HU208267B - Method and apparatus for continuous casting flat metal billets - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás lapos fémtuskók, elsősorban acéltuskók folyamatos öntésére, amelynek során fémolvadékot áthúzó kokillába öntünk, majd a kokillából kihúzott és részben megdermedt tüskét redukáló hengerek között oly módon alakítjuk, hogy az olvadékot a megdermedt kéreg közül kipréseljük. A találmány tárgya továbbá egy olyan berendezés, amely áthúzó kok illát és alatta elhelyezett redukáló hengereket tartalmaz.

A kohászatban a lapos tuskók öntésére szolgáló berendezések abban különböznek a szokásos folyamatos öntőberendezésektől, hogy a kihúzó kokilla alatt, az öntött tuskó kiáramlásának irányában ún. redukáló hengerek vannak elhelyezve. Ezek a redukáló hengerek csökkentik a kijövő, félig megdermedt tuskó méretét 100-120 mm alá, többnyire 20-50 mm méretre. A hagyományos folyamatos öntőberendezésekben termelt tuskók vastagsága ezzel szemben általában 150-200 mm.

Az említett redukáló hengerek a lapos tuskó végleges méretét állítják be anélkül, hogy valóságos hengerlést végeznének. A kokillából kijövő tuskó belsejében ugyanis folyékony fémből álló magrész van és a tuskó vastagságának csökkentése a megdermedt kérgek egymáshoz szorítását jelenti, amelynek során a fémolvadékot a kérgek közül a redukáló hengerek kiszorítják. A hagyományos tuskók készítésére tervezett áthúzó kokillákkal általában nem lehet a kívánt vastagságú tuskókat előállítani. Ezért alkalmazzák a redukáló hengereket, amelyek távolságát a késztermék vastagságának megfelelően állítják be és azt az öntés során állandó értéken tartják. Miután a tuskó a redukáló hengerek közül kikerül, a kérgek teljesen összezáródtak és a tuskó készméreten van.

Annak érdekében, hogy a maximális redukció legyen elérhető, célszerű a redukáló hengereket közvetlenül az áthúzó kokilla alatt elhelyezni. Ez az elhelyezés azonban hátrányokkal is jár. Ebben az esetben ugyanis megnő annak a veszélye, hogy a megdermedt kéreg túlságosan hamar leválik a kokilla faláról a kokilla alsó részénél és a fémolvadék repedések vagy hibás anyagfelületek esetében kifolyik a tuskó belsejéből. Ezért a redukáló hengerek elhelyezése történhet a kokillától távolabb, körülbelül 1 m távolságban is.

Az ilyen berendezéseknél általában problémát okoz a félig megdermedt tuskóban lévő fémolvadék mélységének (metallurgiai magasságának) szabályzása. Mint mondottuk, a redukáló hengereket egy még gyakorlatilag megolvadt magrésszel rendelkező tuskó alakítására tervezik. Ha tehát a fémolvadék megdermed mielőtt a tuskó a redukáló hengerbe ér, a redukáló hengerek teljesen megdermedt vagy legalábbis erősen képlékeny anyagot kell alakítsanak, azaz lényegében szokásos hengerekként működnek. A megdermedt anyagnak az előírt vastagságra történő redukálásához tehát meglehetősen nagy erők szükségesek, amire viszont ezek a hengerek nincsenek méretezve. Ha tehát ilyen nagy erők lépnek fel olykor, vagy akár többször is az öntés során, a redukáló hengerek vagy tartó állványuk komoly károsodást szenvedhet. Másfelől, ha a redukáló hengereket és a tartóberendezést úgy méretezzük, hogy ilyen erőknek is képesek legyenek ellenállni, az így kapott szerkezet már aránytalanul nagy lenne a szokásos folyamatos öntőberendezésekhez. Emellett további hátrány a jelentős költségnövekedés is.

A jelen találmánnyal ezért olyan megoldás kidolgozása a célunk, amely lehetővé teszi a fémfürdő mélységének gyors szabályzását és ezzel a redukáló hengerekre ható erők névleges értékének visszaállítását, ha az szükségtelenül megnövekszik.

A kitűzött feladatot tehát olyan eljárással oldottuk meg, amelynek során fémolvadékot áthúzó kokillába öntünk, majd a kokillából kihúzott és részben megdermedt tuskót redukáló hengerek között oly módon alakítjuk, hogy az olvadékot a megdermedt kéreg közül kipréseljük, ahol a találmány szerint mérjük a redukáló hengerekre ható erőt, a redukáló hengerek között vagy fölött változtatható mágneses teret hozunk létre a még olvadt állapotban lévő magrésznél, és a mágneses teret úgy szabályozzuk, hogy a hengerekre ható erő egy adott érték alatt maradjon.

Az eljárás során vagy stacionárius mágneses tér segítségével melegítjük, vagy mozgó mágneses tér segítségével keverjük a tuskó belsejében lévő olvadékot.

A találmány szerinti eljárás egy célszerű foganatosítási módjánál a mágneses tér segítségével a redukáló hengerekre ható erőt a hengerek megengedett terhelésével azonos felső határérték és egy olyan alsó határérték között tartjuk, amelynél a hengerek alatt a tuskónak még van olvadt állapotban lévő magja.

A redukáló hengereket egymástól eltávolítjuk az eljárás során, ha a mért erő értéke egy olyan értéket ér el, amely egyenlő a felső határértékkel vagy nagyobb annál és ismét közelítjük egymáshoz, amikor a mért erő értéke ismét kisebb, mint a felső határérték. A közelítést úgy végezzük, hogy a mért erő értéke ne haladja meg az említett közbülső értéket.

Az eljárás egy másik foganatosítást módja szerint a mágnesteret változtatni kezdjük már, amikor a mért erő értéke elér egy, a felső határértéknél kisebb értéket, illetve ellenkező irányban az alsó határértéknél nagyobb értéket.

A találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló berendezés áthúzó kokillával és alatta elhelyezett redukáló hengerekkel van ellátva, ahol a redukáló hengerek erőmérőkkel vannak ellátva, a redukáló hengerekben vagy azok fölött pedig egy legalább egy változtatható mágnesterű induktor van és az erőmérők, valamint az induktorok szabályozó egységgel vannak öszszekapcsolva. A szabályozó egységhez a redukáló hengereket állító mechanizmus csatlakozik.

A találmány szerinti berendezésben alkalmazott induktor lehet egyfázisú induktortekercs vagy többfázisú vándorló mágnesteres induktor.

Az induktort vagy induktorokat el lehet helyezni a redukáló hengerek és a kokilla között vagy akár a redukáló hengerek belsejében, ahogy az például a 67 753 lajstromszámú luxemburgi szabadalmi leírásból ismeretes. Ha a mágneses tér segítségével a magrészben lévő fémolvadékot keverjük, akkor a hőátadást fokozzuk, azaz a hűtést segítjük elő, míg ha a fém2

HU 208 267 Β olvadékot a mágneses térrel melegítjük, az olvadék mélységét ily módon szabályozzuk.

A modern kohászatban igen elterjedt megoldás a fémolvadékok keverése a félig megdermedt tuskóban, a folyamatos öntés során. Az ilyen tuskók átmérője általában körülbelül 200 mm és a keverés célja a kedvezó'bb dermedést feltételek biztosítása, hogy a késztermékben megfelelő mechanikai tulajdonságokat biztosítsunk. A keverés következtében növekszik a megdermedt részben az azonos irányítású krisztallitok száma és csökken a kiválások mennyisége. A keverés a fémolvadék hőháztartására is hatással van: a hő eltávozása annál gyorsabb, minél nagyobb intenzitású a fémolvadék mozgása.

Minden esetben azonban a keverés hatása befolyásolja a tuskóban lévő fémolvadék mélységét. Ha a fémolvadék keverését a magrészen intenzívebben végezzük, meggyorsul a dermedést folyamat és emelkedik a fémolvadék alsó szintje. Fordítva, a keverést kevésbé intenzíven végezzük, a dermedés lassabb lesz és a fémolvadék alsó szintje süllyed.

Nagy átmérőjű tuskók folyamatos öntésénél a keverésnek a tuskó hűlésére kifejtett hatásának csak másodlagos jelentősége van, minthogy a kokillából kijövő tuskókat a kokilla alatt folyadékszórással hűtik. Másfelől nem szükséges a fémolvadék alsó szintjének szabályzása, mert az általában több méterrel a kokilla alatt van.

Ha viszont vékony,-illetve lapos tuskókat készítünk folyamatos öntőberendezésben, a viszonylag vékony fémolvadék alsó része rendkívül érzékeny mindenféle hatásra, különösen az áramlásokra, amelyek például indukciós keveréssel előállíthatók. Ha a tuskók magrészében a fémolvadékot folyamatosan keverjük, a keverés intenzitásának változtatásával lehetőség nyílik a fémolvadék alsó szintjének szabályozására anélkül, hogy a folyamatos öntőberendezés működési paramétereit megváltoztatnánk. A lapos tuskókat előállító folyamatos öntőberendezéseknél, ahol a tuskót redukáló hengerekkel alakítjuk a kokillától viszonylag távol, rendkívül fontosnak bizonyult az ilyen szabályzás. Ez kiegészítheti vagy akár helyettesítheti az egyéb módszereket, például a hűtőfolyadékkal történő hűtést. Előnye ahhoz képest, hogy közvetlenül a megolvadt magrészre hat és így a beavatkozás reakcióideje viszonylag rövid.

A fémolvadék keverésének intenzitását célszerű a redukáló hengerekre ható erő függvényében végezni. A redukáló hengerek egymástól mért távolsága általában állandó az öntési folyamat során és azonos a késztermék vastagságával. Az alkalmazott redukáló hengereket egy adott (F) erőre méretezik. Ezt az (F) erőt a találmány szerint folyamatosan mérjük. Az erő változása függ a fémolvadék aljának helyzetétől. Ha az (F) erő nagyobb, mint a szokásos érték, ez azt jelzi, hogy a redukáló hengerekre a tuskó nagyobb erőt fejt ki, mint amikor a fémolvadék még a belsejében jelen van. Az ilyen változások a normál üzemmenethez képest vagy valamilyen beavatkozás következtében jönnek létre vagy a folyamatok paramétereinek változásából, például hőmérsékletesésből, öntési sebesség csökkenésből stb. származnak. Az öntési folyamat eleje és vége, amikor is a fémolvadék hőmérséklete és az öntés sebessége viszonylag gyorsan változik, ugyancsak kritikus szakaszt jelent. Ilyenkor meglehetősen nehéz a berendezés működési paramétereit úgy beállítani, hogy a tuskó magrészében a fémolvadék szintje mindig a kívánt helyen legyen. Ha tehát ezen fémolvadék dermedést sebességét befolyásolni tudjuk az olvadék keverésével, a folyamatok szabályzásának egy újabb eszköze áll rendelkezésünkre.

Az alábbiakban a találmányt példák segítségével ismertetjük részletesebben. A találmány szerinti eljárás foganatosításához matematikai modellek és a berendezésen végzett kísérletek alapján meghatározzuk az adott öntési feltételekhez (a termék alakja, öntési sebesség, az öntőberendezésbe bevitt fémolvadék hőmérséklete stb.), hogy milyen paraméterekkel kell kialakítani az olvadék keveréséhez alkalmazott induktorokat ahhoz, hogy a fémolvadék alsó szintje az optimális legyen, azaz például a redukáló hengerek szintjén helyezkedjék el. Ezen kívül megállapítjuk a redukáló hengerekre ható (F) erő (F0) és (FI) határértékeit. (F0) lesz az alsó határérték, amely alatt a hengerekre ható erő túlságosan kicsi és azzal a veszéllyel jár, hogy a fémolvadékot nem tudjuk a kéreg közül kiszorítani. (FI) a felső határérték, amely fölött a hengerekre ható erő már túlságosan nagy, és amely értéket hosszú távon nem szabad fönntartani. Ha az eljárás során ezt az (FI) felső határértéket elérjük, az azt jelenti, hogy a magrészben lévő fémolvadék alsó szintje túlságosan magas.

Következésképpen a kezelő csökkenti az elektromágneses keverés intenzitását, aminek következtében lelassul a dermedést folyamat. Minden redukció változtatás után megmérjük a hengerekre ható erőt. Ha az még mindig nagyobb, mint (FI), a keverés intenzitását tovább csökkentjük. Ha (F0) és (FI) között van, az így beállított keverési intenzitást tartjuk mindaddig, amíg az öntési paraméterek nem változnak oly módon, hogy a fémolvadék szintje a redukáló hengerek alá kerül. Ez onnan látható, hogy a mért erő kisebb lesz, mint (F0) és ebben az esetben a keverési intenzitást ismét föl kell emelni, hogy az (F0) és (FI) határértékek közé essék.

A szabályzást oly módon is végezhetjük, hogy megállapítunk egy (F2) küszöbértéket, amelynek értéke egyenlő vagy nagyobb, mint (FI) és amelyet úgy tekintünk, hogy nem tartható fönn csak néhány pillanatig. Ha a mért erő értéke ezt a küszöböt átlépi, nem csupán gyors és viszonylag nagymértékű csökkenést kell biztosítani a keverés intenzitásában, hanem a redukáló hengerek távolságát is növelni kell. A növelés fokozatosan történik és minden fokozat után mérni kell a hengerekre ható erőt. Ha az még mindig nagyobb az (F2) küszöbértéknél, a távolságot tovább növeljük mindaddig, amíg a mért erő az (F2) küszöbérték alá esik. Ezután a hengereket fokozatosan ismét közelíteni lehet. így a hengereket lépésenként közelítve, illetve távolítva ismét el lehet érni az előre beállított távolságot oly módon, hogy a hengerekre ható erő ugyanakkor

HU 208 267 Β kisebb legyen, mint az (F2) küszöbérték. Amikor ezt elértük, akkor már csak a keverés intenzitásának szabályzásával kell a mért erő értékét az alsó és felső határérték között tartani.

Annak érdekében, hogy a mágneses erő tehetetlenségét is figyelembe vegyük, célszerű egy figyelmeztető érték (F3) meghatározása is. Az (F3) figyelmeztető érték kisebb, mint az (FI) felső határérték és akkora, hogy amikor a hengerekre ható erő növekedvén eléri ezt az értékét, a mágneses mezőt változtatni kell ahhoz, hogy a hatása az (FI) felső határérték elérése előtt jelentkezzék.

Hasonlóképpen célszerű egy (F4) figyelmeztető érték meghatározása is az (F0) alsó határérték fölött amikoris a mágneses mező értékét változtatni kell ahhoz, hogy a hatása az (F0) alsó határérték elérésekor már jelentkezzék. Ezen különböző határértékek meghatározásával lényegében kiküszöbölhető annak a veszélye, hogy akár a hengerek, akár a termék károsodjék a kokillából kijövő tuskó magrészében lévő fémolvadék mélységének nem megfelelő nagysága miatt.

A fémolvadék keverésének intenzitását szabályozó elemeket vagy kezelő működteti, vagy egy olyan számítógép, amelyhez csatlakoztathatók a berendezésből jövő mérések adatai: a redukáló hengerekre ható erők nagysága, a hengerek távolsága, az elektromágneses keverés villamos adatai, az öntési sebesség stb.

A vándorló mágneses terű elektromágneses keverők típusa tetszőleges lehet, minthogy számos ilyen megoldás ismeretes. A létrehozott mozgás függőleges vagy merőleges a kihúzási irányra, de adott esetben forgó is lehet. Előnyösen alkalmazható erre a célra például az a keverőhengernek nevezett megoldás, amely a 2 187 468 lajstromszámú francia szabadalmi leírásban szerepel. Ezek az induktorok olyan hengerekben vannak elhelyezve, amelyek a kokillából kijövő terméknek támaszkodnak, anélkül, hogy azokat nyomnák és közvetlenül a kokilla alatt, a redukáló hengerek fölött vannak elhelyezve. Természetesen alkalmazhatók olyan induktorok is, amelyek a kokillából kijövő lapos tuskó szélesebbik oldalai mentén vannak elhelyezve.

A találmány további részleteit kiviteli példán, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy célszerű kiviteli alakjának vázlata.

Az (1) tuskó a (2) kokillából alul jön ki részben megszilárdult állapotban. Belsejében (4) fémolvadék magrész van, amelyet (5) kéreg vesz körül. Az (5) kéreg vastagsága fokozatosan növekszik, ahogy az (1) tuskó lefelé halad.

A berendezés tartalmaz a (2) kokilla alatt elhelyezett (6 és 6)’ redukáló hengereket, amelyek lehetnek szabadon futóak vagy a nyíl irányában meghajtottak. A (6 és 6)’ redukáló hengerek a bemutatott megoldásnál nem közvetlenül a (2) kokilla alatt helyezkednek el, hanem annál lejjebb, és itt szorítják össze az (1) tuskó magrészében lévő (4) fémolvadékot határoló (5) kérget.

A (6 és 6)’ redukáló hengerek (7 és 7)’ redukáló henger mozgató mechanizmussal vannak ellátva. Ezek segítségével lehet a (6 és 6)’ hengerek között kívánt távolságot, azaz a tuskó vastagságot beállítani, illetve szabályozni.

Ugyancsak a berendezéshez tartozik a (4) fémolvadék keverésére szolgáló (8 és 8’) induktor. Ezek az (1) tuskó szélesebbik oldalainál, egymással szemközt helyezkednek el, a (2) kokilla és a (6, 6’) redukáló hengerek között. Ezek a (8 és 8’) induktorok vándorló mágnesteret állítanak elő.

A (6 és 6’) hengerekre ható (F), illetve (F’) erőket az ábrán fel nem tüntetett érzékelők érzékelik és továbbítják a (9) szabályozó egységbe. Ez a (9) szabályozó egység az érzékelőkből jövő jelek alapján szabályozza a keverés intenzitását, gyakorlatilag a teljes működés során. Másfelől a (9) szabályozó állítja be a (6 és 6’) hengerek egymástól mért távolságát, illetve változtatja azt, amennyiben szükségesnek mutatkozik a beérkező jelek alapján.

Megjegyezzük, hogy a bemutatott berendezés csak példaképpeni kiviteli alak és ettől eltérően is kialakítható a találmány szerinti megoldás. A redukáló hengerek és a kokilla között elhelyezett induktorok helyett végezhető a keverés magában a kokillában is. Ebben az esetben azonban a keverés helye viszonylag távol van a redukció helyétől és viszonylag nagy térfogatú fémolvadékot kell megmozgatni ahhoz, hogy biztonságosan lehessen tartani a fémolvadék alsó szintjét. Ez azzal a veszéllyel járhat, hogy a keverés nem elég intenzív, és bizonyos esetekben a dermedés sebességét nem elég megbízhatóan szabályozza.

Kialakítható a találmány szerinti berendezés oly módon is, hogy az induktorokat magukban a redukáló hengerekben helyezzük el. A hengerek ebben az esetben üreges kialakításúak és a bennük elhelyezett induktorokkal különösen jól lehet gyorsítani a magrész dermedését a redukáló hengerek között, illetve alatt. Ez az elhelyezés biztosítja tulajdonképpen azt a lehetőséget, hogy a fémolvadékot a teljes öntési folyamat során vagy csak meghatározott szakaszokban végezzük. A redukáló hengerekben elhelyezett induktorok alkalmazhatók önállóan vagy adott esetben a fenti megoldásokkal kombináltan. Kialakítható továbbá olyan megoldás is, amikor az induktorok legalább egy része változtatható, de stacionárius mágneses teret biztosít, amely folyamatosan vagy szakaszosan hevíti a tuskó megolvadt magrészét. Ez a hevítés aszerint történhet, hogy milyen gyors a dermedés, és ha a fémolvadék túlságosan gyorsan záródik össze a redukáló hengerek között, akkor mindenképpen szükség van arra, hogy a dermedési folyamatot lassítsuk, például a fenti módon történő hevítéssel. A hevítés folyamatosan történő végzése esetén az átlagos hőmennyiség bevitelével lehet a fémolvadékot a kívánt szinten tartani, és ha a fémolvadék alsó része fölfelé vagy lefelé mozdul el, a hevítés fokozásával vagy csökkentésével lehet az eredeti helyzetet visszaállítani. Az ilyen induktoroknak is optimális elhelyezése lehetséges a redukáló hengerek belsejében, minthogy ekkor pontosan a kritikus zónába sugározzák a kívánt mennyiséget.

Claims (10)

1. Eljárás lapos fémtuskók, elsősorban acéltuskók folyamatos öntésére, amelynek során fémolvadékot áthúzó kokillába öntünk, majd a kokillából kihúzott és részben megdermedt tuskót redukáló hengerek között oly módon alakítjuk, hogy az olvadékot a megdermedt kéreg közül kipréseljük, azzal jellemezve, hogy mérjük a redukáló hengerekre ható erőt, a redukáló hengerek között vagy fölött változtatható mágneses teret hozunk létre a még olvadt állapotban lévő magrésznél és a mágnesteret úgy szabályozzuk, hogy a hengerekre ható erő egy adott határérték alatt maradjon.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tuskó magrészében lévő fémolvadékot stacionárius mágneses tér segítségével melegítjük.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tuskó magrészében lévő fémolvadékot mozgó mágneses tér segítségével keverjük.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a redukáló hengerekre ható erőt (F) a mágneses tér segítségével a hengerek megengedett terhelésével azonos felső határérték (FI) és egy olyan alsó határérték (F0) között tartjuk, amelynél a redukáló hengerek alatt a tuskónak még van olvadt állapotban lévő magrésze.

5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a redukáló hengereket egymástól távolitjuk, ha a mért erő (F) értéke elér egy olyan értéket (F2), amely egyenlő a felső határértékkel (FI) vagy nagyobb annál és amikor a mért erő (F) értéke ismét kisebb, mint a felső határérték (FI), a hengereket ismét közelítjük egymáshoz oly módon, hogy a mért erő (F) értéke ne haladja meg az (F2) értéket.

6. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mágneses teret változtatni kezdjük, amikor a mért erő (F) értéke elér egy, a felső határértéknél (FI) kisebb értéket (F3).

7. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mágneses teret változtatni kezdjük, amikor a mért erő (F) elér egy, az alsó határértéktől (F0) nagyobb értéket (F4).

8. Berendezés lapos tuskók, elsősorban acéltuskók folyamatos öntésére, áthúzó kokillával és alatta elhelyezett redukáló hengerekkel, azzal jellemezve, hogy a redukáló hengerek (6, 6’) erő érzékelőkkel vannak ellátva, továbbá a redukáló hengerekben (6, 6’) vagy azok fölött legalább egy változtatható mágneses terű induktor (8, 8’) van és az érzékelők, valamint az induktorok (8, 8’) szabályozó egységgel (9) vannak összekapcsolva, a szabályozó egységhez (9) pedig a redukáló hengereket (6, 6’) állító mechanizmus (7, 7’) van csatlakoztatva.

9. A 8. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az induktorok (8, 8’) többfázisú, vándorló mágneses terű induktorok.

10. A 8. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az induktorok egyfázisú indukciós tekercsek.