кристаллизатор для непрерывного литья слябов

Формула изобретения

Кристаллизатор для непрерывного литья слябов, содержащий охлаждаемые широкие и узкие медные стенки, отличающийся тем, что узкие стенки содержат два участка - верхний с прямолинейной рабочей поверхностью и нижний с криволинейной рабочей поверхностью, причем прямолинейная рабочая поверхность плавно переходит в криволинейную, при этом прямолинейный участок рабочей поверхности узкой стенки выполнен по следующей зависимости:

y=(а-)·х,

а криволинейный участок рабочей поверхности выполнен по зависимости:

где y - разность между толщиной узкой стенки в верхней части кристаллизатора и на расстоянии х от верха кристаллизатора, мм;

х - расстояние от верха кристаллизатора, мм;

а - безразмерный коэффициент, зависящий от свойств разливаемой марки стали, режима и условий разливки, размера сечения заготовки и равный - 0,0005...0,025;

- безразмерный коэффициент поворота рабочей поверхности, равный 0...0,025;

b - коэффициент, зависящий от свойств разливаемой марки стали, режима разливки, размера сечения заготовки и равный - 0...1000 мм;

l₁ - длина прямолинейного участка узкой стенки, мм,

при этом длина l₁ прямолинейного участка составляет 0,05...0,7 длины кристаллизатора, а длина l₂ участка с криволинейной поверхностью составляет 0,3...0,95 длины кристаллизатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к конструкции кристаллизаторов, и предназначено для производства непрерывнолитых слябов.

Наиболее близким по технической сущности является охлаждаемая изложница (кристаллизатор), выполненная с конусностью, по крайней мере, на одном участке, представленная в способе непрерывной разливки перитектических сталей (см. патент RU № 2142861 С1, кл. 6 В 22 D 11/04). Кристаллизатор имеет широкие стенки и узкие боковые стенки, которые могут быть выполнены подвижными, и включает сквозную центральную заливочную камеру для введения выпускного сопла. Начальный сегмент изложницы имеет конусность от 2 до 6% на 1 м. Аналитически под конусностью формы понимают значение [(l_a-L_B)/(L_B · h_i)]· 100, в котором h_i является высотой сегмента литейной формы, конусность которой должна быть определена, l_a является эффективной шириной на входе сегмента, имеющего высоту h_i с учетом получаемого расширения, определяемого любой литейной камерой, и l_b является шириной на выходе сегмента, имеющего высоту h_i с учетом расширения, определяемого литейной камерой.

Недостатком известного кристаллизатора (в том числе с двойной и тройной конусностью) является образование зазора рядом с серединой прямолинейного участка в силу несоответствия прямолинейности криволинейной усадке заготовки, особенно в верхней части кристаллизатора. Образовавшийся зазор в кристаллизаторе уменьшал теплоотвод и приводил к нагреву корочки сляба. В связи с этим существовала проблема возможности возникновения подвисания или прорыва. Зазор уменьшали, увеличивая конусность, и таким образом увеличивая величину контактного давления между поверхностями заготовки и рабочими стенками в местах контакта. Увеличение давления приводило к росту износа в этих областях.

Рабочую поверхность прототипа на i-м участке можно математически описать следующим образом:

где х - расстояние от верха кристаллизатор;

y - разность между толщиной стенки вверху кристаллизатора и на расстоянии х от верха кристаллизатора;

l_j - длина j-го участка;

а_i – коэффициент, характеризующий наклон i-го участка.

Желаемым техническим результатом заявленного устройства является увеличение стойкости узких стенок кристаллизатора (снижение износа в нижней части кристаллизатора) и улучшение теплообмена между ними и узкими гранями сляба.

Указанный технический результат достигается созданием кристаллизатора для непрерывного литья слябов, содержащего широкие и узкие стенки, в котором узкие стенки содержат два участка: верхний I с прямолинейной рабочей поверхностью и нижний II с криволинейной рабочей поверхностью, причем прямолинейная рабочая поверхность плавно переходит в криволинейную, протяженностью соответственно l₁ и l₂ (см. фиг.2).

На участке I рабочая поверхность узкой стенки выполнена прямолинейной по следующей зависимости:

а криволинейный участок рабочей поверхности выполнен по зависимости

где х - расстояние от верха кристаллизатора, мм;

y - разность между толщиной узкой стенки вверху кристаллизатора и на расстоянии х от верха кристаллизатора, мм;

a, b – коэффициенты, зависящие от марки стали, режима и условий разливки, размера сечения заготовки;

- безразмерный коэффициент поворота рабочей поверхности.

Остальные члены зависимости (2) определялись из условия плавного перехода линейной части в криволинейную.

Металл, поступая в кристаллизатор, кристаллизуется по периметру. В области линейного участка образовавшаяся корочка отходит от стенок кристаллизатора. Благодаря этому температура меди не превышает критического значения, при котором происходит разупрочнение. В этой области происходит интенсивный рост корочки. Чуть выше середины кристаллизатора скорость роста корочки значительно уменьшается. Но корочка уже приобрела достаточную толщину для прочности. Далее уже происходит плотный контакт поверхности заготовки и рабочей поверхности кристаллизатора.

Предложенный кристаллизатор обеспечивает необходимые зазоры и плотность контакта между узкими рабочими стенками и заготовкой по всей длине кристаллизатора. Увеличение стойкости узких стенок (снижение износа) обеспечивается снижением давления контакта между поверхностями рабочих стенок и заготовкой за счет увеличения площади контакта и отсутствия необходимости использования дополнительного увеличения конусности.

Изложенная сущность устройства поясняется чертежами, где:

фиг.1 - разрез кристаллизатора, где 1 - широкая стенка кристаллизатора; 2 -корпус кристаллизатора; 3 – каналы;

фиг.2. - вид сбоку от рабочей поверхности узкой стенки кристаллизатора. Вид I - форма рабочей поверхности узкой стенки кристаллизатора.

Коэффициент а является безразмерным, а коэффициент b имеет размерность мм. Коэффициенты а и b меняются в широких пределах. Но диапазоны изменения этих коэффициентов ограничены различного рода условиями. Для a>0,025 при незначительном изменении уровня мениска сильно меняется величина зазора между заготовкой и стенками кристаллизатора. Поэтому для данных значений а появляется необходимость точно поддерживать уровень металла на заданном уровне. Минимально возможное значение коэффициента а ограничено максимально возможной скоростью разливки и максимальным размером сечения сляба, применяемыми на металлургических комбинатах (при скорости разливки 2 м/мин и ширине сечения сляба 1000 мм а составляет не менее 0,0005). Таким образом, диапазон изменения а составляет 0,0005... 0,025.

Минимальное значение b коэффициента стремится к нулю. Максимальное значение коэффициента определяется применяемыми скоростями разливки и размерами сечения сляба на металлургических комбинатах и не может превышать на данный момент значения 1000 мм.

Выбор величины коэффициента производится исходя из различного рода условий: равенства толщины стенки вверху и внизу кристаллизатора; снижение затрат меди при строжке и т.п. Величина может быть любой (даже отрицательной), но имеет смысл использовать стенки с диапазоном изменения значения этого коэффициента от 0 до 0,025.

Поскольку в верхней части кристаллизатора температура корочки близка к температуре солидуса, а толщина ее еще достаточно маленькая, плотный контакт стенок кристаллизатора с заготовкой может привести к значительной деформации корки. Для того, чтобы избежать этого, в верхней части кристаллизатора необходимо обеспечить “безопасный” зазор (см. фиг.3). Величина этого зазора ограничена сверху условием требуемого теплоотвода. Этот зазор в заявленном устройстве обеспечивается прямолинейной конусностью. Длина прямолинейного участка определяется маркой стали и режимом разливки. Для марок сталей, обладающих сильной ползучестью при высоких скоростях разливки, криволинейный участок может начинаться с мениска (0,05L, где L - длина кристаллизатора).

В нижней части кристаллизатора корка приобретает достаточную прочность для того, чтобы выдержать плотный контакт со стенками кристаллизатора. Длина криволинейного участка определяется маркой стали и режимом разливки. Для того, чтобы получить эффект, целесообразно использовать криволинейный участок длиной не менее протяженности области контакта слитка со стенками кристаллизатора в прототипе (по опытным данным он составляет не менее 0,3L). Длины участков можно определять экспериментально по характеру износа узких стенок с прямолинейной рабочей поверхностью.

Таким образом, длина прямолинейного участка I составляет l₁=0,05... 0,7· L, а длина криволинейного участка II соответственно l₂=0,3... 0,95· L.

В конвертерном цехе ОАО “Северсталь” на УНРС № 2 и № 3 прошли испытания криволинейного кристаллизатора со следующими параметрами: а=0,00675; b=89 мм; =0; l₁=400 мм. Для сравнения использовали соседние ручьи, на которых стояли кристаллизаторы с прямолинейными узкими стенками. В течение испытания разливали слябы из различных марок стали (17Г1СУ, 17ГС, 17ГСУ, 08ПС, 1ПС, 2ПС, 10СП, 20СП, ДЗЮ, 2ДЗЮ, Ч09СФ, 08Ю, ДХ51Д, 08Э, 20ЮУ, 20ЮА, S1006, S1008, S235, SPSS1D, SPCC1D, DS01, W400-50A, SPHC, SPHT1, SPHT2, SGCC, SPCC, ST12) сечением 1070× 250 мм, скорость разливки менялась от 0,6 до 1,0 м/мин. В условиях конвертерного цеха при разливке сляба сечением 1070× 250 мм узкие стенки кристаллизатора снимают по причине износа в среднем после 156 плавок. Максимальная наблюдаемая стойкость узких прямолинейных стенок составила 222 плавки. Опытные криволинейные узкие стенки отстояли 308 плавок. Таким образом, стойкость стенок увеличилась за счет применения криволинейной поверхности как минимум на 40%.