RU2015811C1

RU2015811C1 - Method of continuous casting of metals

Info

Publication number: RU2015811C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Тихановский; А.Л. Кузьминов; А.П. Щеголев; В.И. Лебедев; Ю.И. Жаворонков; Ю.П. Бойко; В.С. Луковников; Б.Н. Николаев
Original assignee: Производственное объединение "Южуралмаш"
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: machine engineering; metallurgy. SUBSTANCE: method consists in supplying the metal to mould, drawing of ingot from it at variable speed, supplying the slag mixture to meniscus of metal in the mould, setting the mould to reciprocal motion, cooling of working walls of the mould with running water, supporting and guiding the ingot in the zone of secondary cooling by means of rollers, cooling of ingot surface under the mould by means of cooling agent sprayed by jets, fixing of path of motion of the mould by measuring the value of deviation of perpendicular to the working walls of the mould on auxiliary plane from medium position for every cycle of reciprocal motion. When path deviates by 10...40% from the current working deviation, water consumption supplied to cool the mould increases by 10-20% from working value. EFFECT: improved quality of ingots; enhanced efficiency of casting. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов. The invention relates to metallurgy, and more particularly to continuous casting of metals.

Известен способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного движения, подачу на мениск металла в кристаллизаторе шлаковой смеси, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждение слитка под кристаллизатором охладителем, распыливаемым форсунками, а также охлаждение рабочих стенок кристаллизатора проточной водой и измерение усилия вытягивания слитка из кристаллизатора [1]. A known method of continuous casting of metals, including feeding metal into the mold, pulling an ingot from it at a variable speed, telling the mold to reciprocating motion, feeding slag mixture to the metal in the mold, maintaining and guiding the ingot in the secondary cooling zone using rollers, cooling the ingot under the mold with a cooler sprayed by nozzles, as well as cooling the working walls of the mold with running water and measuring the pulling force of the ingot from crist alligator [1].

Недостатком известного способа является неудовлетворительное качество непрерывнолитых слитков и недостаточная производительность установок непрерывной разливки металлов. Это объясняется тем, что в процессе непрерывной разливки металлов не производят контроль перемещения кристаллизатора при его возвратно-поступательном движении относительно технологической оси установки. В этих условиях вследствие непрогнозируемых случаев прилипания к рабочим стенкам кристаллизатора или зависания оболочки, формирующейся в первые моменты кристаллизации слитка, в кристаллизаторе происходит разбаланс сил, действующих на противоположные рабочие стенки кристаллизатора. В результате этого кристаллизатор перекашивается и его траектория не соответствует технологически необходимым параметрам. Этому способствует наличие неизбежных износов и люфтов в шарнирах механизма возвратно-поступательного движения кристаллизатора. The disadvantage of this method is the unsatisfactory quality of continuously cast ingots and the insufficient productivity of continuous metal casting plants. This is because in the process of continuous casting of metals they do not control the movement of the mold during its reciprocating motion relative to the technological axis of the installation. Under these conditions, due to unpredictable cases of sticking to the working walls of the mold or freezing of the shell that forms during the first moments of crystallization of the ingot, an imbalance of forces acting on the opposite working walls of the mold occurs in the mold. As a result of this, the mold warps and its path does not correspond to technologically necessary parameters. This is facilitated by the presence of inevitable wear and tear in the joints of the reciprocating mechanism of the mold.

Вследствие отсутствия контроля траектории движения рабочих стенок кристаллизатора при его возвратно-поступательном движении на поверхности слитка возникают наружные трещины, разрывы оболочки слитка в кристаллизаторе и, как следствие, прорывы металла под кристаллизатором, что снижает производительность установок непрерывной разливки металлов. Due to the lack of control of the trajectory of the working walls of the mold during its reciprocating motion, external cracks occur on the surface of the ingot, ruptures of the shell of the ingot in the mold and, as a result, breaks of the metal under the mold, which reduces the performance of continuous metal casting plants.

Наиболее близким по технической сущности является способ непрерывной разливки металлов, включающий подачу металла в кристаллизатор, вытягивание из него слитка с переменной скоростью, подачу на мениск металла в кристаллизаторе шлаковой смеси, сообщение кристаллизатору возвратно-поступательного движения, охлаждение рабочих стенок кристаллизатора проточной водой, поддержание и направление слитка в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, а также охлаждение поверхности слитка под кристаллизатором при помощи охладителя, распыливаемого форсунками [2]. The closest in technical essence is a method of continuous casting of metals, including feeding metal into the mold, drawing an ingot from it at a variable speed, feeding slag mixture to the metal in the mold, communicating reciprocating motion to the mold, cooling the mold working walls with running water, maintaining and the direction of the ingot in the secondary cooling zone using rollers, as well as the cooling of the surface of the ingot under the mold using a cooler, spraying nozzles [2].

В процессе непрерывной разливки металлов измеряют положение точек пересечения со вспомогательной плоскостью нормалей к плоскостям, связанным с касательными к первым поддерживающим роликам зоны вторичного охлаждения и к внутренним поверхностям широких рабочих стенок кристаллизатора в их нижней части по большому и малому радиусам в цикле качания кристаллизатора. При этом определяют положение вала привода направляющего элемента в механизме движения кристаллизатора. При отклонении амплитуды колебаний точек пересечения со вспомогательной плоскостью упомянутых нормалей от допускаемых значений фиксируют отклонение в положении опорных элементов рычагов привода механизма качания кристаллизатора и корректируют их положение. In the process of continuous casting of metals, the position of the points of intersection with the auxiliary normal plane is measured to the planes associated with the tangents to the first supporting rollers of the secondary cooling zone and to the inner surfaces of the wide working walls of the mold in their lower part along large and small radii in the mold oscillation cycle. In this case, the position of the drive shaft of the guide element in the mechanism of motion of the mold is determined. If the amplitude of the oscillations of the points of intersection with the auxiliary plane of the said normals deviates from the permissible values, the deviation is fixed in the position of the support elements of the drive levers of the crystallizer swing mechanism and their position is adjusted.

В процессе разливки расход воды на охлаждение кристаллизатора не изменяют в зависимости от отклонения амплитуды колебаний указанных нормалей со вспомогательной плоскостью. During casting, the flow rate of water for cooling the mold does not change depending on the deviation of the amplitude of the oscillations of these normals with the auxiliary plane.

Недостатком известного способа является неудовлетворительное качество непрерывно-литых слитков и недостаточная производительность процесса непрерывной разливки металла. Это объясняется тем, что при обнаружении нестабильной работы рычагов механизма возвратно-поступательного движения кристаллизатора не производят соответствующее изменение скорости вытягивания слитка. В этих условиях возможен перекос кристаллизатора под действием сил прилипания или зависания оболочки слитка на рабочих стенках кристаллизатора. Дальнейшая разливка без снижения скорости вытягивания слитка приводит к разрыву оболочки, ухудшению качества поверхности слитка и прорывам металла под кристаллизатором. The disadvantage of this method is the unsatisfactory quality of continuously cast ingots and insufficient productivity of the process of continuous casting of metal. This is due to the fact that upon detection of unstable operation of the levers of the mechanism of the reciprocating motion of the crystallizer, a corresponding change in the speed of drawing the ingot does not occur. Under these conditions, the mold can be skewed by the forces of sticking or freezing of the shell of the ingot on the working walls of the mold. Further casting without reducing the speed of drawing the ingot leads to rupture of the shell, deterioration of the surface quality of the ingot and breakthroughs of the metal under the mold.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в улучшении качества непрерывно-литых слитков, повышение стабильности и производительности процесса непрерывной разливки металла. The technical effect when using the invention is to improve the quality of continuously cast ingots, increasing the stability and productivity of the process of continuous casting of metal.

Указанный эффект достигается тем, что в кристаллизатор подают металл, вытягивают из него слиток с переменной скоростью, подают на мениск металла в кристаллизаторе шлаковую смесь, сообщают кристаллизатору возвратно-поступательное движение, охлаждают рабочие стенки кристаллизатора проточной водой, поддерживают и направляют слиток в зоне вторичного охлаждения при помощи роликов, охлаждают поверхность слитка под кристаллизатором охладителем, распыливаемым форсунками, фиксируют траекторию перемещения кристаллизатора посредством измерения величины отклонения нормали к рабочим стенкам кристаллизатора на вспомогательной плоскости от среднего положения за каждый цикл возвратно-поступательного движения. This effect is achieved by the fact that metal is fed into the mold, the ingot is pulled out at a variable speed, a slag mixture is fed to the metal meniscus in the mold, the reciprocating motion is conveyed to the mold, the mold working walls are cooled with running water, the ingot is supported and guided in the secondary cooling zone with the help of rollers, they cool the surface of the ingot under the mold with a cooler sprayed by nozzles, fix the trajectory of the mold by measuring the deviation of the normal to the working walls of the mold on the auxiliary plane from the average position for each cycle of the reciprocating motion.

В процессе непрерывной разливки при отклонении траектории в процессе одного цикла движения кристаллизатора на 10...40% от текущего рабочего отклонения увеличивают расход воды на охлаждение кристаллизатора на 10-20% от рабочего значения. In the process of continuous casting when the trajectory deviates during one cycle of the mold motion by 10 ... 40% of the current working deviation, the water flow for cooling the mold increases by 10-20% of the working value.

Улучшение качества непрерывно-литых слитков будет происходить вследствие увеличения расходов воды на охлаждение кристаллизатора в случае изменения траектории движения кристаллизатора в каждом цикле качания, что означает перекос кристаллизатора из-за наличия зависания оболочки на его стенках. В этих условиях возможные разрывы оболочки слитка залечиваются, прекращается их дальнейшее образование, устраняются прорывы металла под кристаллизатором, на поверхности слитка не образуются надрывы, пояса, заливины, ужимины и т.д. Improving the quality of continuously cast ingots will occur due to an increase in the flow rate of water for cooling the mold in the event of a change in the trajectory of the mold in each swing cycle, which means the mold is skewed due to the shell hanging on its walls. Under these conditions, possible ruptures of the shell of the ingot are healed, their further formation stops, breaks of the metal under the mold are eliminated, tears, belts, gulfs, suppers, etc. are not formed on the surface of the ingot.

Повышение стабильности и производительности процесса непрерывной разливки металлов будет происходить вследствие устранения разрывов оболочки слитка в кристаллизаторе, увеличения ее толщины и сокращения прорывов металла под кристаллизатором. Improving the stability and productivity of the process of continuous casting of metals will occur due to the elimination of tears of the shell of the ingot in the mold, increase its thickness and reduce breakthroughs of the metal under the mold.

Диапазон отклонения траектории движения кристаллизатора на 10...40% от текущего ее значения в течение одного цикла возвратно-поступательного движения кристаллизатора объясняется закономерностями прилипания оболочки слитка к рабочим стенкам кристаллизатора, выработки шарниров механизма возвратно-поступательного движения кристаллизатора, а также параметрами движения. The deviation range of the mold trajectory by 10 ... 40% from its current value during one cycle of the reciprocating motion of the mold is explained by the patterns of adhesion of the shell of the ingot to the working walls of the mold, the development of hinges of the mechanism of the reciprocating motion of the mold, as well as the motion parameters.

При меньших значениях увеличивать расход воды на охлаждение кристаллизатора не имеет смысла, так как такое отклонение траектории кристаллизатора не означает факт зависания оболочки слитка и ее разрыв. При больших значениях неизбежны прорывы металла под кристаллизатором вследствие разрыва оболочки слитка. В этом случае необходимо прекращение вытягивания слитка. At lower values, it does not make sense to increase the flow rate of water for cooling the mold, since such a deviation of the mold trajectory does not mean the fact that the ingot shell hangs and breaks. At large values, breakthroughs of the metal under the mold are inevitable due to rupture of the shell of the ingot. In this case, it is necessary to stop drawing the ingot.

Указанный диапазон устанавливают в прямой пропорциональной зависимости от величины амплитуды возвратно-поступательного движения кристаллизатора. The specified range is set in direct proportion to the magnitude of the amplitude of the reciprocating motion of the mold.

Диапазон увеличения расхода воды на охлаждение кристаллизатора в пределах 10-20% от рабочего значения объясняется закономерностями формирования оболочки слитка, роста ее толщины и процессов нарушения сплошности оболочки по периметру кристаллизатора. The range of increase in water flow for cooling the mold within 10-20% of the working value is explained by the laws of formation of the shell of the ingot, the growth of its thickness and the processes of breaking the continuity of the shell around the perimeter of the mold.

При меньших значениях увеличение расходов воды на охлаждение кристаллизатора не будет сказываться на залечивании разрывов оболочки слитка. При больших значениях будет происходить перерасход воды на охлаждение кристаллизатора без дальнейшего устранения разрывов оболочки слитка. At lower values, an increase in water flow for cooling the mold will not affect the healing of ruptures of the shell of the ingot. At high values, water will overrun to cool the mold without further eliminating the breaks in the shell of the ingot.

Указанный диапазон устанавливают в обратной пропорциональной зависимости от рабочего значения расхода воды на охлаждение кристаллизатора. The specified range is set in inverse proportion to the operating value of the flow rate of water for cooling the mold.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого способа критерию "изобретательский уровень". Analysis of scientific, technical and patent literature shows the lack of coincidence of the distinctive features of the proposed method with the signs of known technical solutions. Based on this, it is concluded that the proposed method meets the criterion of "inventive step".

На фиг.1 показана схема устройства контроля траектории движения кристаллизатора; на фиг.2 и 3 - графики траектории движения кристаллизатора. Figure 1 shows a diagram of a device for monitoring the trajectory of the mold; figure 2 and 3 are graphs of the trajectory of the mold.

Устройство контроля движения траектории состоит из кристаллизатора 1 с рабочими стенками 2 и 3, источника направленного излучения 4, оптической системы 5, в состав которой входят оптические отражатели, приемное устройство и устройство обработки изображений. Позициями 6 и 7 обозначены траектории перемещения кристаллизатора, 8 и 9 - искажения траектории, 10 - вспомогательная плоскость, 11 и 12 - отражения перемещения кристаллизатора в крайние точки соответственно, 13 - слиток, 14 - механизм возвратно-поступательного движения, 15 - ролики, 16 - форсунки, 17 - шлаковая смесь, 18 - каналы, 19 - нормаль, 20 - отраженный луч, "0" - среднее положение, А - амплитуда. The trajectory motion control device consists of a crystallizer 1 with working walls 2 and 3, a directional radiation source 4, an optical system 5, which includes optical reflectors, a receiving device, and an image processing device. Positions 6 and 7 indicate the trajectory of the mold, 8 and 9 — distortion of the trajectory, 10 — the auxiliary plane, 11 and 12 — reflections of the motion of the mold to the extreme points, respectively, 13 — ingot, 14 — reciprocating mechanism, 15 — rollers, 16 - nozzles, 17 - slag mixture, 18 - channels, 19 - normal, 20 - reflected beam, "0" - middle position, A - amplitude.

Способ непрерывной разливки металлов осуществляют следующим образом. The method of continuous casting of metals is as follows.

В процессе непрерывной разливки металлов в кристаллизатор 1 подают сталь марки 3сп и вытягивают из него слиток 13 с переменной скоростью. На мениск металла в кристаллизаторе 1 подают шлаковую смесь 17 на основе CaO-SiO₂-Al₂O₃. Кристаллизатору 1 сообщают возвратно-поступательное перемещение при помощи механизма 14 по синусоидальному закону. Рабочие стенки 2 и 3 кристаллизатора 1 охлаждают водой, протекающей по каналам 18. Слиток 13 в зоне вторичного охлаждения поддерживают и направляют при помощи роликов 15 и охлаждают водой, распыливаемой форсунками 16.In the process of continuous casting of metals, mold 3sp steel is fed into the mold 1 and an ingot 13 is pulled from it at a variable speed. On the meniscus of the metal in the mold 1 serves a slag mixture 17 based on CaO-SiO ₂ -Al ₂ O ₃ . The mold 1 is informed of reciprocating movement by means of a mechanism 14 according to a sinusoidal law. The working walls 2 and 3 of the mold 1 are cooled by water flowing through the channels 18. The ingot 13 in the secondary cooling zone is supported and guided by means of rollers 15 and cooled by the water sprayed by the nozzles 16.

В процессе непрерывной разливки фиксируют траектории 6 и 7 перемещения кристаллизатора 1 посредством измерения величины отклонения нормали 19 к рабочим стенкам 2 и 3 кристаллизатора 1 на вспомогательной плоскости 10 от среднего положения "0" за каждый цикл возвратно-поступательного движения. In the process of continuous casting, the trajectories 6 and 7 of the crystallizer 1 are fixed by measuring the deviation of the normal 19 to the working walls 2 and 3 of the crystallizer 1 on the auxiliary plane 10 from the middle position "0" for each cycle of the reciprocating motion.

Нормаль 19 создают посредством источника направленного излучения 4, например лазера, луч которого направляется в сторону оптического отражателя 5, например зеркала. В плоскости 10 расположено электронное устройство приема и обработки изображения отраженного луча. Устройство обработки изображения производит развертку траектории движения кристаллизатора 1 или отраженного луча 20 в графики (фиг.2 и 3) в соответствующем масштабе. На этих графиках показаны траектории 7 и 6 движения кристаллизатора по синусоидальному закону, а также отклонения этих траекторий в процессе одного цикла движения кристаллизатора от нормального рабочего отклонения синусоиды от среднего значения "0". Normal 19 is created by a directional radiation source 4, for example a laser, the beam of which is directed towards the optical reflector 5, for example a mirror. In the plane 10 is an electronic device for receiving and processing the image of the reflected beam. The image processing device performs a scan of the trajectory of the mold 1 or the reflected beam 20 in the graphs (figure 2 and 3) at the appropriate scale. These graphs show the trajectories 7 and 6 of the mold motion according to a sinusoidal law, as well as the deviations of these trajectories during one cycle of the mold motion from the normal working deviation of the sinusoid from the average value "0".

Отклонение 8 траектории 6 в точку 11 характеризует отклонение кристаллизатора или его перекос влево относительно слитка 13. Отклонение 9 траектории 7 в точку 12 характеризует отклонение кристаллизатора или его перекос вправо относительно слитка 13. Deviation 8 of the trajectory 6 to the point 11 characterizes the deviation of the mold or its bias to the left relative to the ingot 13. Deviation 9 of the trajectory 7 to the point 12 characterizes the deviation of the mold or its bias to the right relative to the ingot 13.

В процессе непрерывной разливки при отклонении 8 или 9 траектории в процессе одного цикла движения кристаллизатора на 10...40% от текущего рабочего отклонения 6 или 7 увеличивают расход воды на охлаждение кристаллизатора на 10-20% от рабочего значения. In the process of continuous casting with a deviation of 8 or 9 trajectories during one cycle of the mold motion by 10 ... 40% of the current working deviation of 6 or 7, the water consumption for cooling the mold increases by 10-20% from the working value.

В таблице приведены примеры осуществления изобретения с различными технологическими параметрами. The table shows examples of the invention with various technological parameters.

В первом примере происходит излишний расход воды на охлаждение кристаллизатора без устранения прорывов металла вследствие разрывов оболочки слитка даже при небольшом перекосе кристаллизатора, при этом ухудшается качество поверхности слитков. In the first example, there is an excessive flow of water for cooling the mold without eliminating breakthroughs of the metal due to ruptures of the shell of the ingot even with a slight distortion of the mold, while the quality of the surface of the ingots deteriorates.

В пятом примере происходят прорывы металла под кристаллизатором вследствие недостаточного увеличения расходов воды на охлаждение кристаллизатора, вследствие и перекоса кристаллизатора в значительных пределах, а также ухудшается качество поверхности слитков. In the fifth example, breakthroughs of the metal under the mold occur due to an insufficient increase in water consumption for cooling the mold, due to the skew of the mold to a considerable extent, and the surface quality of the ingots deteriorates.

В шестом примере (прототипе) происходят прорывы металла под кристаллизатором и ухудшается качество поверхности слитков вследствие отсутствия увеличения расходов воды на охлаждение кристаллизатора и его перекоса в процессе возвратно-поступательного движения. In the sixth example (prototype), metal breakthroughs occur under the mold and the surface quality of the ingots deteriorates due to the absence of an increase in water consumption for cooling the mold and its distortion during the reciprocating motion.

В примерах 2-4 отсутствуют прорывы металла и улучшается качество поверхности слитков вследствие увеличения расходов воды на охлаждение кристаллизатора в оптимальных пределах. In examples 2-4 there are no metal breakthroughs and the surface quality of the ingots is improved due to the increase in water consumption for cooling the mold in the optimal range.

После устранения перекосов в движении кристаллизатора и восстановления его траектории расход воды на охлаждение кристаллизатора уменьшают до рабочего значения. При увеличении отклонения траектории свыше 40% от рабочего значения прекращают процесс вытягивания слитка. В общем случае кристаллизатор может быть прямолинейным или криволинейным для отливки слитков различных сортаментов: слябов, блюмов, квадратов или круглого сечения. Кристаллизатору можно сообщать возвратно-поступательное перемещение по синусоидальному, прямолинейному или другим законам. After eliminating distortions in the motion of the mold and restoring its trajectory, the water flow for cooling the mold is reduced to the operating value. When the deviation of the trajectory exceeds 40% of the operating value, the process of pulling the ingot is stopped. In the general case, the mold can be rectilinear or curvilinear for casting ingots of various assortments: slabs, blooms, squares or circular sections. The crystallizer can be reported reciprocating according to sinusoidal, rectilinear or other laws.

Применение способа позволяет улучшить качество непрерывно-литых слитков на 1,3%, увеличить производительность процесса непрерывной разливки на 1,7% . The application of the method allows to improve the quality of continuously cast ingots by 1.3%, to increase the productivity of the continuous casting process by 1.7%.

Claims

METHOD FOR CONTINUOUS METAL Pouring, including feeding metal into the mold, pulling an ingot from it at a variable speed, feeding slag mixture to the metal in the meniscus, communicating reciprocating motion to the mold, cooling the mold working walls with running water, maintaining and guiding the ingot in the secondary cooling zone using rollers, cooling the surface of the ingot under the mold with a cooler sprayed by nozzles and fixing the trajectory of the crystallizer torus by measuring the deviation of the normal to the working walls of the mold on the auxiliary plane from the average position for each cycle of reciprocating motion, characterized in that during continuous casting when the path deviates, the mold moves 10-40% of the current during one cycle of its motion working deviations increase the flow rate of water for cooling the working walls of the mold by 10 - 20% of the working value.