установка для получения полосы из непрерывно-литой биметаллической трубной заготовки

Формула изобретения

1. Установка для получения полосы из непрерывнолитой биметаллической трубной заготовки, содержащая водоохлаждаемый кристаллизатор, металлонапорные емкости, распределительный огнеупорный блок с соединительными литейными каналами и верхней ступенью, входящей в полость кристаллизатора, монтажную плиту, механизм качания и подъемно-вытяжной узел с тянущей прокатной клетью, отличающаяся тем, что она снабжена теплоизоляционной гильзой, установленной над кристаллизатором соосно его полости, причем форма полости гильзы соответствует форме полости кристаллизатора, при этом над верхним торцом гильзы установлены верхняя и нижняя направляющие заготовку оправки и разрезное приспособление, а подъемно-вытяжной узел дополнительно снабжен опорно-компенсационным и прижимным роликами, ножницами, моталками и гидроподъемником со штангой, с закрепленными на ней лепестковым пресс-захватом, размещенным в полости теплоизоляционной гильзы.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что теплоизоляционная гильза выполнена из двух полуцилиндров, соединенных по одной линии разъема шнуровкой из металлического тросика, а по другой линии разъема полуцилиндры соединены шарнирами.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что разрезное приспособление выполнено в виде горелки газорезки или дисковых ножниц, или дисковой пилы, или разрезным абразивным кругом.

4. Установка по любому из пп.1 3, отличающаяся тем, что лепестковый пресс-захват снабжен контргрузами, наложенными на верхние торцы лепестков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургической промышленности,в частности к технологическому оборудованию и технологиям сталеплавильных и прокатных цехов.

Известен способ получения биметаллических горячекатаных полос. Заготовки двух разнородных металлов сваривают между собой с помощью взрыва. Полученную таким образом массивную заготовку доставляют в прокатный цех и помещают ее в нагревательную методическую печь. После нагрева заготовки ее прокатывают на многоклетьевом стане горячей прокатки в тонкую полосу.

Известно "Устройство для распределения металла в кристаллизаторе УНРС" / а.с. СССР, N 451496, М. кл. B 22 D, 11/10/.

С помощью распределительного устройства, изготовленного из огнеупорного материала, погруженного в расплав металла в кристаллизаторе, получают биметаллические слябы, которые затем прокатывают в тонкую полосу на многоклетьевом стане горячей прокатки.

В известных приемах получения биметаллических полос необходимо использовать один из станов горячей прокатки, например таких как стан 2000 или стан 2500. Использование таких крупных станов является дорогостоящей операцией прокатки, в сравнении с одной прокаткой клетью, предусмотренной в предложенном варианте.

Известна установка непрерывного литья намораживанием биметалла, которая позволяет получить тонкостенную биметаллическую трубную заготовку путем вытягивания отливки вертикально вверх из водоохлаждаемого кристаллизатора, оборудованного металлонапорными емкостями, установленными на монтажной плите механизма качания /заявка N 93-018336/02 (017504), на которую получено уведомление о положительном результате формальной экспертизы или ее прототип [1]

Целью изобретения является получение биметаллической горячекатаной полосы путем совмещения непрерывного литья намораживанием биметаллической тонкостенной отливки с прокаткой.

Эта цель достигается тем, что установка для получения непрерывной горячекатаной широкой полосы из непрерывно литой трубной биметаллической заготовки, содержащая кристаллизатор, металлонапорные емкости, соединительные каналы, объединенные в распределительный блок, верхняя ступень которого входит в полость кристаллизатора, монтажную плиту и механизм качания, согласно изобретению, над кристаллизатором установлена двухстворчатая теплоизоляционная гильза, внутрь которой опущена штанга гидроцилиндра, на которой закреплен лепестковый пресс-захват, а выше гильзы установлена горелка газорезки, верхняя коническая и нижняя коническая оправки, сплющенные на усеченный клин к своему расширенному краю оправки, за которыми установлены компенсационный опорный и прижимной ролики, прокатная клеть, ножницы и моталки.

На фиг. 1 3 изображены три технологических узла единой установки в продольном разрезе, общий вид; на фиг. 4 поперечный разрез литой трубной заготовки с тонким и узким участком стенки отливки, полученной частичным намораживанием по высоте кристаллизатора.

Установка состоит из узла намораживания биметаллической трубной заготовки (фиг. 1), в который входят водоохлаждаемый кристаллизатор 1, металлонапорные емкости 2А и 2Б, стопорные устройства 3, распределительный огнеупорный блок 4, огнеупорная насадка 5, монтажная плита 6, механизм качания 7, двухстворчатая теплоизоляционная гильза 8, штанга гидроцилиндра 9, лепестковый пресс-захват 10, шарниры пресс-захвата 11, биметаллическая трубная литая заготовка 12 и теплоизоляционная огнеупорная вставка 13, узла раскроя и развертывания трубной заготовки в полосу (фиг. 2), в который входят: горелка газорезки 14, верхняя коническая оправка 15, нижняя коническая оправка 16, сплющенные на усеченный клин к своему расширенному краю оправки; узла прокатки и смотки полосы в рулон (фиг. 3), в который входит компенсационный опорный ролик 17, прижимной ролик 18, прокатная клеть 19, ножницы 20 и моталки 21.

Установка работает следующим образом. Для пуска установки в работу используется заправочный рулон холоднокатаной упруго нагартованной стальной полосы, толщиной 0,5-0,8 мм и шириной равной размеру длины окружности проема кристаллизатора 1.

Перед установкой рулона на моталку, по кромке свободного конца заправочной полосы, с нижней ее стороны приваривают короткие обрезки проволоки l 30-40 мм и t 3-4 мм, устанавливая их своей осью вдоль полосы, а по ширине кромки полосы, на расстоянии друг от друга, l 40-70 мм. По дальним от кромки полосы торцам приваренных обрезкой проволоки и в разброс по торцу полосы сверлят отверстия Ф 5-10 мм. Отверстия предназначены для искусственного образования литых заклепок, а обрезки проволоки для запрещения прислонения полосы к стенкам кристаллизатора, на размер толщины этих обрезков проволоки. Эти операции способствуют надежному сращиванию торца тонкой холодной полосы с торцом намораживаемой на стенках кристаллизатора тонкостенной трубной заготовки.

Холодная заправка полосы в установку. Подготовленный заправочный рулон устанавливают на одну из моталок 21. Реверсом вращения моталки назад подают свободный конец полосы в зев разведенных ножниц 20 и между рабочими валками прокатной клети 19, а затем на опорный компенсационный ролик 17, где полосу закрепляют прижимным роликом 18. Реверсом моталки 21 и опорного ролика назад полосу проталкивают между верхней и нижней коническими оправками 15 и 16. При этом двухстворчатая гильза 8 должна быть раскрыта для свободного прохода полосы в этот участок. У раскрытой гильзы полосу сворачивают в трубу, обрамляя ее вокруг лепесткового прес-захвата 10. Эта операция выполняется с помощью двухстворчатой гильзы 8, которая оснащается шнуровкой по своему разъему. Гильза зашнуровывается гибким металлическим тросиком. Такой прием способствует сворачиванию полосы в трубу 12. Трубу проталкивают в кристаллизатор 1, причем на такую глубину, чтобы кромка образовавшейся трубы находилась от нижней кромки кристаллизатора на расстоянии l 50-70 мм и не касалась бы стенки кристаллизатора на размер толщины приваренных кусочков проволоки. Когда полоса заправлена в кристаллизатор, а двухстворчатая гильза зашнурована в цилиндр и закреплена, а лепестковый пресс-захват 10 приведен в рабочее состояние, можно начинать горячую заправку полосы в установку.

Горячая заправка полосы в установку. Для горячей заправки в установку, раскроенной к развернутой в полосу отливки трубной заготовки, применима обычная сталь, например малоуглеродистая. По этому используют только одну из металлонапорных емкостей 2Б. Первые порции стали должны иметь некоторый перегрев для подстраховки и прогрева огнеупорной футеровки установки. В заправочном варианте уровень расплава металла в емкости 2Б и в кристаллизаторе, а начале их заполнения поднимают на высоту, которая могла бы заполнить свободную от полосы часть стенки кристаллизатора и подняться выше кромки заправленной в кристаллизатор свернутой в трубку полосы, на высоту l 70-100 мм.

После некоторой паузы, дающей возможность закрепиться перегретому расплаву стали за торец заправочной полосы, включают в работу моталку 21 и за счет натяжения полосы моталкой начинается вытягивание вертикально вверх намороженной на стенках кристаллизатора тонкостенной трубной заготовки. С началом движения трубной заготовки включается механизм качания. При качании кристаллизатор поднимается со скоростью вытягивания отливки вверх и опускается вниз в три раза большей скоростью. Время необходимой паузы и скорость вытягивания отливки из кристаллизатора определяется заранее, опытным путем, т. к. некоторое промедление или неоправданно высокая скорость начала вытягивания заготовки может создать аварийную ситуацию. На это же ориентируется скорость качания кристаллизатора, особенно при движении его вверх вместе с заготовкой. Скорости кристаллизатора и заготовки вверх исключительно должны быть равны между собой. В противном случае нарушится образование первоначальной плавки отливки у нижнего торца кристаллизатора, если скорость кристаллизатора будет больше скорости отливки.

В силу высокой температуры оболочки отливки заготовки она обладает высокой пластичностью и низкой устойчивостью к изгибу. Для исключения нарушения формы заготовки, при поступлении ее в проем гильзы 8 она попадает под воздействие на ее внутренние стенки некоторого давления и торможения отливки движению вперед от прилагаемого веса и распирающего усилия шарнирами на лепестки пресс-захвата 11. Это исключает нарушение формы стенок отливки заготовки, находящихся ниже и выше пресс-захвата, и одновременно увеличивает натяжение между пресс-захватом и моталкой 21, т.к. в это время валки прокатной кленти разведены. При выходе отливки заготовки из проема гильзы она разрезается огнем газорезки 14. Дальнейшее продвижение раскроенной отливки вверх сопровождается принудительным развертыванием отливки в полосу, путем проталкивания отливки между нижней 16 и верхней конической 15 оправками.

Развертывание заготовки в полосу должно сопровождаться с определенным натяжением в этом участке. Для увеличения натяжения перед прокатной клетью его можно увеличить за счет торможения опорного компенсационного ролика 18 или путем наложения контргруза на верхние торцы лепестков пресс-захвата 11.

Заметим, что при развертывании трубной заготовки в полосу ее кромки могут испытывать некоторое повышенное натяжение в силу удлинения пути движения кромок от мета реза к боковым сторонам опорного ролика. По этой причине опорный ролик 17 изготавливается по своему профилю, бочкообразным (фиг. 4). Это способствует центрированию полосы в оси прокатки выравниванию натяжения по ширине полосы.

После развертывания трубной заготовки в полосу и прохождения ее стыкового шва через опорный ролик и между рабочими валками прокатной клети валки сводят в режим прокатки полосы на заданную толщину. Когда же стыковой шов прошел ножницы и пошла устойчивая запланированная толщины полосы, полосу разрезают и заправляют в новую моталку.

После этого некоторое время стабилизируют натяжения по всем участкам установки. Сопоставляя оптимальные режимы работы по каждому из участков установки, определяют оптимальную скорость прокатки и смотки полосы в рулон.

Дальнейшее увеличение скорости вытягивания отливки из кристаллизатора достигается путем увеличения высоты столба расплава металла в кристаллизаторе, поэтому после стабилизации основных технологических параметров металлонапорные емкости 2А и 2Б заполняют разнородными металлами, из которых намерены получать биметаллическую заготовку. Тот из металлов, с которого намерены получать тонкий слой инородного металла на литой заготовке, если он по своему удельному весу стоит выше, чем металла, применяемый для основы заготовки, то этот металл подают в металлонапорную емкость 2А, т.к. ее зона намораживания находится ниже, чем зона намораживания металла, поступающего из емкости 2Б. Это устраняет нежелательный эффект смешивания разнородных металлов, т. е. зона намораживания для тяжелого металла должна быть находится всегда ниже зоны, предназначенной для легкого металла.

Подачу металла в емкость, предназначенную для основного слоя отливки заготовки, производят с учетом поддержания необходимых запланированных уровней расплава в обеих емкостях, тогда как подачу металла для получения более тонкого слоя в отливке подают в пропорции запланированных толщин разнородных металлов в отливке, не обращая внимание на уровни металлов в металлонапорных емкостях. Пропорциональность соблюдается во время одновременной подачи разнородных металлов по емкостям, при любых установившихся при этом уровнях.

Регулирование размеров зон кристаллизаций разнородным металлов в кристаллизаторе производится с помощью высоты положения головки насадки 5, выступающей в проем кристаллизатора. Положение головки насадки в кристаллизаторе изменяют за счет изменения размера высоты ножки насадки. Насадка 5 является сменной закладной деталью распределительного огнеупорного блока 4. Таким образом соотношение толщин слоев в биметаллической отливке регулируется размером высоты ножки грибовидной насадки блока-распределителя и количествами подаваемых разнородных металлов в каждую из образовавшихся зон намораживания.

Стопорные устройства 3 используются только в аварийных случаях для быстрого слива разнородных металлов из установки в специальные изложницы. Для этого стопорные сливные стаканы, а в них сливные отверстия изготавливаются с большим, чем обычно, диаметром сливного прохода.

Огнеупорный блок 4 и огнеупорная насадка 5 являются закладными деталями в огнеупорной кладке установки, по этому они изготавливаются из более качественного огнеупорного материала. Механизм качания 7 узла намораживания выполняется с регулируемой скоростью качания, увязанной со скоростью вытягивания отливки из кристаллизатора. Двухстворчатая теплоизоляционная гильза 8, штанга гидроцилиндра 9, лепестковый пресс-захват 10, верхняя коническая оправка 15, нижняя коническая оправка 16, компенсационный опорный ролик 17 и прижимной ролик 18 изготавливаются из жаропрочной стали, способной противостоять высоким температурам. В стенке кристаллизатора 1 предусмотрена огнеупорная теплоизоляционная вставка 13, которая должна обеспечить получение более тонкого и узкого намороженного участка на отливке трубной заготовки, способствующего более продуктивному раскрою заготовки с помощью газорезки.

Этой вставки может и не быть, если есть более продуктивные средства раскроя отливки, без задержки максимально возможной производительности намораживания отливки в кристаллизаторе.Производительность предложенной установки видится весьма высокой, т.к. уже сама форма отливки относительно небольшого диаметра может выдать широкую полосу, получение которой другим способом является проблематичным. Кроме этого, стенка кристаллизатора может быть выполнена максимально ребристой, т.е. с максимальной возможностью отбора тепла от контактирующей с ней отливки. Ребристая поверхность на отливке тут же закатывается в прокатной клети. Причем ребристая форма тонкостенной заготовки дает прирост качества зернистой структуре проката. Трубная форма отливки с ребристой поверхностью исключает заклинивание отливки в кристаллизаторе в силу равномерной радиальной усадки ее в кристаллизаторе. Такая возможность позволяет значительно увеличить высоту кристаллизатора, что повышает производительность установки.

При установившемся режиме получения горячекатаной полосы установка может выдать полосу буквально за короткий промежуток времени, как только расплав металла наморозится на стенках кристаллизатора. Производительность установки зависит только от скорости намораживания, которое зависит от размеров высоты кристаллизатора, формы стенок кристаллизатора и интенсивности охлаждения поверхности стенок кристаллизатора. Эти вопросы практически давно решены опытом многолетней эксплуатации УНРС и МНЛЗ.

Предложенная установка при внедрении ее в действующее производство сталеплавильных цехов позволит сократить оборудование НРС, сталеплавильных цехов, специализирующихся по производству листовых слябов, минимум на 70% а цех горячей прокатки, предназначенный для прокатки этих слябов в толстый лист и тонкую полосу, окажется практически совсем ненужным, за не- надобностью, т.к. только за счет средств некоторой сокращенной части оборудования УНРС можно выкроить на одну прокатную клеть, которой вполне можно обойтись в предложенной установке. Кроме того, установка рассчитана на получение широких биметаллических горячекатаных полос, которые с большим трудом удается получать в данное время. Установка также рассчитана на получение обычных стальных широких горячекатаных тонких полос, причем в более простом варианте намораживания тонкостенной трубной заготовки.