способ непрерывной разливки стали

Классы МПК:B22D11/051 в формы с вибрирующими стенками
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Закрытое акционерное общество "Корад" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-10-09
публикация патента:

Способ непрерывной разливки стали включает подачу стали в качающийся кристаллизатор, подачу шлакообразующей смеси на мениск расплава, вытягивание из кристаллизатора непрерывнолитой заготовки с определенной скоростью. Качание кристаллизатора осуществляют в соответствии с уравнением сложного гармонического колебания с разными амплитудами и частотами, состоящего из суммы первой и второй гармоник. Отношения амплитуд второй и первой гармоник определено через коэффициент способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 , выбираемый из диапазона 0,1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,25. Скорость качания кристаллизатора определяют по уравнению движения. В уравнениях учитывают химический состав стали. Обеспечивается увеличение расхода шлакообразующей смеси между корочкой непрерывнолитой заготовки и стенками кристаллизатора до 40%, снижение трения между корочкой заготовки и стенками кристаллизатора до 25%, уменьшение отсортировки продукции. 2 ил., 3 табл.

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083

Формула изобретения

Способ непрерывной разливки стали, включающий подачу стали в качающийся кристаллизатор, подачу шлакообразующей смеси на мениск металла, вытягивание из кристаллизатора непрерывно-литой заготовки с определенной скоростью, отличающийся тем, что качание кристаллизатора осуществляют в соответствии со следующим уравнением сложного гармонического колебания:

S=k(-A1 sinwt-A2sin(2wt+способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 )),

где S - перемещение кристаллизатора, мм;

k - коэффициент, учитывающий химический состав стали;

А1 - амплитуда качания первой гармоники, мм;

w - угловая частота, 1/с;

t - время, с;

A2=способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 A1 - амплитуда качания второй гармоники, мм;

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 - коэффициент отношения амплитуд качания второй и первой гармоник;

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 - начальная фаза второй гармоники, °,

а скорость качания кристаллизатора определяют по уравнению

V=dS/dt=k(-A 1wcoswt-2A2wcos(2wt+способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 )),

где V - скорость качания кристаллизатора, мм/с;

dS/dt - производная от перемещения по времени;

k - коэффициент, учитывающий химический состав металла;

А1 - амплитуда качания первой гармоники, мм;

w - угловая частота, 1/с;

t - время, с;

A 2=способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 A1 - амплитуда качания второй гармоники, мм;

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 - коэффициент отношения амплитуд качания второй и первой гармоник;

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 - начальная фаза второй гармоники, °,

при этом амплитуду A1 выбирают из диапазона 0,5 ммспособ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 A1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 12 мм, коэффициент способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 - из диапазона 0,1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,25, а коэффициент k при содержании углерода С в стали 0%<С<0,08% выбирают из диапазона 2способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 k>1, при содержании углерода С в стали 0,08%способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 Сспособ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,2% k=1, а при содержании углерода С в стали С>0,2% выбирают из диапазона 1>kспособ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,5, а время цикла качания кристаллизатора определяют по уравнению

tц=t1+t2,

где tц - время цикла качания кристаллизатора, с;

t1 - время движения кристаллизатора вниз, с;

t2 - время движения кристаллизатора вверх, с,

причем отношение t1/t2=0,5способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,9.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов.

Кристаллизующаяся корка непрерывнолитой заготовки имеет низкую прочность, в особенности в зоне мениска. При вытягивании заготовки она может разрываться, что вызывает дефекты на поверхности слитка, нарушает процесс кристаллизации, вызывает ухудшение внутреннего строения слитка. Поэтому, чтобы уменьшить влияние разрывов на качество непрерывнолитой заготовки, кристаллизатору придается возвратно-поступательное движение (качание). Известен целый ряд законов такого движения: прямолинейный, трапецеидальный, синусоидальный и др. (Бойченко М.С., Рутес B.C., Фульмахт В.В. Непрерывная разливка стали. - М.: Металлургиздат, 1961, с.130-131). В настоящее время наиболее распространенным является синусоидальный закон качания кристаллизатора, который используется в способе, служащем прототипом для заявляемого технического решения.

Известен способ непрерывной разливки металлов (Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. - М.: Металлургия, 1991, с.55-69), включающий подачу металла в качающийся кристаллизатор, подачу шлакообразующей смеси на мениск металла, вытягивание из кристаллизатора непрерывнолитой заготовки с определенной скоростью, осуществление перемещения кристаллизатора по уравнению движения простых гармонических колебаний:

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083

где S - перемещение кристаллизатора, мм;

А1 - амплитуда качания кристаллизатора, мм;

w - угловая частота, 1/с;

t - время, с.

Скорость качания кристаллизатора определяют по уравнению движения:

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083

где V - скорость качания кристаллизатора, мм/с;

dS/dt - производная от перемещения по времени;

w - угловая частота, 1/с;

А1 - амплитуда качания кристаллизатора, мм;

t - время, с.

Данный способ является наиболее близким к предлагаемому.

Недостатком этого способа является то, что при его применении на поверхности непрерывнолитой заготовки образуются трещины на складках от качания кристаллизатора, приводящие к отсортировке продукции.

Качество поверхности непрерывнолитой заготовки в значительной степени определяется правильностью подбора режима качаний кристаллизатора по частоте, амплитуде, а также асимметрией скоростной диаграммы. Поэтому задачей изобретения является улучшение качества поверхности непрерывнолитой заготовки за счет оптимизации режимов качания кристаллизатора и уменьшения сил трения, действующих между поверхностью непрерывнолитой заготовки и стенками кристаллизатора.

Предлагаемое изобретение отличается от известного способа тем, что в способе непрерывной разливки металлов, включающем подачу металла в качающийся кристаллизатор, подачу шлакообразующей смеси на мениск металла, вытягивание из кристаллизатора непрерывнолитой заготовки с определенной скоростью, согласно изобретению осуществляют перемещение кристаллизатора по уравнению движения сложного гармонического колебания с разными амплитудами и частотами, состоящего из отрицательной суммы первой и второй гармоник:

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083

где S - перемещение кристаллизатора, мм;

k - коэффициент, учитывающий химический состав металла;

А1 - амплитуда качания первой гармоники, мм;

w - угловая частота, 1/с;

t - время, с

А2=способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 А1 - амплитуда качания второй гармоники, мм;

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 - коэффициент отношения амплитуд качания второй и первой гармоник;

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 - начальная фаза второй гармоники, °.

Скорость качания кристаллизатора определяют по уравнению движения:

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083

где V - скорость качания кристаллизатора, мм/с;

dS/dt - производная от перемещения по времени;

k - коэффициент, учитывающий химический состав металла;

А1 - амплитуда качания первой гармоники, мм;

w - угловая частота, 1/с;

t - время, с;

A2=способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 A1 - амплитуда качания второй гармоники, мм;

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 - коэффициент отношения амплитуд качания второй и первой гармоник;

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 - начальная фаза второй гармоники, °.

Время цикла качания кристаллизатора определяют по уравнению

способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083

где tц - время цикла качания кристаллизатора, с;

t1 - время движения кристаллизатора вниз, с;

t2 - время движения кристаллизатора вверх, с,

причем t 1/t2=0,5способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,9.

Коэффициент, учитывающий химический состав металла k, определяет влияние усадки при кристаллизации металлов на размеры зазоров между непрерывнолитой заготовкой и стенками кристаллизатора, от которых зависит расход шлакообразующей смеси и сила трения между заготовкой и стенками кристаллизатора. На усадку металла влияет комплекс разных факторов, среди которых одним из главных является содержание углерода в нем. Поэтому коэффициент, учитывающий химический состав металла k принимает следующие значения: 2способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 k>1 при 0%<С<0,08%, k=1 при 0,08%способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 Сспособ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,2%, 1>kспособ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,5 при С>0,2%.

Техническим результатом применения предлагаемого способа является увеличение расхода шлакообразующей смеси между корочкой непрерывнолитой заготовки и стенками кристаллизатора до 40%, снижение напряжений в оболочке непрерывнолитой заготовки и трения между корочкой заготовки и стенками кристаллизатора до 25%, уменьшение отсортировки продукции.

Для достижения наилучшего технического результата целесообразно использовать значения амплитуд качания первой гармоники A1 и коэффициентов отношения амплитуд качания второй и первой гармоник способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 из следующих диапазонов: 0,5 ммспособ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 A1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 12 мм, 0,1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,25, так как при выходе их значений за границы указанных диапазонов происходит резкое увеличение силы трения между стенками кристаллизатора и непрерывнолитой заготовкой.

Трение между корочкой непрерывнолитой заготовки и стенками кристаллизатора зависит от времен движения кристаллизатора вниз t1 и вверх t2, амплитуд скоростей качания кристаллизатора вниз и вверх, расхода шлакообразующей смеси. Математическим моделированием установлено, что если вязкости шлакообразующих смесей для слябовых машин непрерывного литья заготовок принимают значения от более 2 П и до 3,5 П включительно, то при максимальной амплитуде скорости качания кристаллизатора при движении вниз большей максимальной амплитуды скорости качания кристаллизатора при движении вверх происходит лучшее смазывание поверхности непрерывнолитой заготовки и стенок кристаллизатора, увеличение расхода шлакообразующей смеси до 40%.

Предлагаемый способ иллюстрируется фиг.1 и 2, на которых показано:

на фиг.1 - график перемещения кристаллизатора за цикл при:

S=k(-A 1sinwt-A2sin(2wt+способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 )),

на фиг.2 - график скорости качания кристаллизатора за цикл при:

V=k(-A1wcoswt-2A2 wcos(2wt+способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 )).

Способ непрерывной разливки металлов осуществляют следующим образом. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор, качающийся по закону (3), (4), подают металл, подают шлакообразующую смесь на мениск металла и вытягивают из кристаллизатора непрерывнолитую заготовку с определенной скоростью.

Пример 1. По разработанной на базе формул (3), (4) математической модели были произведены расчеты расходов шлакообразующей смеси и разработаны режимы качания. Для значений коэффициента отношения амплитуд качания второй и первой гармоник из диапазона 0,1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,25 величины расходов шлакообразующей смеси явились оптимальными (увеличение расхода до 40% по сравнению с прототипом). При выходе значений коэффициента отношения амплитуд качания второй и первой гармоник за границы диапазона 0,1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,25 происходило резкое снижение расхода шлакообразующей смеси и, как следствие, увеличение усилия вытягивания заготовки из кристаллизатора на 50% по сравнению с оптимальным, что приводит к увеличению трения и отсортировки продукции.

Было проведено опытно-промышленное опробование разработанных режимов качания (1-3). Для этого в кристаллизатор, качающийся по закону (3), (4) (при значениях амплитуды качания первой гармоники A1=2 мм, угловой частоты w=1 1/с, коэффициента отношения амплитуд качания второй и первой гармоник способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 =0,1; 0,15; 0,25, коэффициента, учитывающего химический состав металла k=1,1), подавали сталь 08Г1Б, подавали шлакообразующую смесь на мениск металла, вытягивали из кристаллизатора непрерывнолитую заготовку со скоростью 0,7 м/мин. При этом измерялись усилия вытягивания заготовки из кристаллизатора и контролировалось качество проката. Разработанные режимы качания (1-3) с различными технологическими параметрами приведены в табл.1.

Таблица 1
Технологические параметры Режимы качания
способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 1 23
1 23 4
Сечение непрерывнолитой заготовки, мм×мм 240×1850240×1850 240×1850
Скорость вытягивания заготовки, м/мин 0,70,7 0,7
Усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора, кН 20,218,88 20,1
Амплитуда качания первой гармоники А1, мм 22 2
Коэффициент отношения амплитуд качания второй и первой гармоник способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,1 0,150,25
Угловая частота w, 1/c1 11
Расход шлакообразующей смеси, кг/т0,8 1 0,8
Начальная фаза второй гармоники способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 , °0 0 0
Отсортировка проката, %2,9 0,4 2,8

Проведенное опытно-промышленное опробование разработанных режимов качания (1-3) подтвердило результаты, полученные с помощью математического моделирования. Видно, что применение предлагаемого способа позволяет снизить усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора на 24,57%, увеличить расход шлакообразующей смеси на 40%, уменьшить отсортировку проката на 7,3% по сравнению с прототипом, где качание кристаллизатора осуществляли по закону (1), (2) (при значениях амплитуды качания A1=2 мм и угловой частоты w=1 1/с) и где усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора составляло 25,04 кН, расход шлакообразующей смеси 0,6 кг/т, а отсортировка проката 7,7%.

Пример 2. По разработанной на базе формул (3), (4) математической модели были произведены расчеты расходов шлакообразующей смеси и разработаны режимы качания. Для значений коэффициента отношения амплитуд качания второй и первой гармоник из диапазона 0,1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,25 величины расходов шлакообразующей смеси явились оптимальными (увеличение расхода до 40% по сравнению с прототипом). При выходе значений коэффициента отношения амплитуд качания второй и первой гармоник за границы диапазона 0,1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,25 происходило резкое снижение расхода шлакообразующей смеси и, как следствие, увеличение усилия вытягивания заготовки из кристаллизатора на 50% по сравнению с оптимальным, что приводит к увеличению трения и отсортировки продукции.

Было проведено опытно-промышленное опробование разработанных режимов качания (1-3). Для этого в кристаллизатор, качающийся по закону (3), (4) (при значениях амплитуды качания первой гармоники A1=2 мм, угловой частоты w=1 1/с, коэффициента отношения амплитуд качания второй и первой гармоник способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 =0,1; 0,15; 0,25, коэффициента, учитывающего химический состав металла k=1), подавали сталь 13Г1С-У, подавали шлакообразующую смесь на мениск металла, вытягивали из кристаллизатора непрерывнолитую заготовку со скоростью 0,7 м/мин. При этом измерялись усилия вытягивания заготовки из кристаллизатора и контролировалось качество проката. Разработанные режимы качания (1-3) с различными технологическими параметрами приведены в табл.2.

Таблица 2
Технологические параметры Режимы качания
способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 1 23
1 23 4
Сечение непрерывнолитой заготовки, мм×мм 240×1850240×1850 240×1850
Скорость вытягивания заготовки, м/мин 0,70,7 0,7
Усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора, кН 20,0418,78 19,9
Амплитуда качания кристаллизатора A1, мм 22 2
Коэффициент отношения амплитуд качания второй и первой гармоник способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,1 0,150,25
Угловая частота w, 1/c1 11
Расход шлакообразующей смеси, кг/т0,8 1 0,8
Начальная фаза второй гармоники способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 , °0 0 0
Отсортировка проката, %3,1 0,6 3,0

Проведенное опытно-промышленное опробование разработанных режимов качания (1-3) подтвердило результаты, полученные с помощью математического моделирования. Видно, что применение предлагаемого способа позволяет снизить усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора на 25%, увеличить расход шлакообразующей смеси на 40%, уменьшить отсортировку проката на 7,1% по сравнению с прототипом, где качание кристаллизатора осуществляли по закону (1), (2) (при значениях амплитуды качания А1=2 мм и угловой частоты w=1 1/с) и где усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора составляло 25,04 кН, расход шлакообразующей смеси 0,6 кг/т, а отсортировка проката 7,7%.

Пример 3. По разработанной на базе формул (3), (4) математической модели были произведены расчеты расходов шлакообразующей смеси и разработаны режимы качания. Для значений коэффициента отношения амплитуд качания второй и первой гармоник из диапазона 0,1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,25 величины расходов шлакообразующей смеси явились оптимальными (увеличение расхода до 40% по сравнению с прототипом). При выходе значений коэффициента отношения амплитуд качания второй и первой гармоник за границы диапазона 0,1способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,25 происходило резкое снижение расхода шлакообразующей смеси и, как следствие, увеличение усилия вытягивания заготовки из кристаллизатора на 50% по сравнению с оптимальным, что приводит к увеличению трения и отсортировки продукции.

Было проведено опытно-промышленное опробование разработанных режимов качания (1-3). Для этого в кристаллизатор, качающийся по закону (3), (4) (при значениях амплитуды качания A1 =2 мм, угловой частоты w=l 1/с, коэффициента отношения амплитуд качания второй и первой гармоник способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 =0,1; 0,15; 0,25, коэффициента, учитывающего химический состав металла k=0,6), подавали сталь 45Х, подавали шлакообразующую смесь на мениск металла, вытягивали из кристаллизатора непрерывнолитую заготовку со скоростью 0,7 м/мин. При этом измерялись усилия вытягивания заготовки из кристаллизатора и контролировалось качество проката. Разработанные режимы качания (1-3) с различными технологическими параметрами приведены в табл.3.

Таблица 3
Технологические параметры Режимы качания
способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 1 23
1 23 4
Сечение непрерывнолитой заготовки, мм×мм 240×1850240×1850 240×1850
Скорость вытягивания заготовки, м/мин 0,70,7 0,7
Усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора, кН 20,519,01 20,37
Амплитуда качания кристаллизатора А1, мм 22 2
Коэффициент отношения амплитуд качания второй и первой гармоник способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 0,1 0,150,25
Угловая частота w, 1/c1 11
Расход шлакообразующей смеси, кг/т0,8 1 0,8
Начальная фаза второй гармоники способ непрерывной разливки стали, патент № 2378083 , °0 0 0
Отсортировка проката, %3,3 0,8 3,2

Проведенное опытно-промышленное опробование разработанных режимов качания (1-3) подтвердило результаты, полученные с помощью математического моделирования. Видно, что применение предлагаемого способа позволяет снизить усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора на 24,08%, увеличить расход шлакообразующей смеси на 40%, уменьшить отсортировку проката на 6,9% по сравнению с прототипом, где качание кристаллизатора осуществляли по закону (1), (2) (при значениях амплитуды качания A1=2 мм и угловой частоты w=1 1/с) и где усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора составляло 25,04 кН, расход шлакообразующей смеси 0,6 кг/т, а отсортировка проката 7,7%.

Класс B22D11/051 в формы с вибрирующими стенками

способ непрерывной разливки стали -  патент 2428274 (10.09.2011)
способ непрерывной разливки стали -  патент 2422239 (27.06.2011)
способ непрерывной разливки стали -  патент 2378084 (10.01.2010)
способ получения непрерывных нанометаллических заготовок -  патент 2372166 (10.11.2009)
устройство для получения непрерывных нанокристаллических заготовок -  патент 2366533 (10.09.2009)
способ получения непрерывнолитых деформированных стальных заготовок из измельченных материалов и устройство для его осуществления -  патент 2336144 (20.10.2008)
способ получения непрерывнолитых деформированных заготовок из высокотемпературных металлов и установка для получения непрерывнолитых полых деформированных заготовок из высокотемпературных металлов -  патент 2326753 (20.06.2008)
устройство для охлаждения кристаллизатора при разливке высокотемпературных металлов -  патент 2326751 (20.06.2008)
способ охлаждения кристаллизатора для получения непрерывнолитых деформированных заготовок из высокотемпературных металлов и устройство для его осуществления -  патент 2322325 (20.04.2008)
способ вертикального непрерывного литья металлов, использующий электромагнитные поля, и литейная установка для его применения -  патент 2247003 (27.02.2005)
Наверх