кристаллизатор для непрерывной разливки металлов

Формула изобретения

КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ, содержащий опорные плиты с закрепленными на них широкими и узкими рабочими стенками с образованием рабочей полости кристаллизатора с верхним участком воронкообразной формы и нижним участком прямоугольной формы, при этом широкие рабочие стенки на воронкообразном участке рабочей полости выполнены криволинейными в горизональной плоскости, отличающийся тем, что широкие рабочие стенки на воронкообразном участке рабочей полости выполнены с выступами, при этом отношение расстояния между широкими рабочими стенками на нижнем прямолинейном участке кристаллизатора к минимальному и максимальному расстояниям между широкими рабочими стенками на верхнем торце кристаллизатора составляет соответственно 1/(1,1 - 1,8) и 1/(2,0 - 3,0).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке тонких слябов.

Известен кристаллизатор для непрерывной разливки металлов, включающий опорные плиты с закрепленными на них широкими и узкими рабочими стенками с образованием рабочей полости кристаллизатора с верхним участком воронкообразной формы и нижним участком прямоугольной формы. Широкие рабочие стенки радиально изогнуты в горизонтальной плоскости. Недостатком известного кристаллизатора является невозможность непрерывной разливки тонких слябов значительной ширины до 2000 мм и выше. Это объясняется тем, что при небольшой толщине отливаемого слитка жидкий металл при транспортировке от места подачи в кристаллизатор до его узких стенок значительно переохлаждается. В этих условиях на поверхности сляба в районе его узких граней образуются наплывы, завороты, ужимины, приводящие к браку слитков и прорывам металла под кристаллизатором.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является кристаллизатор для непрерывной разливки металлов, включающий опорные плиты с закрепленными на них широкими и узкими рабочими стенками с образованием рабочей полости кристаллизатора с верхним участком воронкообразной формы и нижним участком прямоугольной формы. Широкие рабочие стенки изогнуты в рабочей полости в горизонтальной плоскости по кривой. Узкие рабочие стенки выполнены прямолинейными. Широкие рабочие стенки на участках, прилегающих к узким рабочим стенкам, имеют плоские участки, расстояние между которыми равно расстоянию между прямолинейными участками широких рабочих стенок в нижней части кристаллизатора или ширине узких рабочих стенок. Металл подается в кристаллизатор через один удлиненный разливочный стакан под уровень. Недостатком известного кристаллизатора является невозможность разливки тонких слябов шириной до 2000 мм и более. Это объясняется тем, что при небольшой толщине и большой ширине отливаемого сляба жидкий металл при своем течении от места подачи через разливочный стакан промежуточного ковша в направлении узких рабочих стенок кристаллизатора переохлаждается. В этих условиях на поверхности сляба образуются наплывы, заливины, пояса, завороты, ужимины, что приводит к образованию поперечных и продольных трещин в слябах, прорывам металла под кристаллизатором. Сказанное приводит к снижению производительности процесса непрерывной разливки и браку слябов.

Кроме того, при разливке сверхшироких тонких слябов при высоких скоростях вытягивания увеличивается весовой расход жидкого металла, что требует увеличения габаритов разливочных стаканов при разливке под уровень металла. Это приводит к необходимости увеличения ширины воронкообразного участка кристаллизатора. Однако последнее приводит к необходимости обеспечения условий усадки широких граней сляба в значительных пределах, что при известной конструкции кристаллизатора невозможно, т.к. коэффициент усадки кристаллизующейся стали имеет конечную величину.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении производительности процесса непрерывной разливки тонких слябов за счет увеличения их ширины, а также в улучшении их качества.

Указанный технический эффект достигается тем, что кристаллизатор для непрерывной разливки металлов включает опорные плиты с закрепленными на них широкими и узкими рабочими стенками с образованием рабочей полости кристаллизатора с верхним участком воронкообразной формы и нижним участком прямоугольной формы, при этом широкие рабочие стенки на воронкообразном участке рабочей полости выполнены криволинейными в горизонтальной плоскости.

Широкие рабочие стенки на воронкообразном участке рабочей полости выполнены с выступами, при этом отношение расстояния между широкими рабочими стенками на нижнем прямолинейном участке кристаллизатора к минимальному и максимальному расстояниям между широкими рабочими стенками на верхнем торце кристаллизатора составляет соответственно 1/(1,1-1,8) и 1/(2,0-3,0).

Увеличение ширины отливаемых тонких слябов будет обеспечиваться за счет рассредоточения мест подачи металла в кристаллизатор в соответствии с числом воронкообразных участков по ширине кристаллизатора. При этом за счет увеличения числа разливочных стаканов, через которые подается металл в кристаллизатор, возможно значительное уменьшение диаметра стаканов. Вследствие этого становится возможным уменьшить стрелку прогиба воронкообразных участков по ширине кристаллизатора, что позволит уменьшить величину необходимой усадки оболочки широких граней и ее сопротивление вытягиванию сляба. Сказанное позволяет увеличить скорость вытягивания слябов, тем самым, увеличить производительность процесса непрерывной разливки.

Кроме того, увеличение числа разливочных стаканов, участвующих в разливке, приближает место подачи жидкого металла к краям рабочей полости кристаллизатора, что исключает переохлаждение жидкого металла. Сказанное устраняет брак слитков по заворотам, ужиминам и т.д. на краевых участках поверхности слябов, а также образование поверхностных и внутренних трещин.

Диапазон значений отношения расстояния между широкими рабочими стенками на нижнем прямолинейном участке кристаллизатора к максимальному расстоянию между широкими стенками на верхнем торце кристаллизатора в пределах 1/(2,0-3,0) объясняется необходимостью размещения в кристаллизаторе разливочных стаканов при разливке металла под уровень. При меньших значениях возможно примерзание разливочного стакана к фронту кристаллизации оболочки широких граней сляба. При больших значениях увеличивается величина необходимой усадки оболочки широких граней сляба сверх допустимых значений, что приведет к образованию на поверхности слябов продольных складок.

Указанный диапазон устанавливается в прямой пропорциональной зависимости от ширины рабочей полости кристаллизатора.

Диапазон значений отношения расстояния между широкими рабочими стенками на нижнем прямолинейном участке кристаллизатора к минимальному расстоянию между широкими стенками на верхнем торце кристаллизатора в пределах 1/(1,1-1,8) объясняется закономерностями усадки оболочки широких граней сляба на участках между соседними воронкообразными участками. При меньших значениях увеличивается сопротивление усадки оболочки сляба сверх допустимых значений, что приводит к образованию продольных поверхностных трещин на слябах. При больших значениях увеличивается величина необходимой усадки оболочки широких граней сляба сверх допустимых значений, что приведет к образованию продольных складок на поверхности слябов.

Указанный диапазон устанавливается в прямой пропорциональной зависимости от ширины рабочей полости кристаллизатора.

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

На фиг.1 показан кристаллизатор для непрерывной разливки металлов, продольный разрез; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.5 разрез В-В на фиг.1.

Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов состоит из опорных плит 1 и 2, широких 3 и узких 4 рабочих стенок, воронкообразных участков 5, прямолинейного участка 6, выступов 7, плоских участков 8, линий перехода поверхности широких рабочих стенок 9. Обозначено: а ширина узких рабочих стенок, b ширина рабочей полости кристаллизатора на его верхнем торце, с максимальное расстояние между широкими рабочими стенками по оси симметрии каждого воронкообразного участка, d минимальное расстояние между широкими рабочими стенками по оси выступов между соседними воронкообразными участками.

Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов работает следующим образом.

П р и м е р. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подается сталь марки 3сп через удлиненные разливочные стаканы (на чертеже не показаны) под уровень металла и вытягивается из него слиток прямоугольного сечения с переменной скоростью.

К опорным плитам 1 и 2 кристаллизатора прикреплены при помощи шпилек водоохлаждаемые соответственно широкие 3 и узкие 4 медные рабочие стенки. Широкие 3 и узкие 4 рабочие стенки образуют рабочую полость кристаллизатора с верхними участками 5 воронкообразной формы и нижним участком 6 прямоугольной формы. Воронкообразные участки 5 разделены выступами 7. Широкие рабочие стенки 3 на воронкообразных участках 5 и выступах 7 выполнены изогнутыми в горизонтальной плоскости по соответствующей кривой, например, по радиусу.

Широкие рабочие стенки 3 имеют по краям со стороны узких рабочих стенок плоские участки 8, расстояние между которыми равно ширине а узких рабочих стенок 4. Границы участков широких рабочих стенок 3 с различной кривизной обозначены линиями 9.

По ширине рабочей полости кристаллизатора выполнены два и более воронкообразных участка 5. Отношение расстояния а между широкими рабочими стенками 3 на нижнем прямолинейном участке 6 кристаллизатора к расстояниям между широкими рабочими стенками d на верхнем торце кристаллизатора по оси выступа 7 между соседними воронкообразными участками 5 и с по оси симметрии каждого воронкообразного участка 5 составляет соответственно 1/(1,1-1,8) и 1/(2,0-3,0).

По мере вытягивания сляба происходит уменьшение ширины оболочки широкой грани сляба вследствие ее охлаждения и усадки. При этом обеспечивается постоянный контакт между оболочкой широкой грани сляба и поверхностью рабочих стенок кристаллизатора. Длина кристаллизатора составляет 900 мм, длина участков 5 и выступов 7-700 мм. Металл подается в каждый воронкообразный участок 5 по соответствующему разливочному стакану.

В таблице приведены примеры работы кристаллизатора с различными технологическими параметрами.

В первом примере из-за малого значения расстояний с и d происходит примерзание разливочного стакана к фронту кристаллизации широкой грани сляба и образуются продольные трещины на поверхности сляба в районе расположения выступов 7.

В пятом примере из-за больших значений расстояний с и d увеличивается величина необходимой усадки оболочки широких граней сляба сверх допустимых значений, что вызывает образование продольных складок на поверхности слябов, приводящих к их браку.

В шестом примере (прототипе) благодаря наличию в кристаллизаторе одного воронкообразного участка ограничивается ширина отливаемого сляба, что снижает производительность процесса непрерывной разливки.

В примерах 2-4 благодаря наличию в кристаллизаторе двух и более воронкообразных участков с оптимальными значениями конструктивных параметров появляется возможность увеличения ширины отливаемых тонких слябов, что приводит к повышению производительности процесса непрерывной разливки металлов при высоком качестве отливаемых тонких слябов.

Применение предлагаемого кристаллизатора позволяет повысить производительность непрерывной разливки тонких слябов на 12% Экономический эффект подсчитан в сравнении с базовым объектом, за который принят кристаллизатор для непрерывной разливки тонких слябов, применяемый на НПО "Тулачермет".