Способ непрерывного литья заготовок

Способ непрерывного литья заготовок, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание заготовки и ее охлаждение под кристаллизатором, при этом мениску металла в кристаллизаторе сообщают колебания посредством изгиба оболочки заготовки в зоне охлаждения, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества поверхности заготовки, колебания уровня мениска металла в кристаллизаторе осуществляют с амплитудой 0,1-2,0 мм.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу непрерывного литья, предусматривающему введение колебаний (вибрации) в жидкую фазу формирующейся заготовки.
Целью изобретения является улучшение качества поверхности заготовки.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, предназначенного для осуществления способа; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1 (сечение сляба в зоне колебаний его корочки).
Схема содержит кристаллизатор 1 и расположенный под ним в зоне вторичного охлаждения (не показан) механизм передачи механических колебаний заготовки, выполненный в виде двух пластин 2 (с размером "а" по высоте), установленных вдоль технологической оси МНЛЗ с двух сторон по широким граням заготовки и защемленных по концам.
Способ осуществляют следующим образом. Жидкий металл 3 разливают в кристаллизатор 1 где он формируется в заготовку 4 и охлаждается. Заготовку 4 вытягивают из кристаллизатора 1 с помощью тянущих роликов (не показаны). Выходящая из кристаллизатора 1 заготовка 4 имеет следующие размеры: b по широкой грани, c по узкой грани, и представляет собой затвердевающую оболочку 5 толщиной и жидкую фазу 6.
В зоне охлаждения под кристаллизатором 1 к оболочке 5 заготовки прикладывают пульсирующее давление с помощью пластин 2, вызывающих механические колебания оболочки 5 с ограниченной амплитудой h, величина которой довольно низка, в пределах 0,4-0,5 мм.
Периодический упругий изгиб формирующейся оболочки 5 создает периодическое изменение поперечного сечения заготовки 4 (см. фиг.2) и одновременную передачу колебаний жидкой фазе 6.
Виброимпульсные колебания в жидкую фазу 6 заготовки передаются на всем ее протяжении от мениска 7 до окончания участка затвердевания.
При изгибе оболочки 5 заготовки происходит уменьшение поперечного сечения заготовки, что приводит к вытеснению жидкой фазы 6. В результате этого приводится в колебательные движения столб жидкого металла вдоль технологической оси.
Колебания уровня мениска 7 металла в кристаллизаторе 1 осуществляют на величину 0,1-2,0 мм и они взаимосвязаны с величиной амплитуды h изгиба оболочки.
Пределы колебания уровня мениска металла в кристаллизаторе 0,1 2 мм зависят от вязкости расплава, скорости разливки, других факторов и определяются опытным путем.
Пример конкретного выполнения. Способ может быть реализован в любом месте вдоль технологической оси МНЛЗ, где присутствует жидкая фаза в заготовке. Заготовка с шириной b=1500 мм, толщиной c=250 мм движется со скоростью V=1 м/мин. Две пластины 2 высотой a=1500 мм, шириной b=1500 мм расположены непосредственно под мениском (среднее расстояние до мениска H=1500 мм) и работают синхронно с частотой V=20 Гц.
Средняя толщина оболочки . При линейном распределении температуры по толщине оболочки и линейной зависимости модуля упругости от температуры жесткость сечения оболочки D можно вычислить по формуле , где модуль упругости металла на поверхности заготовки. Отсюда D 10⁸H мм. Для прогиба квадратной пластины с защемленными краями на величину h необходимо приложить к ней давление P_k, равное . Подставляя D=10⁸H,мм, a=1500 мм, получим
.
Среднее ферростатическое давление на устройство равно
.
При одновременном вдавливании двух пластин с амплитудой объем вытесненной жидкости V равен
.
Так как поперечное сечение S столба жидкого металла
,
то столб сдвинется вверх на высоту
.
Масса столба жидкого металла m равна m= HS. Чтобы придать этой массе ускорение g, необходимо подействовать на нее в вертикальном направлении силой F_y= m_g= HSg=P_фS. По известному закону гидравлики для создания усилия F_у достаточно приложить к пластинам давление P_у, равное , где 2ab -суммарная площадь двух пластин. Так как 2ab= 2 1500²= 4,5 10⁶ (мм²), то .
На пластины следует подавать переменное давление P(t) = P_ф+(P_к+P_у) sin2 t. При этом составляющая P_ф компенсирует ферростатическое давление, составляющая P_кsin 2 t компенсирует упругое сопротивление оболочки, а составляющая P_уsin 2 t приводит в движение столб жидкого металла, действуя на него силой

Столб жидкого металла движется по закону
.
Подставляя
,
получим
.
Решая это дифференциальное уравнение, получим . В конце положительного полупериода, т.е. при t= 1/2 , столб металла поднимется на максимальную высоту
,
что соответствует максимальному значению колебания уровня мениска металла в кристаллизаторе. При этом максимальный прогиб оболочки внутрь .
Отсюда .
Исходя из формулы прогиба защемленной на концах балки , для кривизны в области защемления получим . Для h= 0,45, а=1500 получим . Нейтральная ось расположена на расстоянии от фронта кристаллизации. Поэтому максимальная деформация по периметру устройства равна
.
Таким образом, возникающая деформация на порядок ниже максимально допустимой.
В предлагаемом способе в результате пульсации на мениск снижается вязкость расплава, уменьшается величина мениска, исключается складчатость поверхности заготовки, что приводит к улучшению качества поверхности заготовки.
Сущность изобретения: подают металл в кристаллизатор и вытягивают заготовку. В зоне охлаждения под кристаллизатором периодически изменяют поперечное сечение заготовки и сообщают мениску металла в кристаллизаторе колебания с амплитудой 0,1 - 2,0 мм. 2 ил.