Способ непрерывной разливки металлов

3 СОВЕТСКИ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ4(юц В 22 П 11/00 УДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ л фС; роволо(71) Институт физики твердого(54)(57) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ, включающий подачу металла в кристаллизатор, ввод в него расходуемой проволоки и наложение на нее колебаний ультразвуковой частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества слитка, проволоку подают в кристаллиэатор . под углом 10-30 ф к вертикальной плоскости циклически со скоростью 270-3,0 м/мин, при этом продолжитель ность цикла ввода проволоки в расплав составляет 0,15-6 с с интервалом времени между циклами равным , =/23,46-1,36 10-2 йй/ -122 где- температура расйлава, Й - диаметр расходуемой ики, мм.698 1 1148Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке стали и ее сплавов.Известен способ ультразвуковой обработки непрерывно разливаемого 5 металла, включающий возбуждение ультразвуковых колебаний в стенках кристаллизатора 13.Недостатком известного способа является его низкая эффективность 10 ввиду рассеяния ультразвуковой энергии как в месте акустического контакта ультразвуковой колебательной системы со стенкой кристаллизатора; так и в самом кристаллизаторе, 45Известен способ ультразвуковой обработки непрерывно разливаемого металла, включающий погружение в расплав полноводного звена ультразвуковой колебательной системы 1.2. 20Данный способ не обеспечивает требуемого качества непрерывно- литого металла из-за загрязнения обрабатываемого металла материалом волновода. 25Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату кпредлагаемому является способ непрерывной разливки металлов, включающийподачу металла в кристаллизатор, 50ввод в него расходуемой проволоки иналожение на нее колебаний ультразвуковой частоты 33Однако известный способ не обеспечивает высокого качества непрерывного литого слитка, что и является егоосновным недостатком.Этот недостаток обусловлен тем,что рекомендуемые известным способомдиаметр расходуемой проволоки (не 40более 5 мм), непрерывность ее подачи и скорость подачи, в своем значении не превышающая 2,52 м/мин, впроцессе непрерывной разливки металла не обеспечивают эффективной ультразвуковой обработки расплава, таккак проволока расплавляется в еговерхнем слое, в то время как обработ"ка расплава в его нижней части, аименно в районе фронта кристаллизации, является более рациональной сточки зрения повышения качества слитка.Кроме того, ррасплаве металлааокруг проволоки при ее подаче с 55постоянной скоростью из-за того, что.,ее торец находится постоянно наодном и том же фиксированном относительно верхнего торца кристаллнэатора расстоянии, величина которого определяется скоростью подачи проволоки, ее диаметром и температурой расплава, образуется не захлопывающееся "облако", наличие которого препятствует, распространению ультразвуковых колебаний по всему объему расплава, в результате чего эффективность ультразвукового воздействия на кристаллизующийся металл резко снижается.Вследствие того, что торец расходуемой проволоки в расплаве имеет постоянное расположение, в проволоке по ее длине устанавливается определенный температурный градиент, наличие которого отрицательно сказывается на величине амплитуды колебаний, возбуждаемых в проволоке, что также приводит к снижению эффективности воздействия ультразвуковых колебаний на расплав металла.Цель изобретения - повышение качества слитка.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу непрерывной разливки металлов, включающему подачу металла в кристаллизатор, ввод в него расходуемой проволоки и наложение на нее колебаний ультразвуковой частоты, проволоку подают в кристал-, лизатор под углом 10-30 к вертикальной плоскости циклически со скоростью 270-,0 м/мин, лри этом продолжительность цикла ввода проволоки в расплав составляет О, 15-6 с с интервалом времени между циклами равным Г-/23 46 1 36 .10-г с/д/2-12,где 1 - температура расплава, С;од - диаметр расходуемой проволоки, мм.На чертеже представлено устройство для осуществления способа.Способ осуществляется следующим образом.Перед началом разливки металла на рабочей площадке машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) устанавливают устройство, обеспечивающее подачу расходуемой. проволоки в расплав металла и возбуждение в ней колебаний ультразвуковой частоты. Бунт расходуемой проволоки 1 располагают на вращающемся барабане 2 поворотной в вертикальной плоскости рамы 3. Послеэтого конец проволоки через механизм 4 циклической подачи, правильный механизм 5, блок 6 управления и волноводно-излучающее эвенр (в дальнейшем волновод) источника 7 ультразвуковых колебаний задают в полость кристаллиэатора 8 ИНЛЗ, располагая его под некоторым углом ( 10-30) относительно от кристаллиэатора. Затем в блок 6 управления вводят данные о диамет Оре используемой проволоки, температуре расплава, которую металл будет иметь в кристаллизаторе, времени и скорости подачи проволоки, обеспечивающих необходимое весовое соотноше ние объема вводимой в расплав проволоки с объемом расплава, заполняющим кристаллизатор, и о временном интервале между циклами подачи проволоки. .После чегог к ИНЛЗ подают разливоч ный ковш и промежуточную емкость (промежуточный ковш) 9, включают блок 6 управления и источник 7, передающий посредством волновода проволоке 1 колебания ультразвуковой часто ты, о наличии которых в проволоке загоранием сигнальной лампочки сообщает блок управления. Затем заполняют промежуточную емкость 9 металлом, подлежащим обработке и открыва- ЗО ют ее стопор, в результате чего кристаллиэатор 8 начинает заполняться расплавом 10, а проволока 1 оп- лавляться. В момент времени, соответствующий заполнению кристаллизатора35 до определенного (максимально возможного) уровня, включают механизмыправления 5 и подачи 4 проволоки, качания кристаллизатора и вытягивания слитка, начиная тем самым ультразвуковую обработку расплава в процессе его непрерывной разливки. Конец расходуемой проволоки 1, первым циклом ее подачи погруженный в расплав металла 10 на какую-то фиксированню глубину, в течение времени, соответствующего интервалу до второго цикла подачи проволоки, опЛавляется, воздействуя при этом на расплав колебаниями, которые он совершает, В момент времени, соответствующий фактически полному оплавлению конца проволоки, т,е. истечению времени интервала между циклами подачи проволоки; блок 6 управ ления выдает команду на механизм 4 подачи проволоки и он осуществляет ., ее очередной цикл подачи с одновременным устранением кривизны проволоки посредством правильного механизма 5, В процессе разливки металла в зависимости от изменения температуры разливаемого металла и скорости вытягивания слитка блок 6 управления осуществляет корректировку скорости подачи, времени подачи и интервалов между циклами подачи проволоки.После окончания разливки металла выключают механизм вытягивания слитка и качания кристаллиэатора, подачи и правления проволоки, источник колебаний иблок управления.Предлагаемый способ непрерывной разливки металла предусматривает . использование расходуемой проволоки диаметром 8-14 мм, скорость ее подачи равную 270-3,0 м/мин, продолжительйость цикла подачи проволоки и интервал между циклами ее подачи соответственно равные (0,15-6) (0,25-9,5) с.Ограничение диаметра расходуемой проволоки интервалом 8-14 мм обусловлено тем, что только при этих диаметрах проволоки, имеется возможность легко осуществляемого целенаправленного воздействия на структуру получаемого слитка, т.е. возможность управления процессом непрерывной разливки металла без учета воздейст" вия на него колебаниями ультразвуковой частоты. Отклонение от указанного интервала диаметра расходуемой проволоки как в одну, так и в другую стороны, т,е. при использовании проволоки диаметром менее 8 мм или же более 14 мм, не позволяет добиться требуемого в процессе разливки металла весового соотношения объема вводимой в расплав проволоки и объема расплава, заполняющего кристаллизатор, т.е. не позволяет целенаправленно воздействовать на структуру и, следовательно, на качество получаемого слитка. Оптимальный диаметр расходуемой проволоки лежит в интервале 10-12 мм.Скорость, подачи расходуемой проволоки в расплав металла в значительной степени определяется диаметром используемой проволокиС увеличением диаметра расходуемой проволоки скорость ее подачи в расплав металла должна уменьшаться, т.е. диаметр расходуемой проволоки и скорость ееподачи взаимосвязаны между собой обратно пропорциональной зависимостью. Для проволоки диаметром 8-14 мм скорость ее подачи в расплав металла находится в интервале 270-.3,0 м/мин, 5 Это обусловлено тем, что при скорости более 270 м/мин слиток, точнее стенка слитка, может быть "проткну" тапроволокой вне кристаллизатора, поскольку она вводится в него под 10 некоторым углом относительно его оси, а при скорости менее 3,0 м/мин на удается обеспечить требуемого весового соотношения объема вводимой в расплав проволоки и объема рас плава, заполняющего кристаллизатор. Оптимальная скорость подачи проволоки в расплав металла лежит в интервале 180-60 м/мий.Время подачи проволоки в расплав жидкого металла, т.е. продолжительность цикла ее "подачи, определяется не только ее диаметром и скоростью подачи, но и глубиной жидкой лунки по длине слитка. Поскольку глубина жидкой лунки слитка в процессе непрерывной разливки составляет 6-8 м, а проволока вводится в кристаллизатор под углом 10- 30, то длина конца расходуемой ф проволоки, находящегося в расплаве, не должна превышать 4-5 м, поскольку в противном случае стенка слитка может быть "проткнута" проволокой вне кристаллизатора. НаиболееЬ цилесообразным представляется наличие в жидком металле конца расходуемой проволоки, имеющего длину равную 1-4 м, Такая длина конца проволоки в расплаве металла при ее диаметре ф в 8-14 мм и скорости подачи равной 270-3,0 м/мин обеспечивается временем ее подачи, соответствующим 0,15-6 с, которое с увеличением диаметра проволоки, и следовательно, 4 уменьшением скорости ее подачи, необходимо увеличивать в указанном интервале. Если время подачи проволоки будет менее 0,15 с, то длина конца проволоки, находящегося в жидком металле, будет составлять менее 0,8-0,9 м, которой не достаточно для эффективного воздействия ультразвуковыми колебаниями на объем расплава, находящегося в кристалли заторе. Если же время подачи проволоки, т,е. продолжительность цикла ее подачи, будет составлять более 6 с, то становится возможным нарушение целостности стенки слитка вне кристаллизатора, Оптимальная продолжительность цикла подачи проволоки лежит в интервале 0,5-,3 с.Продолжительность интервала между циклами подачи проволоки в значительной степени определяется временем ее расплавления и для проволоки диаметром 8-14 мм и длине его конца, находящегося в расплаве, в 1-4 м, составляет 0,25-9,5 с. Продолжительность указанного интервала, возрастающая с увеличением диаметра используемой проволоки, определяется из эмпирически выведенного и экспериментально подтвержденного выражения=(23,46-1,36 10- ) -- 12,где С - временной интервал междуциклами подачи проволоки, с;- температура расплава, находящегося в кристаллизаторе, С;д - диаметр расходуемой проволоки, мм,Ограничение временного интерваламежду циклами подачи проволоки пределом в 0,25-9,5 с обусловлено тем,что при интервале менее 0,25 с стенкаслитка может быть "проткнута" внекристаллизатора, а при интервале более 9,5 с проволока будет оплавленадо такой степени, что ее торец выцдет из непосредственного контактас расплавом металла, что крайне нежелательно, так как ультразвуковаяобработка расплава будет прервана,Оптимальная продолжительность интервала между циклами подачи проволокинаходится в пределах 1-6,5 с.П р и и е р. Предлагаемый способнепрерывной разливки металла с использованием расходуемой проволокибыл опробован в условиях Донецкогометаллургического завода на МНЛЗ скристаллизатором 150 х 1200 мм.Эксперименты проводились на стали с содержанием углерода 17 при скорости вытягивания слитка равной1 м/мин. Источник ультразвуковыхколебаний (преобразователь ПМСА) возбуждался от ультразвуковогогенератора УЗГ-10 и обеспечиваламплитуду колебаний на излучающемторце волновода и, следовательно,в расходуемой проволоке, равную15 мк, При проведении экспериментов1148698 Предлагаемый способ непрерывной Ю разливки металла в сравнении с известным, позволяет более эффективно обрабатывать кристаллизующийся металл, что приводит к значительному расширению области равноосных крис таллов, резко уменьшить ликвидациюпрюесей в осевой зоне слитка, рассредоточить усадочную пористость, увеличить дисперсность дендритов и более чем в 2 раза микротвердость, ЗО т.е. значительно повысить качество Способ разливки металикровердост ло ли коиаметрасхорость о нтраль ан а емо п л ои частлитка,г/ммм и о провоавн локк, м/мин нд ми Предлагаемый 234 0 0,2 184 31 3 0 8 52 294 2 82 2 5 ,38 9,5 диаметр расходуемой проволоки из стали с содержанием углерода 17, скорость ее подачи, время подачи и время.между циклами подачи проволоки варьировали в интервалах более широких, нежели вышеуказанные, что позволило наиболее точно определить их граничные значения. Результаты 1проведенных экспериментов, т.е. результаты исследования образцов, вырезанных из полученных слитков, представлены в таблице, Для сопоставления между собой предлагаемого и из-: вестного способов непрерывной разливки металла были проведены также 15 эксперименты по разливке металла с применением режимов, рекомендуемых известным способом. Результаты этих экспериментов также представлены .в таблице.Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов непрерывной разливки металла с использованием расходуемой проволоки, проведенный на основе указанных результатов, показывает значительные преимущества последнего.Так, увеличение диаметра используемой проволоки до 8-14 мм и скорости ее подачи до 270-3,0 м/мин при условии цикличности подачи проволоки позволило воздействовать ультразвуковыми колебаниями на расплавметалла по всему его объему, в томчисле и в районе кристаллизации, вто время как при известном способеультразвуковой обработке подвергается только верхняя часть расплава,Циклическая же подача проволокисовместно с ее определенными диаметрами и скоростями подачи позволилаустранить эффекты, обуславливающиеобразование "облака" вокруг концапроволоки в расплаве металла и снижение амплитуды колебаний возбуждаемых в проволоке, и за счет этогоповысить эффективность ультразвукового воздействия на расплав металла. непрерывно-литого слитка,9 1148698 10 Продолжение таблицы 8Э 3,0 9,5 29 371 1 76 75 190 12 135 328 262 228 9,5 31 69 215 291 О, 25. 44 56 288 254 0,15 232 45 311 3,0 9,5 34 264 66 291 Известный 23 387 159 2,52 Пос- тоянноПри использовании проволоки диаметром 14 мм скорость ее подачи не должна превышать 55 м/мин. Составитель В. БалашовРедактор Е. Папп Техред И.Асталош Корректор Г, Решетникс Заказ 1790/7 Тираж 747 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва Ж, Раушская наб д, 4/5 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 55 О, 15 0,25 42 9,5 51