RU2095189C1

RU2095189C1 - Mold for continuously casting metals

Info

Publication number: RU2095189C1
Application number: RU96113484/02A
Authority: RU
Inventors: В.И. Уманец; Г.С. Чалышев; С.К. Андросов; С.В. Рогачев; А.Ф. Копылов; В.И. Лебедев; Б.А. Чумарин; ров С.В. Скл; С.В. Скляров
Original assignee: Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: mold has bearing plates and, fastened to them, wide and narrow working walls with longitudinal channels successively connected by transverse channels into separate sections disposed along wide walls, as well as supply and withdrawal pipelines. Number of channel sections in each wide working wall is 4-8. Sections are symmetrically arranged in relation to longitudinal axis of mold. Summary surface of longitudinal channels in each section decreases in discrete mode in direction from end sections to middle ones by 12.5-50% per 1 section, number of channels and their summary surface in each sections are variable parameters. Two middle sections are interconnected by corresponding transverse channels. EFFECT: improved quality of continuously cast ingots and reduced water consumption. 5 cl, 5 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металла в прямоугольные слитки. The invention relates to metallurgy, and more particularly to the continuous casting of metal into rectangular ingots.

Наиболее близким по технической сущности является кристаллизатор для непрерывной разливки металла, включающий опорные плиты и прикрепленные к ним широкие и узкие рабочие стенки с продольными каналами, последовательно соединенными поперечными каналами в отдельные секции по ширине широких стенок, а также подводящие и отводящие трубопроводы. Вода подается вначале сверху вниз через крайние секции, а затем проходит в среднюю секцию вверх и идет на слив (петлевая разводка воды по каналам широких стенок кристаллизатора). Диаметр каналов по ширине широких стенок и число каналов в секциях одинаковы. The closest in technical essence is a mold for continuous casting of metal, including base plates and wide and narrow working walls attached to them with longitudinal channels, sequentially connected by transverse channels into separate sections along the width of wide walls, as well as inlet and outlet pipelines. Water is first supplied from top to bottom through the extreme sections, and then passes up into the middle section and goes to drain (looped water distribution through the channels of the wide walls of the mold). The diameter of the channels along the width of the wide walls and the number of channels in the sections are the same.

Недостатком известного кристаллизатора является неудовлетворительное качество непрерывно-литых слитков. Это объясняется тем, что скорость охлаждения воды в каналах широких стенок остается неизменной по их ширине. Однако, как показывает практика, в средней части широких стенок кристаллизатора оболочка слитка наиболее плотно прилегает к стенкам кристаллизатора вследствие ее прогиба под действием ферростатического давления. В этих условиях теплоотвод от средней части широких граней слитка становится больше, чем от крайних частей его грани, которые отходят от стенок вследствие усадки узких граней. В результате вода в каналах, расположенных в средней части широких стенок при петлевой разводке, нагревается сверх допустимых значений. В этих условиях не обеспечивается необходимая интенсивность теплоотвода в средней части широких граней слитка, нарушается равномерность теплоотвода по его периметру. Кроме того, при этом из охлаждающей воды выпадают нерастворимые соли, которые осаждаются на стенках каналов в виде накипи, что приводит к преждевременному выходу кристаллизатора из работы. Небольшое количество секций продольных каналов по ширине стенок приводит к перерасходу охлаждающей воды на кристаллизатор. Сказанное приводит к возрастанию температурных градиентов и термических напряжений в оболочке широких граней слитка сверх допустимых значений. В результате в слитке возникают внутренние и наружные трещины, а также происходят прорывы металла под кристаллизатором. A disadvantage of the known mold is the unsatisfactory quality of continuously cast ingots. This is because the cooling rate of water in the channels of the wide walls remains unchanged in their width. However, as practice shows, in the middle part of the wide walls of the mold, the shell of the ingot is most closely adjacent to the walls of the mold due to its deflection under the influence of ferrostatic pressure. Under these conditions, the heat sink from the middle part of the wide faces of the ingot becomes larger than from the extreme parts of its face, which extend from the walls due to shrinkage of narrow faces. As a result, the water in the channels located in the middle of the wide walls during loop wiring is heated above acceptable values. Under these conditions, the necessary heat sink intensity in the middle part of the wide faces of the ingot is not provided, the uniformity of the heat sink along its perimeter is violated. In addition, insoluble salts precipitate from the cooling water, which precipitate on the walls of the channels in the form of scale, which leads to the premature exit of the crystallizer from work. A small number of sections of the longitudinal channels along the width of the walls leads to an excessive consumption of cooling water on the mold. The foregoing leads to an increase in temperature gradients and thermal stresses in the shell of the wide faces of the ingot in excess of the permissible values. As a result, internal and external cracks occur in the ingot, as well as metal breakouts under the mold.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в улучшении качества непрерывно-литых слитков, в повышении производительности процесса их непрерывной разливки, а также в сокращении расходов воды и в повышении стойкости кристаллизаторов. The technical effect when using the invention is to improve the quality of continuously cast ingots, to increase the productivity of the process of continuous casting, as well as to reduce water consumption and to increase the resistance of molds.

Указанный технический эффект достигается тем, что кристаллизатор для непрерывной разливки металлов включает опорные плиты и прикрепленные к ним широкие и узкие рабочие стенки с продольными каналами, последовательно соединенными поперечными каналами в отдельные секции вдоль широких стенок, а также подводящие и отводящие трубопроводы. The indicated technical effect is achieved in that the mold for continuous casting of metals includes base plates and wide and narrow working walls attached to them with longitudinal channels, sequentially connected by transverse channels into separate sections along the wide walls, as well as supply and discharge pipelines.

Число секций каналов в каждой широкой рабочей стенке составляет 4-8, симметрично расположенных относительно продольной оси кристаллизатора, а суммарная площадь продольных каналов в каждой секции дискретно уменьшается в направлении от крайних секций к средним на 12,5-50 в каждой секции. При этом число каналов и их суммарная площадь в каждой секции переменна. Две средние секции соединены соответствующими поперечными каналами. The number of channel sections in each wide working wall is 4-8, symmetrically located relative to the longitudinal axis of the mold, and the total area of the longitudinal channels in each section is discretely reduced in the direction from the extreme sections to the middle by 12.5-50 in each section. Moreover, the number of channels and their total area in each section is variable. The two middle sections are connected by respective transverse channels.

Улучшение качества непрерывно-литых слитков будет происходить вследствие выравнивания теплоотвода от оболочки слитка по ширине его широких граней за счет увеличения скорости течения воды в продольных каналах в средней части широких стенок и выравнивании величины нагрева воды в каналах, расположенных по ширине рабочих стенок. В этих условиях уменьшаются значения температурных градиентов и термических напряжений, возникающих в оболочке широких граней слитка ниже допустимых пределов. В результате в слитках устраняется возникновение внутренних и наружных трещин. Improving the quality of continuously cast ingots will occur due to the alignment of the heat sink from the shell of the ingot along the width of its wide faces due to an increase in the water flow rate in the longitudinal channels in the middle part of the wide walls and equalization of the amount of water heating in the channels located along the width of the working walls. Under these conditions, the values of temperature gradients and thermal stresses arising in the shell of the wide faces of the ingot are lower than the permissible limits. As a result, the appearance of internal and external cracks in the ingots is eliminated.

Повышение производительности процесса непрерывной разливки будет происходить вследствие сокращения прорывов металла под кристаллизатором. Кроме того, выравнивается величина нагрева воды в продольных каналах по ширине широких стенках и ее температура становится ниже допустимых пределов. The increase in productivity of the continuous casting process will occur due to the reduction of breakthroughs of the metal under the mold. In addition, the amount of water heating in the longitudinal channels is aligned along the width of the wide walls and its temperature falls below acceptable limits.

Сокращение расходов воды на охлаждение кристаллизатора будет происходить вследствие многократного использования воды по ширине широких стенок посредством ее последовательного прохождения по секциям продольных каналов с одновременным многократным изменением направления движения сверху вниз и обратно. The reduction in water consumption for cooling the mold will occur due to the repeated use of water across the width of the wide walls through its sequential passage through sections of longitudinal channels with simultaneous multiple changes in the direction of movement from top to bottom and back.

Повышение стойкости кристаллизатора будет происходить вследствие устранения образования накипи на стенках каналов из-за соответствующего повышения скорости течения воды в средних каналах. An increase in the mold resistance will occur due to the elimination of scale formation on the channel walls due to a corresponding increase in the water flow rate in the middle channels.

Диапазон числа секций продольных каналов в каждой широкой стенке в пределах 4-8 объясняется теплофизическими закономерностями теплоотвода от широких граней слитков по их ширине. При меньших значениях не будет происходить выравнивания теплоотвода по ширине граней слитка. При больших значениях будет происходить усложнение конструкции кристаллизатора и его изготовления без дальнейшего улучшения качества непрерывно-литых слитков и эксплуатационных характеристик кристаллизатора. The range of the number of sections of the longitudinal channels in each wide wall within 4–8 is explained by the thermophysical laws of heat removal from the wide faces of the ingots along their width. At lower values, there will be no alignment of the heat sink along the width of the faces of the ingot. At high values, the design of the mold and its manufacture will become more complicated without further improvement in the quality of continuously cast ingots and the operational characteristics of the mold.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от ширины широких стенок кристаллизатора. The specified range is set in direct proportion to the width of the wide walls of the mold.

Диапазон значений дискретного увеличения суммарной площади продольных каналов в каждой секции в направлении к средним секциям широких стенок кристаллизатора в пределах 12,5-50 объясняется гидравлическими закономерностями течения воды в каналах, а также теплофизическими закономерностями теплоотвода от граней слитка по их ширине. При меньших и больших значениях не будет обеспечиваться выравнивание теплоотвода по ширине слитка, а также необходимое распределение скоростей потоков воды в продольных каналах по ширине широких стенок. The range of values of a discrete increase in the total area of the longitudinal channels in each section towards the middle sections of the wide walls of the mold within 12.5-50 is explained by the hydraulic laws of water flow in the channels, as well as the thermophysical laws of heat removal from the faces of the ingot along their width. At lower and higher values, the heat sink will not be aligned along the ingot width, as well as the necessary distribution of water flow rates in the longitudinal channels along the width of the wide walls.

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

Далее дан вариант осуществления изобретения, не включающий другие варианты в пределах формулы изобретения. The following is an embodiment of the invention that does not include other options within the scope of the claims.

На фиг. 1 показана схема кристаллизатора для непрерывной разливки металлов, поперечный разрез по верхним поперечным каналам; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг. 1. In FIG. 1 shows a mold for continuous casting of metals, a cross section through the upper transverse channels; in FIG. 2, section AA in FIG. one; in FIG. 3 section BB in FIG. one; in FIG. 4, section BB in FIG. one; in FIG. 5 section GG in FIG. one.

Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов состоит из опорных плит 1 и 2, широких 3 и узких 4 рабочих стенок, продольных 5 и поперечных 6 каналов, стяжек 7 с гайками 8, трубопроводов 9 12, секций 13 15, пробок 16, отверстий 17, 18, 19 и 20. Стрелками --> показано направление потоков воды в продольных и поперечных каналах в широких стенках от секции к секции. The mold for continuous casting of metals consists of base plates 1 and 2, wide 3 and narrow 4 working walls, longitudinal 5 and transverse 6 channels, couplers 7 with nuts 8, pipelines 9 12, sections 13 15, plugs 16, holes 17, 18, 19 and 20. Arrows -> show the direction of water flows in the longitudinal and transverse channels in wide walls from section to section.

Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов работает следующим образом. A mold for continuous casting of metals works as follows.

Пример. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подается сталь марки ст3 и вытягивается из него слиток прямоугольного сечения со скоростью в пределах 0,8-1,2 м/мин. Example. In the process of continuous casting, steel of the st3 grade is fed into the mold and a rectangular ingot is drawn from it at a speed in the range of 0.8-1.2 m / min.

Кристаллизатор состоит из стальных плит 1 и 2, к которым прикреплены при помощи шпилек медные широкие 3 и узкие 4 рабочие стенки. В рабочих стенках 3 и 4 выполнены продольные каналы 5, соединенные между собой поперечными каналами 6, которые в свою очередь соединены с подводящими 9, 11 и отводящими 10, 12 трубопроводами, по которым соответственно подводится под давлением охлаждающая вода и отводится. Поперечные каналы 6 разделены пробками 16 на отдельные секции 13, 14 и 15. В общем случае две средние секции 15 могут быть объединены в одну секцию. Трубопроводы 9, 11 и 10, 12 соединены с поперечными каналами 6 при помощи соответствующих отверстий 17, 19 и 18, 20. The mold consists of steel plates 1 and 2, to which copper wide 3 and narrow 4 working walls are attached using studs. In the working walls 3 and 4, longitudinal channels 5 are made, interconnected by transverse channels 6, which, in turn, are connected to the supply pipes 9, 11 and the discharge pipes 10, 12, through which cooling water is respectively supplied under pressure and discharged. The transverse channels 6 are separated by plugs 16 into separate sections 13, 14 and 15. In the general case, the two middle sections 15 can be combined into one section. Pipelines 9, 11 and 10, 12 are connected to the transverse channels 6 using the corresponding holes 17, 19 and 18, 20.

Число секций 13 15 продольных каналов 5 составляет 4-8, симметрично расположенных относительно продольной оси кристаллизатора. Суммарная площадь продольных каналов 5 в каждой секции дискретно уменьшается в направлении от крайних секций 13 к средней 15 на 12,5-50 в каждой секции. Уменьшение суммарной площади продольных каналов производится за счет уменьшения числа каналов в каждой секции, уменьшения диаметра каналов или одновременно числа и диаметра каналов. The number of sections 13 15 of the longitudinal channels 5 is 4-8, symmetrically located relative to the longitudinal axis of the mold. The total area of the longitudinal channels 5 in each section is discretely reduced in the direction from the extreme sections 13 to the middle 15 by 12.5-50 in each section. The total area of the longitudinal channels is reduced by reducing the number of channels in each section, reducing the diameter of the channels, or simultaneously the number and diameter of the channels.

В табл. 1, 2 и 3 приведены примеры работы кристаллизатора с различными конструктивными параметрами. In the table. 1, 2 and 3 are examples of the operation of the mold with various design parameters.

При такой конструкции кристаллизатора вследствие уменьшения суммарной площади продольных каналов от секции к секции в направлении к центру кристаллизатора происходит увеличение скорости потоков воды в продольных каналах средних секций. В этих условиях выравнивается теплопровод по ширине широких граней слитка, что приводит к уменьшению возникающих в нем температурных градиентов и термических напряжений. При этом устраняется появление накипи на стенках каналов. With this design of the mold, due to a decrease in the total area of the longitudinal channels from section to section towards the center of the mold, there is an increase in the speed of water flows in the longitudinal channels of the middle sections. Under these conditions, the heat conductor is aligned over the width of the wide faces of the ingot, which leads to a decrease in the temperature gradients and thermal stresses arising in it. This eliminates the appearance of scale on the walls of the channels.

Применение кристаллизатора позволяет снизить брак непрерывно-литых слитков по внутренним и наружным трещинам на 5-6 а также сократить количество прорывов металла под кристаллизатором на 3-4 с одновременным уменьшением расхода охлаждающей воды на 30-40 При этом нагрев воды при ее прохождении от секции в продольных каналах не увеличивается сверх допустимых значений и не превышает оптимальную величину 10-12^oC.The use of a mold allows to reduce the rejection of continuously cast ingots by internal and external cracks by 5-6 and also to reduce the number of metal breakthroughs under the mold by 3-4 with a simultaneous decrease in cooling water consumption by 30-40. At the same time, water heating when passing from section to longitudinal channels does not increase beyond acceptable values and does not exceed the optimal value of 10-12 ^o C.

Claims

1. A mold for continuous casting of metals, including base plates and wide and narrow working walls attached to them with longitudinal channels, sequentially connected by transverse channels into separate sections along wide walls, as well as water supply and discharge pipelines, characterized in that the number of sections in each wide wall 4 8, and the total area of the longitudinal channels in each section is discretely reduced in the direction from the extreme sections to the middle by 12.5 50%
2. The mold according to claim 1, characterized in that the number of longitudinal channels in each section is variable.

3. The mold according to claim 1, characterized in that the total area of the longitudinal channels in each section is variable.

4. The mold according to claim 1, characterized in that the two middle sections are connected by transverse channels into one.

5. The mold according to claim 1, characterized in that the number of longitudinal channels and the magnitude of their total area in each section are variable.