RU2198064C2

RU2198064C2 - Method for making rectangular billet and apparatus for performing the same

Info

Publication number: RU2198064C2
Application number: RU2000124911/02A
Authority: RU
Inventors: А.А. Злобин; А.А. Коссов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Точмет"
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2003-02-10

Abstract

FIELD: metallurgy, namely continuous casting of metal and manufacture, mainly of small rolled bars. SUBSTANCE: method comprises steps of feeding melt metal into annular cavity of mold formed by horizontal joining of members in the form of cantilever rolls with concave end faces. One of above mentioned rolls has opening for casting melt. On end surfaces of rolls there are zones for shaping and zones for expanding ingot. At rotation of mold annular ingot is formed in radial direction. Melt metal passes to shaping zone. After beginning of growing skin of solid phase, second roll is moved and rotated relative to first one. Crystallized areas have trend for shifting to gap formed in expansion zone where they are reduced until welding and simultaneously expanded by means of expanding zones of rolls for making billet of necessary size hold in expansion line at least by means of three supporting rollers. Then billet is separated from ingot for further treatment. Thickness of ready billet is no more than 12 mm. EFFECT: rectangular billet with enhanced mechanical properties, lowered cost for making billet. 3 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам производства сортового проката, преимущественно мелкосортного. The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to methods for the production of long products, mainly low-grade.

Известен способ непрерывной разливки заготовок прямоугольного сечения, заключающийся в подаче жидкого металла в вертикальный кристаллизатор, формировании слитка и последующем многократном обжатии кристаллизующихся участков слитка до сваривания корок между собой (1). A known method of continuous casting of rectangular billets, which consists in feeding liquid metal to a vertical mold, forming an ingot and then repeatedly compressing the crystallized sections of the ingot before welding the crusts together (1).

Недостатком данного способа является низкая скорость разливки, не превышающая 0,3-3,0 м/мин, что делает невозможной непосредственно за ней прокатку мелкого сорта, где скорость прокатки не должна быть ниже 5-10 м/сек. Ограничение скорости разливки создает необходимость в предварительном получении непрерывной разливкой заготовки со стороной 120-160 мм, дальнейшей ее порезке па мерные длины и последующей прокатке в черновой группе клетей с промежуточным подогревом, что для мелкого сорта со стороной 8-10 мм приводит к избыточной суммарной вытяжке, достигающей 150-200 единиц. Избыточная деформация формоизменения приводит к неоправданному завышению энергозатрат, увеличению металлоемкости оборудования, снижает эффективность процесса. The disadvantage of this method is the low casting speed, not exceeding 0.3-3.0 m / min, which makes it impossible to directly roll small grades, where the rolling speed should not be lower than 5-10 m / s. Limiting the casting speed creates the need for preliminary continuous casting of a workpiece with a side of 120-160 mm, its further cutting to lengths and subsequent rolling in the roughing group of stands with intermediate heating, which for a small variety with a side of 8-10 mm leads to excessive total drawing reaching 150-200 units. Excessive deformation of shape change leads to unjustified overstatement of energy consumption, increase in metal consumption of equipment, reduces the efficiency of the process.

Известен способ получения квадратных заготовок, заключающийся в подаче жидкого металла в кольцевую полость кристаллизатора, формировании кольцевого слитка за счет вращения кристаллизатора вокруг вертикальной оси и отделении от слитка, заготовки путем накатки по спирали разделительной канавки, принятый за прототип (2). A known method of producing square billets, which consists in feeding liquid metal into the annular cavity of the mold, the formation of a ring ingot due to the rotation of the mold around the vertical axis and separation from the ingot, the workpiece by rolling along the spiral of the separation groove, adopted for the prototype (2).

Недостатком этого способа является то, что формирование кольцевого слитка происходит вдоль оси вращения кристаллизатора, в результате чего, минимальная толщина слитка составляет 80-120 мм и, следовательно, приводит к необходимости применения мощного оборудования для нанесения разделительной канавки, при этом не используются в должной мере все преимущества центробежного литья. Таким образом, этим способом невозможно получить качественную мелкосортную заготовку толщиной 8-10 мм. The disadvantage of this method is that the formation of an annular ingot occurs along the axis of rotation of the mold, as a result, the minimum thickness of the ingot is 80-120 mm and, therefore, necessitates the use of powerful equipment for applying a dividing groove, while not being used properly all the advantages of centrifugal casting. Thus, in this way it is impossible to obtain high-quality fine-grained billets with a thickness of 8-10 mm.

Известна установка полунепрерывной разливки металлов и сплавов, содержащая кристаллизатор, выполненный в виде двух рабочих органов, причем оба установлены с возможностью вращения, а один из них и с возможностью перемещения относительно другого вдоль оси вращения и выполнен в виде шнека, также принятый за прототип (3). A known installation of semi-continuous casting of metals and alloys containing a mold made in the form of two working bodies, both of which are mounted for rotation, and one of them can be moved relative to the other along the axis of rotation and made in the form of a screw, also adopted as a prototype (3 )

Недостатками этого технического решения являются низкие значения механических характеристик получаемой заготовки вследствие преобладания в кристаллизующихся участках слитка, расположенных в винтовых проточках шнека, растягивающих напряжений, возникающих при усадке стали. Это приводит к образованию рыхлости, несплошности, горячих трещин. The disadvantages of this technical solution are the low values of the mechanical characteristics of the obtained workpiece due to the predominance of the ingot in the crystallizing sections located in the screw grooves of the screw, tensile stresses arising from the shrinkage of steel. This leads to the formation of friability, discontinuity, hot cracks.

В основу настоящего изобретения положена задача получения способом непрерывной разливки прямоугольной заготовки с повышенным уровнем механических свойств, толщина которой не превышает 12 мм, при общем снижении затрат на ее получение. The basis of the present invention is the task of obtaining by the method of continuous casting a rectangular billet with an increased level of mechanical properties, the thickness of which does not exceed 12 mm, with an overall reduction in the cost of its production.

Достигается это за счет следующего. This is achieved due to the following.

Предлагаемый способ отличается от наиболее близкого известного способа (2) тем, что металл заливают по оси вращения кристаллизатора в предварительно сомкнутые между собой, соосно установленные рабочие органы, формирование слитка ведут в радиальном направлении, а кристаллизующиеся участки формируемого слитка обжимают вдоль оси вращения кристаллизатора, сваривая корки образующейся твердой фазы и одновременно непрерывно раскатывая их до получения требуемой ширины заготовки путем вертикального перемещения и поворота одного из рабочих органов относительно другого, так, что минимальный зазор между ними определяется толщиной прямоугольной заготовки, а максимальный следует из зависимости:
Hmax =k•h, где Нmах - максимальный зазор между рабочими органами в момент раскатки [мм], h - толщина заготовки [мм], k - эмпирический коэффициент, k=(1,1-3,0).The proposed method differs from the closest known method (2) in that the metal is poured along the axis of rotation of the mold into previously coaxially mounted working bodies, the ingot is formed in the radial direction, and the crystallized sections of the formed ingot are pressed along the axis of rotation of the mold, welding the crust of the resulting solid phase and at the same time continuously rolling them to obtain the desired width of the workpiece by vertical movement and rotation of one of the workers Organ Precursor Cells respect to the other, so that the minimum clearance between them determined by the thickness of the rectangular blank and the maximum dependence follows from:
Hmax = k • h, where Hmax is the maximum clearance between the working bodies at the time of rolling [mm], h is the thickness of the workpiece [mm], k is the empirical coefficient, k = (1.1-3.0).

Устройство для осуществления предлагаемого способа, отличается от наиболее близкого устройства (3) тем, что оно снабжено механизмом отделения заготовки, а также роликовой проводкой, рабочий орган, установленный с возможностью перемещения вдоль оси вращения, также установлен и с возможностью поворота относительно другого рабочего органа, а кольцевая полость образована путем горизонтального сопряжения рабочих органов, каждый из которых выполнен в виде консольного валка с вогнутой торцевой поверхностью, содержащей кольцевые участки формирования и раскатки слитка. Кроме того, роликовая проводка снабжена по крайней мере тремя опорными роликами, каждый из которых установлен с возможностью радиального перемещения и размещен в зоне движения выступающей за контуры кристаллизатора заготовки, а в рабочем органе, установленном только с возможностью вращения, по оси вращения выполнено отверстие для подачи жидкого металла в кольцевую полость. A device for implementing the proposed method differs from the closest device (3) in that it is equipped with a workpiece separation mechanism, as well as roller wiring, a working body mounted to move along the axis of rotation is also installed and can be rotated relative to another working body, and the annular cavity is formed by horizontal mating of the working bodies, each of which is made in the form of a cantilever roll with a concave end surface containing annular sections of ation and rolling ingot. In addition, the roller wiring is provided with at least three support rollers, each of which is mounted with the possibility of radial movement and placed in the zone of movement of the workpiece protruding beyond the mold, and in the working body, which is installed only with the possibility of rotation, a feed hole is made along the axis of rotation liquid metal into the annular cavity.

Сам же предлагаемый способ реализуется при помощи устройства для его осуществления следующим образом. The proposed method itself is implemented using a device for its implementation as follows.

Через отверстие для подачи жидкого металла последний поступает в кольцевую полость кристаллизатора, образованную двумя предварительно сомкнутыми между собой вращающимися относительно вертикальной оси рабочими органами. Каждый из рабочих органов выполнен в виде консольного валка с вогнутой торцевой поверхностью, содержащей кольцевые участки формирования и раскатки слитка. Вращают кристаллизатор с угловой скоростью W, при которой гравитационный коэффициент Кг находится в интервале от 40...60 и определяется из выражения:
Kг= WR/g, где W - угловая скорость [1/сек]; R - радиус вращения [м]; g= 9,8 м/сек.Through the hole for supplying liquid metal, the latter enters the annular cavity of the mold, formed by two working bodies that are previously closed between each other and rotating relative to the vertical axis. Each of the working bodies is made in the form of a cantilever roll with a concave end surface containing annular sections of the formation and rolling of the ingot. The mold is rotated with an angular velocity W, at which the gravitational coefficient Kg is in the range from 40 ... 60 and is determined from the expression:
Kg = WR / g, where W is the angular velocity [1 / s]; R is the radius of rotation [m]; g = 9.8 m / s

Воздействия центробежных сил, в этом случае, достаточно, чтобы сформировать кольцевой слиток в радиальном направлении. При этом жидкий металл попадает в сужающийся по мере удаления от оси вращения канал, образованный кольцевыми участками формирования слитка. Геометрия канала и избыточное ферростатическое давление, возникающее в результате действия центробежных сил, обеспечивает кристаллизацию кольцевого слитка в условиях трехосного напряженно-деформированного состояния с преобладанием сжимающих напряжений. При контакте жидкого металла с кольцевыми участками формирования слитка начинается интенсивный рост корок твердой фазы, и поперечное сечение кольцевого слитка принимает V-образную форму. Одновременно с ростом корок твердой фазы один из рабочих органов перемещают и поворачивают относительно другого с образованием межвалкого зазора. Величина зазора зависит от угла поворота L этого рабочего органа относительно оси вращения и изменяется от минимальной величины, равной толщине h заготовки, до максимальной, определяемой из зависимости: Hmax= k•h, где Hmax - максимальный зазор между рабочими органами в момент раскатки [мм], h - толщина заготовки [мм], k - эмпирический коэффициент, k=(1,1-3,0) зависит от условий раскатки и марки стали. Угол поворота рабочего органа L определяется из зависимости: L=2•n•n, где п=3,14 рад, n= 0,1,2,3. .., где n - количество полных оборотов рабочего органа относительно оси вращения. Так максимальный зазор Hmax устанавливается при L=n•n. The action of centrifugal forces, in this case, is enough to form an annular ingot in the radial direction. In this case, the liquid metal enters the channel narrowing as it moves away from the axis of rotation, formed by the annular sections of the formation of the ingot. The geometry of the channel and the excess ferrostatic pressure resulting from the action of centrifugal forces provide crystallization of the ring ingot under the conditions of a triaxial stress-strain state with a predominance of compressive stresses. Upon contact of the liquid metal with the ring sections of the formation of the ingot, intensive growth of the crusts of the solid phase begins, and the cross section of the ring ingot takes a V-shape. Simultaneously with the growth of the crusts of the solid phase, one of the working bodies is moved and rotated relative to the other with the formation of an inter-roll gap. The size of the gap depends on the rotation angle L of this working body relative to the axis of rotation and varies from the minimum value equal to the thickness h of the workpiece to the maximum determined from the dependence: Hmax = k • h, where Hmax is the maximum clearance between the working bodies at the time of rolling [mm ], h is the thickness of the workpiece [mm], k is the empirical coefficient, k = (1.1-3.0) depends on the rolling conditions and the grade of steel. The rotation angle of the working body L is determined from the dependence: L = 2 • n • n, where n = 3.14 rad, n = 0,1,2,3. .., where n is the number of full revolutions of the working body relative to the axis of rotation. So the maximum gap Hmax is set at L = n • n.

Кристаллизующиеся участки кольцевого слитка устремляются в получаемый межвалковый зазор, являющийся одновременно и зоной раскатки, образованной кольцевыми участками раскатки, где обжимаются до сваривания корок твердой фазы и непрерывно раскатываются до получения требуемой ширины прямоугольной заготовки, при этом поперечное сечение кольцевого слитка принимает Y-образную форму. The crystallizing sections of the ring ingot rush into the resulting roll gap, which is also the rolling zone formed by the ring sections of the rolling, where they are crimped until the crusts of the solid phase are welded and continuously rolled to obtain the required width of the rectangular billet, while the cross section of the ring ingot takes a Y-shape.

Эмпирический коэффициент k зависит от условий раскатки и марки стали. Под условиями раскатки понимаются определенные соотношения геометрических параметров - толщины, ширины прямоугольной заготовки, диаметров валков рабочих органов, ширины кольцевых участков формирования и раскатки слитка с температурными и скоростными режимами процесса. Во время раскатки устанавливаются оптимальные величины k, находящиеся в интервале 1,1-3,0, так как при отклонении k в меньшую сторону от оптимальной величины, затрудняется раскатка и центробежных сил недостаточно, чтобы выдавить кристаллизующиеся участки кольцевого слитка в межвалковый зазор. При отклонении k в большую сторону изменяются условия трехосного напряженно-деформированного состояния при кристаллизации и раскатке кольцевого слитка до появления по одной из осей растягивающих напряжений, приводящих к возрастанию брака по литейным дефектам. За границами интервала невозможно осуществить процесс. Так при k<1,1 не идет раскатка кольцевого слитка вследствие малого угла раскатки, а при k>3,0 не удается обеспечить условия трехосного напряженно-деформированного состояния с преобладанием сжимающих напряжений, что приводит к резкому снижению качества заготовки, возрастает вероятность образования рыхлости, несплошности, горячих трещин и прорыва жидкого металла в межвалковый зазор. Автоматическая установка оптимальных величин k осуществляется за счет плавного изменения частоты вращения кристаллизатора и расхода охладителя, что позволяет свести к минимуму потери металла при начале и окончании процесса, или при переходе в процессе разливки на другую толщину, ширину заготовки. Под действием раскатки кольцевой слиток увеличивается в диаметре и начинает выступать за контуры кристаллизатора, формируясь в заготовку, где последняя подхватывается и удерживается роликовой проводкой, снабженной по крайней мере тремя опорными роликами, установленными с возможностью радиального перемещения для регулировки ширины получаемой прямоугольной заготовки, и размещенными в зоне движения заготовки. После того, как геометрические параметры заготовки достигли необходимых размеров, в результате поворота рабочего органа относительно оси вращения на угол L=360^o, происходит ее отделение от слитка специальным механизмом отделения. Следует отметить, что жидкий металл может подаваться в кольцевую полость через отверстие, выполненное в рабочем органе, установленном только с возможностью вращения, при этом ось отверстия совпадает с осью вращения рабочего органа.The empirical coefficient k depends on the rolling conditions and the grade of steel. Under rolling conditions, certain ratios of geometric parameters are understood — thickness, width of a rectangular billet, diameters of rolls of working bodies, width of annular sections of forming and rolling of an ingot with temperature and speed conditions of the process. During rolling, optimal values of k are established, which are in the range 1.1-3.0, since when k deviates to a smaller side from the optimal value, rolling is difficult and centrifugal forces are insufficient to squeeze out the crystallizing sections of the ring ingot into the roll gap. When k deviates upward, the conditions of the triaxial stress-strain state change during crystallization and rolling of the ring ingot until tensile stresses appear along one of the axes, leading to an increase in casting defects. Beyond the boundaries of the interval, it is impossible to carry out the process. So, for k <1.1, the rolling of the ring ingot does not occur due to the small angle of rolling, and for k> 3.0 it is not possible to provide the conditions of a triaxial stress-strain state with a predominance of compressive stresses, which leads to a sharp decrease in the quality of the workpiece, the likelihood of loosening , discontinuities, hot cracks and breakthrough of liquid metal into the roll gap. Automatic setting of optimal values of k is carried out due to a smooth change in the speed of the mold and the flow rate of the cooler, which minimizes the loss of metal at the beginning and end of the process, or during the transition to a different thickness, width of the workpiece during casting. Under the action of rolling, the ring ingot increases in diameter and begins to protrude beyond the mold contours, forming into a workpiece, where the latter is picked up and held by roller wiring, equipped with at least three support rollers mounted with the possibility of radial movement to adjust the width of the resulting rectangular workpiece, and placed in the movement zone of the workpiece. After the geometrical parameters of the workpiece have reached the required dimensions, as a result of rotation of the working body relative to the axis of rotation by an angle L = 360 ^o , it is separated from the ingot by a special separation mechanism. It should be noted that liquid metal can be fed into the annular cavity through an opening made in a working body that is installed only with the possibility of rotation, while the axis of the hole coincides with the axis of rotation of the working body.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении непрерывная раскатка кристаллизующихся в поле действия центробежных сил участков кольцевого слитка в условиях трехосного напряженно-деформированного состояния с преобладанием сжимающих напряжений позволяет получить качественную заготовку с повышенным уровнем механических характеристик, даже при толщине менее 12 мм, потому, что направление формирования слитка совпадает с направлением действия центробежных сил. Последнее обеспечивает устойчивый процесс раскатки при малых, менее 12 мм межвалковых зазорах, и малых, менее 1^o углах раскатки.Thus, in the proposed technical solution, the continuous rolling of sections of the ring ingot crystallizing in the action field of centrifugal forces under the conditions of a triaxial stress-strain state with a predominance of compressive stresses makes it possible to obtain a high-quality workpiece with an increased level of mechanical characteristics, even with a thickness of less than 12 mm, because the direction the formation of the ingot coincides with the direction of action of centrifugal forces. The latter provides a stable process of rolling at small, less than 12 mm inter-roll gaps, and small, less than 1 ^{o the} corners of the rolling.

Сущность изобретения поясняется чертежами и таблицей, где на фиг.1, 2 показано перемещение характерных точек сечения кольцевого слитка ограниченного контуром ABCDEFGHJKL при повороте рабочих органов на 180^o, при этом точки контура ABCDEFGHJKL перемещаются соответственно в точки A'B'C'D'E'F'G'H'J'K'L', a Rb, Rc, Rd, Rf характеризуют текущие радиусы траекторий характерных точек соответственно B,C,D,F в зависимости от угла L поворота рабочих органов относительно оси вращения; на фиг. 3,4 устройство для осуществления технического решения; на фиг. 5 - форма поперечных сечений формирующегося слитка и заготовки, а в таблице - приведены экспериментальные данные с характеристикой протекания процесса и качества получаемых заготовок, для Ст.3 и условий раскатки аналогичных, указанным в примере 1 при различных значениях k.The invention is illustrated by drawings and a table, where in Fig.1, 2 shows the movement of the characteristic points of the cross section of the ring ingot bounded by the circuit ABCDEFGHJKL when the working bodies are rotated 180 ^o , while the points of the circuit ABCDEFGHJKL are moved respectively to points A'B'C'D'E 'F'G'H'J'K'L', a Rb, Rc, Rd, Rf characterize the current radii of the trajectories of the characteristic points respectively B, C, D, F, depending on the angle L of rotation of the working bodies relative to the axis of rotation; in FIG. 3.4 device for implementing a technical solution; in FIG. 5 is the cross-sectional shape of the forming ingot and the workpiece, and the table shows the experimental data with the characteristics of the process and the quality of the resulting workpieces, for Art. 3 and rolling conditions similar to those specified in example 1 for various values of k.

Устройство содержит станину, состоящую из двух вертикальных колонн 1, 2 и двух горизонтальных поперечин 3, 4. Кристаллизатор состоит из двух соосных рабочих органов, выполненных в виде консольных валков, верхнего 5 и нижнего 6 с вертикальными осями вращения. Валки 5, 6 установлены своими подшипниковыми опорами, имеющими водяное охлаждение, в поперечинах 3, 4 соответственно. Поперечины 3, 4 выполнены с возможностью поворота относительно своих продольных осей 7, 8. Привод поворота поперечины 4 состоит из червячного редуктора 13, электродвигателя 14. Поперечина 3 имеет механизм осевой регулировки 9 и механизм угловой регулировки 10. Сопрягаемые торцевые поверхности 17, 18 валков 5, 6 вогнуты, имеют форму тарелок и образуют полость кристаллизатора кольцевой формы 24, содержащую кольцевые участки формирования 19 и раскатки 20, 21 слитка. Кольцевые участки формирования слитка 19 выполнены из теплоотводящего материала, например меди. Кольцевые участки раскатки слитка 20, 21, выполнены с рабочей поверхностью из инструментальной стали. В центре нижнего валка 6 установлена вставка 22 из теплоизоляционного материала, в которой проложен электронагреватель 23 для нагрева кольцевой полости 24 кристаллизатора. Вставка 22 имеет углубление 25 сферической формы. Нижний валок 6 имеет привод возвратно-поступательного движения вдоль оси вращения 16, который выполнен в виде винтового нажимного механизма, состоящего из винтовой пары 26, червячного редуктора 27, электродвигателя 28. В верхнем валке 5 выполнено сквозное осевое отверстие 29, в которое установлен питатель 30 для подачи жидкого металла в кольцевую полость. Питатель 30 имеет электронагреватель 31. Привод вращения валков 5, 6 осуществляется через шкивы 32, 33 и ременную передачу 34 от приводного вала 35, установленного в вертикальной колонне 1, который приводится во вращение электродвигателем 36. Подшипниковые опоры 11, 12 валков 5, 6 оснащены тормозными устройствами 63, 64. На нижней поперечине 4 установлен кожух 37, выполненный в виде ванны с возможностью заполнения жидким охладителем, имеющей слив 38. В кожухе 37 смонтирован механизм отделения заготовки, выполненный в виде роликового отрезного устройства 39, и роликовая проводка, снабженная тремя опорными роликами 40, 41, 42, каждый из которых установлен с возможностью радиального перемещения для регулировки ширины получаемой заготовки и размещен в зоне движения выступающей за контуры кристаллизатора заготовки. В кожухе 37 смонтирован также датчик контроля величины максимального межвалкового зазора 15. По периметру кристаллизатора установлены форсунки 43, к которым подведен напорный трубопровод с жидким охладителем. The device comprises a bed consisting of two vertical columns 1, 2 and two horizontal cross members 3, 4. The mold consists of two coaxial working bodies, made in the form of cantilever rolls, top 5 and bottom 6 with vertical axes of rotation. The rollers 5, 6 are installed with their bearings, having water cooling, in the cross members 3, 4, respectively. The cross members 3, 4 are rotatable relative to their longitudinal axes 7, 8. The drive for turning the cross member 4 consists of a worm gear 13, an electric motor 14. The cross member 3 has an axial adjustment mechanism 9 and an angle adjustment mechanism 10. The mating end surfaces 17, 18 of the rolls 5 6 are concave, have the shape of plates and form a mold cavity of an annular shape 24 containing annular sections of forming 19 and rolling 20, 21 of the ingot. The annular sections of the formation of the ingot 19 are made of a heat-removing material, for example, copper. The annular sections of rolling the ingot 20, 21 are made with a working surface of tool steel. In the center of the lower roll 6, an insert 22 of heat-insulating material is installed, in which an electric heater 23 is laid to heat the annular cavity 24 of the mold. The insert 22 has a recess 25 of a spherical shape. The lower roll 6 has a reciprocating drive along the axis of rotation 16, which is made in the form of a screw pressing mechanism consisting of a screw pair 26, a worm gear 27, an electric motor 28. In the upper roll 5 there is a through axial hole 29, in which the feeder 30 is installed for supplying liquid metal to the annular cavity. The feeder 30 has an electric heater 31. The drive of rotation of the rolls 5, 6 is carried out through pulleys 32, 33 and a belt drive 34 from the drive shaft 35 mounted in a vertical column 1, which is driven by an electric motor 36. The bearing bearings 11, 12 of the rolls 5, 6 are equipped braking devices 63, 64. On the lower cross member 4, a casing 37 is installed, made in the form of a bath with the possibility of filling with a liquid cooler having a drain 38. In the casing 37, a workpiece separation mechanism, made in the form of a roller cutting device 39, is mounted, and roller wiring, equipped with three support rollers 40, 41, 42, each of which is mounted with the possibility of radial movement to adjust the width of the resulting workpiece and placed in the movement zone protruding beyond the mold mold of the workpiece. In the casing 37 is also mounted a sensor for monitoring the value of the maximum roll gap 15. Along the perimeter of the mold nozzles 43 are installed, to which a pressure pipe with a liquid cooler is connected.

Сопла форсунок 43 направлены на поверхности кромок валков 5, 6, а также по траектории движения отрезаемой прямоугольной заготовки 45. На колоннах 1, 2 установлен разливочный стол 53 с промковшом 54. Промковш 54 оснащен шиберным затвором 55 для регулирования расхода жидкого металла и соединен разливочным стаканом 56, вставленным в питатель 30, с кольцевой полостью 24 кристаллизатора. За отрезным роликовым устройством 39 установлена отводящая роликовая проводка 46 для передачи отрезаемой прямоугольной заготовки 45 в линию прокатки 47, состоящую из чистовой группы клетей 48, линии ускоренного охлаждения 49, двух моталок 50, 51, крюкового транспортера 52. The nozzles of the nozzles 43 are directed on the surface of the edges of the rolls 5, 6, as well as along the trajectory of the cut rectangular workpiece 45. A casting table 53 with a bucket 54 is installed on the columns 1, 2. The bucket 54 is equipped with a slide gate 55 for regulating the flow of molten metal and is connected by a pouring cup 56 inserted into the feeder 30, with an annular cavity 24 of the mold. Behind the cutting roller device 39, a discharge roller wiring 46 is installed for transferring the cut rectangular billet 45 to the rolling line 47, consisting of a finishing group of stands 48, an accelerated cooling line 49, two coilers 50, 51, and a hook conveyor 52.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Перед началом разливки включаются нагреватели 23, 31, которые нагревают внутреннюю кольцевую полость 24 до температуры 600-650^oС. После подачи команды на разливку из разливочного ковша 57 жидкую сталь начинают подавать в промковш 54. По достижении требуемого уровня зеркала в промковще 54 открывается шиберный затвор 55 и металл через разливочный стакан 56 и питатель 30 начинает поступать в полость 24 кристаллизатора. Для предотвращения размывания поверхности вставки 22 жидким металлом она имеет углубление 25 сферической формы. В момент заполнения жидкой сталью полости 24 валки 5, 6 плотно сжаты между собой, без зазора по кромкам. Включается электродвигатель 36, размыкаются тормозные устройства 41, 42 и вращение от приводного вала 35 через ременную передачу 34, шкивы 32, 33 передается на валки 5, 6. При контакте жидкого металла с кольцевыми участками формирования слитка 19 начинается интенсивный рост корок твердой фазы и поперечное сечение слитка принимает V-образную форму. Непрерывно снимаются показания термопар, а также датчика контроля величины максимального межвалкового зазора 15, и производится компьютерная обработка в реальном масштабе времени температурного поля на поверхностях формирования слитка 19 кольцевой полости 24 кристаллизатора. В соответствии с разработанной математической моделью процесса роста корки твердой фазы и напряженно-деформированного состояния кристаллизующихся участков формируемого кольцевого слитка, компьютером выбирается скоростной режим вращения валков 5, 6, а также перемещения и поворота валка 6 по отношению к валку 5. При этом дается команда на включение двигателей 14, 28. Нижний валок 6 под действием винтового нажимного механизма через червячный редуктор 27 и винтовую пару 26 опускается вниз вдоль оси вращения 16. Между валками 5, 6 начинает образовываться межвалковыйзазор. Одновременно поперечина 4 под действием привода поворота через червячный редуктор 13 поворачивается относительно своей продольной оси 8 и разворачивает валок 6 относительно валка 5. Одновременно с образованием межвалкового зазора начинают работать форсунки 43, которые предотвращают перегрев рабочих поверхностей кольцевых участков раскатки 20, 21 и образуют вторичную зону охлаждения кольцевого слитка. Под действием центробежных сил кристаллизующиеся участки кольцевого слитка устремляются в получаемый межвалковый зазор, являющийся одновременно и зоной раскатки, образованной кольцевыми участками раскатки. Величина зазора зависит от угла L вращения валков 5, 6 и изменяется от минимального зазора, равного h - толщине прямоугольной заготовки, при L=2•п•n, где п=3,14, n= 0,1,2,3. .., до Hmax=k•h, при L=n•n, где n=3,14, n=l,2,3..., k=(1,1-3,0). Между рабочими поверхностями валков 5, 6, при угле L из интервала 180-360^o, образуется сектор 57 уменьшения зазора, в котором в зоне раскатки кристаллизующиеся участки формируемого слитка 62 обжимают вдоль оси вращения 16 до сваривания корок образующейся твердой фазы между собой на дуге 59, а на дуге 58 сектора 57, образовавшийся кольцевой слиток 62 пластически деформируют раскаткой до требуемой ширины прямоугольной заготовки, при этом поперечное сечение кольцевого слитка принимает Y-образную форму (фиг.5). Под действием деформации между кольцевыми участками раскатки 20, 21 валков 5, 6, кольцевой слиток 62 увеличивается в диаметре и на дуге 61 в секторе 60 увеличения зазора при L= 0-180^o, выступает за кромки валков 5, 6 кристаллизатора, где подхватывается и удерживается опорными роликами 40, 41, 42, которые задают траекторию движения выступающей из кристаллизатора части кольцевого слитка 62 до отрезного устройства 39, обеспечивая постоянство ширины прямоугольной заготовки. Отрезное устройство 39 роликового типа, расположенное на участке 58, отделяет от выступающей части кольцевого слитка 62 прямоугольную заготовку 45, объем которой равен в каждый момент времени приращению диаметра кольцевого слитка 62, и равен приращению твердой фазы на поверхностях кольцевых участков формирования слитка 19 кольцевой полости 24 кристаллизатора. Это равенство поддерживается плавным изменением частоты вращения валков 5, 6 и изменением величины расхода охладителя через форсунки 43. При этом возвратно-поступательным перемещением нижнего валка 6 обеспечивается постоянство величины минимального зазора h, а шиберным затвором 55 регулируют объем поступающего в полость кристаллизатора жидкого металла, не допуская его переполнения. Отделяемая прямоугольная заготовка 45 устремляется в отводящую роликовую проводку 46, которая передает ее в линию прокатки 47.Before the casting starts, the heaters 23, 31 are turned on, which heat the inner annular cavity 24 to a temperature of 600-650 ^o C. After the casting command is sent from the casting ladle 57, liquid steel begins to be fed into the scoop 54. Upon reaching the required level of the mirror, the sliding gate opens in the scoop 54 the shutter 55 and the metal through the nozzle 56 and the feeder 30 begins to flow into the cavity 24 of the mold. To prevent erosion of the surface of the insert 22 with molten metal, it has a recess 25 of a spherical shape. At the time of filling the cavity 24 with liquid steel, the rolls 5, 6 are tightly compressed among themselves, without a gap at the edges. The motor 36 is turned on, the braking devices 41, 42 are opened and the rotation from the drive shaft 35 through the belt drive 34, the pulleys 32, 33 are transmitted to the rollers 5, 6. Upon contact of the molten metal with the annular sections of the formation of the ingot 19, an intensive growth of the crusts of the solid phase and transverse the cross section of the ingot takes a V-shape. The readings of thermocouples and the sensor for monitoring the maximum roll gap 15 are continuously taken, and real-time computer processing of the temperature field is performed on the surfaces of the formation of the ingot 19 of the annular cavity 24 of the mold. In accordance with the developed mathematical model of the process of growth of the crust of the solid phase and the stress-strain state of the crystallizing sections of the formed ring ingot, the computer selects the speed mode of rotation of the rolls 5, 6, as well as the movement and rotation of the roll 6 with respect to the roll 5. In this case, a command is given to turning on the engines 14, 28. The lower roll 6 under the action of the screw pressure mechanism through the worm gear 27 and the screw pair 26 is lowered down along the axis of rotation 16. Between the rollers 5, 6 begins to form tsya mezhvalkovyyzazor. At the same time, the cross member 4, under the action of the rotation drive through the worm gear 13, rotates relative to its longitudinal axis 8 and turns the roll 6 relative to the roll 5. At the same time, with the formation of the roll gap, nozzles 43 begin to work, which prevent overheating of the working surfaces of the annular rolling sections 20, 21 and form a secondary zone cooling the ring ingot. Under the action of centrifugal forces, the crystallized sections of the ring ingot rush into the resulting roll gap, which is also the rolling zone formed by the ring rolling sections. The size of the gap depends on the angle L of rotation of the rolls 5, 6 and varies from the minimum gap equal to h - the thickness of the rectangular billet, at L = 2 • n • n, where n = 3,14, n = 0,1,2,3. .., up to Hmax = k • h, for L = n • n, where n = 3.14, n = l, 2.3 ..., k = (1.1-3.0). Between the working surfaces of the rolls 5, 6, at an angle L from the interval 180-360 ^o , a gap reduction sector 57 is formed in which in the rolling zone the crystallized sections of the formed ingot 62 are pressed along the axis of rotation 16 until the crusts of the formed solid phase are welded together on the arc 59 and, on the arc 58 of sector 57, the formed annular ingot 62 is plastically deformed by rolling to the required width of the rectangular blank, while the cross section of the annular ingot takes a Y-shape (Fig. 5). Under the action of deformation between the annular sections of rolling 20, 21 of the rolls 5, 6, the annular ingot 62 increases in diameter and on the arc 61 in the gap increase sector 60 at L = 0-180 ^o , protrudes beyond the edges of the mold rolls 5, 6, where held by the support rollers 40, 41, 42, which define the path of the protruding portion of the ring ingot protruding from the mold 62 to the cutting device 39, ensuring a constant width of the rectangular billet. A cut-off device 39 of a roller type, located in section 58, separates a rectangular blank 45 from the protruding part of the ring ingot 62, the volume of which is equal to the increment of the diameter of the ring ingot 62 at each moment of time and is equal to the increment of the solid phase on the surfaces of the ring sections of the formation of the ingot 19 of the annular cavity 24 mold. This equality is supported by a smooth change in the frequency of rotation of the rolls 5, 6 and a change in the flow rate of the cooler through the nozzles 43. In this case, the reciprocating movement of the lower roll 6 ensures a constant minimum gap h, and the slide gate 55 controls the volume of liquid metal entering the mold cavity, not allowing it to overflow. A detachable rectangular billet 45 rushes into the discharge roller wiring 46, which transfers it to the rolling line 47.

В линии прокатки 47, проходя через чистовую группу клетей 48, прямоугольная заготовка 45 окончательно калибруется, охлаждается в линии ускоренного охлаждения 49, сматывается на моталках 50, 51, транспортируется на склад крюковым транспортером 52. In the rolling line 47, passing through the finishing group of stands 48, the rectangular blank 45 is finally calibrated, cooled in the accelerated cooling line 49, reeled up on coilers 50, 51, transported to the warehouse by a hook conveyor 52.

Пример 1. Example 1

Производили разливку стали 45, на сечение профиля заготовки - квадрат 10 мм, с последующей прокаткой в катанку диаметром 6,5 мм. Steel 45 was cast, a square of 10 mm was cut into a section of the workpiece profile, followed by rolling into a wire rod with a diameter of 6.5 mm.

Вес плавки составлял одну тонну. Диаметр кромок валков кристаллизатора Д=800 мм, ширина кольцевого участка формирования слитка 19 кольцевой полости 24 кристаллизатора - 150 мм, коэффициент k=2,5, частота вращения кристаллизатора изменялась в пределах 250-350 об/миy, скорость разливки достигала 10 м/сек, время разливки одной плавки 2, 3 мин. Температура прямоугольной заготовки на отрезном устройстве 39 не превышала 1200-1150^oС. Линия прокатки состояла из четырех клетьевой группы чистовых калибров, величина удлинения не превышала 2,5-3, температура 1050-950^o, температура смотки 750-650^oС.The weight of the heat was one ton. The diameter of the edges of the mold rolls D = 800 mm, the width of the annular section of the formation of the ingot 19 of the annular cavity 24 of the mold — 150 mm, the coefficient k = 2.5, the mold rotation speed varied within 250-350 rpm, the casting speed reached 10 m / s , casting time for one heat 2, 3 minutes The temperature of the rectangular billet on the cutting device 39 did not exceed 1200-1150 ^o C. The rolling line consisted of four stand groups of finishing calibers, the elongation did not exceed 2.5-3, temperature 1050-950 ^o , winding temperature 750-650 ^o C.

Пример 2. Example 2

Производили разливку стали 20Х13, на сечение профиля прямоугольной заготовки 11х13 мм с последующей прокаткой в катанку диаметром 8 мм. При совпадении условий разливки описанных в примере 1, k=2,1. They made casting of steel 20X13, into a section of a rectangular billet profile of 11x13 mm, followed by rolling into a wire rod with a diameter of 8 mm. If the casting conditions described in example 1 are the same, k = 2.1.

Пример 3. Example 3

Производили разливку стали Х12, на сечение профиля полосовой заготовки 10х12 мм с последующей прокаткой в катанку диаметром 7,5 мм. При совпадении условий разливки, описанных в примере 1, k=1,8. Steel X12 was cast into a section of a profile of a strip billet 10x12 mm, followed by rolling into a wire rod with a diameter of 7.5 mm. When matching the casting conditions described in example 1, k = 1.8.

Испытания по пределу текучести полученной катанки во всех случаях, указанных в примерах, показали равные величины по сравнению с образцами, полученными известным способом, а по относительному удлинению и ударной вязкости, особенно при отрицательных температурах, наблюдалось превышение на 5-10%. Tests on the yield strength of the obtained wire rod in all cases indicated in the examples showed equal values compared to samples obtained in a known manner, and an increase of 5-10% was observed in relative elongation and toughness, especially at low temperatures.

Это подтверждает то, что даже удлинением 2,5-3 удается полностью проработать центробежно-литую, предварительно уплотненную кольцевой раскаткой, структуру металла полосовой заготовки и получить требуемый диаметр катанки без избыточной деформации формоизменения. This confirms that even with an elongation of 2.5-3, it is possible to fully work out the centrifugal cast, pre-compacted by ring rolling, the metal structure of the strip billet and obtain the required diameter of the wire rod without excessive deformation of the shape change.

Таким образом, технический результат изобретения состоит в том, что за счет увеличения скорости разливки, которая в примерах достигала 10 м/сек и уменьшения сечения получаемой полосовой заготовки до квадрата 10-12 мм появилась возможность непосредственного сопряжения с линией прокатки и получения стальной катанки диаметром 6,5-8 мм, с одного литейного нагрева и без избыточных величин деформации формоизменения с высоким уровнем механических характеристик получаемой стали при общем снижении затрат на ее производство. Thus, the technical result of the invention is that by increasing the casting speed, which in the examples reached 10 m / s and reducing the cross section of the resulting strip blank to a square of 10-12 mm, it became possible to directly interface with the rolling line and obtain a steel wire rod with a diameter of 6 , 5-8 mm, from one foundry heating and without excessive values of deformation of forming with a high level of mechanical characteristics of the resulting steel with an overall reduction in the cost of its production.

Источники информации
1. A(SU) 1771870, кл. В 22 D 11/12, 1991.Sources of information
1. A (SU) 1771870, class B 22 D 11/12, 1991.

2. C(RU) 2017568, кл. B 22 D 11/00, 1990. 2. C (RU) 2017 568, cl. B 22 D 11/00, 1990.

3. А (SU) 231073, кл. В 22 D 11/04, 1966. 3. A (SU) 231073, cl. B 22 D 11/04, 1966.

Claims

1. The method of obtaining a rectangular billet, including the supply of liquid metal into the annular cavity of the mold, formed by two coaxially mounted working bodies, the formation of an annular ingot due to the rotation of the mold relative to the vertical axis and separation from the ingot of the workpiece, characterized in that the metal is poured along the axis of rotation of the mold into pre-interconnected working bodies, the formation of the ingot is carried out in the radial direction, and I squeeze the crystallized sections of the formed ingot t along the axis of rotation of the mold, welding the crusts of the resulting solid phase and simultaneously continuously rolling them to obtain the desired workpiece width by vertical movement and rotation of one of the working bodies relative to another so that the minimum gap between them is determined by the thickness of the rectangular workpiece, and the maximum follows from the dependence
Hmax = k • h,
where Нmax is the maximum clearance between the working bodies at the time of rolling, mm;
h is the thickness of the workpiece, mm;
k is an empirical coefficient, k = 1.1-3.0, depending on the rolling conditions and steel grade.

2. A device for producing a rectangular billet containing a mold with an annular cavity formed by two working bodies coaxially mounted for rotation and with the possibility of moving one of them relative to the other along the axis of rotation, characterized in that it is equipped with a mechanism for separating the billet, as well as a roller wiring, while the working body, installed with the possibility of movement along the axis of rotation, is also installed with the possibility of rotation relative to another working body, ice is made with an opening for supplying liquid metal to the annular cavity, the axis of which coincides with the axis of rotation of the mold, and the annular cavity is formed by horizontal mating of working bodies, each of which is made in the form of a cantilever roll with a concave end surface containing ring sections of the formation and rolling of the ingot .

3. The device according to claim 2, characterized in that the roller wiring is provided with at least three support rollers, each of which is mounted with the possibility of radial movement and placed in the zone of movement of the workpiece protruding beyond the mold.