ITMI991695A1 - Lingotteria per uso nella colata continua di metallo - Google Patents

Description

SFONDO DELL'INVENZIONE

(CAMPO DELL'INVENZIONE)

La presente invenzione ha per oggetto una lingottiera per uso nella colata continua di metalli, avente una cavità aperta in corrispondenza di entrambe le estremità.

(DESCRIZIONE DELLA TECNICA CORRELATA)

Un processo di colata in continuo è atto a produrre prodotti colati come billette, blumi o slebi, in continuo a partire da metalli fusi, e presenta il vantaggio di un alto valore di resa, ed è in grado di produrre prodotti con un numero ridotto di stadi.

Tuttavia, il processo di colata in continuo presenta un problema derivante dal fatto che spazi d'aria si formano tra un guscio solidificato di un prodotto colato ed una parete della lingottiera. Questi spazi d'aria riducono in misura considerevole la trasmissione del calore tra la lingottiera e il guscio solidificato, provocano un raffreddamento non uniforme del guscio solidificato, provocano la formazione di incrinature interne in corrispondenza degli angoli del prodotto colato, che in casi estremi può comportare quale risultato la fratturazione dei prodotti colati. Le incrinature interne in corrispondenza degli angoli del prodotto colato sono causate dal ritardato raffreddamento del- .prodotto colato in corrispondenza degli angoli, e si ritiene che le incrinature siano formate in seguito alla insorgenza di sforzi di piegatura (componenti a trazione) esercitati sugli angoli dei prodotti colati a causa di disuniformità dello spessore del guscio solidificato, provocata da differenze delle condizioni di raffreddamento tra i lati e gli angoli della lingottiera durante il procedere del raffreddamento in condizioni di contatto intermittente nel corso dell'estrazione in continuo anche dopo la formazione degli spazi d'aria nella lingottiera.

Allo scopo di impedire la formazione degli spazi d'aria, l'ottimizzazione di una rastrematura (conicità) per una cavità di colata (spazio nell'interno della lingottiera destinato al conferimento della forma al prodotto colato), iniezione di un fluido refrigerante negli spazi d'aria, e simili, sono stati proposti per realizzare l'efficace contatto tra il guscio solidificato del prodotto colato e la parete della lingottiera.

Ad esempio, quale metodo per l'ottimizzazione della rastrematura per la cavità della lingottiera, è stata proposta una lingottiera per uso nella colata in continuo considerando un valore caratteristico di estrazione ad alta temperatura del flusso nella lingottiera, usato nella lingottiera anche quale lubrificante (fare riferimento alla domanda di brevetto giapponese non esaminato pubblicata No. 56-53849, che è incorporato nella presente nella sua interezza mediante riferimento). Come è mostrato in figura 4a e in figura 4b, si determina una rastrematura in corrispondenza di un lato più corto 12 di una lingottiera, così da soddisfare una specifica condizione (relazione) allo scopo di migliorare lo stato di raffreddamento degli angoli di un prodotto colato, come una lingottiera per slebi. La superficie della parete della lingottiera ha una convessità sporgente verso uno slebo lungo la direzione di colata, e la rastrematura aumenta in un intervallo di da 5 cm a 10 cm nella vicinanza di una posizione del menisco, contemporaneamente diminuendo verso il fondo (uscita) così da non aumentare l'attrito tra il prodotto colato e la parete della lingottiera nella posizione inferiore della lingottiera.

La letteratura brevettuale descrive che questa struttura può eliminare lo spazio d'aria la cui formazione è causata sul lato più corto di una lingottiera per slebi e, inoltre, può prevenire la fratturazione del prodotto colato, per mezzo della soppressione dell'attrito tra il prodotto colato e la parete della lingottiera, che aumenta con l'aumentare di una velocità di colata, nonché è in grado di impedire la fratturazione della lingottiera riducendo drasticamente la formazione di incrinature longitudinali sulla superficie e nell'interno degli angoli del prodotto colato, che fino ad oggi si sono formate con così grande frequenza in specifici tipi di acciai (acciaio ad alto tenore di carbonio, acciaio speciale basso-legato, e simili).

Inoltre, è stata proposta anche una lingottiera per uso in un processo di colata in continuo, come mostrato in figura 5a, in cui una sporgenza addizionale 15 viene disposta su una porzione di una metà superiore 13 di una lingottiera di colata in continuo allo scopo di formare una porzione con sezione trasversale ingrandita 16 (fare riferimento alla figura 5b), e la lunghezza circonferenziale della lingottiera viene parzialmente aumentata per mezzo dell'inclusione della porzione 16 con sezione trasversale ingrandita, in tal modo allineando la lunghezza circonferenziale della lingottiera con la lunghezza circonferenziale del prodotto colato dopo il ritiro del materiale allo stato solido, e la soppressione della formazione degli spazi d'aria in corrispondenza della lingottiera (vedasi la domanda pubblicata di brevetto giapponese non esaminata No. 7-67600, che è incorporata nella presente mediante riferimento) .

La pubblicazione di questo brevetto descrive che la costituzione può impedire che si formino difetti superficiali in corrispondenza degli angoli può ridurre grandemente la distruzione o fratturazione dei prodotti grezzi che tendono a presentarsi nella colata ad alta velocità.

Inoltre, è stata proposta anche una lingottiera per colata in continuo per un prodotto colato con sezione trasversale di forma circolare avente una rastrematura di 5,0-10,9%/m in una porzione meniscale considerando il ritiro solido accompagnato da una trasformazione δ —» y di un guscio solidificato immediatamente dopo la solidificazione in acciai ipoperitettici (0,08-0,15% in peso di C) (domanda di brevetto giapponese non esaminata pubblicata No.9-314287, e incorporata nella presente mediante riferimento).

Dato che gli acciai ipoperitettici hanno un basso contenuto di carbonio, la struttura nello stadio iniziale di solidificazione mostra una fase δ come quella del ferro puro, che si converte dando una fase γ man mano il raffreddamento procede. Come mostrato da A in figura 2, la trasformazione di fase dalla fase δ alla fase γ in corrispondenza dello stadio iniziale di solidificazione si traduce in una variazione relativamente grande del volume specifico- e, in accordo con ciò, nella porzione della lingottiera occupata dal menisco si fornisce una rastrematura corrispondente al ritiro del solido accompagnato dalla trasformazione di fase.

La letteratura brevettuale descrive che la lingottiera per colata in continuo descritta può impedire la formazione di spazi d'aria che si formano a causa del grande ritiro del solido accompagnata dalla trasformazione di un guscio solidificato dalla fase 5 alla fase γ, e la formazione di incrinature nel prodotto colato a causa del ritardo di solidificazione del guscio solidificato, che si verifica in corrispondenza della porzione degli spazi d'aria.

Tuttavia, anche per mezzo del metodo menzionato sopra di ottimizzazione della rastrematura per la cava della lingottiera, la formazione dello spazio d'aria in corrispondenza degli angoli della parete della lingottiera non sarà completamente impedita o soppressa. Questo è così, poiché qualsiasi dei metodi descritti sopra è basato sul ritiro del guscio solidificato raffreddato e passato nello stato solido (fase solida) e la rastrematura progettata in tal modo per la cavità della lingottiera può non essere adatta, ma può provocare la formazione degli spazi d'aria tra la lingottiera e il prodotto colato e, inoltre, la formazione di spazi d'aria in corrispondenza degli angoli della lingottiera, provocando un ritardo della velocità di raffreddamento, che, a sua volta, provoca la comparsa di incrinature verticali interne in corrispondenza degli angoli del prodotto colato. In altri termini, è difficile eliminare gli spazi d'aria in corrispondenza degli angoli della parete della lingottiera per mezzo della conformazione della parete al ritiro del solido della guaina solidificata del prodotto colato, comprendente gli angoli della parete della lingottiera.

Nella lingottiera esistente per uso nella colata in continuo descritta sopra, le incrinature interne in corrispondenza degli angoli del prodotto colato, in particolare le incrinature interne in corrispondenza degli angoli del prodotto colato formati nella forma di un sottile strato raffreddato estendentesi per da 2 a 3 mm al disotto dello strato superficiale, talvolta non possono essere prevenuti.

Le incrinature interne dagli angoli del prodotto colato sono provocate dal ritardo del raffreddamento degli angoli del prodotto colato dovuto agli spazi d'aria che inevitabilmente si formano in corrispondenza degli angoli della parete della lingottiera secondo quanto descritto sopra, e- le incrinature interne aumentano di entità con l'aumentare della velocità di colata, conducendo al problema che non è possibile misurare la produttività della colata in continuo aumentando la velocità di colata.

Inoltre, le incrinature interne in corrispondenza degli angoli del prodotto colato aumentano il grado di trasformazione del prodotto colato, riducono la resa e, in casi estremi, provocano la fratturazione del prodotto colato, provocando l'interruzione dell'operazione di colata in continuo e, quale risultato, riducendo considerevolmente la produttività della colata in continuo.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

Oggetto della presente invenzione è provvedere una lingottiera per uso nella colata in continuo di metalli in grado di impedire la comparsa di incrinature interne formate in uno strato raffreddato in corrispondenza degli angoli di un prodotto colato, e in grado di consentire velocità di colata crescenti.

La presente invenzione è stata realizzata sulla base della nuova scoperta che le incrinature interne formate in uno strato raffreddato in corrispondenza degli angoli di un prodotto colato sono provocate dalla formazione degli spazi d'aria dovuti al ritiro di solidificazione accompagnato dalla variazione di fase del metallo fuso alimentato alla lingottiera da una fase liquida ad una fase solida in un processo di colata in continuo formando un guscio solidificato a partire dallo stato fuso in corrispondenza della porzione del menisco.

Secondo la presente invenzione, allo .scopo di impedire la formazione degli spazi d'aria provocati dal ritiro di solidificazione, una porzione di restringimento corrispondente alla quantità di ritiro di solidificazione che accompagna la formazione di un guscio solidificato a partire da un metallo fuso in prossimità del menisco è addizionalmente aggiunta ad una superficie di parete interna della lingottiera per la colata in continuo, in tal modo mantenendo il guscio solidificato del prodotto colato in un efficace strato di contatto a partire dallo stadio iniziale della formazione fino all'estrazione dalla lingottiera.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La figura 1 è una vista che illustra un profilo di una lingottiera per colata in continuo in una forma di realizzazione pratica della presente invenzione (lo spazio d'aria libero 17 mostrato in questa figura è leggermente ingrandito unicamente per comodità di spiegazione);

La figura 2 è un grafico che mostra la variazione del volume specifico del ferro puro e di acciaio al carbonio in funzione dell'aumentare della temperatura e il segno dell'asterisco (*) nel grafico indica il ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido;

La figura 3 è una vista esplicativa nonostante un esempio della variazione della quantità di ritiro di un prodotto colato in una lingottièra dopo l'inizio della solidificazione quale esempio, mostrando una relazione posizionale relativa ad una quantità di ritiro corretta per un coefficiente di espansione lineare per la variazione di un volume specifico di acciaio al carbonio allo 0,25% in peso indicato in ordinata;

La figura 4a è una vista in pianta schematica di una lingottiera per colata in continuo esistente e la figura 4b è una vista in sezione trasversale verticale di un lato più corto lungo la traccia di sezione X-X in figura 4a;

la figura 5a è una vista in sezione trasversale schematica di un'altra lingottiera per colata in continuo esistente, e la figura 5b è una vista in pianta della lingottiera;

la figura 6 è una vista schematica mostrante una struttura in sezione trasversale di una billetta in una forma di realizzazione pratica secondo la presente invenzione; e

la figura 7 è una vista schematico mostrante una struttura della sezione trasversale di una billeta di un esempio esistente.

DESCRIZIONE DELL FORME PREFERITE

DI REALIZZAZIONE PRATICA

In una lingottiera per colata in continuo secondo una forma preferita di realizzazione pratica della presente invenzione, una porzione di restringimento è disposta su una superficie di parete interna di una lingottiera per colata in continuo, la quale corrisponde alla quantità di ritiro che accompagna la formazione di un <'>guscio solidificato a partire da un metallo allo stato fuso in prossimità di un menisco. Nel processo per la determinazione del profilo della cavità di una lingottiera secondo la presente invenzione, un fenomeno predominante di ritiro di un metallo allo stato fuso nella lingottiera deve essere spiegato con maggiore specificità facendo riferimento alle figure 2 e 3.

La figura 2 è un grafico che mostra la variazione del volume specifico misurata nel ferro puro e in acciaio al carbonio, in funzione dell'aumentare della temperatura, e la figura 3 è una vista esplicativa che mostra un esempio della variazione della quantità di ritiro di un prodotto colato in una lingottiera dopo l'inizio della solidificazione, ad esempio mostrando una relazione posizionale relativa ad una quantità di ritiro corretta per un coefficiente di dilatazione lineare per la variazione di un volume specifico di acciaio al carbonio allo 0,25% in peso, indicata sull'asse delle ordinate.

La figura 2 mostra i coefficienti di variazione del volume specifico per ferro puro, acciaio al carbonio contenente lo 0,25% in peso di C, e acciaio al carbonio contenente lo 0,80% in peso di circa. Per ciascun tipo di acciaio, si osservano sequenzialmente nel tempo 3 tipi di ritiro, e precisamente il ritiro del liquido nello stato di fase liquida (p → q) provocato dalla riduzione della temperatura dell'acciaio allo stato fuso (p) al punto di incipiente solidificazione (q); ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato di fase liquida allo stato di fase solida (q°—>°r) che accompagna la riduzione della temperatura (raffreddamento) in una regione di coesistenza delle due fasi solida e liquida dal punto di incipiente solidificazione (q) al punto finale della solidificazione (r); e il ritiro allo stato solido (r°→°s) provocato dalla riduzione della temperatura dal punto finale della solidificazione fino alla temperatura a cui il prodotto colato viene estratto . dalla lingottiera, ed è controllato dal coefficiente di dilatazione<' >lineare. La quantità di ritiro per ciascuno degli effetti di ritiro della massa allo stato liquido, provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido, e ritiro della massa allo stato solido, può essere riconosciuta quale una grandezza fisica determinata dalla rispettiva composizione chimica del prodotto colato.

Come si può vedere dalla figura 2, tra la variazione del volume specifico nel corso del raffreddamento, il ritiro del materiale allo stato solido (r°—>°s) avviene in un ampio intervallo di temperatura, mentre la trasformazione di fase dal punto d'inizio della solidificazione (q) al punto finale della solidificazione (r), e precisamente il ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido (q°→°r) si presenta bruscamente in uno stretto intervallo di temperatura, tenendo conto del coefficiente di variazione per la variazione del volume specifico.

Per il fenomeno nella lingottiera durante una colata continua, è importante esaminare il ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido, cioè, il processo di solidificazione nella lingottiera.

Successivamente, facendo riferimento al processo di solidificazione nella lingottiera nel caso di una colata in continuo di acciaio al carbonio contenente lo 0,25% di C quale esempio, quando acciaio fuso riscaldato ad una temperatura della curva del liquido 20°C viene colato in una lingottiera, l'acciaio fuso in contatto, in corrispondenza di una porzione di menisco, con la parete di una lingottiera, subisce il raffreddamento e raggiunge istantaneamente una temperatura della curva del liquido (circa 1500°C), inizia il cambiamento di fase dalla fase liquida alla fase solida, e precisamente inizia la solidificazione ("q" in figura 2), e la solidificazione completa viene raggiunta ad una temperatura del solido di circa 1475°C (punto "r" in figura 2). Successivamente, il prodotto colato subisce il ritiro allo stato solido mentre sta venendo raffreddato a contatto . con la lingottiera (punti r -» s in figura 2), e quindi infine viene estratto dalla lingottiera in corrispondenza della temperatura superficiale del prodotto colato di circa 1000°C.

Questo può essere disposto tenendo conto della quantità di ritiro di un prodotto colato come mostrato in figura 3. In-altri termini, acciaio fuso colato in una lingottiera è a contatto, in corrispondenza di una porzione di menisco, con una parete della lingottiera e, contemporaneamente, inizia la solidificazione, il materiale subisce il ritiro con il progredire della solidificazione come mostrato da una linea (1) nella figura, e completa la solidificazione in corrispondenza di un punto (r). Il processo dall''inizio alla fine della solidificazione viene completato in prossimità del menisco nel corso di un periodo di tempo estremamente breve in cui si forma uno strato raffreddato costituente un guscio esterno solidificato.

Successivamente, la solidificazione procede in continuo, accompagnata dal ritiro del materiale allo stato solido provocato dall'effetto di raffreddamento della lingottiera come mostrato da una curva (2), in continuo a partire dal punto (r).

Il rapporto di ritiro lineare del getto-colato a causa del ritiro di solidificazione mostra un valore grande come circa lo 0,7%.

Come descritto sopra, il ritiro accompagnato dal cambiamento di fase dalla fase liquida alla fase solida si verifica rapidamente all'interno della lingottiera in un breve periodo di tempo in corrispondenza dello stadio iniziale della colata in continuo. In altri termini, il ritiro è un fenomeno che si verifica in prossimità del menisco in cui si forma un guscio solidificato quando il metallo fuso caricato nella lingottiera inizia a solidificare a partire dal momento del contatto con la lingottiera (entro un secondo dopo il contatto). Inoltre, dato che la pressione statica dell'acciaio fuso agente sul guscio solidificato è estremamente bassa in prossimità del menisco e non provoca sforzi di deformazione, si formano spazi d'aria (cavità) dovuti al ritiro, a causa della formazione del guscio solidificato accompagnata dal cambiamento di fase, dalla fase liquida alla fase solida.

In accordo con ciò, allo scopo di impedire la formazione degli spazi d'aria, o cavità, a causa del ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido nella lingottiera per aumentare al massimo l'effetto di dissipazione del calore della lingottiera per provocare l'uniforme raffreddamento del getto colato, è importante assorbire precocemente il ritiro <' >provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido accompagnato dal cambiamento di fase dalla fase liquida alla fase solida e che avviene in prossimità del menisco, cioè, supportare il guscio solidificato immediatamente dopo che il getto colato ha subito il ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido, ad opera della lingottiera immediatamente al di sotto del menisco.

Il metodo di ottimizzazione della rastrematila (conicità) nella lingottiera esistente viene spiegato con riferimento al un grafico schematico mostrato in una porzione in basso in figura 3 ai fini della migliore comprensione della presente invenzione.

Nella lingottiera esistente, la rastrematura, o conicità, è formata a partire dal menisco (compresa la regione adiacente al menisco) fino all'estremità inferiore della lingottiera, per mezzo di una linea monostadio (6) o una linea in due stadi (7) in accordo con il ritiro del prodotto colato, una cosiddetta "curva di ritiro del solido" (5), in modo tale da essere identica ad essa o quantomeno da approssimarla. Tenendo conto della porzione del menisco, dato che vi è una grande differenza della quantità di ritiro che si verifica nel guscio solidificato in questo stadio, si può vedere che gli spazi d'aria non possono essere assorbiti neanche quando si provvede una qualsiasi conicità o rastrematura, a condizione che essa sia provveduta sulla base del ritiro del materiale allo stato solido.

In accordo con ciò, allo scopo di assorbire un ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido in eccesso provocato nel getto colato, in un ristretto intervallo di temperatura in corrispondenza di uno stadio iniziale di una colata in continuo, cioè, entro un periodo di tempo estremamente breve in prossimità del menisco nella lingottiera allo scopo di garantire nuovamente il contatto del prodotto colato dopo il ritiro con la lingottiera, quale nuovo accorgimento si adotta una porzione di restringimento destinata ad assorbire un quantità di ritiro provocato,dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido corrispondente alla linea di solidificazione (1) mostrata in figura 1 e su questa base è stata completata la presente invenzione .

In altri termini, la presente invenzione è stata realizzata tenendo conto del ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido provocato dalla formazione del guscio solidificato, che è un aspetto che non veniva preso in considerazione nella lingottiera di colata in continua esistente .

La presente invenzione fornisce una lingottiera per uso di un processo di colata in continuo di metalli avente una cavità aperta in corrispondenza di entrambe le estremità, in cui alla sezione trasversale verticale, a partire da una posizione del menisco, fino ad una regione necessaria nella cavità, viene impartita una forma tale da fungere da porzione di restringimento corrispondente alla quantità di ritiro di un metallo caricato nella lingottiera dalla fase liquida alla fase solida.

Dato che la porzione di restringimento della lingottiera per la colata in continuo nella presente invenzione ha una quantità di ritiro lineare corrispondente a circa lo 0,7% in acciaio al carbonio contenente lo 0,25% in peso di C come descritto sopra e mostra una variazione a carattere di scalino improvviso nella porzione del menisco come mostrato in figura 3, è desiderabile che la porzione abbia una forma tale da allinearsi con la traccia del ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato, liquido allo stato solido che avviene per stadi.

Riassumendo, la caratteristica della presente invenzione risiede, tenendo conto del ritiro provocato e della comparsa degli spazi d'aria attribuibile ad esso, nell'assorbire gli spazi d'area nella porzione del menisco immediatamente successiva, mantenendo la tenuta e lo stato di contatto del prodotto colato, e adottando accorgimenti per il raffreddamento uniforme del prodotto colato.

La porzione di restringimento è preferibilmente disposta in una posizione che dista 100 ·mm dalla posizione del menisco.

Questo, poiché il guscio solidificato può essere tenuto e a contatto con la superficie della parete della lingottiera efficacemente nello stadio di inizio della formazione della guaina solidificata affidabilmente disponendo la porzione di restringimento sulla superficie della parete interna della cavità in corrispondenza di una posizione che dista non più di 100 mm dal menisco, così da impedire la formazione degli spazi d'aria.

La posizione di partenza per la posizione di restringimento è determinata considerando la velocità di colata, la composizione del metallo fuso, le corse di vibrazione della lingottiera e simili -e, quale condizione fondamentale, la porzione di restringimento viene disposta in corrispondenza della posizione di un menisco.

Inoltre, la posizione di partenza per la porzione di restringimento può essere situata anche al di sotto della posizione del menisco ad una distanza corrispondente ad un'ampiezza della vibrazione della lingottiera. Poi, la posizione di partenza per la porzione di restringimento è sempre tenuta al di sotto della posizione della superficie della massa allo stato fuso . nella lingottiera, rendendo facile compensare il ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido del metallo allo stato fuso.

D'altra parte, il fattore per la determinazione della posizione finale della porzione di restringimento dipende principalmente dalla velocità di colata. Come si può vedere dalla spiegazione che precede, dato che il fenomeno del ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido accompagnato dal cambiamento di fase avviene entro un breve intervallo di tempo, può essere sufficiente disporre la posizione finale fino a 100 mm, preferibilmente 70 miti e, più preferibilmente, 30 mm a partire dalla posizione del menisco, per cui il guscio solidificato può essere tenuto affidabilmente a contatto con la superficie della parete della lingottiera dopo il completamento della formazione del guscio solidificato, per cui la successiva prestazione di raffreddamento della lingottiera può essere utilizzata con maggiore efficacia.

Nella presente invenzione, quando la dimensione della porzione di restringimento in corrispondenza della posizione di partenza è definita come una dimensione della cavità in corrispondenza della posizione del menisco, si preferisce che la dimensione della porzione di restringimento in corrispondenza della posizione terminale sia resa minore di dallo 0,2% all'1,5% rispetto alla dimensione della cavità in corrispondenza della posizione del menisco.

Determinando il rapporto di riduzione delle dimensioni (%) per la porzione di restringimento, e precisamente il valore calcolabile per mezzo dell'espressione [(dimensione della cavità in corrispondenza della posizione del menisco)-(dimensione della porzione di restringimento in corrispondenza della posizione di estremità)]/ (dimensione della cavità in corrispondenza della posizione del menisco) x 100, pari ad un valore compreso nell'intervallo tra lo 0,2% el'1,5%, è possibile compensare la quantità di ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido del metallo fuso e il guscio solidificato potrà essere tenuto affidabilmente e a contatto .con la parete della lingottiera fin dal momento iniziale di formazione del guscio solidificato.

Il rapporto di riduzione di dimensione (%) per la porzione di restringimento è definito come un valore compreso . nell'intervallo di dallo 0,2% all'1,5 %, poiché il rapporto del ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido del metallo allo stato fuso è una variazione di volume di valore compreso in un intervallo di dallo 0,7 al 4,4% dipendentemente dalla composizione dei metalli, che, quando venga convertito ad un rapporto di ritiro lineare, corrisponde ad un valore compreso nell'intervallo di dallo 0,2% all'1,5%.

In questo caso, si preferisce applicare un valore del rapporto del ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido per la composizione del metallo fuso usata nella colata in continuo (rapporto di ritiro lineare) al rapporto di riduzione della dimensione della porzione di restringimento, allo scopo di tenere più affidabilmente il guscio solidificato a contatto con la prete della lingottiera a partire dal primo stadio di inizio della formazione del guscio solidificato.

Inoltre, la porzione di restringimento può essere formata con un profilo costituito da una linea retta, una curva (una curva parabolica, una curva arcuata o una curva continua), una combinazione di linee rette ed una combinazione di una linea retta ed una curva.

Mentre è necessario estrarre bene e senza problemi il prodotto colato coagulato e formato nella porzione di restringimento, l'ostacolamento del prodotto colato da parte della porzione di restringimento può essere evitato dando al profilo della porzione di restringimento una leggera inclinazione verso l'interno verso l'uscita, sebbene dipendentemente dalla posizione di formazione della porzione di restringimento e dal controllo delle condizioni di colata, come velocità di estrazione e, inoltre, dal livello della superficie del metallo allo strato fuso.

Inoltre, quale forma della sezione trasversale verticale della porzione di restringimento dalla posizione di estremità fino alla estremità inferiore della lingottiera, si preferisce provvedere parzialmente o interamente una forma corrispondente alla quantità del ritiro del prodotto colato allo stato solido, oppure alla singola rastrematura o una pluralità di rastremature in continuo.

Allo scopo di aumentare al massimo l'efficienza della prestazione di raffreddamento dèlia lingottiera, il contatto tra la lingottiera e il prodotto colato viene reso massimo mentre esso può essere conseguito anche per mezzo della dimensione dalla posizione finale della porzione di restringimento all'estremità di uscita della lingottiera. Per questo scopo, è necessario continuare e mantenere lo stato di contatto con il prodotto colato garantito per mezzo della porzione di restringimento, e si raccomanda di formare una rastrematura, o conicità, corrispondente al ritiro del prodotto colato allo stato solido.

Ad esempio, si può provvedere una forma rastremata (conica) calcolata sulla base del ritiro del prodotto colato allo stato solido [curva (2)], oppure una conicità in uno stadio unico [linea (3)], oppure una conicità in due stadi [linea con gomito (4)] in aggiunta al profilo per la forma mostrata in figura 3.

Una forma concreta di realizzazione pratica della presente invenzione può essere spiegata con riferimento ad una lingottiera tubolare mostrata in figura 1 a titolo di esempio, tuttavia tale forma di realizzazione pratica non limita la presente invenzione, e modificazioni della configurazione possono essere applicate opzionalmente entro un intervallo che non si discosta dal concetto tecnico della presente invenzione.

Il disegno è mostrato in forma leggermente enfatizzata ai fini della migliore comprensione della presente invenzione, e sul lato di sinistra e sul lato di destra del disegno sono illustrate inoltre configurazioni di porzioni di restringimento di forme differenti di realizzazione pratica.

Una lingottiera 1 ha una cavità 2 aperta in corrispondenza di una estremità superiore ed una estremità inferiore, nel quale contesto l'apertura di estremità superiore 4 nella cavità 2 è formata così da allargarsi gradualmente a partire dalla posizione del menisco 3 presso l'estremità superiore per facilitare una operazione di montaggio di un ugello a immersione, o simili, all'atto della colata. Una porzione di restringimento 6 che sarà descritta in appresso, mostrata dai punti b, c oppure b, c, d, è formata in corrispondenza della posizione del menisco 3, ed una rastrematura, o conicità, 7 corrispondente al ritiro, allo stato solido di un guscio solidificato viene formata in contiguità con la porzione del restringimento 6 in direzione di un'apertura 9 di estremità inferiore.

Una forma di realizzazione pratica della porzione di restringimento 6 della cavità 2 descritta sopra sarà spiegata' ora con riferimento <' >alla struttura mostrata nella metà di destra della figura 1. La lingottiera 1 forma l'apertura divergente 4 dalla posizione del menisco 3 verso l'estremità superiore e in cui un intervallo corrispondente all'ampiezza di oscillazione massima della vibrazione della lingottiera viene formato intorno alla posizione del menisco 3 quale centro nella forma di una porzione rettilinea (punto a — > punto b), e la .posizione d'inizio b della porzione di restringimento 6 è situata al di sotto della posizione del menisco 3.

La rastrematura progredisce dalla posizione di partenza b della porzione di restringimento 6 ad un rapporto di riduzione corrispondente al ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido verso l'interno della lingottiera, così da provocare un restringimento della cavità che termina in corrispondenza della posizione indicata col punto c. La superficie mostrata dalla retta punto b → punto c nella porzione di restringimento 6 definisce una pendenza che viene formata considerando l'asportazione del lingotto colato e che ha l'effetto di moderare il vincolo applicato al . guscio solidificato durante il movimento (accompagnato dall'estrazione del prodotto colato).

Mentre è anche possibile formare una cavità in parallelo con il centro assiale della lingottiera a partire dalla posizione di estremità e della porzione di restringimento 6 presso l'estremità di uscita della lingottiera 1, è desiderabile provvedere una forma rastremata 7 verso l'estremità di uscita e considerando il ritiro del prodotto colato allo stato solido. Una tale forma della cavità 2 può supportare il guscio solidificato coagulato e formato in corrispondenza della posizione del menisco immediatamente a valle di esso e applicare la funzione di raffreddamento.

Si spiegherà ora un'altra configurazione della porzione di restringimento 6 mostrata nella metà di sinistra di figura 1. Questa è differente dalla prima configurazione in quanto la porzione di restringimento 6 viene realizzata per stadi. In altri termini, il rapporto di riduzione della cavità 2 viene reso maggiore a partire dalla posizione di partenza b fino alla posizione intermedia c della porzione di restringimento 6, mentre il rapporto di riduzione viene reso minore a partire dalla posizione intermedia c fino aggiungere alla posizione finale d, per cui il lato più interno della porzione di restringimento 6 sporgente nella cavità della lingottiera 2 è formata nella forma di'una curva raccordata por provvedere una funzione di guida per il prodotto colato nella stessa maniera come descritta sopra.

Anche in questa forma di realizzazione pratica, una forma rastremata 7 corrispondente al ritiro della fase solida del guscio solidificato è provveduta ad una porzione tra la posizione di estremità "d" della porzione di restringimento e l'estremità inferiore "e" della lingottiera. La forma rastremata può essere provveduta con una forma corrispondente al ritiro solido del guscio solidificato, una rastrematura lineare, una rastrematura in due stadi, o simili.

Il comportamento dell'acciaio fuso nella lingottiera di colata in continuo durante la colata in continuo della forma di realizzazione pratica secondo la seguente invenzione sarà spiegata ora con riferimento alla metà di sinistra di figura 1. Il ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido del guscio solidificato del metallo fuso caricato nella lingottiera e la variazione dimensionale del prodotto colato in seguito al ritiro del solido sono mostrati con linee continue di spessore maggiore.

L'acciaio fuso caricato nella lingottiera 1 è intensivamente raffreddato dalla lingottiera in prossimità della posizione del menisco 3, per cui l'acciaio fuso viene solidificato formando il guscio solidificato .

In questo stadio, il guscio solidificato formato teoricamente provoca un ritiro dimensionale in seguito a ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido, inizia il ritiro a partire da un punto "a" e completa il ritiro in corrispondenza di un punto "f" quale strato superficiale del guscio solidificato.

In effetti, il ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido del guscio solidificato segue il processo illustrato con la linea a — > f' tratteggiata, invece della linea a —» f, contemporaneamente subendo l'effetto dell'estrazione alla velocità di colata, e completa la solidificazione dello strato superficiale del guscio solidificato in corrispondenza del punto f.

Successivamente, lo strato superficiale del guscio solidificato subisce il ritiro allo stato solido insieme con l'effetto di raffreddamento della lingottiera come: punto f(o f') —> g —> h —> d, mentre si trova a contatto con la lingottiera.

Come si può vedere dal disegno, l'acciaio fuso forma uno spazio d'aria G in corrispondenza della porzione del menisco. Nella presente invenzione, il guscio solidificato può essere affidabilmente·portato a contatto con la parete interna della lingottiera già a partire dallo stadio di formazione del. guscio solidificato corrispondente al ritiro dimensionale del ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido del guscio solidificato ad opera della porzione di restringimento 6, in particolare,,ad opera della porzione bc corrispondente alla quantità di ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo

dell'acciaio fuso e, quale risultato, si può impedire la formazione dello spazio d'aria. Successivamente, dato che è impossibile impedire la formazione dello spazio d'aria, l'intero guscio solidificato del prodotto colato (in particolare, il guscio solidificato in corrispondenza degli angoli del prodotto colato) potrà esser tenuto in uno stato preferito di contatto con l'interno della lingottiera anche a valle della posizione terminale, cioè, in corrispondenza del punto d della porzione di restringimento 6, e il prodotto colato può essere raffreddato uniformemente ed efficientemente.

Il comportamento della colata in continuo dell'acciaio fuso nella lingottiera di colata in continuo esistente sarà spiegato ora con riferimento alla metà di sinistra di figura 1. Nella lingottiera esistente, è prevista una rastrematura in due stadi (porzione a-b-j) 8, corrispondente al ritiro del materiale allo stato solido del guscio solidificato. Per quanto riguarda la forma della rastrematura, si preferisce provvedere una forma corrispondente al ritiro del solido del guscio solidificato [curva (5)], ma una rastrematura lineare [linea (6)]·, o una rastrematura in due stadi [linea con gomito (7)] è usualmente disposta considerando la fabbricabilità della lingottiera all'atto della fabbricazione, come mostrato negli esempi esistenti in figura 3.

Nella lingottiera esistente 1, dato che la quantità del ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo stato liquido allo stato solido della guaina solidificata mostrata da una linea spessa corrispondente ai punti a f non viene presa in considerazione, si è formato uno spazio d'aria 7 tra la lingottiera e il prodotto colato.

Lo spazio d'aria 17 riduce notevolmente la conduzione del calore tra la lingottiera e il guscio solidificato. Successivamente, con il progredire della colata in continuo, il guscio solidificato subisce effetti di scorrimento (deformazione) a freddo in seguito all'azione della pressione statica sull'acciaio fuso e che agisce sull'interno del prodotto colato per la porzione della superficie (laterale) del prodotto colato nella parte inferiore della lingottiera, provocando così il contatto tra il prodotto colato e la lingottiera. Comunque, lo spazio d'aria viene lasciato così com'è, in corrispondenza degli angoli del prodotto colato, provocando il ritardo del raffreddamento in corrispondenza degli angoli del prodotto colato.

Quale risultato lo spessore del guscio solidificato risulta non uniforme, tendendo così a provocare la formazione di incrinature interne in corrispondenza degli angoli del prodotto colato, oppure la fratturazione del prodotto colato, come descritto precedentemente.

E S E M P IO

Di seguito si mostrano i risultati ottenuti in esperimenti di colata in continuo condotti usando la lingottiera per colata in continuo secondo la presente invenzione e la lingottiera per colata in continuo nell'esempio esistente.

Le condizioni di colata in continuo in quest'esempio sono mostrate di seguito.

• Tipo di acciaio fuso : acciaio al carbonio (contenente lo 0,25% in peso di C) Te<’>mperatura di colata

dell'acciaio fuso : 1550°C

Dimensione della

billetta : 130 mm quadrati

Rapporto di ritiro

dimensionale : circa lo 0,7%

Ampiezza di vibrazione della lingottiera : 10 miti.

Quale la lingottiera di lavoro è stata adottata la lingottiera con la porzione di restringimento 6 illustrata nella metà di sinistra di figura 1 ed è stata formata una lingottiera tubolare di lunghezza totale L di 800 irai, in cui la posizione del menisco 3 era definita a 80 mm a partire dalla estremità superiore della lingottiera, la posizione di partenza b nella porzione di restringimento 6 essendo definita 13 mm al di sotto della posizione del menisco 3 e la forma della porzione a-b della lingottiera è stata realizzata rettilinea. Assumendo che il rapporto di ritiro dimensionale fosse di circa lo 0,7% e che la dimensione della cavità fosse definita in modo tale che la dimensione della cavità DI in corrispondenza della posizione di partenza b della porzione di restringimento 6 fosse di 135,3 mm, la dimensione della cavità D2 in corrispondenza della posizione finale d era di 134,4 mm, la dimensione .D3 in corrispondenza della posizione di estremità inferiore e della cavità era di 134,0 mm, e la distanza X nella direzione di estrazione dalla lingottiera a partire dalla posizione del menisco 3 fino alla posizione finale d della porzione di restringimento 6 era di 33 mm.

Inoltre, il profilo dalla posizione di partenza b alla porzione intermedia c della porzione di restringimento 6 è stata realizzata nella forma di una linea retta inclinata leggermente verso l'interno, la dimensione della cavità in corrispondenza della posizione era di 134,5 mm, e la distanza dalla posizione dal menisco 3 era di 20 mm. Una porzione a partire dalla posizione intermedia c fino alla posizione del punto finale d è stata realizzata nella forma di una curva raccordata e, inoltre, è stata realizzata una inclinazione (rastrematura) lineare 7 a partire dalla posizione finale d fino alla posizione di estremità inferiore della cavità e.

In questa forma di realizzazione pratica, la colata in continuo è stata eseguita regolando la velocità di colata al valore di 3,0 m/min, corrispondente al valore massimo della velocità nel Paese per il tipo di questa dimensione nelle condizioni di colata in continuo descritte sopra, la velocità di colata è stata gradualmente aumentata man mano la lavorazione si andava stabilizzando e quindi è stata effettuata la colata in continuo ad una velocità di colata di 4,5 m/min, che è 1,5 volte più alta della velocità usuale. L'operazione è stata continuata in condizioni stabili di stato stazionario e la colata in continuo ha . potuto essere completata fino alla fine senza che nel prodotto colato si riscontrasse la formazione di fratturazioni.

La struttura in sezione trasversale di una billetta ottenuta per mezzo di quest'esempio è stata riprodotta esattamente per mezzo di una prova Baumann, e il risultato è mostrato in figura 6.

Come mostrato in figura 6, la struttura della sezione trasversale della billetta fabbricata usando la lingottiera per colata in continuo secondo la presente invenzione presentava uno strato raffreddatto ("congelato") 19 di spessore uniforme e grande, non erano presenti fratturazioni o incrinature i corrispondenza degli angoli della billetta, e la sezione trasversale della billetta aveva una forma normale nonostante la colata fosse stata eseguita ad un'alta velocità, pari ad una volta e mezza la velocità di colata con le lingottiere esistenti.

Ber scopi di confronto con la presente invenzione, è stata condotta una colata in continuo usando una lingottiera tubolare di tipo esistente con lunghezza della lingottiera L di 800 mm, una dimensione della cavità DI in corrispondenza della posizione del menisco 3 di 134,4 mm ed una dimensione della cavità D3 in corrispondenza dell'estremità inferiore della lingottiera di 134,0 mm in cui una rastrematura lineare ad uno stadio 8 è stata provveduta a partire dalla posizione del menisco 3 fino a giungere all'estremità inferiore della lingottiera.

Successivamente, anche nell'esempio di confronto, sono state fabbricate billette effettuando la colata in continuo ad una velocità di colata al di sotto delle condizioni di colata in continuo descritte sopra, e precisamente, ad una velocità di colata di 3,0 m/minuto.

Come è mostrato in figura 7, nell'esempio di confronto, lo spessore di uno strato congelato 19 nella struttura della sezione trasversale della billetta è sottile e, in particolare, lo spessore dello strato congelato 19 era estremamente sottile, ad esempio, di da 2 a 3 mm, in corrispondenza degli angoli, in cui è stata osservata la presenza di incrinature interne 18. Le incrinature interne 18 si sono . formate non soltanto nello strato congelato 19, ma si sono sviluppate anche nell'interno dei cristalli dendritici 20 nell'interno del prodotto colato. In accordo con ciò, la velocità di colata non ha potuto essere aumentata per non correre il rischio che si formassero fratturazioni.

Successivamente, nella sezione trasversale della billetta si è osservata la deformazione di rigonfiamenti della superficie provocata dalla pressione statica dell'acciaio fuso.

Come appare chiaramente da quanto precede, quando si usa la lingottiera per la colata in continuo della presente invenzione, lo strato congelato presenta uno spessore uniforme e in corrispondenza degli angoli della billetta non si formano incrinature interne, come pure si ottengono billette con forma, normale della sezione trasversale, in confronto al caso dell'impiego della lingottiera per colata in continuo attualmente esistente, anche quando la velocità di colata viene aumentata di 1,5 volte rispetto alla velocità usuale.

La lingottiera per uso nella colata di metalli in continuo secondo la presente invenzione non è limitata alle forma di realizzazione pratica o agli esempi di cui alla presente, ma può essere usata, ad esempio, nella produzione in continuo di prodotti reticolati come slebi e blumi, non soltanto nella colata in continuo di billette. Inoltre, anche la forma della billetta non è limitata ad una normale sezione trasversale di forma quadrata come nel presente esempio, ma l'invenzione è applicata anche ad una billetta con sezione trasversale rettangolare, esagonale, ottagonale o circolare.

Inoltre, la presente invenzione è applicabile non soltanto ad acciaio fuso, ma anche a metallo allo stato fuso nel quale il cambiamento di fase dalla fase solida che avviene man mano il metallo fuso viene colato in continuo è accompagnato dal ritiro (ad esempio, lega di alluminio e lega di rame allo stato fuso) .

Sebbene l'invenzione sia stata descritta a scopo esemplificativo e con riferimento a possibili forme di realizzazione pratica di essa, si deve comprendere che modificazioni o miglioramenti possono essere apportati ad essa senza uscire dall'ambito dell'invenzione, come questo è definito nelle rivendicazioni annesse.

L'intera descrizione della domanda di- .brevetto giapponese No. 10-217576 depositata il 31 luglio 1998, compresa la descrizione, i disegni e il sommario, è incorporata nella presente mediante riferimento nella sua interezza.

Claims (5)

1. R i v e n d i c a z i o n i 1. Una lingottiera adatta per la colata in continuo di metalli, comprendente: una cavità aperta in corrispondenza di entrambe le estremità; in cui la forma della sezione trasversale verticale in corrispondenza della superficie della parete interna della cavità a partire da una posizione del menisco fino ad una regione richiesta è configurata nella forma di una porzione di restringimento corrispondente alla quantità di ritiro provocato dal cambiamento di fase dallo statoliquido allo stato solido di un metallo caricato dalla fase liquida alla fase solida.
2. 2. Una lingottiera come definita in rivendicazione 1, in cui la porzione di restringimento è disposta entro una distanza a partire dalla porzione del menisco, che può raggiungere fino a 100 mm a partire dalla posizione del menisco.
3. 3. Una lingottiera come definita m rivendicazione 1 o 2, in cui la dimensione in corrispondenza della estremità d'inizio della porzione di restringimento è definita nella forma di una dimensione della cavità in corrispondenza della posizione del menisco, e la dimensione in corrispondenza della posizione di estremità della porzione di restringimento viene ridotta a partire della dimensione della cavità in corrispondenza della posizione del menisco in misura di dallo 0,2% all'1,5% .
4. 4. Una lingottiera come definita in qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui la porzione di restringimento è formata con un profilo rettilineo, un profilo curvo, una combinazione di un profilo rettilineo e un profilo curvo.
5. 5. Una lingottiera come definita in qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui la forma della sezione trasversale verticale per una superficie della parete interna della cavità per la porzione di restringimento a partire dalla posizione di estremità finale della porzione di restringimento fino alla estremità inferiore della lingottiera è parzialmente o totalmente dotata di una forma corrispondente alla quantità di ritiro del solido del metallo caricato, o una singola rastrematura o una pluralità di rastremature raccordate.