллельной осям координат x-z и поперечной плоскостью симметрии Y, параллельной осям координат y-z, включающая две широкие плиты 1, 1, которые, будучи сопряженными с двумя промежуточными элементами узких стенок 6, 7, ограничивают сквозную полость, или резервуар, или отливную камеру 3.
Поверхность указанной полости определяется двумя широкими взаимозависимо расположенными стенками 4, 5, обращенными к противоположным сторонам относительно плоскости симметрии x-z, и узкими стенками 6, 7, расположенными под прямым углом к плоскости симметрии Y. Стенки 4, 5, 6, 7 в своих соединительных зонах образуют четыре продольных угла.
Широкие стенки 4, 5 пластин 1, 2 обладают двойной кривизной. Одна является вогнутой, в то время как другая выпуклой и обращенной к продольной плоскости симметрии X.
При рассмотрении сечения, которое является поперечным и перпендикулярным плоскости X, изображенной на фиг.4, каждая из широких стенок 4, 5 преимущественно включает:
- вогнутый центральный участок 11 в форме полуциркульной арки, вогнутость которого обращена к продольной плоскости симметрии X,
- две плоских латеральных зоны 12, параллельных плоскости симметрии X, каждая из которых расположена около одного из концов вогнутого центрального участка 11,
- две соединительных зоны 13 с выпуклой поверхностью между полуциркульной аркой центральной зоны 11 и латеральными зонами 12, выпуклость которой обращена к плоскости симметрии X.
Что касается левой стороны вида с частичным разрезом, на фиг.4 даны следующие элементы:
- Р обозначает точку пересечения прямолинейного участка R плоской зоны стенок с выпуклой соединительной частью S;
- Р' обозначает точку, в которой изменяется вогнутость широкой плиты 2, называемую также точкой перегиба;
- точка Р” является точкой пересечения вогнутого участка 11 с поперечной плоскостью симметрии Y, параллельной осям координат у и z.
Для этой точки даются следующие значения:
- длина d: является расстоянием между точкой Р и точкой Р', измеренным на проекции на плоскости симметрии X, параллельной осям координат у и z;
- длина l: является расстоянием между точкой Р и симметричной ей точкой относительно плоскости Y, измеренным на проекции на плоскости симметрии X; l/2 является, таким образом, расстоянием между точкой Р и точкой Р' - максимальной точкой вогнутости, измеренным на проекции на плоскости симметрии X;
- высота h: является расстоянием между точкой Р и точкой Р', измеренным на проекции на плоскости симметрии Y;
- высота f: является расстоянием между точкой Р' и точкой Р”, измеренным на проекции на плоскости симметрии Y; эту величину называют также изогнутостью или латеральным полурасстоянием.
Согласно изобретению изложница в ее входной секции характеризуется преимущественно следующими значениями:
- l равно от 750 до 1500 мм;
- f равно от 15 до 100 мм.
При этом, кроме того, во входной секции отношение d/l и отношение h/f составляют от 10 до 60%.
Первый предпочтительный вариант изложницы согласно настоящему изобретению включает в себя отливную камеру 3 с входной секцией для стали, большей чем выходная секция. В частности, значение радиуса кривизны вогнутого участка 11, имеющего форму полуциркульной арки, линейно возрастает в плоскости поперечного сечения между входной секцией и промежуточной секцией, которая соответствует последней секции отливной камеры перед выходной секцией для стали. Напротив, значение радиуса кривизны соединительных зон S линейно убывает между входной секцией и указанной промежуточной секцией.
В этом случае подобного рода полость, или отливная камера 3, будет продольно проходить через образующие линии, сходящиеся в направлении как выходной, так и промежуточной секции. В результате этого в секции, изображенной на фиг.2а, имеет место уменьшение ширины в соответствии с формой конуса. В этом случае кривизна f во входной секции изложницы имеет максимальное значение и минимальное значение в выходной секции чаши.
Изложница настоящего изобретения преимущественно имеет наклон стенок камеры, сходящихся в направлении к промежуточной камере, определяемый углом α (от 0 до 7°), где этот угол измеряется как наклон к плоскости X и как его проекция на плоскости симметрии Y.
Особая конфигурация отливной камеры позволяет также расплавленной стали омывать как имеющие плоские лицевые поверхности боковые зоны 12, так и углы, предотвращая тем самым полное затвердевание сляба в указанных зонах, хотя расстояние между названными поверхностями короче расстояния известного уровня техники.
Нижний торец изложницы включает в себя конечную часть 10 с параллельной образующей, длина которой является заданной и структурно идентична промежуточной секции, что позволяет удалять сложнопрофильную головку заготовки с целью того, чтобы начать непрерывный процесс литья.
При этом меньший угол наклона широких стенок 4, 5 литьевой камеры, определяемый углом α, предотвращает нежелательное явление переплавки образующейся корки, поскольку расплавленная сталь, вводимая в камеру с помощью выпускного устройства, не создает турбулентности в зонах приема изложницы вблизи стенок, обеспечивая тем самым оптимальное течение выпускаемой стали.
В одном из предпочтительных вариантов изобретения преимущественно плоские и прямоугольные узкие стенки 6, 7 являются по преимуществу подвижными и способными перемещаться в направлении одна к другой или одна от другой, что позволяет осуществлять регулировку сляба в широких пределах. При этом стенки могут менять свою конусообразную форму. Точнее, они могут наклоняться в направлении выходной секции для стали, благодаря чему происходит уменьшение ширины выходной секции и соответственно устраняются проблемы усадки при затвердевании в изложнице.
Можно отливать сверхтонкие слябы при высоких скоростях отливки через изложницу, или кристаллизатор, изобретения. Все это производится без возникновения избыточных деформаций и, следовательно, трещин на оболочке сляба, который продвигается вдоль стенок кристаллизатора. Особого внимания заслуживает тот факт, что внутренняя структура такой изложницы обеспечивает нужный объем расплавленной стали, благодаря чему при выходе сляба все еще будет сохраняться определенная длина жидкой сердцевины. Названная особая форма сохраняет жидкую сердцевину даже тогда, когда она очень близка к наиболее отдаленным сторонам сляба, что делает возможной последующую горячую прокатку жидкой сердцевины отлитого сляба, т.е. так называемое «мягкое обжатие». Присутствие расплавленной стали в боковых зонах, т.е. тот факт, что в таких ограниченных зонах полное затвердевание не произошло, имеет то преимущество, что оно предотвращает нежелательные трещины и обеспечивает эффективное плавление смазочных порошков.
Напротив, второй вариант изложницы согласно изобретению включает в себя входную и выходную секции одинаковых размеров, как это следует из приведенного вида в разрезе на фиг.3а. В этом случае радиусы кривизны сохраняют свое значение в каждой точке в продольном направлении отливной камеры между входной секцией и выходной секцией для стали. В этом варианте упоминаемая выше промежуточная секция совпадает с выходной секцией для стали.
Отливка очень тонких слябов с помощью изложницы изобретения обеспечивает возможность создания исходного продукта, т.е. сляба, с толщиной, которая очень близка к толщине конечного продукта, а именно полосы. Толщина этих тонких слябов преимущественно составляет от 20 до 50 мм, а скорость их отливки от 6 до 16 мин/мин.
Типичную выпуклую форму сляба или, иными словами, центральное утолщение у выхода из изложницы устраняют, выравнивая сляб с помощью валков, помещаемых в низу изложницы и имеющих соответствующую форму, в результате чего происходит предварительная прокатка жидкой сердцевины. Это позволяет значительно уменьшить число используемых в системе/процессе механизмов, что означает экономию на средствах, прежде всего на капитальных затратах, и на энергии.