способ непрерывной разливки стали

Формула изобретения

1. Способ непрерывной разливки стали, включающий подачу жидкого металла из промежуточного ковша в кристаллизатор через разливочный стакан, отличающийся тем что в течение первых 10-15% времени разливки расход металла регулируют размываемой вставкой-дозатором, установленной у основания разливочного стакана, диаметр критического сечения вставки-дозатора составляет 0,2-0,5 диаметра канала разливочного стакана, а ее высота 0,5-0,8 диаметра канала разливочного стакана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вставку-дозатор выполняют из кварцевого огнеупорного материала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вставку-дозатор выполняют из алюмосиликатного огнеупорного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке стали.

Известен способ непрерывной разливки стали, включающий подачу жидкого металла из промежуточного ковша в кристаллизатор через разливочный стакан без регулирования объема истекающего металла (см. Непрерывная разливка стали: Учебник для СПТУ. Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф., М.: Металлургия, 1990. 296 с.).

Объем металла, истекающего из промежуточного ковша в процессе разливки, зависит при этом от диаметра стакана, его длины и формы, уровня металла в промежуточном ковше и перегрева металла над температурой ликвидуса. Постоянство уровня металла в кристаллизаторе поддерживают изменением скорости вытягивания слитка в ручном или автоматическом режиме.

Недостатком известного способа является нарушение стабильности разливки даже при незначительном "затягивании" разливочного стакана отложениями глинозема. Такое явление наблюдается, в частности, при разливке стали, раскисленной алюминием. Образующиеся при раскислении частицы корунда Аl₂О₃ оседают на внутренних стенках канала, образуя тугоплавкую и прочную настыль, внутренний диаметр стакана начинает уменьшаться и, если не принять необходимых мер, разливка может вообще прекратиться. Что касается замены разливочного стакана без прерывания разливки, что позволяет изменять его сечение в зависимости от условий процесса, то эти устройства сложны в конструктивном исполнении и довольно дорогие. Они позволяют значительно увеличить продолжительность серийной разливки, но не обеспечивают ее стабильность и получение заготовки высокого качества.

Известны технические решения, связанные с применением огнеупорных изделий для уменьшения склонности к зарастанию стакана неметаллическими включениями. Так установлено, что эффективным средством уменьшения зарастания, например, погружаемого стакана является применение в верхней его части вставки из огнеупорного материала на основе нитрида бора (см. Очагова И.Г., Паршин В. М. Огнеупорные изделия для защиты струи металла от вторичного окисления при непрерывной разливке за рубежом / Черная металлургия, 1999. - 7 (1083), с. 32-43).

Известен также разливочный ковш, включающий корпус ковша, его футеровку, разливочный стакан и набивную огнеупорную массу вокруг него. По высоте стакана установлено кольцо из пористого огнеупорного материала (см. заявка 95111587/02 от 05.07.95, опубл. 20.05.97).

Известные технические решения позволяют замедлить затягивание разливочного стакана при бесстопорной разливке, однако не устраняют проблемы, связанные с качеством заготовки и стабильностью разливки. Бесстопорная разливка исключает возможность подвода металла под уровень шлака в кристаллизаторе, производится открытой струей и не позволяет получать заготовку высокого качества. Этот способ разливки используется при производстве заготовки рядового качества, либо при разливке в кристаллизаторы сечением менее 130130 мм, где невозможно использование погружного стакана.

Известен способ непрерывной разливки стали "затопленной" струей через погружные стаканы (разливка "под уровень") с использованием для дозирования металла в кристаллизаторе системы стопор-стакан (см. Патент России 1369864, 1988, БИ 4).

При стопорной разливке пропускная способность разливочного стакана примерно в три-четыре раза превышает необходимую для номинальной скорости разливки, что гарантирует устойчивую разливку даже при значительном его затягивании.

Расход металла через систему стопор-стакан определяется величиной проходного сечения между ними. Изменение положения стопора относительно стакана определяется не только скоростью разливки, но и уровнем металла в промежуточном ковше, а также температурой металла. В начале разливки (при еще "чистом" стакане) при высокой температуре и небольшой скорости разливки даже незначительное перемещение стопора (0,2-0,3 мм) вызывает скачок уровня металла в кристаллизаторе. При увеличении скорости разливки и снижении температуры металла стопор работает в более высокой позиции, когда такое же перемещение стопора значительно меньше влияет на прирост уровня металла в кристаллизаторе.

В том случае, когда стопор промежуточного ковша не обеспечивает заданный расход металла (фактически он больше), перемещением ковша с металлом вверх при помощи разливочного крана между ковшом и погружным стаканом создают зазор. При этом подъем уровня металла в кристаллизаторе прекращается. Величину зазора между ковшом и погружным стаканом увеличивают, и заданный расход металла вновь регулируется стопором ковша. Однако для получения заготовок мелкого сечения на многоручьевых МНЛЗ такое регулирование расхода металла становится практически невозможным.

Недостатком известного способа является нарушение стабильности разливки при получении заготовок мелкого сечения на многоручьевых МНЛЗ из-за некрытия стопоров при запуске ручьев и перелива металла в кристаллизаторе.

Причиной этого является "закозление" стопоров на наиболее отдаленных от точки подвода металла в промежуточный ковш ручьях. Даже относительно небольшой подтек металла вызывает его перелив в кристаллизаторе и потерю ручья, поскольку в большинстве случаев компенсация переполнения кристаллизатора скоростью вытягивания заготовки оказывается неэффективной, так как пропускная способность разливочного стакана промежуточного ковша достаточно высокая. Быстрое и неконтролируемое наполнение кристаллизатора металлом до начала вытягивания заготовки требует организации некоторой паузы, необходимой для формирования и усадки головной части слитка. В противном случае существует большая вероятность заклинивания слитка в кристаллизаторе. Практически любое некрытие стопора не позволяет обеспечить необходимую паузу до начала вытягивания и осуществить запуск ручья.

Задачей изобретения является повышение стабильности стопорной разливки в период запуска ручьев за счет регламентированного поступления металла в кристаллизатор.

Задача решается следующим образом.

В способе непрерывной разливки стали, включающем подачу жидкого металла из промежуточного ковша в кристаллизатор через разливочный стакан, в течение первых 10-15% времени разливки расход металла регулируют размываемой вставкой-дозатором, установленной у основания разливочного стакана, диаметр критического сечения вставки-дозатора составляет 0,2-0,5 диаметра канала разливочного стакана, а ее высота 0,5-0,8 того же диаметра. При этом вставка-дозатор выполнена из кварцевого или алюмосиликатного огнеупорного материала.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом непрерывной разливки стали, заключается в том, что при разливке мелких сечений и большой длине промежуточного ковша на многоручьевых МНЛЗ, когда использование системы стопор - разливочный стакан не обеспечивает регламентированное поступление жидкого металла в кристаллизатор и нарушает стабильность процесса в начале разливки за счет регулирования объема металла, истекающего из промежуточного ковша, при поднятом стопоре размываемой вставкой-дозатором, установленной у основания стакана, обеспечивают стабильность разливки с выходом на номинальную скорость вытягивания заготовки с последующим регулированием расхода жидкого металла стопором промежуточного ковша. Размывание вставки-дозатора, выполненной из кварцевого или алюмосиликатного огнеупорного материала, предопределяет постепенное увеличение объема жидкого металла, истекающего из промежуточного ковша, и контролируемое заполнение кристаллизатора без опасности его "перелива", "прорыва" металла под кристаллизатором и потери ручья. Вставку-дозатор выполняют из кварцевого огнеупорного материала.

Кварцевые, как и обычные кремнеземные изделия, в основном состоят из SiO₂. Для их изготовления используют порошок кварцевого стекла, других компонентов не добавляют. Измельченный порошок подвергают тонкому помолу, массу перемешивают и готовят шликер, который заливают в формы (см. Огнеупоры и их применение: Пер. с япон. / под ред. Инамуры Я., М.: Металлургия, 1984. 448 с. ). После снятия форм изделие сушат, отделывают и обжигают. Шликерная технология позволяет обеспечить стабильные свойства вставки-дозатора: малое термическое расширение, высокую стойкость к термоудару, а сетчатая структура из атомов кремния, связанных через атомы кислорода, - ее размывание по границам зерен при интенсивном воздействии жидкого металла.

Вставка-дозатор может быть выполнена и из алюмосиликатного огнеупорного материала, свойства которого также обеспечивают регламентированное поступление металла в кристаллизатор при ее размывании, так как зерновой состав строго регламентируется при производстве этих изделий. Однако алюмосиликатные изделия имеют близкое сродство к неметаллическим включениям, поэтому при подаче через размываемую вставку-дозатор стали, раскисленной, например, алюминием, может наблюдаться ее "затягивание" отложениями глинозема, что недопустимо; в этом случае предпочтительнее применение кварцевых изделий.

Пропускная способность вставки-дозатора зависит при этом прежде всего от площади поперечного сечения ее канала, что при различном конструктивном ее оформлении однозначно определяется диаметром критического (минимального) сечения.

Регулирование расхода жидкого металла, подаваемого в кристаллизатор размываемой вставкой-дозатором, установленной у основания разливочного стакана, при поднятом стопоре промежуточного ковша осуществляют в течение первых 10-15% времени разливки, что позволяет избежать аварий при запуске ручья, исключить возможность повреждения стопора на запуске, так как отсутствует необходимость его приработки в холодном состоянии.

Продолжительность регулирования расхода металла, подаваемого в кристаллизатор размываемой вставкой-дозатором, установленной у основания разливочного стакана промежуточного ковша, не должна быть менее первых 10% времени разливки, в противном случае стопор и разливочный стакан промежуточного ковша не успеют прогреться и очиститься от настылей металла, что приведет к нарушению стабильности разливки с использованием для дозирования металла в кристаллизаторе системы стопор - разливочный стакан.

Продолжительность регулирования расхода металла, подаваемого в кристаллизатор, размываемой вставкой-дозатором, установленной у основания разливочного стакана промежуточного ковша, не должна быть более первых 15% времени разливки, иначе нарушается стабильность разливки из-за снижения пропускной способности канала разливочного стакана промежуточного ковша.

Диаметр критического сечения размываемой вставки-дозатора должен быть в пределах 0,2-0,5 диаметра канала разливочного стакана промежуточного ковша, что позволяет обеспечить необходимую пропускную способность разливочного стакана при поднятом стопоре для заполнения кристаллизатора, пуска ручья и начала разливки с последующим выходом на номинальную скорость вытягивания заготовки.

Диаметр критического сечения размываемой вставки-дозатора не должен быть менее 0,2 диаметра канала разливочного стакана промежуточного ковша, в противном случае уменьшается количество жидкого металла, подаваемого из промежуточного ковша, увеличивается время заполнения кристаллизатора, затягивается пуск ручья, что приводит к нарушению температурного режима процесса и стабильности разливки.

Диаметр критического сечения размываемой вставки-дозатора не должен быть более 0,5 диаметра канала разливочного стакана, иначе количество жидкого металла, подаваемого из промежуточного ковша в кристаллизатор, будет больше требуемого, что приведет к чрезмерно быстрому наполнению кристаллизатора, пуску ручья с выходом на номинальную скорость разливки и необходимости приработки стопора в холодном состоянии, что приведет к нарушению стабильности разливки.

Высота размываемой вставки-дозатора должна составлять 0,5-0,8 диаметра канала разливочного стакана, что позволяет регулировать подачу жидкого металла из промежуточного ковша в кристаллизатор в течение первых 10-15% времени разливки.

При высоте размываемой вставки-дозатора менее 0,5 диаметра канала разливочного стакана сокращается продолжительность начального периода разливки, стопор и разливочный стакан не успевают прогреться и очиститься от настылей металла, а разливка после заполнения кристаллизатора и пуска ручья выйти на номинальную скорость вытягивания заготовки, что приведет к нарушению стабильности процесса.

При высоте размываемой вставки-дозатора более 0,8 диаметра канала разливочного стакана удлиняется продолжительность начального периода разливки, затягивается пуск ручья и выход на номинальную скорость разливки с использованием для регулирования объема металла, поступающего в кристаллизатор, системы стопор-стакан, что приведет к нарушению стабильности разливки.

На чертеже изображена схема осуществления предлагаемого способа непрерывной разливки стали, которая включает промежуточный ковш 1, кристаллизатор 2, разливочный стакан 3, размываемую вставку-дозатор 4, стопор 5.

Пример: сталь марки ст. 20, содержащую, мас.%: углерод 0,18; марганец 0,42; кремний 0,22; сера 0,018; фосфор 0,031 выплавляли в 350-тонном кислородном конвертере. Металл для разливки подают после внепечной обработки с корректировкой его по температуре, химическому составу и модифицированием неметаллических включений. Температура металла в промежуточном ковше 1 составляет 1542^oС. При достижении определенного уровня в промежуточном ковше производится открытие стопора 5, удержание его в поднятом положении и заполнение кристаллизатора 2 с подачей металла через разливочный стакан 3, у основания которого установлена размываемая вставка-дозатор из кварцевого огнеупорного материала 4. Диаметр размываемой вставки-дозатора составляет 12 мм (0,4 диаметра канала разливочного стакана), высота - 15 мм (0,5 диаметра канала разливочного стакана). Первые 12 мин (12% времени разливки), включающие заполнение кристаллизатора жидким металлом, старт ручья и собственно начало разливки, диаметр вставки-дозатора обеспечивает минимальную скорость вытягивания заготовки, соответствующую разливаемому сечению, типу кристаллизатора и технологическим параметрам процесса. В течение этого времени кварцевая вставка-дозатор размывается, при этом ее пропускная способность увеличивается, что предопределяет увеличение скорости разливки и достижение уровня ее максимально разрешенного значения, после чего опускают стопор и регулируют расход металла из промежуточного ковша перемещением стопора в зависимости от положения уровня металла в кристаллизаторе. Время разливки составило 100 мин, получено 292 т слитка.

Заявляемый способ промышленно применим при непрерывной разливке стали.