кристаллизатор для непрерывного литья и способ непрерывного литья круглой заготовки

Формула изобретения

1. Способ непрерывного литья круглой заготовки с использованием установки непрерывного литья криволинейного типа с кристаллизатором, включающий заливку расплавленной стали в кристаллизатор, выполненный у нижнего края с внутренним диаметром D₀ (м) и радиусом кривизны R₀ (м) криволинейной внешней стороны, причем коэффициент изменения Тр (%/м) внутреннего диаметра кристаллизатора на единицу длины вдоль направления литья рассчитывается по формуле Tp=(1/D₀)·(dD/dx)·100 (%/м), где D - внутренний диаметр кристаллизатора на расстоянии «х» от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора, а коэффициент изменения Rp (%/м) радиуса кривизны внешней криволинейной стороны кристаллизатора на единицу длины вдоль направления литья рассчитывается по формуле Rp=(1/R₀)·(dR/dx)·100 (%/м), где R - радиус кривизны внешней криволинейной стороны на расстоянии «х» от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора, причем коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора и коэффициент изменения Rp радиуса кривизны удовлетворяют соотношению Rp=(Tp/2)·(D₀/R₀), при этом на поверхность расплавленной стали в кристаллизаторе подают литейный порошок, имеющий вязкость от 0,1 до 1,0 Па·с при температуре 1573 К (1300°С), температуру затвердевания не менее чем 1273 К (1000°С), отношение ((CaO+CaF₂·0,718)/SiO ₂), мас.%, в интервале от 1,0 до 1,4, содержание натрия не более чем 5,0 мас.% в пересчете на эквивалент Na₂ O, концентрацию фтора не более чем 7,0 мас.%, содержание магния от 5 до 13 мас.% в пересчете на эквивалент MgO, и содержание алюминия от 6 до 18 мас.% в пересчете на эквивалент Al₂ O₃.

2. Способ по п.1, в котором заливку расплавленной стали осуществляют в кристаллизатор, разделенный на три области вдоль направления литья, при этом в первой области, которая простирается от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора до зоны, расположенной между точками, отстоящими на 50 мм и 100 мм от верхнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра варьируют от 12 до 16%/м, причем охлаждаемая поверхность кристаллизатора представляет собой сторону кристаллизатора, к которой поступает расплавленная сталь, во второй области, непосредственно следующей за первой областью и простирающейся до зоны, расположенной между точками, отстоящими на 250 мм и 300 мм от верхнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора непрерывно варьируют от 12-16%/м до 0,8-1,4%/м, в третьей области, которая непосредственно следует за второй областью и простирается до нижнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора варьируют от 0,8 до 1,4%/м.

3. Способ по п.1, в котором заливку расплавленной стали осуществляют в кристаллизатор, разделенный на три области вдоль направления литья, при этом в первой области, которая простирается от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора до зоны, расположенной между точками, отстоящими на 50 мм и 100 мм от верхнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Rp радиуса кривизны варьируют от 6·(D₀/R₀) до 8·(D₀/R₀), причем охлаждаемая поверхность кристаллизатора представляет собой сторону кристаллизатора, к которой поступает расплавленный металл, во второй области, непосредственно следующей за первой областью и простирающейся до зоны, расположенной между точками, отстоящими на 250 мм и 300 мм от верхнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Rp радиуса кривизны непрерывно варьируют от 6·(D₀/R₀)-8·(D ₀/R₀) (%/м) до 0,4·(D₀/R ₀)-0,7·(D₀/R₀) (%/м), в третьей области, которая непосредственно следует за второй областью и простирается до нижнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Rp радиуса кривизны варьируют от 0,4·(D₀/R ₀) до 0,7·(D₀/R₀) (%/м).

4. Кристаллизатор для непрерывного литья круглой заготовки с использованием установки непрерывного литья криволинейного типа, выполненный у нижнего края с внутренним диаметром D ₀ (м) и радиусом кривизны R₀ (м) криволинейной внешней стороны, причем коэффициент изменения Тр (%/м) внутреннего диаметра кристаллизатора на единицу длины вдоль направления литья рассчитывается по формуле Tp=(1/D₀)·(dD/dx)·100(%/м), где D - внутренний диаметр кристаллизатора на расстоянии «х» от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора, а коэффициент изменения Rp (%/м) радиуса кривизны внешней криволинейной стороны кристаллизатора на единицу длины вдоль направления литья рассчитывается по формуле Rp=(1/R₀)·(dR/dx)·100(%/м), где R - радиус кривизны внешней криволинейной стороны на расстоянии «х» от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора, причем коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора и коэффициент изменения Rp радиуса кривизны удовлетворяют соотношению Rp=(Tp/2)·(D₀/R₀).

5. Кристаллизатор по п.4, который разделен на три области вдоль направления литья, при этом в первой области, которая простирается от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора до зоны, расположенной между точками, отстоящими на 50 мм и 100 мм от верхнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра варьируют от 12 до 16%/м, причем охлаждаемая поверхность кристаллизатора представляет собой сторону кристаллизатора, к которой поступает расплавленная сталь, во второй области, непосредственно следующей за первой областью и простирающейся до зоны, расположенной между точками, отстоящими на 250 мм и 300 мм от верхнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора непрерывно варьируют от 12-16%/м до 0,8-1,4%/м, в третьей области, которая непосредственно следует за второй областью и простирается до нижнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора варьируют от 0,8 до 1,4%/м.

6. Кристаллизатор по п.1, который разделен на три области вдоль направления литья, при этом в первой области, которая простирается от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора до зоны, расположенной между точками, отстоящими на 50 мм и 100 мм от верхнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Rp радиуса кривизны варьируют от 6·(D₀/R₀) до 8·(D₀/R₀) (%/м), причем охлаждаемая поверхность кристаллизатора представляет собой сторону кристаллизатора, к которой поступает расплавленный металл, во второй области, непосредственно следующей за первой областью и простирающейся до зоны, расположенной между точками, отстоящими на 250 мм и 300 мм от верхнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Rp радиуса кривизны непрерывно варьируют от 6·(D₀ /R₀)-8·(D₀/R₀) (%/м) до 0,4·(D₀/R₀)-0,7·(D₀ /R₀) (%/м), в третьей области, которая непосредственно следует за второй областью и простирается до нижнего края кристаллизатора, коэффициент изменения Rp радиуса кривизны варьируют от 0,4·(D ₀/R₀) до 0,7·(D₀/R₀ ) (%/м).

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к кристаллизатору для непрерывного литья, используемому при непрерывном литье круглых заготовок в установке для непрерывного литья криволинейного типа, и к способу непрерывного литья круглых заготовок, в котором используется указанный кристаллизатор для непрерывного литья.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В процессе непрерывного литья круглой заготовки, имеющей круглую форму поперечного сечения, по сравнению с непрерывным литьем прямоугольной заготовки, имеющей прямоугольную форму поперечного сечения, заготовка охлаждается неравномерно, поскольку внутренняя стенка кристаллизатора (внутренняя периферическая поверхность в случае кристаллизатора для круглой заготовки) не постоянно находится в контакте с заготовкой. Когда заготовка охлаждается с чрезмерной неравномерностью, в заготовке возникает дефект в виде продольного растрескивания и происходит разрушение вследствие дефекта в виде продольного растрескивания. Поэтому в результате этого литье не может быть продолжено.

[0003] Чтобы избежать возникновения такой ситуации, были предложены такие разнообразные способы, в которых внутренний диаметр кристаллизатора уменьшают соответственно усадке при затвердевании, и в кристаллизатор вводят литейный порошок, чем улучшают условия непрерывного литья путем регулирования контакта между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой. Например, Японская Публикация Патентной Заявки на Полезную Модель № 59(1984)-165748 раскрывает кристаллизатор, в котором внутренний диаметр уменьшается в нисходящем направлении и коэффициент уменьшения внутреннего диаметра изменяется в два этапа. Далее, Японская Публикация Патентной Заявки на Полезную Модель № 59(1984)-165749 предлагает кристаллизатор, который имеет сужающуюся поверхность, внутренний диаметр которой непрерывно уменьшается в нисходящем направлении и изменение внутреннего диаметра согласуется с усадкой при затвердевании. Согласно известным решениям утверждается, что может быть достигнут равномерный контакт между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой.

[0004] Однако в кристаллизаторе, предложенном в вышеупомянутой Японской Публикации Патентной Заявки на Полезную Модель № 59(1984)-165748, затруднительно поддерживать хороший контакт между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой на всем протяжении от верхней части до нижней части кристаллизатора во время непрерывного литья. Более того, в кристаллизаторе, предложенном в вышеупомянутой Японской Публикации Патентной Заявки на Полезную Модель № 59(1984)-165749, возникают проблемы при использовании, хотя присутствует теоретическая возможность поддерживать хороший контакт между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой на всем протяжении от верхней части до нижней части кристаллизатора во время непрерывного литья. В частности, затруднительно измерить степень усадки при затвердевании заготовки и необходимо менять кристаллизатор соответственно каждому сорту стали, так как степень усадки при затвердевании изменяется при изменении химического состава отливаемой стали и, кроме того, степень усадки вдоль направления литья изменяется при изменении скорости литья. Соответственно этому такие предложенные кристаллизаторы не могут быть использованы в промышленном производстве.

[0005] В Японском Патенте № 3022211 заявитель настоящего изобретения предложил кристаллизатор, у которого достигается равномерный контакт между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой для обеспечения равномерного охлаждения при непрерывном литье круглой заготовки. Кристаллизатор от верхнего края до нижнего края разделен по меньшей мере на три области вдоль направления литья, и внутренний диаметр кристаллизатора постепенно уменьшается от верхнего края в сторону нижнего края согласно коэффициенту изменения внутреннего диаметра кристаллизатора на единицу длины вдоль направления литья в каждой области.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Однако в кристаллизаторе, предложенном в вышеупомянутом Японском Патенте № 3022211, хотя теплопередача между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой во время непрерывного литья может быть установлена равномерной, условие, при котором достигается ожидаемый эффект, является жестким. Например, существует проблема того, что литье не может быть осуществлено при использовании стали, имеющей отличающуюся степень усадки при затвердевании, или же существует проблема, связанная со скоростью литья. В частности, проблема обостряется в ситуации, если внутренняя периферическая поверхность кристаллизатора является криволинейной в продольном направлении (далее термин «криволинейный» в общем употребляется для обозначения понятия «криволинейный в продольном направлении») соответственно форме заготовки, подобно кристаллизатору для непрерывного литья, который используют для непрерывного литья круглой заготовки в установке для непрерывного литья криволинейного типа.

[0007] В свете вышеизложенного цель настоящего изобретения состоит в создании кристаллизатора для непрерывного литья, который может обеспечивать стабильное осуществление непрерывного литья круглой заготовки, не имеющей дефектов литья, и способа непрерывного литья, в котором используется кристаллизатор, когда круглую заготовку непрерывно отливают в установке для непрерывного литья криволинейного типа.

[0008] Для достижения цели настоящее изобретение предлагает кристаллизатор для непрерывного литья круглой заготовки с использованием установки для непрерывного литья криволинейного типа, при этом кристаллизатор имеет внутренний диаметр D ₀ (метров, м) у его нижнего края, и криволинейную в продольном направлении (далее термин «криволинейный» в общем употребляется для обозначения понятия «криволинейный в продольном направлении») внешнюю поверхность, имеющую радиус кривизны R₀ (м), у нижнего края кристаллизатора, при этом кристаллизатор предназначен для непрерывного литья круглой заготовки, отличающийся тем, что, когда коэффициент изменения Тр (%/м) внутреннего диаметра кристаллизатора на единицу длины вдоль направления литья выражается Формулой 1 и когда коэффициент изменения Rp (%/м) радиуса кривизны внешней криволинейной стороны на единицу длины вдоль направления литья выражается Формулой 2, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора и коэффициент изменения Rp радиуса кривизны удовлетворяют соотношению, выраженному Формулой 3:

Формула 1

Tp=(1/D₀)×(dD/dx)×100 (%/м),

где D представляет внутренний диаметр кристаллизатора на расстоянии «х» от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора,

Формула 2

Rp=(1/R ₀)×(dR/dx)×100 (%/м),

где R представляет радиус кривизны внешней криволинейной стороны на расстоянии «х» от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора, и

Формула 3

Rp=(Tp/2)×(D₀ /R₀).

[0009] В конфигурации согласно настоящему изобретению, поскольку осевая линия внутренней периферической поверхности кристаллизатора совпадает с осевой линией заготовки при непрерывном литье круглой заготовки, кристаллизатор не прилагает к заготовке смещающего усилия, и равномерная сила действует по всему периметру, и равномерный и хороший контакт между заготовкой и внутренней периферической поверхностью кристаллизатора может быть получен по всей периферии.

[0010] В кристаллизаторе для непрерывного литья круглой заготовки согласно настоящему изобретению кристаллизатор предпочтительно подразделен на три области вдоль направления литья, при этом в первой области коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора варьирует от 12 до 16%/м, причем первая область простирается от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора до «зоны 50-100 мм», причем охлаждаемая поверхность кристаллизатора представляет собой сторону, с которой заливают расплавленную сталь, «зона 50-100 мм» расположена между положениями, отстоящими на 50 мм и 100 мм от верхнего края кристаллизатора, во второй области коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора непрерывно варьирует от 12-16%/м до 0,8-1,4%/м, причем вторая область непосредственно следует за первой областью и простирается от названной «зоны 50-100 мм» до «зоны 250-300 мм», причем «зона 250-300 мм» расположена между положениями, отстоящими на 250 мм и 300 мм от верхнего края кристаллизатора, и в третьей области коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора варьирует от 0,8 до 1,4%/м, причем третья область непосредственно следует за второй областью и простирается от названной «зоны 250-300 мм» до нижнего края кристаллизатора.

[0011] В кристаллизаторе для непрерывного литья круглой заготовки согласно настоящему изобретению в первой области коэффициент изменения Rp радиуса кривизны варьирует от 6×(D₀ /R₀) до 8×(D₀/R₀) (%/м), причем первая область простирается от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора до «зоны 50-100 мм», причем охлаждаемая поверхность кристаллизатора представляет собой сторону, с которой заливают расплавленную сталь, и «зона 50-100 мм» расположена между положениями, отстоящими на 50 мм и 100 мм от верхнего края кристаллизатора, во второй области коэффициент изменения Rp радиуса кривизны непрерывно варьирует от 6×(D ₀/R₀)-8×(D₀/R₀) (%/м) до 0,4×(D₀/R₀)-0,7×(D₀ /R₀) (%/м), причем вторая область непосредственно следует за первой областью и простирается от названной «зоны 50-100 мм» до «зоны 250-300 мм», причем «зона 250-300 мм» расположена между положениями, отстоящими на 250 мм и 300 мм от верхнего края кристаллизатора, и в третьей области коэффициент изменения Rp радиуса кривизны варьирует от 0,4×(D₀/R₀) до 0,7×(D₀ /R₀) (%/м), причем третья область непосредственно следует за второй областью и предпочтительно простирается от названной «зоны 250-300 мм» до нижнего края кристаллизатора.

[0012] Далее, для достижения вышеупомянутой цели предлагается способ непрерывного литья круглой заготовки, в котором используется кристаллизатор для непрерывного литья круглой заготовки, при этом способ характеризуется тем, что непрерывное литье выполняют с подачей литейного порошка на поверхность расплавленной стали, заливаемой в кристаллизатор для непрерывного литья, при этом литейный порошок имеет вязкость от 0,1 до 1,0 Па·с при температуре 1573 К (1300°С), температуру затвердевания не менее чем 1273 К (1000°С) и отношение в массовых процентах от 1,0 до 1,4 в расчете на отношение ((CaO+CaF₂×0,718)/SiO ₂), содержание натрия (Na) не более чем 5,0 массовых процентов в пересчете на эквивалент Na₂O, концентрацию фтора (F) не более чем 7,0 массовых процентов, содержание магния (Mg) 5-13 массовых процентов в пересчете на эквивалент MgO и содержание алюминия (Al) 6-18 массовых процентов в пересчете на эквивалент Al₂O₃.

[0013] Соответственно для кристаллизатора для непрерывного литья круглой заготовки согласно изобретению и в способе непрерывного литья согласно настоящему изобретению, в котором используется кристаллизатор, при непрерывном литье в установке для непрерывного литья криволинейного типа достигается равномерный и хороший контакт между заготовкой и внутренней периферической поверхностью кристаллизатора по всей окружности, поскольку сила равномерно действует на весь периметр заготовки. В результате этого можно стабильно получать высококачественную круглую заготовку без дефектов литья.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] Фиг.1 представляет вертикальное поперечное сечение, показывающее схематическое изображение конфигурации общеупотребительного кристаллизатора для непрерывного литья круглой заготовки;

Фиг.2 представляет вертикальное поперечное сечение, показывающее схематическое изображение конфигурации кристаллизатора для непрерывного литья круглой заготовки согласно настоящему изобретению;

Фиг.3 представляет вертикальное поперечное сечение, разъясняющее конкретный пример кристаллизатора для непрерывного литья круглой заготовки согласно изобретению;

Фиг.4 представляет диаграмму, показывающую диапазон колебаний температуры поверхности медного кристаллизатора для каждого условия литья в варианте осуществления; и

Фиг.5 представляет диаграмму, показывающую показатель продольного растрескивания для каждого условия литья в варианте осуществления.

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] Авторы настоящего изобретения подробно исследовали проблемы, связанные с традиционным кристаллизатором, используемым в установке для непрерывного литья криволинейного типа, и авторы настоящего изобретения выполнили изобретение с акцентированием внимания на радиусе кривизны кристаллизатора, чему ранее не было уделено внимание в силу действия проектно-конструкторского стандарта.

[0016] Фиг.1 представляет вертикальное поперечное сечение, показывающее схематическое изображение конфигурации общеупотребительного кристаллизатора для непрерывного литья круглой заготовки. Как показано на Фиг.1, традиционный кристаллизатор 101, используемый в установке для непрерывного литья криволинейного типа, имеет постоянный радиус кривизны R₀ в продольном направлении базовой линии 101с вдоль внешней криволинейной стороны в продольном направлении внутренней периферической поверхности. Радиус кривизны R₀ по существу согласуется с радиусом кривизны внешней криволинейной стороны заготовки 11, вытягиваемой из кристаллизатора 101. Внутренний диаметр D₀ кристаллизатора у его нижнего края 101b задают согласно каждому диаметру заготовки 11.

[0017] Как и для кристаллизаторов, предложенных в Японской Публикации Патентной Заявки на Полезную Модель № 59(1984)-165748, Японской Публикации Патентной Заявки на Полезную Модель № 59(1984)-165749 и Японском Патенте № 3022211, на внутренней периферической поверхности кристаллизатора 101 внутренний диаметр кристаллизатора 101 сокращается от верхнего края 101а в сторону нижнего края 101b, а именно внутренняя периферическая поверхность сужается в продольном направлении так, что внутренний диаметр увеличивается от нижнего края 101b в сторону верхнего края 101а. В этом плане на внутренней периферической поверхности кристаллизатора 101, поскольку внешняя криволинейная сторона ограничена постоянным радиусом кривизны R₀, увеличение внутреннего диаметра происходит за счет внутренней криволинейной стороны. Поэтому осевая линия МС, представляющая график, объединяющий центры внутренних диаметров кристаллизатора 101 по мере подъема от нижнего края 101b к верхнему краю 101а, отклоняется от осевой линии ВС, которая представляет осевую линию заготовки, к внутренней криволинейной стороне по мере приближения к верхнему краю 101а кристаллизатора 101 несмотря на совпадение с осевой линией ВС у нижнего края 101b.

[0018] Когда круглую заготовку 11 непрерывно отливают в кристаллизаторе 101, на заготовку 11 от внутренней криволинейной стороны все время действует отклоняющая сила, направленная к внешней криволинейной стороне. Поэтому в обычном кристаллизаторе 101 заготовка приходит в контакт с внутренней периферической поверхностью кристаллизатора 101, неравномерный во всей окружности, что создает проблему в том, что заготовка 11 деформируется. Например, в случае осуществления отливки из стали, имеющей отличающуюся степень усадки при затвердевании, или в случае, если скорость литья изменяется во время литья, высока вероятность возникновения проблемы вследствие изменения отклоняющей силы, воздействующей на заготовку.

[0019] Для разрешения этой проблемы в кристаллизаторе для непрерывного литья согласно настоящему изобретению задают не только коэффициент изменения внутреннего диаметра кристаллизатора, но также коэффициент изменения радиуса кривизны кристаллизатора и предусматривают взаимозависимость между этими коэффициентами изменений.

[0020] То есть для непрерывного литья круглой заготовки в установке для непрерывного литья криволинейного типа используется кристаллизатор согласно настоящему изобретению при допущении, что D₀ (м) представляет собой внутренний диаметр кристаллизатора у нижнего его края и R₀ (м) представляет собой радиус кривизны внешней криволинейной стороны у нижнего края кристаллизатора, при этом коэффициент изменения Тр (%/м) внутреннего диаметра кристаллизатора на единицу длины вдоль направления литья выражается Формулой 1, и когда коэффициент изменения R₀ (%/м) радиуса кривизны внешней криволинейной стороны на единицу длины вдоль направления литья выражается Формулой 2, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора и коэффициент изменения R₀ радиуса кривизны удовлетворяют отношению, выраженному Формулой 3:

Формула 1

Tp=(1/D ₀)×(dD/dx)×100 (%/м),

где D представляет внутренний диаметр кристаллизатора на расстоянии «х» от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора,

Формула 2

Rp=(1/R₀)×(dR/dx)×100 (%/м),

где R представляет радиус кривизны внешней криволинейной стороны на расстоянии «х» от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора, и

Формула 3

Rp=(Tp/2)×(D₀/R ₀).

[0021] Фиг.2 представляет вертикальное поперечное сечение, показывающее схематическое изображение конфигурации кристаллизатора для непрерывного литья круглой заготовки согласно настоящему изобретению. Как показано на Фиг.2, в кристаллизаторе 1 согласно изобретению, используемом в установке для непрерывного литья криволинейного типа, допускают, что D₀ представляет собой внутренний диаметр у нижнего края 1b кристаллизатора 1 и R₀ представляет собой радиус кривизны осевой линии 1с вдоль внешней криволинейной стороны на внутренней периферической поверхности у нижнего края 1b кристаллизатора 1. Внутренний диаметр D₀ кристаллизатора у нижнего края 1b кристаллизатора задают согласно каждому диаметру отливаемой заготовки 11. Радиус кривизны R₀ у нижнего края 1b кристаллизатора 1 по существу согласуется с радиусом кривизны внешней криволинейной стороны заготовки 11, вытягиваемой из кристаллизатора 1, которая изначально является составной частью применяемой установки для непрерывного литья криволинейного типа.

[0022] Внутренняя периферическая поверхность кристаллизатора 1 имеет суженную в продольном направлении форму так, что внутренний ее диаметр постепенно увеличивается от нижнего края 1b в сторону верхнего края 1а. В этом плане при допущении, что D представляет собой внутренний диаметр кристаллизатора на расстоянии «х» от верхнего края 1а охлаждаемой поверхности кристаллизатора, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора может быть выражен Формулой 1. Подобным образом, при допущении, что на расстоянии «х» от верхнего края 1а охлаждаемой поверхности кристаллизатора величина R представляет собой радиус кривизны осевой линии 1с вдоль внешней криволинейной стороны, коэффициент изменения Rp радиуса кривизны в этом положении может быть выражен Формулой 2. И внутренний диаметр D, и радиус кривизны R задают на расстоянии «х» от верхнего края 1а охлаждаемой поверхности кристаллизатора так, что в этом положении коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора и коэффициент изменения Rp радиуса кривизны удовлетворяют Формуле 3.

[0023] Когда внутренний диаметр D кристаллизатора и радиус кривизны R заданы согласно отношению, выраженному Формулой 3, внутренний диаметр постепенно увеличивается от нижнего края 1b в сторону верхнего края 1а на внутренней периферической поверхности кристаллизатора 1, тогда как увеличение внутреннего диаметра равномерно распределяется по внешней криволинейной стороне и внутренней криволинейной стороне. То есть осевая линия МС, представляющая график, объединяющий центры внутренних диаметров по мере поднятия от нижнего края 1b к верхнему краю 1а, совпадает с осевой линией ВС круглой заготовки 11 на всем протяжении области от нижнего края 1b до верхнего края 1а кристаллизатора 1.

[0024] Основанием тому, почему такая ситуация выражается Формулой 3, является следующее. Для согласования осевой линии МС внутренней периферической поверхности кристаллизатора с осевой линией ВС заготовки необходимо, чтобы увеличение внутреннего диаметра кристаллизатора 1 равномерно распределялось к внешней криволинейной стороне и внутренней криволинейной стороне, в то же время с центрированием вдоль осевой линии ВС заготовки 11. Поэтому требуется, чтобы половина (1/2) коэффициента изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора приходилась на радиус кривизны R внешней криволинейной стороны на расстоянии «х» от верхнего края 1а поверхности кристаллизатора. Это позволяет выразить радиус кривизны R внешней криволинейной стороны следующей Формулой 4, основанной на коэффициенте изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора:

Формула 4

R=R₀+D₀×(Tp/2).

[0025] Подобным образом, радиус кривизны R внешней криволинейной стороны может быть выражен следующей Формулой 5, основанной на коэффициенте изменения Rp радиуса кривизны:

Формула 5

R=R₀+R₀ ×Rp.

[0026] Формула 3 может быть выведена из взаимоотношения между Формулами 4 и 5. Поэтому, когда отношение, выражаемое Формулой 3, выполняется, осевая линия МС внутренней периферической поверхности кристаллизатора совпадает с осевой линий ВС заготовки 11.

[0027] Соответственно у кристаллизатора для непрерывного литья согласно настоящему изобретению при проведении непрерывного литья круглой заготовки с его помощью, поскольку осевая линия внутренней периферической поверхности кристаллизатора совпадает с осевой линией заготовки, кристаллизатор не прилагает смещающего усилия к заготовке и по всей окружности на заготовку действует равномерная сила. Поэтому по всему периметру заготовки достигается равномерный хороший контакт между заготовкой и внутренней периферической поверхностью кристаллизатора, который позволят стабильно получать высококачественную круглую заготовку. То же самое остается справедливым и для случая, в котором сталь имеет отличающуюся степень усадки при затвердевании, или в ситуации, когда во время литья изменяется скорость литья.

[0028] Далее предпочтительный пример кристаллизатора для непрерывного литья согласно настоящему изобретению будет описан следующим образом.

[0029] В конкретном примере кристаллизатор для непрерывного литья разделен на три области вдоль направления литья, в первой области коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора варьирует от 12 до 16%/м, причем первая область простирается от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора до «зоны 50-100 мм», причем охлаждаемая поверхность кристаллизатора представляет собой сторону, с которой заливают расплавленную сталь, «зона 50-100 мм» расположена между положениями, отстоящими на 50 мм и 100 мм от верхнего края кристаллизатора, во второй области коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора непрерывно варьирует от 12-16%/м до 0,8-1,4%/м, причем вторая область непосредственно следует за первой областью и простирается от названной «зоны 50-100 мм» до «зоны 250-300 мм», причем «зона 250-300 мм» расположена между положениями, отстоящими на 250 мм и 300 мм от верхнего края кристаллизатора, и в третьей области коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора варьирует от 0,8 до 1,4%/м, причем третья область непосредственно следует за второй областью и простирается от названной «зоны 250-300 мм» до нижнего края кристаллизатора. В данной ситуации коэффициент изменения Rp радиуса кривизны задают так, чтобы удовлетворялось отношение, выраженное Формулой 3, основанной на коэффициенте изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора.

[0030] С другой стороны, в первой области коэффициент изменения Rp радиуса кривизны варьирует от 6×(D₀/R ₀) до 8×(D₀/R₀) (%/м), причем первая область простирается от верхнего края охлаждаемой поверхности кристаллизатора до «зоны 50-100 мм», поверхность кристаллизатора представляет собой сторону, с которой заливают расплавленную сталь, «зона 50-100 мм» расположена между положениями, отстоящими на 50 мм и 100 мм от верхнего края кристаллизатора, во второй области коэффициент изменения Rp радиуса кривизны непрерывно варьирует от 6×(D₀/R₀)-8×(D ₀/R₀) (%/м) до 0,4×(D₀/R ₀)-0,7×(D₀/R₀) (%/м), причем вторая область непосредственно следует за первой областью и простирается от названной «зоны 50-100 мм» до «зоны 250-300 мм», причем «зона 250-300 мм» расположена между положениями, отстоящими на 250 мм и 300 мм от верхнего края кристаллизатора, и в третьей области коэффициент изменения Rp радиуса кривизны варьирует от 0,4×(D₀/R₀) до 0,7×(D ₀/R₀) (%/м), причем третья область непосредственно следует за второй областью и простирается от названной «зоны 250-300 мм» до нижнего края кристаллизатора. В этом плане коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра литейной формы задают так, чтобы удовлетворялось отношение, выраженное Формулой 3, основанной на коэффициенте изменения Rp радиуса кривизны.

[0031] Фиг.3 представляет вертикальное поперечное сечение для разъяснения конкретного примера выполнения кристаллизатора для непрерывного литья круглой заготовки согласно изобретению. Для удобства сужение внутренней периферической поверхности кристаллизатора представлено постоянным, и криволинейное состояние на Фиг.3 не показано.

[0032] Как показано в Фиг.3, кристаллизатор 1 согласно настоящему изобретению от верхнего края 1а охлаждаемой поверхности стороны кристаллизатора, где заливают расплавленную сталь 10, до нижнего края 1b разделен на три области А1, А2 и А3 вдоль направления литья. Граница между первой областью А1 и второй областью А2 расположена внутри зоны, отдаленной на расстояние от 50 до 100 мм от верхнего края 1а охлаждаемой поверхности стороны кристаллизатора, и граница между второй областью А2 и третьей областью А3 расположена внутри зоны, удаленной на расстояние от 250 до 300 мм от верхнего края 1а охлаждаемой поверхности кристаллизатора. В первой области А1 коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора задают на уровне от 12 до 16%/м, во второй области А2, которая непосредственно следует за первой областью А1, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора непрерывно варьируется от 12-16%/м до 0,8-1,4%/м, и в третьей области А3, которая непосредственно следует за второй областью А2, коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора задают на уровне 0,8-1,4%/м. Во время непрерывного литья на поверхность расплавленной стали 10 в кристаллизаторе 1 подают литейные порошки 12.

[0033] Основанием тому, почему коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора задают в диапазоне от 12 до 16%/м в первой области, которая простирается от верхнего края кристаллизатора до «зоны 50-100 мм», является то, что первую область используют для эффективного достижения равномерного контакта между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой. То есть, когда длина первой области короче 50 мм, сужение кристаллизатора становится меньшим, чем усадка затвердевшей оболочки, что обусловливает неравномерный контакт, способствующий продольному растрескиванию. С другой стороны, когда первая область оказывается длиннее 100 мм, сужение кристаллизатора становится слишком большим, создавая защемление вследствие обжатия заготовки кристаллизатором. Защемление возникает, когда коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора является чрезмерно увеличенным относительно заданного значения, и продольное растрескивание имеет место, когда коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора является чрезмерно уменьшенным по сравнению с заданным для кристаллизатора значением.

[0034] Основанием тому, почему коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора непрерывно варьирует от 12-16%/м до 0,8-1,4%/м во второй области, которая размещена вслед за первой областью и простирается от названной «зоны 50-100 мм» до «зоны 250-300 мм», является то, что, когда вторая область является более короткой, чем диапазон, определенный реперной точкой при 250 мм, сужение кристаллизатора оказывается меньшим, чем усадка затвердевшей оболочки, что вызывает неравномерный контакт, обусловливающий продольное растрескивание. С другой стороны, когда вторая область является более длинной, чем диапазон, заданный реперной точкой при 300 мм, сужение кристаллизатора становится чрезмерно большим, создавая защемление вследствие обжатия заготовки кристаллизатором. Обусловленное обжатием защемление возникает, когда коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора является избыточно увеличенным относительно заданного значения, и продольное растрескивание имеет место, когда коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора является чрезмерно уменьшенным по сравнению с заданным для кристаллизатора значением. Далее, в третьей области между концом второй области и нижним краем кристаллизатора на том же основании коэффициент изменения Тр внутреннего диаметра кристаллизатора задают в диапазоне от 0,8 до 1,4%/м.

[0035] Применением кристаллизатора для непрерывного литья согласно конкретному примеру можно достичь лучшего контакта между заготовкой и внутренней периферической поверхностью кристаллизатора для получения высококачественной круглой заготовки. Что касается литейного порошка, который обеспечивает теплопередающую среду между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой, то в кристаллизаторе согласно настоящему изобретению употребляют материал, имеющий следующие физические свойства и состав, который позволяет получать круглую заготовку более высокого качества по сравнению с использованием общеупотребительного литейного порошка.

[0036] Литейный порошок, имеющий следующие физические свойства и состав, может быть использован в литейной форме для непрерывного литья круглой заготовки согласно изобретению: вязкость от 0,1 до 1,0 Па·с при температуре 1573 К (1300°С), температуру затвердевания не менее чем 1273 К (1000°С) и отношение в массовых процентах от 1,0 до 1,4 в расчете на отношение ((CaO+CaF₂×0,718)/SiO ₂), содержание натрия (Na) не более чем 5,0 массовых процентов в пересчете на эквивалент Na₂O, концентрацию фтора (F) не более чем 7,0 массовых процентов, содержание магния (Mg) от 5 до 13 массовых процентов в пересчете на эквивалент MgO и содержание алюминия (Al) от 6 до 18 массовых процентов в пересчете на эквивалент Al₂O₃. Таблица 1 показывает физические свойства и состав литейного порошка.

[0037] Таблица 1

(Примечание) *Температура затвердевания выражает температуру, при которой вязкость быстро нарастает при измерении вязкости. *Поскольку обычно при химическом анализе определяют значение концентрации катионов, содержание определяют преобразованием значения, полученного химическим анализом, в концентрацию в пересчете на эквивалентный оксид. *Для оксида кальция (СаО) значение выражают преобразованием концентрации кальция (Са) в концентрацию оксида кальция (СаО).

[0038] В литейном порошке, когда вязкость при температуре 1573 К (1300°С) является меньшей чем 0,1 (Па·с), порошок неравномерно распределяется между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой и теплота рассеивается неравномерно. Это вызывает возникновение продольного растрескивания или обусловленного обжатием защемления и/или дефект внедрения порошка в расплавленную сталь. С другой стороны, когда вязкость составляет более чем 1,0 Па·с, затрудненное распределение порошка между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой вызывает обусловленное обжатием защемление.

[0039] Когда температура затвердевания является более низкой чем 1273 К (1000°С), между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой увеличивается количество жидкой фазы порошка и возникает усиленное охлаждение. Поэтому заготовка искажается вследствие термического напряжения с образованием продольного растрескивания.

[0040] Когда отношение в массовых процентах в расчете на отношение ((CaO+CaF₂×0,718)/SiO₂ ) является меньшим чем 1,0, оксид кремния (SiO₂) в порошке окисляет марганец (Mn) в расплавленной стали, изменяя ее состав, и на поверхности заготовки возникает дефект. И когда содержание магния (Mg) в пересчете на эквивалент MgO является меньшим чем 5 массовых процентов, происходит чрезмерное охлаждение, поскольку кристаллизация не стабилизируется, и имеет место продольное растрескивание. С другой стороны, когда отношение в массовых процентах в расчете на отношение ((CaO+CaF₂×0,718)/SiO ₂) является большим чем 1,4 или когда содержание магния (Mg) в пересчете на эквивалент MgO превышает 13 массовых процентов, пленка порошка чрезмерно истончается и нарушается хороший контакт между заготовкой и внутренней периферической поверхностью кристаллизатора, вызывая продольное растрескивание, или порошок не расплавляется, так как соответствующая температура затвердевания оказывается слишком высокой.

[0041] Когда содержание натрия (Na) в пересчете на эквивалент Na₂O составляет больше чем 5,0 массовых процентов или когда концентрация фтора (F) составляет больше чем 7,0 массовых процентов, характеристики плавления порошка искажаются, обусловливая дефект, вызванный его захватом и подобным.

[0042] Когда содержание алюминия (Al) в пересчете на эквивалент Al₂O₃ составляет менее чем 6 массовых процентов, состав кристаллов изменяется во время литья, обусловливая неравномерность охлаждения. С другой стороны, когда содержание алюминия (Al) в пересчете на эквивалент Al₂ O₃ превышает 18 массовых процентов, порошок едва ли будет затекать между заготовкой и внутренней периферической поверхностью литейной формы, так как соответствующая температура затвердевания становится чрезмерно высокой.

[0043] Соответственно этому круглая заготовка, имеющая лучшее качество, может быть получена, когда непрерывное литье выполняют с подачей литейного порошка, имеющего физические свойства и состав, как определенные выше, на поверхность расплавленной стали в кристаллизаторе согласно настоящему изобретению.

ПРИМЕРЫ

[0044] Провели испытания с использованием установки для непрерывного литья криволинейного типа, которая имеет устройство для выпрямления отливки в одной точке разгиба, чтобы подтвердить преимущества литейной формы согласно настоящему изобретению и способа непрерывного литья, в котором использовалась литейная форма. Установка для непрерывного литья криволинейного типа, которая имеет устройство для выпрямления отливки в одной точке разгиба, имела радиус кривизны (R₀) 10 м. В испытании варианта осуществления использовали стали, имеющие содержание углерода (С), варьирующее от 0,06 до 0,35 массового процента, и марганца (Mn), варьирующее от 0,8 до 1,8 массового процента. Хотя присутствие хрома (Cr) не всегда необходимо, содержание хрома (Cr) регулируют на уровне ниже чем 3 массовых процента, когда хром (Cr) присутствует. Испытания литья проводили с использованием трех сортов стали А, В и С, показанных в Таблице 2.

[0045] Таблица 2
(Примечание): - показывает, что элемент не содержится

[0046] В варианте осуществления расплавленную сталь заливали в кристаллизаторы от М1 до М20 (имеющие внутренний диаметр (D₀) 225 мм у нижнего края и длину 900 мм), показанные в Таблице 3, литейный порошок от Р1 до Р11, описанный в Таблице 4, подавали на поверхность расплавленной стали и непрерывное литье выполняли со скоростью литья 2,0 м/мин. Таблица 5 показывает условия литья от А до AF, которые представляют собой комбинацию сортов стали от А до С, кристаллизаторов от М1 до М20 и порошка от Р1 до Р11 в варианте осуществления.

Таблица 4
	P1	P2	P3	P4	Р5	Р6	Р7	Р8	Р9	Р10	Р11
Вязкость (Па·с)	0,50	0,40	0,60	0,40	0,60	0,35	0,36	0,49	0,52	0,48	0,53
Температура затвердевания (К)	1505	1512	1495	1600	1460	1465	1463	1505	1520	1500	1520
Основность	1,20	1,40	1,00	1,45*	0,95*	1,20	1,20	1,20	1,20	1,20	1,20
Na 2O (масс.%)	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	6,0*	0,5	4,0	2,0	4,0	4,0
F (масс.%)	4,0	4,0	4,0	4,0	4,0	4,0	8,0*	4,0	4,0	4,0	4,0
MgO (масс.%)	8,0	8,0	8,0	8,0	8,0	8,0	8,0	6,0	13,0	8,0	8,0
Al2O 3 (масс.%)	11,0	11,0	11,0	11,0	11,0	11,0	11,0	11,0	11,0	7,0	18,0
Классификация	I	I	I	С	С	С	С	I	I	I	I
(Примечание) Основность означает массовое отношение ((CaO+CaF 2×0,718)/SiO2) В классификации "I" означает Пример согласно изобретению и «С» означает Сравнительный Пример. «*» показывает, что численное значение отклоняется от диапазона, определенного в настоящем изобретении.

[0049] Таблица 5
Условия литья	А	В	С	D	Е	F	G	Н	I	J	К
Сорт стали	А	А	А	А	А	А	А	А	А	А	А
Кристаллизатор	M1*	М2*	М3*	М4*	М5*	М6*	М7*	М8*	М9	М10	М11
Литейный порошок	P1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1
Классификация	С	С	С	С	С	С	С	С	I	I	I

Условия литья	L	М	N	O	Р	Q	R	S	Т	U	V
Сорт стали	А	А	А	А	А	А	А	А	А	А	А
Кристаллизатор	М12	М13	М14	М15	М16	М17	М18*	М19*	М20*	М15	М15
Литейный порошок	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р1	Р2	Р3
Классификация	I	I	I	I	I	I	С	С	С	I	I

Условия литья	W	Х	Y	Z	АА	АВ	АС	AD	АЕ	AF
Сорт стали	А	А	А	А	А	А	А	А	В	С
Кристаллизатор	М15	М15	М15	М15	М15	М15	М15	М15	М15	М15
Литейный порошок	Р4*	Р5*	Р6*	Р7*	Р8	Р9	Р10	Р11	Р1	Р1
Классификация	С	С	С	С	I	I	I	I	I	I
(Примечание) В классификации "I" означает Пример согласно изобретению и «С» означает Сравнительный Пример. «*» показывает, что численное значение отклоняется от диапазона, определенного в настоящем изобретении.

[0050] Результат испытания оценили по вариации диапазона колебаний температуры поверхности медного кристаллизатора, отражающей степень контакта между внутренней периферической поверхностью кристаллизатора и заготовкой, показателю продольного растрескивания и наличию или отсутствию связанных с вытягиванием проблем.

[0051] Фиг.4 представляет диаграмму, показывающую диапазон колебаний температуры поверхности медного кристаллизатора для каждого условия литья в варианте осуществления. Диапазон колебаний температуры кристаллизатора на Фиг.4 показывает эффективное значение (численное интегрированное усреднение) колебаний температуры по показаниям термопары, размещенной в 150 мм от верхнего края поверхности кристаллизатора. Термопару разместили внутри в 15 мм от поверхности меди.

[0052] Фиг.5 представляет диаграмму, которая демонстрирует показатель продольного растрескивания для каждого условия литья в варианте осуществления. Показатель продольного растрескивания на Фиг.5 представляет собой длину растрескивания на единицу длины заготовки.

[0053] Как ясно из Фиг.4 и 5, для условий литья от I до Q, U, V и от АА до AF примера согласно изобретению колебания температуры поверхности медного кристаллизатора хорошо попадают в пределы приемлемого диапазона, не создавая никаких проблем, и продольное растрескивание едва ли имеет место. Кроме того, не наблюдалось отказа или неисправности в отношении защемления вследствие обжатия.

[0054] Напротив, для условий литья А, С, Е, F, от R до Т и от W до Z сравнительного примера отмечено сильное колебание температуры поверхности медного кристаллизатора, которое представляет собой проблему в промышленном производстве, и происходило сильное продольное растрескивание. Помимо всего прочего, порошки Р4, Р5, Р6 и Р7, которые относились к сравнительному примеру, были использованы в условиях литья W, X, Y и Z, и ненадлежащий литейный порошок привел к большому колебанию температуры медной поверхности. Для условий литья R, S и Т, в которых были использованы кристаллизаторы М18, М19 и М20, относящиеся к сравнительному примеру, хотя коэффициент изменения внутреннего диаметра кристаллизатора был в пределах надлежащего диапазона, коэффициент изменения радиуса кривизны литейной установки был вне пределов должного диапазона. Поэтому равномерный контакт между заготовкой и внутренней периферической поверхностью кристаллизатора не поддерживался.

[0055] Для условий литья В, D, G и Н, относящихся к сравнительному примеру, хотя температура медной поверхности проявляет небольшие колебания, были использованы кристаллизаторы M1, М4, М7 и М8 как принадлежащие сравнительному примеру. Поэтому имел место отказ, связанный с нарушением вытягивания, поскольку коэффициент изменения внутреннего диаметра кристаллизатора был вне пределов надлежащего диапазона.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0056] Соответственно в кристаллизаторе для непрерывного литья круглой заготовки согласно настоящему изобретению и в способе непрерывного литья, в котором применяется указанный кристаллизатор, при непрерывном литье круглой заготовки на установке для непрерывного литья криволинейного типа равномерная сила действует на всю окружность заготовки и равномерный и хороший контакт между заготовкой и внутренней периферической поверхностью кристаллизатора достигается по всему периметру, так что можно стабильно получать высококачественную круглую заготовку без дефектов литья. Соответственно этому настоящее изобретение исключительно полезно в виде кристаллизатора для непрерывного литья и способа непрерывного литья, в котором высококачественная круглая заготовка может быть получена с использованием установки для непрерывного литья криволинейного типа.