Способ непрерывного литья слитков на установках вертикального и криволинейного типа

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК б 73 А 1 5 В 22 О 11/1 ПИСАНИ ЗС)Б И Т Од 0 с 0 с,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Днепродзержинский индустриальныйинститут им. М.И. Арсеничева. Днепровскийметаллургический комбинат им, Ф,Э. Дзержинского и Тржинецкий металлургическийкомбинат им, Великой Октябрьской социалистической революции(72) Ю,И. Шиш, Л,В, Рубин, В,Т, Лобачев,А.И. Багрий, С,С, Бродский, А.Д. Зражевский, Л,М, Учитель, М.И. Пикус(Щ, Владислав Рашка, Веслав Марощик. БогданИрмлер, Мирослав Доседел и Йозеф Слиж 3) 621.746,047(088.8) 6) Авторское свидетельство СССРМ 1301552, кл, В 22 О 11/00. 1987,Изобретение относится к металлургии, в частности к литью металлов непрерывным способом, и может быть использовано при отливке слитков на криволинейных и вертикальных машинах.Известен способ непрерывной разливки металлов, предусматривающей периодическое заполнение дополнительно введенной в кристаллизатор керамической трубы металлом и вытеснение его в объем кристаллизатора путем изменения давления инертного газа в трубе пропорционально движению кристаллизатора,Недостаток способа - отсутствие условий для эффективного перемешивания металла, поскольку вытеснение его из трубы и ее заполнение металлом происходят с отно%(54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛ ИТ КО В НА У СТАН О В КАХ В Е РТИ КАЛ ЬНОГО И КРИВОЛИНЕЙНОГО ТИПА (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к литью металлов непрерывным способом. Жидкии металл подают из промежуточного ковша в кристаллизатор через погружную огнеупорную трубу и производят его пульсационное перемешивание в кристаллизаторе периодическим наполнением и вытеснением металла газом из огнеупорной трубы, Начальный гидравлический диаметр вытесняемой струи определяют по предложенной зависимости. На криволинейных установках струю металла, вытесняемую из огнеупорной трубы, направляют в сторону искривления слитка под углом к вертикали, равным 24 - 28 В , где 24 - 28 - эмпирический коэффициент. 1 3;п. ф-лы, 4 ил., 1 табл,сительно низкой скоростью, определяемой частотой и характером движения кристаллизатора, Наряду с этим, использование для воздействия на металл дополнительной огнеупорной трубы, расположенной не по оси слитка, повышает с одной стороны расход огнеупорных материалов, а с другой - структурную и химическую неоднородности непрерывнолитых заготовок,Наиболее близким к изобретению является способ непрерывного литья слитков, включающий подачу металла из промежуточного ковша в кристаллизатор через огнеупорную трубу и пульсационное перемешивание жидкой фазы слитка периодическим наполнением и вытеснением металла из огнеупорной трубы газом со21 1736673 22 Угол наклона оси струи и соответствен Расстояние по оси слитка от мениска но огнеупорной трубы к вертикали металла до точки соприкосновения газосо,57 о о ( а =26 14=5,78 или 5 47, держащего вихря с оболочкой слитка= Я.бЯм мя впуска аргона в огнеупорну Расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до места проникновения газосодержащего вихря в жидкую фазу, при превышении которого не обеспечивается удаление из слитка вносимого вихрем газа, составляет3 2= 0,017 14/90 - 80(0,0108 60) =196 м руб 0,5 1,26 Ос. П р и м е р 11, Гидравлический диаметр5 струи металла, вытесняемой из огнеупорной трубы, ниже заявляемого и составляет0,057 м, Скорость вытеснения металла изэтой трубы и угол наклона оси струи к вертикали соответствуют оптимальным, Внут 10 ренний диаметр огнеупорной трубы,поскольку она цилиндрическая, равен гидравлическому диаметру вытесняемой из нееструи металла, т.е.Ов=О=0,057 м.авление аргона в трубе в конце периода вытесненияРдг= 70009,810,5 (1+3,14 0,0572,40,35 0,4 - 3,14 0,117 /4х 10 =135,0 КПа,Угол наклона оси струи металла к вертикали, как и в примере 10, составляет 547,Расстояние по оси слитка от менискаметалла до точки соприкосновения газосодержащего вихря с оболочкой слитка равно я постоянным и ивки металла на как оно зависит машины и скоросех эксперименЭто расстояние остает других примеров разл олинейной МНЛЗ, так ко от базового радиуса разливки, которые для в одинаковые,ПОСкальку (Т(2, тО Ск ния металла из огнеупорно ляется из выражения16 э/р - 1 орость вытесней трубы опредеО,б ( (О,б 15 Наружный диаметр огнеупорной трубы Он= Ов+ 20,03=0,057+ 2 0,03=0,117 м, Д Оптимальное значение с нения металла, которая ниже ляемого предела на 10 О от р верхним и нижним ее предела рости вытесерхнего заявности между и. составляет, то скорос упорной тру ремя вытеснения металл одолжительность впуска а з трубы она в нее ния м ют из16 или 0 9"( 2 П р и м е р 12. Скорость в металла из огнеупорной трубы и у на оси вытесняемой из нее струи 5 вертикали соответствуют оптим гидравлический диаметр этой ст ходе из огнеупорной трубы отвеча му заявляемому пределу, т.е,О=2,2 0.031=0,068 м,Этому же значению соотве утренний диаметр огнеупорной Ов=О=0,068 м. Наружный диаметр этой трубытеснения гол наклометалла к альным, а руи на выет нижнеОптимальн алла, котораяредела на 10 О/ скорость вытеснения ме иже верхнего заявляемого т разности между верхнимделами, составляет нижним ее пр,55 м,046 0,5 1,96 0,26 с.е р 13, Скорость вытенеупорной трубы и угол Приеталла из ния аклоо,0108 60-1,4 С 0,0 Приме металла из огне на оси вытесня 35 вертикали опт диаметр этой с ной трубы прев предел и состаость вытеснения убы определяют,190 мце пер О=Ов + 20.03=0.068 + 2 0,03=0,128 м,Давление аргона в трубе в конце периода вытесненияРдг= 70009,81 0,5 (1+3,14 0,068/40,335 0,4 - 3,14 0,128/4 Так как Ь больше 2, то скорость вытеснения металла из огнеупорной трубы выбирают из выражения Оптимальная скорость вытеснения металла из огнеупорной трубы ниже верхнего заявляемого предела на 10% от разности между верхним и нижним пределами составляет 1,96-0,6 О, 01 М С,96-0,6006 В о,обо0,068с 0,031 в 6 16 О,ЗЗ 5 0,4/1,47-0,60,068 40,0 б 8 ремя впуска аргона в огнеупорную труПоскольку С 1 С 2, то скорметалла из огнеупорной триз следующего выраженияОптимальная скорость вытеснения металла из огнеупорной трубы составляет1,41-0,6 Ооэ 1 06 С 41 0 б 0031 ОвЮ- Го, т о, то, т ( о, тСб О,Я 5 0,4 С 47-0,6(0,031 в 6 40ото,т оо- -0,48 м/сВремя впуска аргона в трубу0,5т - 04 д = 1,04 с. х 10 =135,4 КПа.Угол наклона оси струи к вертикали, каки в примере 10, составляет 5"47,Расстояние по оси слитка от мениска 5 металла до точки соприкосновения газосодержащего вихря с оболочкой слитка на оси вытесняемой из нее струи металла квертикали отвечают оптимальным, а гидравлический диаметр этой струи на выходе из0 трубы соответствует верхнему заявляемомупределу, т.е,О =0,50,335+ 0,0115 0.6 -1.183 0,0280,0108 60 - 0.016=0,117 м,5 Внутренний диаметр огнеупорной трубыотвечает гидравлическому ее диаметру. т,е,Ов= О =0,117 м,Наружный диаметр трубыО= Ов+ 2 0,03 =-0,117 г 2 0.03=0,177 м,0 Давление аргона в трубе в конце периода вытесненияРдг= 7000 9,81 0,5 (13,14 0,11 т /4- ) 1 х0,33 0,4 - 3, 14 О, 177/4х 10 =137,7 КПа.Угол наклона оси струи к вертикали, каки в примере 10, составляет 5"47,Расстояние по оси слитка от менискаО металла до точки соприкосновения газосодержащего вихря с оболочкой слитка р 14, Скорость вытеснения упорной трубы и угол наклоемой из нее струи металла к имальные, Гидравлический труи на выходе из огнеупорышает верхний заявляемый ляет О 0,130 м. 0 Внутренний диаметр огнеупорной трубы соответствует гидравлическому ее диаметру, т,е. Ог=О.0,130 м. Наружный диаметр трубы О =Ов+ 20,03 = 0,13020 03-0 Давление аргона в трубе в кон ода вытеснения Рдг =7000 9,810.5 (1 г27 1736673 28 2 0,028 Яаав ь 16 з/Р - Ь(-)где Ь - расстояние по оси слитка от мениска икосновения газосоолочкой слитка, опре- нию металла до зоны сопрдержащего вихря с обделяемое по соотноше П р и м е р 23, Отвечает условиям разливки способа-прототипа на вертикальной МНЛЗ при отливке слитка сечением 265 х 340 мм со скоростью 0,0108 м/с. Гидравлический диаметр струи металла, вытекающей из промежуточного ковша б и вытесняемой из погружной трубы О, составляет соответственно 0,025 и 0,1 м, Глубина погружения огнеупорной трубы в металл равна 0,6 м, а скорость вытекания струи из промежуточного ковша - 2,0 м/с,Химическую неоднородность непрерывнолитых слитков оценивали по степени осевой ликвации серы, а физическую - по макроструктуре их поперечных темплетов,Результаты этих анализов для всех рассмотренных примеров представлены в таблице,Из таблицы видно, что минимальная протяженность зоны столбчатых кристаллов и наименьшая степень осевой ликвации серы достигаются в слитках, отлитых на вертикальной и криволинейной машинах соответственно по примерам 9 и 18, в которых скорость вытеснения металла из огнеупорной трубы превышала верхний заявляемый предел, а все остальные заявляемые параметры отвечали оптимальным.Однако эти слитки оказались пораженными пятнистой ликвацией, что привело к отбраковке данных слитков.Разливка металла по примерам 19 и 22, обеспечивающим угол наклона оси струи металла, вытесняемой из огнеупорной трубы, к вертикали соответственно ниже и выше заявляемого предела, оказалась невозможной в результате прорыва металла через оболочку слитка на выходе из кристаллизатора вследствие ее одностороннего подмыва.Показатели макроструктуры и химической неоднородности слитков, отлитых по примерам 3, 4, 7, 8, 12, 13, 16. 17. 20, 21, каждый из которых реализовал один из параметров разливки на нижнем или верхнем заявляемом пределах при оптимальных значениях остальных, несколько хуже, полученных в условиях разливки по примерам 1, 10, отвечающих оптимальным значениям всех заявляемых параметров соответственно на машинах вертикального и криволинейного типа,Использование предлагаемого способа непрерывного литья слитков по сравнению с прототипом позволяет при одновременном снижении протяженности зоны столбСкорость вытекания металла из погружной трубы составляет (3-4) г 1/О скорости движения струи металла при вытекании его из промежуточного ковша и равна в сред нем щ = 3,52= 1,75 м/с.0,1 .Расстояние по оси слитка от менискаметалла в кристаллизаторе до точки сопри косновения вихря с твердой оболочкой слит- ка чатых кристаллов и степени осевой ликвации серы избежать прорыв жидкого металла через оболочку слитка ниже 15 кристаллизатора и пятнистую ликвацию всвязи с насыщением слитка газом, что обеспечивает снижение брака на 0,13-0,18%,Формула изобретения 1. Способ непрерывного литья слитков 20 на установках вертикального и криволинейного типа, включающий подачу жидкого металла струей из промежуточного ковша в кристаллизатор через погружную огнеупорную трубу, пульсационное перемешивание 25 металла в кристаллизаторе периодическимнаполнением и вытеснением металла газом из огнеупорной трубы, формирование слитка и его вытягивание из кристаллизатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 30 повышения качества слитка путем снижения его химической и физической неоднородности, вытеснение металла из огнеупорной трубы производят струей с начальным гидравлическим диаметром, опре деляемым по зависимости2,2 б00,5 а + 0,0115 Ь --- . - 0,016 со скоростью и струи в пределах при 1 12, д при гд 12 скорость 01 опрделяют из выражения2 - расстояние по оси слитка от мениска металла до места проникновения газо- содержащего вихря в жидкую фазу, определяемое из выражения3 2=0,0178 (90 - 80 Ч );б - гидравлический диаметр струи металла, вытекающей из промежуточного ковша,м;а - толщина слитка, м;Ь - глубина погружения огнеупорной трубы в металл, м;К - коэффициент затвердевания металла, м/мин;Ч - скорость разливки металла,мlмин; й - радиус кривизны оси слитка,м; Скоростьвытесненияметалла изогнеупорнойтрубы (01),и/с Угол наклона Расстояние по оси слиткаот мениска металла вкристаллиэаторе ло Гидравлический диаметр струи металла, вытесняеиой из огнеупорной трубы (О), мн Степеньосевойликвациисеры, Ф)г оси струи металла, вытесня" еной из огнеупорной трубы к вертикали в сторону искривления слитка (М), град точки соприкпсновения газосодержащеговихря соболочкойслитка(19), м места проникновения газосодериащего вихря в шидкую фазу, при превышении которого не обеспечивается уда ление из слитка вносиного вихрем газа (1 га), м у 662 453 554 825 906 667 668 669 66 Пятнис.таяликвация 34 51 40 52 60 58 55 28 1,67 5,12 2,97 0,66 0,38 0,62 0,72 1,76 1,90 8,5 12,6 10,4 16,0 20,6 2213 18,2 8,5 8,2 2,05 2,98 2 г 3 1,4( 1,11 2,05 2,05 2,05 2,05 1, 26 2,64 1,96 0,48 88 2,62 4,09 3,55 1,41 0,94 2,62 2,62 13,0 50 14,0 67 12,8 54 17,0 75 23,0 80 16,5 77 10 5768 12 117 130 88 88 88 88 13 14 0,20 0,78 0,83 1,31 1,50 15 16 15,8 65 12,4 49 2,62 2,62 17 18 11,3 . 48 Пятнистая ликвация Разливка прекращена в связи с прорывом шидкого металла через оболочку слитка большего радиуса 13,2 58 2,62 , 1,96 1,26 19 88 5 20се 138 2,62 2,62 2,62 1,96 1,96 1,96 1,26 1,26 1,26 20 88 21 88 22 88 14,055 Разливка прекращена всвязи с прорывом металла через ободочку слиткаменьшего радиусаОбразование трещин и прорывы металла 0,77 1,75 00 55 5 47 5 47 547 5 47 5 47 5 47 5 47 5 47 5 47 Е - площадь поперечного сеченияструи металла, вытекающей из промежуточного ковша и вытесняемой из огнеупорной трубы соответственно,м ;5 3 - площадь поперечного сечения слитка,м;Р - периметр поперечного сечения слитка, м,2. Способ по и. 1, отл и ч а ю щи й с я 10 тем, что на криволинейных установкахструю металла, вытесняемую из огнеупорной трубы, направляют в сторону искривления слитка под углом а к вертикали, равном (24 - 28)В , где 24 - 28 - эмпирический ко,5715 эффициент. 1,96 1,96 1,96 1,96 1,96 1,96 1,96 1,96 1,961736673Составитель В.Яковлеведактор М.Келемеш Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик Заказ 1853 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 105 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 скоростью (3 - 4) - скорости вытеснения ме(1Оталла из промежуточного ковша, а длительность заполнения составляет1,0 - 1,1)где б - диаметр струи металла, вытекающего из промежуточного ковша, м;О - диаметр струи металла, вытекающего из огнеупорной трубы, м;Л й - колебание уровня металла в кристаллизаторе в процессе пульсации, м;Ч - скорость литья, м/мин.К недостаткам известного способа непрерывного литья относится образование при указанных скоростях вытеснения металла из огнеупорной трубы .газосодержащих вихрей кольцевой формы, которые, опускаясь вниз, контактируют с оболочкой затвердевающегося слитка в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения. В процессе этого происходит размывание кристаллизующейся оболочки газосодержащими вихрями и насыщение металла вносимым ими газом, что приводит к прорывам корочки слитка под кристалл изатором, вызывает образование дефектов макроструктуры; трещин, пятнистой ликвиции, химической и физической неоднородности,Как показали лабораторные исследования и опытные разливки, образование газо- содержащего вихря в процессе вытеснения металла из огнеупорной трубы связано с тем, что истекающая из промежуточного ковша струя металла, поступая в указанную трубу, инжектирует из нее газ, который увлекается струей в жидкий металл, находящийся в погруженной в него части трубы, и распределяется в металле в виде отдельных пузырей. При повышении давления в трубе металл вытесняется из нее, причем на выходе иэ трубы поток металла приобретает вращательно-поступательное движение в вертикальной плоскости, образуя кольцевой вихрь тороидальной формы, опускающийся в жидкую фазу слитка, Причина возникновения такого вихря обусловлена образованием возле стенок трубы при движении в ней металла пограничного слоя, который на краю трубы отрывается, в результате чего создается тонкий слой металла со значительной завихренностью. Затем происходит сворачивание этого слоя, которое и приводит к образованию вихря,По мере вытеснения металла из трубы вихрь перемещается вниз с одновременным увеличением наружного диаметра и поперечного сечения. Вращательное движение металла в вихре обеспечивает снижение в нем статического давления. Это приводит к тому, что пузыри газа, вытесняемые вместе с потоком металла из огнеупорной трубы, вовлекаются в вихрь, образуя вокруг центра его вращения замкнутое газовое кольцо тороидальной формы,К моменту изменения направления движения жидкого металла в трубе вращательно-поступательное движение приобретает практически весь вытесняемый из нее поток металла. При этом на выходе из трубы скорость поступательного движения вихря равна скорости вытеснения металла. По мере опускания в жидкой фазе слитка скорость движения газосодержащего вихря снижается, По достижении определенной глубины газовое кольцо под действием выталкивающих сил и вязкости металла разрушается на отдельные пузыри, которые всплывают в жидкой фазе слитка на поверхность металла в кристаллизаторе. При этом перемешивание жидкого металла в слитке происходит не только за счет перемещающихся вниз кольцевых газосодержащих вихрей, но и всплывающими после их разрушения пузырями газа.Однако разрушение вихря происходит и в результате соприкосновения с твердой оболочкой слитка, в первую очередь с растущими к его центру кристаллами, что приводит к их ломке. При этом скорость движения вихря снижается, но он все же продолжает перемещаться вниз. Полное разрушение вихря происходит после соприкосновения его с твердой оболочкой слитка. Если центр вихря совпадает с осью непрерывнолитого слитка, то контакт вихря с оболочкой наступает на глубине, где наружный размер вихря равен поперечному размеру жидкой лунки слитка.При отклонении траектории движения вихря от оси слитка столкновение вихря с оболочкой происходит на меньшей глубине, т.екогда размер вихря меньше поперечного размера лунки.Таким образом, максимальное расстояние в жидкой фазе слитка вихрь проходит, если он не соприкасается с его оболочкой, а минимальное - при несовпадении центра вихря с осью слитка, С уменьшением поперечного размера вихря при прочих равных условиях глубина его проникновения в жидкую фазу слитка возрастает,При контакте кольцевого газосодержащего вихря с оболочкой слитка в пределах кристаллизатора, где оболочка слитка тонкая и имеет низкую прочность, происходит ее размыв, вызывающий образование трещин и прорывы металла, Это имеет место,например, при разливке стали ШХ 15 на машинах вертикального типа в соответствии с параметрами, приведенными в примере осуществления прототипа: сечение слитка 265 х 340 мм, внутренний диаметр стакана в промежуточном ковше 25 мм, скорость разливки 0,0108 м/с, внутренний диаметр огнеупорной трубы 100 мм, глубина ее погружения в металл 0,6 м, скорость вытекания струи из стакана промковша 2,0 м/с,Установлено, что в указанных условиях вихрь ударяется об оболочку слитка на расстоянии 0,77 м от мениска металла в кристаллизаторе.Если кольцевой газосодержащий вихрь соприкасается с оболочкой слитка в зоне вторичного охлаждения, то часть пузырей газа, всплывающих в металле после погружения вихря, запутывается между растущими кристаллами дендритной формы, Во время застывания слитка в эти пузыри диффундируют и накапливаются там содержащиеся в металле вредные газы, неметаллические включения, ликвирующие элементы, что вызывает появление таких дефектов макроструктуры слитка как пятнистая ликвация, точечная неоднородность и др. Указанные условия создаются, если в соответствии с примером, приведенным в прототипе, получают слитки сечением 335 х 400 мм, отливая их через стакан внутренним диаметром 31 мм. Установлено, что в таком случае газосодержащий вихрь соприкасается с оболочкой слитка на расстоянии 209 м от мениска металла в кристаллизаторе, т,е. в зоне вторичного охлаждения, Окончательное разрушение вихря происходит на расстоянии 3,2 м от данного уровня. При этом уменьшается толщина зоны столбчатых кристаллов за счет соответствующего увеличения размера зоны равноосных кристаллов. Однако часть газа остается в слитке, что приводит к указанным дефектам макроструктуры,Использование прототипа при разливке на криволинейных машинах практически невозможно, поскольку он не обеспечивает получение положительного результата,В таких условиях траектория движения газосодержащего вихря, перемещающегося прямолинейно, не совпадает с продольной осью слитка, искривленной под определенным радиусом. В результате имеет место подмыв затвердевающей оболочки слитка по большому радиусу, Если с помощью различных приемов даже и обеспечить совпадение осей слитка и вихря с целью устранения указанного Недостатка, то вопрос удаления из слитка вносимого вихрем газа остается не решенным. На криволинейных машинах вследствие изогнутости затвердевающего слитка вероятность задержки вертикально всплывающих пузырей газа, образующихся после разрушения 5 вихря, намного выше, чем в слитках, отливаемых на вертикальных машинах, что обуславливает появление дефектов макро- структуры.Таким образом, обеспечить существен ное снижение химической и физическойнеоднородности слитка только путем пульсационного перемешивания металла прак-.тически невозможно.Цель изобретения - повышение качества непрерывнолитого слитка путем снижения его химической и физической неоднородности.Поставленная цель достигается благодаря тому, что согласно способу непрерыв ного литья слитков, включающему подачуметалла из промежуточного ковша в кристаллизатор через огнеупорную трубу и пульсационное перемешивание жидкой фазы слитка периодическим наполнением и 25 вытеснением металла из огнеупорной трубыгазом, предусмотрены следующие приемы,Металл вытесняют из огнеупорной трубы с образованием струи начальным гидравлическим диаметром302,2 б О0,5 а + 0,0115 й --- 0,016,1,183 КВытеснение металла из огнеупорной 35 трубы осуществляют со скоростью (и). обеспечивающей возникновение в жидкой фазе слитка кольцевых газосодержащих вихрей, причем при опускании в жидкой фазе слитка кольцевые газосодержащие вихри не кон тактируют с оболочкой слитка, При этомкольцевые газосодержащие вихри проникают в жидкую фазу слитка на глубину, исключающую задержку в слитке вносимого имигаза.45 При разливке металла на вертикальныхмашинах скорость вытеснения металла из трубы выбирают в пределахо,в 0,650 / - у й)с / - уПри разливке металла на криволинейных машинах струю металла, вытесняемую из огнеупорной трубы, направляют в сторону искривления слитка под углом к вертикали а =(24-28)й , а скорость вытеснения-0,57металла из огнеупорной трубы в зависимости от соотношения расстояний по оси слитка от мениска металла в кристаллизаторе доточки соприкосновения газосодержащего вихря с оболочкой слитка0,046 и до места проникновения газосодержащего вихря в жидкую фазу, при превышении которого не обеспечивается удаление их слитка вносимого вихрем газа2=0,017 Я (90 - 80 Ч) определяют из выражений;Р щРпри 1112; при Ьг, где б - гидравлический диаметр струи металла, вытекающей из промежуточного ковша,м;а - толщина непрерывнолитого слитка, м;и - глубина погружения огнеупорной трубы в металл, м;К - коэффициент затвердевания металла, м/мин ; Ч - скорость разливки металла, м/мин; й - базовый радиус криволинейной машины, м;1, Г - площадь поперечного сечения струи металла соответственно вытекающей из промежуточного ковша и вытесняемой из огнеупорной трубы, м;з - площадь поперечного сечения слитка, м;Р - периметр поперечного сечения слитка, м.На фиг, 1 показана схема движения газосодержащего вихря в жидкой фазе слитка; на фиг. 2 - схема всплывания пузырей газа в жидкой фазе слитка, образовавшихся в результате разрушения газосодержащего вихря; на фиг. 3 - схема проникновения газосодержащего вихря в жидкую фазу слитка при Ь 2; на фиг,4-то же, при О г.Сущность предложенного способа непрерывного литья слитков заключается в следующем,В кристаллизатор 1 (фиг. 1) с жидким металлом 2 погружена огнеупорная труба 3, герметично соединенная с промежуточным ковшом 4. Вытеснение металла из огнеупорной трубы осуществляют путем повышения в ней давления за счет подачи газа черезпатрубок 5, Заполнение огнеупорной трубыметаллом происходит в результате понижения в ней давления при соединении ее внут 5 ренней полости с атмосферой илиотсасывающим устройством,Гидравлический диаметр струи металла,вытесняемой из огнеупорной трубы, составляет .102,2 с 300,5 а+ 0,0115 п -- 0,016,Вытеснение металла из огнеупорной15 трубы осуществляют со скоростью, обеспечивающей возникновение в жидкой фазеслитка кольцевых газосодержащих вихрей6. За каждый период вытеснения металла изтрубы образуется один вихрь. Газ в вихрь20 попадает из огнеупорной трубы 3 вследствие инжекции его струй металла, поступающей из промковша 4,Газосодержащие вихри 6 при опусканиив жидкой фазе слитка не соприкасаются с25 его оболочкой 7, что исключает ее размывание. Достигнув определенной глубины, газосодержащие вихри под действиемвыталкивающих сил и вязкости металла разрушаются с образованием газовых пузырей30 1 (фиг, 2), всплывающих на поверхность металла в кристаллизаторе. При этом вносимый вихрями газ полностью удаляется изслитка,При разливке металла на машинах вер 35 тикального типа ось вытесняемой из огнеупорной трубы струи металла совпадает спродольной осью слитка, т,е, угол а = О, аскорость вытеснения металла из этой трубывыбирают в пределах4045При получении слитков на криволинейных машинах струю металла, вытесняемую из огнеупорной трубы, направляют в сторону искривления слитка под углом к вертикали50а=(24 - 28) йВ таких условиях траектория движениягазосодержащего вихря совпадает с продольной осью слитка, искривленного под определенным радиусом, что исключает 55контактирование вихря с оболочкой слитка.На машинах криволинейного типа скорость вытеснения металла из огнеупорной трубы, в зависимости соотношения расстояний по оси слитка от мениска металла в кристаллизаторе до точки соприкосновения(о ( сталлизаторе превышает расстояние от мениска металла до точки контактирования газосодержащего вихря с оболочкой слитка.Наиболее интенсивное перемешивание застывающего, металла в зоне вторичного охлаждения и стабильное его качество обеспечиваются при оптимальной скорости вытеснения металла, которая меньше верхнего заявляемого предела на 5-15; от разности между верхним и нижним ее пределами, т.е. 16 з Р -(15 - 15Щ 100 Вытеснение металла из огнеупорной трубы со скоростью ниже оптимальной, хотя и обеспечивает усреднение состава металла при его кристаллизации, но не позволяет добиться значительного сокращения протяженности зоны столбчатых кристаллов, как это происходит при оптимальных скоростях. Вытеснение металла из огнеупорной трубы со скоростью выше оптимальной характеризуется нестабильностью качества металла за счет не всегда полного вытеснения из слитка газа, вносимого вихрем,При разливке на криволинейных машинах вытеснение струи металла из огнеупорной трубы в сторону искривления слитка под углом к вертикалий=(24 - 28) йобеспечивает максимальный путь движения вихря в жидкой фазе слитка и исключает односторонний подмыв его твердой оболочки. При наклоне оси струи к вертикали под углом ниже заявляемого кольцевые вихри разбиваются об оболочку слитка большего радиуса, а выше - меньшего радиуса, вызывая в обоих случаях односторонний ее размыв. Кроме того, как в том, так и в другом случае значительно сокращается путь движения кольцевого вихря, что снижает интенсивность перемешивания.Оптимальный угол наклона оси струи к вертикали определяется получением металла наиболее высокого качества, которое достигается приа =(25-27) Вобеспечивающим совпадение оси движения вихря с продольной осью слитка, Это позволяет проделать вихрю наибольший путь и, соответственно, в максимальной степени использовать его энергию для перемешивания жидкой фазы криволинейного слитка, Однако беспредельно увеличивать путь движения вихря в этих слитках, как и в вертикальных, нЕльзя, поскольку вносимый вихрем газ может, начиная с какого-то предельного расстояния от мениска металла до места проникновения вихря в жидкую фазу слитка, остаться в нем, вызывая дефекты его макроструктуры, Установлено, что максимальное расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до места проникновения газосодержащего вихря в жидкую фазу слитка, при котором не обеспечивается удаление из него вносимого вихрем газа (фиг, 3, 4), составляет12=0,0178 (90 - 80 Ч).На этом или большем расстоянии содержащийся в вихре газ, всплывая вверх в виде пузырей, соприкасается с оболочкой слитка меньшего радиуса и, следовательно, с кристаллами дендритной формы, оси которых за счет искривления слитка располагаются по отношению к вергикали не под тупым, как в вертикальных слитках, а под прямым или даже острым углом, что вызывает попадание пузырей в межкристаллические области, откуда они не в состоянии самопроизвольно всплыть на поверхность металла в кристаллизаторе.В зависимости от радиуса криволинейной машины, параметров слитка и условий разливки2 может быть меньше Ь (фиг. 3), равняться или быть больше его (фиг. 4). В любом случае, если путь движения вихря в жидкой фазе слитка в сумме с глубиной погружения огнеупорной трубы превышаетпри -2) 11 или .2 при 1 21 (фиг, 3), то пузыри газа остаются в слитке, что вызывает снижение его качества,Важным технологическим параметром, определяющим путь движения кольцевого вихря в жидкой фазе слитка, является скорость вытеснения металла из огнеупорной трубы, которая для условий разливки на криволинейных машинах выбирается в зависимости от соотношения 2 и Ь, Если Ь 2 (фиг. 3), то ограничением на пути движения вихря является .2 и скорость вытеснения находят по следующему эмпирическому выражению:--- а . ) а если 12 (фиг, 4), то ограничением на пути движения вихря является расстояние Ь. В этом случае скорость вытеснения металла из огнеупорной трубы определяют из неравенствакоторое используют также и для условий разливки на вертикальных машинах,При вытеснении металла из огнеупорной трубы со скоростью1 бробт,е, ниже нижнего заявляемого предела, путь движения вихря не превышает глубину распространения струи металла в слитке, истекающей из промежуточного ковша, что не обеспечивает перемешивание металла в зоне вторичного охлаждения,Вытеснение металла из огнеупорной трубы со скоростьюпри которой кольцевые газосодержащиевихри проникают на расстояние, равное илибольшее2, откуда пузыри газа после разрушения вихря не могут полностью всплытьна поверхность металла в кристаллизаторе,приводит к насыщению слитка газом, причем в основном в области, прилегающей коболочке меньшего радиуса.Оптимальная скорость вытеснения металла из огнеупорной трубы при Ь 2 нижеверхнего заявляемого предела на 5 - 15 от 30разности между верхним и нижним пределами, т.е,3516 3 Р -(Я5 - 15.Т) 100При этих значениях скоростей вытеснения40 металла из огнеупорной трубы обеспечивается наиболее высокое и стабильное качество непрерывнолитой стали. Вытеснение металла из огнеупорной трубы со скоростя ми ниже оптимальных сопровождается ухудшением качества металла за счет недостаточного перемешивания жидкой фазы слитка при его кристаллизации. В условиях превышения оптимальных значений скоро-. стей возрастает нестабильность качества металла за счет не всегда полного выделения из слитка вносимого вихрем газа.Причина насыщения криволинейных слитков, вносимых вихрем газом при О Ег, идентична рассмотренной для условий55 разливки вертикальных слитков, Поэтому обоснования заявляемых пределов и оптимальной скорости вытеснения металла из огнеупорной трубы для криволинейных слитков в этом случае совпадают с изложенными для вертикальных слитков,П р и м е р ы, Предложенный способ иллюстрируется следудющими 2 примерами его осуществления, из которых примеры 1 - 9 относятся к МНЛЗ вертикального, а примеры 10-22 - криволинейноготипа,пример 23 относится к способу-прототипу.На МНЛЗ вертикального и криволинейного типа отливают непрерывнолитые заготовки поперечным сечением соответственно 265 х 340 и 335 х 400 мм из стали 20 следующего химического состава, о : С 0,19; Мп 0,55; Я 0,3; Я 0,035; Р 0,035; М 0,25; Сц 0,25; Сг 0,25; А 0,02. Во всех примерах температура стали в промежуточном ковше находится в пределах 1530 - 1550 С, высота налива в нем металла 0,67 м, скорость разливки и вытекания струи металла из промежуточного ковша соответственно 0,0108 и 2,0 м/с, глубина погружения огнеупорной трубы, предназначенной для пульсационного перемешивания и защиты струи металла от вторичного окисления на участке промежуточный ковш - кристаллизатор, составляет 0,6 м или 0,9 высоты налива металла в промежуточном ковше, Все огнеупорные трубы имеют цилиндрическую форму с толщиной стенок 30 мм, Изоляцию поверхности металла в кристалл изаторе от окислительной атмосферы обеспечивают за счет наведения в нем шлака, состоящего из 15 криолита, 8 борного ангидрида и 77 графита,Вытеснение металла из огнеупорной трубы осуществляют аргоном, Подачу последнего к огнеупорной трубе и удаление отработанныхтазов из нее производят при помощи системы трубопроводов и запорной арматуры, состоящей из металлических труб внутренним диаметром 15 мм, регулировочных вентилей, впускного и выпускного клапанов, соединяющих полость огнеупорной трубы в ее верхней части соответственно с магистралью аргонопровода и атмосферой. Давление аргона в магистрали составляет 0,6 МПа, а изменение его пределов в полости огнеупорной трубы - от атмосферного до 135-137,3 кПа, что в зависимости от наружного диаметра трубы и сечения кристаллизатора обеспечивает опускание уровня металла в ней на 0,5 м, Скорость вытеснения регулируют путем изменения времени впуска аргона, т,е. его расхода, при помощи регулировочных вентилей.Периметр слитка, получаемого на вертикальной машине, равен 1,21, а на криволинейной - 1,47 м. Базовый радиус криволинейной машины 8=14 м, Гидравпи16 1736673 15 Поскольку гидравлический диаметр цилиндрической огнеупорной трубы (О) равен внутреннему геометрическому диаметру ее (Ов), т.е,5 4 7 ЕОв /4 КОв+ 60,008 60 2,0 0,046 Оптимальная скорость вытеснения металла из огнеупорной трубы ниже верхнего заявляемого предела на 10;/О от разности меж ду верхним и нижним пределами составляет2,05-0,6 0,025 в 2,06-0 бЮб 0 066 0,066 60.066Ф 0,025 О 6 16 0,34 0,265/1,21-0.60,066 огнеуп жител 0,5=0,3 трубы 105 м, ениска сопри- случае с обоеупорнои0,03=0, тка от м до точки в этом го вихря емя фер 45 с расходом,повышениеного доРАг= 0 9,81 05 1 028 2,045-0,266-0,0- 0,0920,0106 ба б 0,0106 600,046 8 м ческий диаметр струи металла, вытекающей из промежуточного ковша при разливке металла на вертикальной и криволинейной МНЛЗ, составляет соответственно 0,025 и 0,031 м. Этим же значениям отвечают диаметры разливочных стаканов промежуточных ковшей,П р и м е р 1(все заявляемые параметры имеют оптимальные значения. Коэффициент затвердевания металла как в этом, так и в остальных примерах принят равным 0,028 м/мин 5).Гидравлический диаметр струи металла, вытесняемой из огнеупорной трубы, превышающий нижний заявляемый предел на 40 от разности между верхним и нижним пределами, составляетО= 2,2 0,025 + (0,5 0,265 + 0,0115 х х 0,6 1,183 0,028 0,016-2.2 х0,0108 60х 0,025) =0,066 м.40 о ома а 61 о- =4,66 м/с,0,066(003 ая скорость вытеснения металла из орной трубы достигается при продолности впуска аргона в нее беспечивающим за это вления в трубе от атм то указанный гидравлический диаметр струи металла достигают при использовании огнеупорной трубы внутренним диаметром Ов= 0,066 м. Наружный диаметр огнеупорной трубы (Он) при толщине ее стенок 30 мм составляетОн=Ов+ 20,03=0,066+2 0,03=0,126 м.При вытеснении металла из этой огнеупорной трубы возникает кольцевой газосодержащий вихрь, перемещающийся в глубинные слои жидкой фазы слитка. Расстояние от оси слитка от мениска металла в кристаллизаторе до точки соприкосновения вихря с твердой оболочкой слитка равно 3,14 0,066/4 1 1050,265 0,34 - 3,14 0,126/4= 135,8 КПа,где 7000 - плотность жидкой стали, кг/м;9 81 - ускорение силы тяжести, м/с;2,1 10 - атмосферное давление, Па,5П р и м е р 2. Гидравлический диаметр струиметалла, вытесняемой из огнеупорной трубы, ниже заявляемого и составляет 1,8 гидравлических диаметров струи металла, вытекающей из промежуточного ковша, т,е.0=1,8 с 3 =1,8 0,025=0,045 м.Внутренний диаметр цилиндрическойогнеупорной трубы (Ов) равен гидравлическому диаметру вытесняемой из нее струиметалла Ов=О=0,045 м. Наружный диаметр огн Он=Ов+ 20,03=0,045 + 2 Расстояние по оси сл металла в кристаллизаторе основения возникающего ольцевого газосодержаще очкой слитка составляет18 1736673 17 Й 0028 60 0,04 вытеснения соответствуий диаметр трубы, отведелу, т.е. гне 20 40,055 0,0 2,55-0,Ь 0,02 0,055 0,05 б 0,54 О,гб 5/1,082 гона в огнеупор порнои труУ 0,5297 0=0,082 Давление аргоытеснения Рдг=70009,8 в неи в конце перио0,5 (1+ 0,03=0,142 м,от мениска точки сопри- одержащего,14 0 5 5: 35 0,0 И,265-0,023 0,6) 40,010 В б еснения металла из ог Давлеода вытес в конце иа равно 0 252О,в5 орость вытеснения рной трубы оптибес убу вем ета алла ивается з впуска аргон Скорость вытеснения металла имеетоптимальное значение. т,е.2,98-0,6 0,025 0,6 2,98-0,6ГО.ОФБ О,05 Й 065с 0,025 гО,б 16 ф 0,54 0,265(1 Л 1-0,6Ъ0,046 Бд 4 Б0,025 об- = 5,Ю м(с.0046 г 400 Время впуска аргона в трубу составляет0,512 =0,098 м, а давление в ней в конце периода вытесненияРдг =70009,81 0,5 (1+ + 3,14 0,045 /4 + 1 1050,265 0,34 - 3,14 0,1052/4 Скорость вытеснения металла иупорной трубы, соответствующая опной, составляет 0,265 0,34 - 3,14 0,112/4 135,3 КПа.2 0,028 Скорость выупорной трубы=135.0 КПа.П р и м е р 3. Соответствует условиямразливки, при которых скорость вытесненияметалла из огнеупорной трубы является оп 5 тимальной. Гидравлический диаметр струиметалла, вытесняемой из этой трубы, равеннижнему заявляемому пределу, т.е.О= 2,2 б = 2,20.025 =0,055 м,Внутренний диаметр огнеупорной тру 10 бы Ов=О=0,055 м,а наружныйОн=Ов+ 20,03 =0,055+ 2 0,03=0,115 м.Расстояние по оси слитка от мениска 15 металла в кристаллизаторе до точки соприкосновения кольцевого газосодержащего вихря с оболочкой слитка равно П ример 4,Скорость металла из огнеупорной трубы ет оптимальной, а гидравличес струи металла, вытесняемой из чает верхнему заявляемому пре О=0,5 0,2650,0115 х 0 6 1,183 0,028 0 0 0,0108 60 Внутренний диаметр оы равен а наружныйОн=Ов + 2 0,03=0,082 2Расстояние по оси слиткаметалла в кристаллизаторе докосновения кольцевого газосвихря с оболочкой слитка раен 057= 0,66=-0,76 с ие аргона в трубе ения из нее метал 7000 9,81 0,5 (1 3,14 0,082 /4 0,34 - 3,14 О, КПа,мер 5.Ск з огнеупо