способ непрерывной разливки металла

Формула изобретения

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, поддержание и направление слитка при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка охладителем, распыливаемым форсунками, сгруппированными в форсуночной секции, измерение и регулирование расходов охладителя через форсунки вдоль зоны вторичного охлаждения, а также отслеживание перемещения элементов слитка вдоль зоны вторичного охлаждения, отличающийся тем, что перед началом процесса непрерывной разливки вдоль зоны вторичного охлаждения под факелами распыливаемого охладителя перемещают двуслойный плоский элемент с теплоизолирующей перегородкой между слоями, встроенными в поверхность затравки, и теплоизолированный от ее корпуса, причем слой, обращенный в сторону охладителя, подвергают регулируемому электронагреву, при этом предварительно для каждой форсуночной секции устанавливают оптимальное значение перепада температуры между слоями плоского элемента, в соответствии с которым в каждой форсуночной секции устанавливают необходимую силу тока в электронагревательном слое и при прохождении этим элементом очередной форсуночной секции измеряют температуру каждого из слоев, определяют разницу в значениях этих температур и поддерживают эту разницу постоянной посредством соответствующего изменения расхода охладителя в каждой форсуночной секции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретнее- к непрерывной разливке металлов.

Известен способ [1] непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитков охладителем, распыливаемым форсунками, сгруппированными в секции, а также изменение расходов охладителя по форсуночным секциям в зависимости от скорости вытягивания слитка. Изменение расходов охладителя в каждой форсуночной секции производят за время прохождения каждым элементом поверхности слитка расстояния от мениска металла в кристаллизаторе до середины каждой секции по линейному закону с конечным установившимся значением расхода охладителя, соответствующим изменившейся скорости вытягивания.

Недостаток известного способа неудовлетворительное качество непрерывнолитых слитков. Это объясняется тем, что перед началом процесса разливки не производится контроль за работоспособностью форсунок и расходом охладителя из них. Отступление фактического расхода от необходимого по технологии может происходить вследствие засорения форсунок, неисправной работы измерительной и регулирующей аппаратуры. В результате неисправной работы форсунок нарушается закономерность охлаждения поверхности по длине и ширине слитка, что вызывает увеличение температурных градиентов и термических напряжений сверх допустимых значений. Последнее вызывает брак слитков по внутренним и наружным трещинам.

Наиболее близким по технической сущности является способ [2] непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение поверхности слитка охладителем, распыливаемым форсунками, сгруппированными в секции, изменение расходов охладителя по форсуночным секциям от максимального значения под кристаллизатором, до минимального значения в конце зоны охлаждения, а также отслеживание перемещения элементов слитка по длине зоны вторичного охлаждения. В процессе непрерывной разливки контролируют расход охладителя по каждой форсуночной секции и при самопроизвольном его изменении в одной из секций соответственно изменяют в обратно пропорциональной зависимости расходы охладителя в каждой из нижележащих секций на величину q_к, определяемую по зависимости:

q_к= [Q_n/(N-n)](0,5-1,5), где N число форсуночных секций в зоне вторичного охлаждения;

n порядковый номер форсуночной секции начиная от кристаллизатора, в которой произошло самопроизвольное изменение расхода охладителя;

К порядковый номер форсуночных секций, в которых производят изменение расхода охладителя, КN n;

Q_n величина самопроизвольного изменения расхода охладителя в N-ой секции;

(0,5-1,5) эмпирический коэффициент, учитывающий толщину оболочки слитка в районе данной форсуночной секции, значение которого устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от значения К.

При достижении Q_n значения 0,2-0,5 от рабочего значения расхода охладителя в n-ой секции изменяют скорость вытягивания слитка на величину, равную 0,2-0,4 от рабочего значения.

Недостаток известного способа неудовлетворительное качество непрерывнолитых слябов. Это объясняется тем, что перед началом процесса непрерывной разливки не проводится проверка работоспособности форсунок и не определяется фактический расход охладителя из них. Отступление фактического расхода от необходимого по технологии может происходить вследствие засорения форсунок, неисправной работы измерительной и регулирующей аппаратуры. В результате неисправной работы форсунок нарушается необходимая закономерность охлаждения поверхности по длине и ширине слитка, что вызывает увеличение температурных градиентов и термических напряжений сверх допустимых значений. Все это вызывает брак слитков по внутренним и наружным трещинам.

В известном способе при самопроизвольном изменении расхода охладителя в одной из форсуночной секции изменяют расходы воды в далее лежащих секциях. Однако при этом нарушается закономерность кристаллизации слитка, что также приводит к увеличению температурных градиентов и термических напряжений сверх допустимых значений. Последнее вызывает брак слитков по внутренним и наружным трещинам.

Цель изобретения улучшение качества непрерывнолитых слитков за счет повышения точности настройки режимов вторичного охлаждения.

Цель достигается тем, что в кристаллизатор подают металл, вытягивают из него слиток с переменной скоростью, поддерживают и направляют слиток при помощи роликов, охлаждают поверхность слитка охладителем, распыливаемым форсунками, сгруппированными в секции, измеряют и регулируют расходы охладителя через форсунки вдоль зоны вторичного охлаждения, а также отслеживают перемещение элементов слитка вдоль зоны вторичного охлаждения. Перед началом процесса непрерывной разливки вдоль зоны вторичного охлаждения под факелами распыливаемого охладителя перемещают двухслойный плоский элемент. Слой, обращенный в сторону охладителя, подвергают регулируемому нагреву. Измеряют температуру каждого из слоев, определяют разницу в значениях этих температур и поддерживают эту разницу температур постоянной посредством соответствующего изменения расхода охладителя на каждом уровне расположения форсунок по длине зоны вторичного охлаждения.

Улучшение качества непрерывнолитых слитков будет происходить вследствие точной настройки режимов вторичного охлаждения посредством проверки перед началом разливки соответствия фактических расходов охладителя необходимым значениям по технологии. Принудительный нагрев одного из слоев двухслойного плоского элемента объясняется необходимостью фиксирования фактического расхода охладителя на данной форсунке или форсуночной секции по величине отклонения разницы температур указанных слоев от необходимого постоянного значения этой разницы на данном уровне зоны вторичного охлаждения.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Способ непрерывной разливки металлов осуществляют следующим образом.

П р и м е р. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подают сталь марки 3сп и вытягивают из него слиток сечением 250х1600 мм с переменной скоростью в пределах 1,0-1,2 м/мин. В зоне вторичного охлаждения слиток поддерживают и направляют при помощи холостых и приводных роликов. Поверхность слитка охлаждают водой, распыливаемой форсунками, установленными между роликами. Форсунки объединены в отдельные форсуночные секции. Расходы воды по форсуночным секциям регулируют и изменяют при помощи специальных приборов. Перед началом процесса непрерывной разливки вдоль зоны вторичного охлаждения под факелами распыливаемой воды перемещают двухслойный плоский элемент, встроенный, например, в обе противоположные поверхности затравки. Плоский элемент представляет собой две металлические пластины, выполненные, например, из платины. Размеры пластин составляют 100х100 мм толщиной 0,5 мм. Пластины разделены между собой огнеупорной перегородкой. Пластины вместе с перегородкой по периметру и с нижней грани изолированы от тела затравки при помощи асбестовых прокладок. В общем случае затравка может быть в виде отдельных звеньев, соединенных шарнирами в цепь или цельной. К металлическим пластинам приварены медь-константановые термопары. Верхняя пластина со стороны факела воды снабжена электронагревательным элементом в виде спирали.

В начале процесса разливки подают воду в форсунки. Затем подают жидкую сталь в кристаллизатор и начинают вытягивать слиток приводными роликами при помощи затравки. Расходы воды по форсункам устанавливают в соответствии с технологическими требованиями в пределах 6,5-2,0 м³/м² ч. Однако вследствие частичного засорения форсунок или неправильного срабатывания регулирующей аппаратуры происходит отклонение фактических расходов воды от технологически необходимых. В этих условиях необходимо корректировать расходы воды по отдельным форсункам или по форсуночным секциям.

Указанную корректировку производят следующим образом. Перед началом вытягивания затравки на электронагревательный элемент подают напряжение 36 В. При этом между термопарами, зачеканенными в металлические пластины, устанавливается разница температур t 5-20^оС. При движении плоского двухслойного элемента под очередными факелами воды происходит нарушение постоянства разницы температур t между термопарами в зависимости от текущего расхода воды на данном уровне зоны вторичного охлаждения. Для каждой форсунки по длине зоны вторичного охлаждения предыдущими опытами установлена постоянная оптимальная величина t_опт. При отклонении этого значения t от оптимального постоянного значения производят соответствующее увеличение или уменьшение расхода воды в каждой форсунке или форсуночной секции до приведения разницы t к оптимальному постоянному значению t_опт.

Сигнал от термопар направляют на блок измерения температуры, где происходит сравнение результатов измерения. Полученный сигнал поступает на блок соответствующего регулирования силы тока в электронагревательном элементе в пределах 10-200 А. Соответствующая величина силы тока поступает на электронагревательный элемент и на блок измерения, откуда сигнал направляют на блок обработки и отображения информации. Управление измерением, регулированием силы тока на электронагревательном элементе и расходами воды по форсункам, а также отслеживание перемещения плоского двухслойного элемента под факелами воды производят при помощи ЭВМ.

Применение предлагаемого способа позволяет проверять фактические расходы воды по форсункам и приводить их в соответствие с технологически необходимыми значениями посредством соответствующего изменения силы тока в электронагревательном элементе и выдерживания постоянным значения разницы температур между пластинами, установленных в поверхность затравки.

Кроме того, применение предлагаемого способа позволяет имитировать поверхность нагретого слитка в процессе непрерывной разливки посредством соответствующего нагрева верхней пластины до температуры 1250-600^оС, характерных для поверхности слитка в зоне вторичного охлаждения. В этом случае возможно определение коэффициентов теплоотдачи с поверхности слитка, что позволяет устанавливать теоретически необходимое распределение охладителя по длине и ширине слитка в зоне вторичного охлаждения.

Вследствие проверки работоспособности форсунок и настройки необходимых расходов охладителя по форсункам обеспечивается необходимая закономерность теплоотвода от слитка по длине и ширине слитка в зоне вторичного охлаждения. В результате снижается брак слитков по внутренним и наружным трещинам на 1,4%