RU2785053C1 - Способ получения установки для непрерывного литья и полученная этим способом установка для непрерывного литья - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к непрерывной разливке. Установка для непрерывного литья слитка содержит литейную форму (11) с кристаллизатором (12), задающим полость (13) восьмиугольного сечения, размеры которого эквивалентны размерам квадрата со стороной 130-160 мм, и удерживающее устройство (21), расположенное от выходного конца формы (11) на длину LG. Удерживающее устройство (21) содержит удерживающие блоки (22), расположенные друг за другом, каждый из которых снабжен роликами (23), для удержания части слитка, лежащими в одной плоскости по периметру слитка. Длину LC в каждом случае устанавливают равной нулю, если L≤LM+LG, равной L-(LM+LG), если L>LM+LG, или равной LC=[(π⋅Rm/2)-(LM+LG)], где LM – длина кристаллизатора, 500-1500 мм, LG – направляющая длина, занимаемая направляющими роликами, 150-800 мм, Rm – радиус кривизны линии литья, 5-25 м. При этом величину L определяют в зависимости от плотности отливаемого материала, ускорения свободного падения, модуля Юнга, длины стороны поперечного сечения слитка, скорости литья, радиуса кривизны линии литья и максимально допустимой величины деформирующей выпуклости стороны поперечного сечения слитка. Обеспечивается увеличение скорости литья при повышении качества слитка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 17 ил.

Description

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение

Предлагаемое изобретение относится к способу получения установки для непрерывного литья для производства цилиндрических (призма - разновидность цилиндра) слитков, имеющих поперечное сечение в форме многоугольника.

Кроме того, предлагаемое изобретение относится к установке для непрерывного литья, полученной этим способом.

В частности, предлагаемые способ и установка обеспечивают возможность литья цилиндрических заготовок с большей скоростью, чем известные способы и установки, результатом чего является повышение производительности установки в целом, значительное снижение или полное устранение загрязнения слитков за литейной формой.

Предпосылки создания предлагаемого изобретения

Известны установки для непрерывного литья, содержащие литейную форму и выполненные с возможностью получать слитки практически квадратного или круглого сечения. Известная установка для непрерывного литья описана, например, в документе US-A-2008/264598.

Расплавленный металл заливают в литейную форму с тем, чтобы он постепенно затвердевал с образованием твердой корки.

На выходе из литейной формы слиток имеет твердую корку, способную удерживать содержащийся под ней все еще жидкий металл. Литейная форма задает также линию литья, вдоль которой продвигается затвердевающий металлический слиток.

В известных установках сразу за литейной формой предусмотрены также устройства ограждения, обеспечивающие предотвращение вздутия корки слитка, причиной которого является ферростатическое давление, действующее со стороны жидкого металла. Это явление имеет место главным образом в случае литья слитков квадратного сечения, в которых стороны этого квадрата, если их не ограждать должным образом, склонны к выпучиванию. Эта деформация может привести к образованию трещин, которые, если они простираются до наружной поверхности, вызывают разломы корки с последующим вытеканием жидкого металла. Это нежелательное явление предотвращают с помощью узлов ограждающих роликов.

Каждый ограждающий узел снабжен ограждающими роликами, которые в процессе работы окружают по периферии некоторый участок слитка.

Между ограждающими роликами предусмотрены средства охлаждения (так называемого вторичного охлаждения) металлического слитка, например, в виде напорных сопел.

Положение ограждающих роликов относительно наружной поверхности слитка должно быть точно отрегулировано для обеспечения правильного ограждения сторон фигуры, образуемой поперечным сечением. В частности, в случае вытекания жидкого металла или деградации качества самого слитка, например, по причине внутренних или поверхностных трещин требуется регулирование положения ограждающих роликов.

Регулировку положения роликов выполняют с учетом по меньшей мере сокращения размеров слитка под действием вторичного охлаждения и недопущения избыточного сжатия слитка во избежание его деформирования и тем самым препятствования его продвижению по линии литья.

Действия по регулировке линии выравнивания ограждающих роликов являются сложными, они выполняются вручную специально обученными операторами, требуют длительного времени и связаны с большими эксплуатационными затратами.

Кроме того, обслуживание ограждающих узлов требует надлежащего резерва запасных частей, что связано с административными расходами и накладывает ограничения на работу отливочной машины, если в течение недели случается много вытеканий.

Известно также, что производство слитков круглого сечения позволяет сократить число ограждающих узлов вдоль линии литья (или даже полностью от них отказаться) по сравнению с производством слитков квадратного сечения благодаря более высокой способности круглых слитков поддерживать форму и противостоять ферростатическому давлению жидкого металла, содержащегося под затвердевающей коркой.

Известно также, что литье слитков круглого сечения позволяет обеспечить охлаждение слитка по поперечному сечению, то есть, с высокой степенью однородности, и поэтому позволяет получить слиток высокого качества.

С другой стороны, слитки круглого сечения не позволяют достичь высоких скоростей литья, так как внутренняя конусность кристаллизатора, хотя она продумана и оптимизирована, не обеспечивает совершенного контакта со слитком при всех условиях процесса, и поэтому при температурном сжатии слитка его твердая корка стремится отделиться от стенок кристаллизатора, что ухудшает равномерность теплообмена.

Скорость литья слитка круглого сечения обычно составляет от 0,2 м/мин до 2,0 м/мин.

С другой стороны, слитки квадратного сечения при той же длине ограждения, что и в случае слитков круглого сечения, позволяют достичь более высоких скоростей литья, например, до 4-5 м/мин, что означает более высокую производительность.

Скорости литья слитков квадратного сечения можно повысить, если использовать устройства ограждения надлежащей длины, которая во всяком случае будет больше, чем требуется для слитков круглого сечения. Фактически при высоких скоростях литья корка слитка на выходе его из кристаллизатора тоньше и горячее и более склонна к выпучиванию под действием ферростатического давления.

Кроме того, у слитков квадратного сечения по сравнению со слитками круглого сечения температура поверхности распределена менее равномерно.

Области ребер холоднее центральных областей граней, что может приводить к дефектам при последующей прокатке.

Цель предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании способа получения установки для непрерывного литья, которая обеспечивала бы достижение намного более высоких скоростей литья и, следовательно, более высокой производительности относительно известных решений.

Еще одной целью предлагаемого изобретения является усовершенствование способа получения установки для непрерывного литья, которая обеспечивала бы сокращение протяженности устройства ограждения или даже полностью устраняла бы необходимость в нем. Это выгодно с точки зрения сокращения числа ограждающих роликов и, следовательно, также с точки зрения действий по регулировке и выравниванию, требуемых для правильной установки положения.

Еще одна цель предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании способа получения установки для непрерывного литья, которая обеспечивала бы получение слитков более высокого качества как поверхности, так и макроструктуры.

Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание установки для непрерывного литья, которая обеспечивала бы сокращение капитальных и производственных затрат, и которая обеспечивала бы значительное сокращение вмешательства для техобслуживания и ремонта.

Еще одна цель предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании установки для непрерывного литья, которая позволяла бы достичь много более высоких скоростей литья и, следовательно, производительности по сравнению с известными решениями.

Для преодоления недостатков уровня техники и достижения указанных выше и других целей и преимуществ заявитель разработал, испытал и осуществил предлагаемое изобретение.

Краткое описание предлагаемого изобретения

Предлагаемое изобретение по сути изложено и охарактеризовано в независимых пунктах формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения приведены другие признаки предлагаемого изобретения или варианты главной изобретательской идеи.

Согласно указанным выше целям предлагаемого изобретения создан способ получения установки для непрерывного литья, через полость кристаллизатора литейной формы, слитка многоугольного поперечного сечения.

Согласно одному аспекту изобретения предлагаемый способ предусматривает определение минимальной длины устройства ограждения, имеющего ролики, расположенные за литейной формой, и выполненного с возможностью препятствовать деформированию слитка. Минимальная длина ограждения зависит по меньшей мере от размера стороны многоугольника поперечного сечения слитка, от максимально допустимой величины деформирующей выпуклости стороны этого многоугольника за пределами литейной формы и от скорости литья.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения предусмотрен также случай, когда длина ограждения равна нулю и нет необходимости ограждать слиток за литейной формой с помощью устройства ограждения.

Предлагаемое изобретение предоставляет информацию о нужности или ненужности ограждения поперечного сечения слитка для недопущения выпучивания, ведущего к прорыву корки, прежде всего, на высоких скоростях литья. При надлежащем контроле деформирующей выпуклости стороны многоугольника поперечного сечения слитка по размерам сторон этого многоугольника и скорости литья можно на практике определить, требуется ли ограждение слитка и, если требуется, определить его минимально необходимую длину.

Благодаря сокращению длины ограждения или полному его устранению можно упростить механическую конструкцию самих устройств ограждения и/или облегчить их обслуживание и/или регулировку, например, выравнивание роликов со значительным сокращением временных и экономических затрат.

Возможны варианты, в которых поперечное сечение литейной полости является восьмиугольным.

Заявитель экспериментально установил, что при литье слитков восьмиугольного сечения можно увеличить крепящую способность твердой структуры слитка даже при довольно малой толщине корки и таким образом достичь скоростей литья более высоких, чем в известных решениях.

При некоторых сочетаниях скорости литья и размера стороны восьмиугольника можно обойтись полностью без устройства ограждения.

Предлагаемое изобретение относится также к установке непрерывного литья, содержащей в своем составе литейную форму, оснащенную кристаллизатором, имеющим литейную полость с многоугольным поперечным сечением. От выходного конца литейной формы на заданной длине предусмотрено устройство ограждения, при этом длина ограждения рассчитана способом, описанным выше.

Согласно одному аспекту изобретения предлагаемая установка содержит устройство ограждения, оснащенное ограждающими роликами, выполненными с возможностью не допускать деформации слитка за пределами литейной формы, при этом упомянутое устройство ограждения имеет минимальную длину, строго необходимую для недопущения избыточного выпучивания сторон многоугольника поперечного сечения слитка.

Кроме того, устройство ограждения простирается от нижнего конца литейной формы на минимальную длину ограждения, величина которой зависит по меньшей мере от размера стороны многоугольника поперечного сечения слитка, от максимально допустимой величины деформирующей выпуклости стороны этого многоугольника за пределами литейной формы и от скорости литья.

Краткое описание прилагаемых графических материалов

Эти и другие признаки предлагаемого изобретения станут понятны из последующего подробного описания некоторых не ограничивающих, а иллюстративных вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые графические материалы (чертежи).

На фиг. 1 схематично на виде сбоку изображена предлагаемая установка для непрерывного литья, получаемая предлагаемым способом.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение установки, изображенной на фиг. 1, по секущей плоскости II-II.

На фиг. 3 представлен вариант фиг. 2.

На фиг. 4 представлен еще один вариант фиг. 2.

На фиг. 5 изображено поперечное сечение установки, изображенной на фиг. 1, по секущей плоскости V-V согласно одному из возможных решений.

На фиг. 6 представлен вариант фиг. 5.

На фиг. 7 представлен еще один вариант фиг. 5.

На фиг. 8 изображено поперечное сечение установки, изображенной на фиг. 1, по секущей плоскости VIII-VIII.

На фиг. 9 схематично изображены многоугольники поперечных сечений, с которыми может осуществляться литье слитков предлагаемым способом и с помощью предлагаемой установки с теми же размерами поперечного сечения.

На фиг. 10 схематично проиллюстрировано развитие деформирующей выпуклости одной стороны многоугольника.

На фиг. 11 схематично изображена линия литья.

На фиг. 12, фиг. 13, фиг. 14 и фиг. 15 изображены графики для определения длины ограждения слитка.

На фиг. 16 графически проиллюстрирована корреляция длины ограждения, размера стороны многоугольника и скорости литья.

На фиг. 17 схематично проиллюстрировано возможное применение предлагаемого изобретения.

Для облегчения понимания для идентичных общих элементов на разных чертежах, где возможно использованы идентичные ссылочные обозначения. Должно быть понятно, что признаки одного варианта осуществления предлагаемого изобретения могут быть введены в другие варианты без дополнительных пояснений.

Подробное описание некоторых вариантов осуществления предлагаемого изобретения

Предлагаемое изобретение относится к способу получения установки 10 для непрерывного литья, обеспечивающей возможность производить слиток Р.

Возможны решения, когда установка 10 обеспечивает высокую производительность, например, больше 50 т/час.

Предлагаемая установка 10 имеет в своем составе литейную форму 11, оснащенную кристаллизатором 12, выполненным с возможностью отверждать вводимый в него жидкий металл.

Литейная форма 11 задает линию литья Z, вдоль которой проходит затвердевающий слиток Р.

Кристаллизатор 12 имеет литейную полость 13 с поперечным сечением, в виде многоугольника с заданным числом сторон больше трех.

Поперечное сечение литейной полости 13 по существу задает форму поперечного сечения слитка Р.

Предпочтительно решение, когда число сторон многоугольника поперечного сечения является четным, то есть, кратно двум.

Еще более предпочтительно решение, когда число сторон многоугольника поперечного сечения равно четырем или кратно четырем.

В последующем описании и на чертежах в основном рассматривается восьмиугольное поперечное сечение, но те же соображения применимы к поперечному сечению в виде многоугольника с другим числом сторон.

Примеры поперечных сечений S1, S2, S3, S4, S5, S6 и S7, которые можно придать слитку Р с помощью установки 10, приведены на фиг. 9. В этих примерах может быть соблюдена форма многоугольника, например, квадрата (S1), шестиугольника (S2), восьмиугольника (S3), десятиугольника (S4), двенадцатиугольника (S5) и т.д., который может быть как правильным (от S1 до S5), так и неправильным (S6 и S7).

Возможны варианты, в которых поперечное сечение S3 слитка Р является правильным восьмиугольником, все стороны которого, задающие стенки кристаллизатора, равны между собой и имеют длину W, и углы (α) между смежными сторонами тоже равны между собой и составляют 135°.

Возможны другие варианты, в которых поперечное сечение S6, S7 слитка Р является восьмиугольником, стороны которого, задающие стенки кристаллизатора, разнятся по длине, причем разница по длине между стороной большей длины (W_L) и стороной меньшей длины (W_S) составляет от 5% до 20%, предпочтительно - от 5% до 10%.

Поэтому в этих вариантах с поперечными сечениями S6, S7 восьмиугольное поперечное сечение кристаллизатора может иметь шесть попарно расположенных друг напротив друга сторон меньшей длины W_S и две расположенных друг напротив друга стороны большей длины W_L, причем все углы (α) между смежными сторонами равны между собой и составляют 135° для соблюдения симметрии поперечного сечения относительно соответствующих осей.

Кроме того, возможны варианты, в которых поперечное сечение слитка имеет стороны одинаковой длины (W), расположенные таким образом, что не все углы между смежными сторонами равны между собой, причем равны между собой попарно углы, расположенные друг напротив друга, и углы составляют величины от приблизительно 125° до приблизительно 145°, предпочтительно - от приблизительно 130° до приблизительно 140°.

Поперечное сечение S7 слитка Р повернуто относительно поперечного сечения S6 на 90°, следовательно, слитки Р с такими поперечными сечениями будут иметь разные нижние и верхние стороны.

Кристаллизатор 12 имеет стенки 14, соединенные друг с другом для получения литейной полости 13.

Стенки 14, задаваемые сторонами многоугольника поперечного сечения, имеет каждая ширину W, практически одинаковую для всех стенок.

С целью обеспечить равномерное охлаждение слитка Р стенки 14 могут иметь одинаковую толщину.

Стенки 14 соединяются по ребрам 15.

Ребра 15 могут быть скруглены или скошены.

Возможны варианты (см. фиг. 2), в которых стенки 14 представляют собой отдельные элементы, соединенные по ребрам 15 с помощью соединительных средств, например, снабженных резьбой.

Возможны варианты (см. фиг. 3 и фиг. 4), в которых стенки 14 выполнены как одно целое, то есть, составляют монолитное тело.

Кристаллизатор 12 снабжен средствами охлаждения 16, выполненными с возможностью охлаждать расплавленный металл, находящийся в контакте со стенками 14.

В варианте, проиллюстрированном на фиг. 2, средства охлаждения 16 включают наружную рубашку охлаждения 29, охватывающую кристаллизатор 12. Между наружной рубашкой охлаждения 29 и кристаллизатором 12 предусмотрено пространство 30, которое окружает кристаллизатор 12 и в котором при работе установки циркулирует охлаждающая среда.

Возможны решения, когда средства охлаждения 16 (см. фиг. 3 и фиг. 4) имеют охлаждающие каналы 17, которые связаны с кристаллизатором 12 и в которых циркулирует охлаждающая среда.

В частности, в варианте, проиллюстрированном на фиг. 3, кристаллизатор 12 снабжен встроенными в его толщу охлаждающими каналами 17, проходящими параллельно продольному простиранию литейной формы 11.

В другом варианте, проиллюстрированном на фиг. 4, кристаллизатор 12 снабжен выполненными на его наружной поверхности канавками 19, которые открыты вовне и проходят параллельно продольному простиранию самого кристаллизатора 12.

Возможно решение (см. фиг. 4), когда поверхность, которая при работе установки является наружной, снабжена покровным слоем 18, закрывающим канавки 19 извне с образованием охлаждающих каналов 17. Покровный слой 18 может быть выполнен из пучков волокон, например, угольных волокон, образующих обертку вокруг оси линии литья Z и пропитанных полимерным связующим.

В других решениях канавки 19 могут быть закрыты для получения охлаждающих каналов 17, о которых сказано выше, в соответствии с вариантами, описанными в документе WO-A-2014/207729, выданном на имя заявителя.

Возможно решение, когда средства охлаждения 16 содержат органы подачи и сброса (не показаны) и выполнены с возможностью осуществлять циркуляцию охлаждающей среды по охлаждающим каналам 17.

Кристаллизатор 12 имеет длину LM, определенную вдоль линии литья Z. Длина LM кристаллизатора может составлять от 500 мм до 1500 мм, предпочтительно - от 780 мм до 1000 мм.

Согласно одному аспекту осуществления предлагаемого изобретения установка 10 имеет в своем составе установленное за литейной формой 11 устройство ограждения 21, выполненное с возможностью сдерживать на выходе из литейной формы 11 деформирование поверхностей слитка Р вовне.

Устройство ограждения 21 может быть оснащено узлами ограждения 22, которые расположены один за другим, и каждый из которых предназначен для ограждения некоторого участка слитка Р.

Узлы ограждения 22 расположены вдоль линии литья Z на расстоянии друг от друга с заданным шагом "S".

Шаг S может быть одинаковым вдоль линии литья Z.

Возможны варианты, в которых шаг S последовательно увеличивается вдоль линии литья Z по пути продвижения слитка, по мере того как под действием вторичного охлаждения растет толщина твердой корки, в силу чего повышается ее сопротивление ферростатическому давлению.

Возможны решения, когда ограждающие ролики 23 соседних узлов ограждения 22 отстоят друг от друга вдоль линии литья Z на шаг, превышающий диаметр ограждающих роликов 23 в количество раз от 1,05 до 5.

Каждый узел ограждения 22 оснащен ограждающими роликами 23, которые расположены в одной и той же плоскости и в процессе работы установки 10 окружают слиток Р по периметру.

Первое решение (см. фиг. 5) предусматривает, что каждый узел ограждения 22 содержит число ограждающих роликов 23, равное числу сторон многоугольника поперечного сечения слитка Р, и при этом соответствующий ограждающий ролик 23 связан с каждой стороной этого многоугольника.

Одним из вариантов (см. фиг. 6) предусмотрено, что каждый узел ограждения 22 содержит число ограждающих роликов 23, равное числу сторон многоугольника поперечного сечения слитка Р, при этом каждый ограждающий ролик 23 связан с соответствующей вершиной многоугольника. В этом случае, следовательно, каждому ограждающему ролику 23 придана соответствующая форма, обеспечивающая возможность опираться на две смежные стороны многоугольника поперечного сечения слитка Р.

Другим вариантом (см. фиг. 7 и фиг. 8) предусмотрено, что каждый узел ограждения 22 содержит число ограждающих роликов 23, равное половине числа сторон многоугольника поперечного сечения слитка Р, и эти ролики расположены попарно друг напротив друга и при работе установки находятся в контакте с соответствующими сторонами многоугольника.

Узел ограждения 22, примыкающий к данному и следующий за ним, имеет то же самое число роликов, что и предшествующий узел, но повернут относительно его таким образом, что его пары роликов находятся в контакте с остальными сторонами многоугольника.

Например, в восьмиугольном поперечном сечении, изображенном на фиг. 7, в одной паре ограждающие ролики 23 расположены на нижней и на верхней стороне слитка Р или линии литья Z. Другая пара ограждающих роликов 23 повернута на 90° относительно первой пары, и ее ограждающие ролики 23 находятся в контакте с боковыми сторонами слитка.

Ограждающие ролики 23 первого узла ограждения 22 находятся в контакте с четырьмя из восьми сторон поперечного сечения слитка Р (см. фиг. 7). На фиг. 8 изображен узел ограждения 22, примыкающий к первому узлу ограждения 22 и следующий сразу за ним. Этот узел тоже имеет четыре ролика, и он повернут относительно первого узла на 45°, создавая ограждение для других четырех сторон восьмиугольника поперечного сечения.

Возможно решение, когда устройства ограждения 21 содержат по меньшей мере одну опорную раму 24, выполненную с возможностью обеспечивать опору для всех узлов ограждения 22.

Опорная рама 24 позволяет точно задать расположение каждого из узлов ограждения 22 друг относительно друга.

Опорная рама 24 может быть установлена в фиксированном положении, то есть, она не шатается вместе с литейной формой 11.

Возможны варианты, в которых литейная форма 11 содержит направляющие или опорные ролики 25, которые расположены на выходном конце кристаллизатора 12 и являются неотъемлемой частью литейной формы 11.

Опорные ролики 25 направляют выход слитка Р и выполняют функцию его центровки в кристаллизаторе 12, так чтобы все грани слитка Р находились в контакте с соответствующими внутренними поверхностями кристаллизатора 12, и чтобы, таким образом, теплообмен был равномерным на всех поверхностях.

Возможны варианты, в которых опорные ролики 25 соединены с литейной формой 11 совершая движения заодно с нею.

Для этого опорные ролики 25 могут быть установлены на общем опорном элементе 26, прикрепленном к литейной форме 11.

Возможны решения, когда опорные ролики 25 сгруппированы по меньшей мере в одну группу. В варианте, проиллюстрированном на фиг. 1, они сгруппированы в две группы, находящиеся на расстоянии друг от друга по оси литья Z. При работе установки каждая группа опорных роликов 25 по меньшей мере частично окружает поперечное сечение слитка Р.

Опорные ролики 25 каждой группы расположены в одной и той же плоскости параллельно поперечному сечению слитка Р.

Опорные ролики 25 установлены сразу за выходом кристаллизатора 12.

Возможны варианты, в которых литейная форма 11 снабжена четверками опорных роликов 25 числом от одной до трех, предпочтительно - двумя.

Схема расположения опорных роликов 25 может быть похожа на схему расположения ограждающих роликов 23, некоторые примеры которой представлены на чертежах с фиг. 5 по фиг. 8.

Возможны решения, когда опорные ролики 25 установлены на продольном участке линии литья Z, имеющем направляющую длину LG.

Направляющая длина LG может составлять от 150 мм до 800 мм, предпочтительно - от 200 мм до 500 мм.

Возможны такие варианты осуществления изобретения, в которых устройство ограждения 21 простирается на длину ограждения LC, определяемую в каждом случае как функция по меньшей мере длины W стороны многоугольника поперечного сечения литейной полости 13, максимально допустимой величины деформирующей выпуклости F стороны этого многоугольника в процессе литья и скорости литья Vc.

Предлагаемый способ предусматривает определение минимальной длины LC устройства ограждения 21, снабженного роликами. Термин «минимальная длина ограждения» следует понимать также в том смысле, что при некотором наборе условий работы предлагаемый способ может указать на отсутствие необходимости в устройстве ограждения, если длина ограждения LC равна нулю. Заявитель экспериментально доказал, что в зависимости от размеров стороны многоугольника поперечного сечения слитка можно определить минимальную длину ограждения LC, при которой обеспечено недопущение выпучивания или, хуже того, разрыва корки слитка Р.

Таким образом можно сократить число требуемых узлов ограждения 22, то есть, число ограждающих роликов 23, что влечет за собой сокращение требуемых для них операций регулирования / выравнивания.

В некоторых вариантах длину LC устройства ограждения 21 определяют от выходного конца опорных роликов 25 до выходного конца устройства ограждения 21.

Согласно одному аспекту изобретения длина ограждения LC коррелирует с максимально допустимой величиной деформирующей выпуклости F каждой стороны многоугольника поперечного сечения слитка, то есть, с максимально допустимой деформацией и эффектом выпучивания.

Деформирующая выпуклость может быть выражена в абсолютном значении и в этом случае обозначается буквой "F" и измеряется в миллиметрах (мм), или же она может выражаться в относительной величине (или в процентах) по отношению к длине W стороны многоугольника и в этом случае обозначается буквой "f" (f=F/W) и является безразмерной величиной.

Возможно решение, когда величина "f" составляет от 0,2% до 5%, предпочтительно - от 0,2% до 3%, более предпочтительно - от 0,3% до 1,5% от длины W стороны многоугольника.

Возможно решение, когда длина LC определяется как функция скорости литья Vc слитка Р.

Возможны варианты, в которых скорость литья Vc больше 6 м/мин, предпочтительно- больше 6,5 м/мин. Таких скоростей можно достичь, например, в случае восьмиугольного поперечного сечения, эквивалентного по размерам квадратному поперечному сечению с длиной стороны от 130 мм до 160 мм.

Такая скорость литья Vc позволяет достичь высокой производительности сталелитейного цеха, в котором работает установка 10.

Возможны также варианты с очень низкой скоростью литья Vc, например, меньше 1 м/мин или даже 0,5 м/мин при производстве специальных сортов стали, требующих высокого качества, или же в случае многоугольных поперечных сечений больших размеров, соответствующих, например, эквивалентным квадратным поперечным сечениям со стороной до 750 мм.

Возможны также решения, когда длину LC определяют как функцию геометрических параметров установки 10.

В некоторых вариантах длину LC определяют по меньшей мере в зависимости от радиуса Rm машины (см. фиг. 1), то есть, радиуса кривизны линии литья Z.

Радиус Rm машины может составлять от 5 м до 25 м, предпочтительно -от 7 м до 20 м, более предпочтительно - от 7 м до 18 м.

Возможны также варианты, в которых длину LC определяют в зависимости от типа материала слитка. Длина LC устройства ограждения 21 может коррелировать, например, по меньшей мере с одним из следующих параметров материала слитка: модуль упругости при растяжении (он же модуль Юнга), толщина твердой корки и плотность р.

Модуль Юнга является величиной переменной по продольному простиранию слитка Р, он зависит от температуры последнего по меньшей мере на протяжении длины LC.

Модуль Юнга на протяжении длины LC может иметь медианное значение, например, от приблизительно 50 МПа до приблизительно 60 МПа.

Толщина твердой корки со временем увеличивается пропорционально постоянной затвердевания K, которую можно определить из литературы и величина которой изменяется в зависимости от размеров и типа слитка Р и поэтому зависит от осуществляемого процесса литья.

Постоянная затвердевания К может иметь величину, например, от 3*10^-3 до 5*10^-3 м/с^0,5, предпочтительно - от 3,2*10^-3 до 4,1*10^-3 м/с^0,5.

Плотность ρ материала, если речь идет о сталелитейном производстве, может составлять величину приблизительно 7750 кг/м³.

Возможны варианты, в которых длина LC

- равна нулю, если L≤LM+LG,

- равна L-(LM+LG), если L>LM+LG, где

LM - длина кристаллизатора 12,

LG - направляющая длина, на которой расположены опорные ролики 25,

L определено таким образом, чтобы удовлетворялось следующее уравнение:

ρ - плотность отливаемого материала,

g - ускорение свободного падения,

Е - модуль Юнга,

K - постоянная затвердевания,

W - длина стороны многоугольника поперечного сечения слитка,

Vc - скорость литья,

Rm - радиус кривизы линии литья Z,

f - максимально допустимая величина деформирующей выпуклости стороны многоугольника поперечного сечения слитка, выраженная в процентах от длины W этой стороны.

Уравнение 1 составлено из тех соображений, что корка слитка Р на выходе из устройства ограждения 21 должна иметь такую толщину, чтобы под действием гидравлического напора жидкого металла стороны многоугольника поперечного сечения слитка не деформировались больше, чем на заданное значение "f".

Поведение стороны многоугольника поперечного сечения слитка Р близко к поведению балки, закрепленной на концах и подвергаемой действию равномерно распределенной нагрузки, которая представлена ферростатическим давлением, как проиллюстрировано на фиг. 10. Поперечное сечение этой балки имеет форму прямоугольника с короткой стороной "b" и длинной стороной "h". Последняя представляет толщину твердой корки в плоскости изгибания балки.

Выпуклость "f" можно найти по формуле

, где

- р - распределенная нагрузка, которая действует на корку слитка Р на выходе из устройства ограждения 21 и которую можно найти по формуле р=ρ⋅q⋅Н где H (см. фиг. 11) - высота гидравлического напора жидкого металла, действующего на корку слитка Р на выходе из устройства ограждения 21; величину Н можно определить также как Н=Rm⋅sin(θ)=Rm⋅sin(L/Rm),

- I - квадратичный поверхностный момент неподатливого поперечного сечения, определяемый по формуле

, где h - толщина твердой корки, которую можно найти также по эмпирической формуле

Уравнение 1 в общем виде всегда допускает нулевое решение, а также другие возможные решения.

Получаемый решением Уравнения 1 результат для целей предлагаемого изобретения считается первым полезным решением для величины L, отличающейся от нуля, или же, если другие решения не имеют смысла, величину L следует считать равной нулю.

Когда L равно нулю, это значит, что нет необходимости в устройстве ограждения 21.

Если

то принимают, что

Уравнение 1 для определения L задано разностью двух функций, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах с фиг. 12 по фиг. 15, и из которых первая- это экспоненциальная функция (F1) L^1,5, а вторая-синусоидальная функция (F2)

На прилагаемых чертежах с фиг. 12 по фиг. 15 проиллюстрированы примеры определения величины длины L.

В первом примере, который проиллюстрирован на фиг. 12, предполагается, что ρ=7750 кг/м³, Е=54,8 МПа, K=3,68*10^-3 м/с^0,5, W=0,059 м, f=1%, Rm=9 м и Vc=3 м/мин. На фиг. 12 видно, что кривая «Уравнение 1», полученная как разность двух функций F1 и F2, не пересекается с осью X и поэтому предполагается, что L равно нулю.

Во втором примере, который проиллюстрирован на фиг. 13, предполагается, что ρ=7750 кг/м³, Е=54,8 МПа, K=3,68*10^-3 м/с^0,5, W=0,059 м, f=1%, Rm=9 м и Vc=6 м/мин. Из фиг. 13 можно определить, что L равно приблизительно 0,004 м, то есть, длина ограждения LC=0.

В третьем примере, который проиллюстрирован на фиг. 14, предполагается, что ρ=7750 кг/м³, Е=54,8 МПа, K=3,68*10^-3 м/с^0,5, W=0,5 м, f=1%, Rm=9 м и Vc=6 м/мин. Из фиг. 14 можно определить, что L равно приблизительно 25 м, то есть, ограждение длиной LC простирается на всем протяжении линии литья, так как кривая «Уравнение 1» пересекает ось X в этой точке.

В четвертом примере, который проиллюстрирован на фиг. 15, предполагается, что ρ=7750 кг/м³, Е=54,8 МПа, K=3,68*10^-3 м/с^0,5, W=0,6 м, f=1%, Rm=9 м и Vc=9 м/мин. По тому же принципу из фиг. 15 можно определить, что L равно приблизительно 27 м, то есть, ограждение длиной LC простирается на всем протяжении линии литья. Следует заметить, что принимается во внимание первая точка пересечения с осью X при L>0, хотя кривая «Уравнение 1» пересекает ось X несколько раз.

На фиг. 16 изображено семейство кривых, иллюстрирующих зависимость минимальной длины ограждения LC от скорости литья Vc, а именно, при скоростях литья 3 м/с, 6 м/с и 9 м/с, а также от длины W стороны многоугольника поперечного сечения слитка.

Кривые на фиг. 16 построены при следующих значениях параметров: ρ=7750 кг/м³, Е=54,8 МПа, f=1%, Rm=16 м, температура стали приблизительно 1073 K, LC=0,9 м, LG=0,35 м.

На основе параметров, которые можно определить с помощью информации, относящейся к предлагаемому изобретению, в соответствии с требованиями, предъявляемыми, например, к производительности, типу слитка, максимальной приемлемой длине ограждения, специалист соответствующего профиля в каждом случае может рассчитать конструктивные параметры установки, которую надо создать.

Специалист соответствующего профиля сможет, например, рассчитать максимальную скорость литья, которую можно допустить без ограждения для разных геометрических форм поперечного сечения слитка, - см., например, примеры поперечных сечений S1, S2, S3, S4, S5, S6 и S7, которые можно видеть на фиг. 9. Или же, исходя из желаемой производительности, с помощью предлагаемого изобретения можно найти такое сочетание формы многоугольника, размеров слитка и скорости литья, которое устраняло бы необходимость в ограждении или сводило его длину LC к минимуму.

В другом варианте осуществления предлагаемого изобретения в составе установки 10 имеется по меньшей мере один направляющий узел 27, в данном случае- два направляющих узла 27, установленные за устройством ограждения 21 и выполненные с возможностью направлять слиток Р по оси литья Z.

Возможно решение, когда каждый направляющий узел 27 содержит по меньшей мере, только в данном конкретном случае, пару направляющих роликов 28, расположенных на нижней и верхней сторонах слитка Р.

Направляющие узлы 27 установлены в фиксированном положении и выполнены с возможностью направлять слиток Р за устройством ограждения 21 по оси литья Z.

Предлагаемая установка снабжена также охлаждающими элементами (не показаны), которые установлены за литейной формой 11 и выполнены с возможностью охлаждать сдиток Р. Эти охлаждающие элементы могут быть оснащены напорными соплами, расположенными между опорными роликами 25, ограждающими роликами 23 и направляющими роликами 28 и выполнены с возможностью подачи жидкости для охлаждения слитка Р.

Описанная здесь установка 10 может быть установлена в сталелитейном цехе, в котором линия литья питает непосредственно прокатную линию, например, в непрерывном режиме, с обеспечением преимущества, состоящего в сокращении или полном устранении потребности в промежуточном нагреве благодаря более высокой скорости литья и, следовательно, более высокой температуре слитка.

Возможны варианты (см. фиг. 17), в которых описанная выше установка 10 может быть также включена в состав производственного объекта 100, оснащенного несколькими линиями литья для производства цилиндрических слитков или блюмных заготовок.

Производственный объект 100 может иметь в своем составе первую прокатную линию 101, которая расположена непосредственно в линии с первой линией литья и выполнена с возможностью прокатывать отлитый слиток, например, в непрерывном режиме (совмещенный прокат).

Производственный объект может иметь в своем составе также другие линии литья, параллельные первой линии литья, которые питают вторую прокатную линию 103 в режиме прямой жидкой завалки с помощью обычной передаточной плиты 102, расположенной за линией литья.

С целью быстрого нагрева цилиндрических слитков или блюмных заготовок непосредственно перед первой прокатной линией 101 и/или второй прокатной линией 103 может быть установлено нагревательное устройство 104.

Должно быть понятно, что установка 10 может быть модифицирована или дополнена составными частями без выхода за пределы объема изобретения.

Должно быть понятно также, что хотя изобретение описано на некоторых конкретных вариантах его осуществления, специалист соответствующего профиля определенно сможет создать много других эквивалентных вариантов предлагаемых способа и установки 10, имеющих признаки, приведенные в формуле изобретения, и следовательно, попадающих в объем правовой охраны.

Claims (21)

1. Способ определения длины удерживающего устройства установки непрерывного литья слитка, обеспечивающей литье через литейную полость (13) кристаллизатора (12) литейной формы (11) слитка (Р) восьмиугольного поперечного сечения, размеры которого эквивалентны размерам поперечного сечения в виде квадрата со стороной от 130 до 160 мм, и сдерживание деформирования слитка (Р) посредством удерживающего устройства (21) длиной (LC), расположенного за литейной формой (11), содержащего совокупность удерживающих блоков (22), расположенных друг за другом, каждый из которых снабжен удерживающими роликами (23), выполненными с возможностью удерживания части слитка (Р), лежащими в одной плоскости по периметру слитка (Р), литейная форма (11) которой содержит совокупность направляющих роликов (25), расположенных на выходном конце кристаллизатора (12) по направляющей длине (LG), составляющей от 150 до 800 мм вдоль линии (Z) литья, в котором минимальную упомянутую длину (LC) удерживающего устройства в каждом случае устанавливают

- равной нулю, если L≤LM+LG,

где LM – длина кристаллизатора, составляющая 500-1500 мм;

LG – направляющая длина, занимаемая направляющими роликами, составляющая 150-800 мм;

L – длина (м), определяемая из следующего уравнения:

где ρ – плотность отливаемого материала, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Е – модуль Юнга, МПа;

K – постоянная затвердевания, м/с^0,5;

W – длина стороны восьмиугольника поперечного сечения слитка, мм;

Vc – скорость литья, составляющая более 6 м/мин, предпочтительно более 6,5 м/мин;

Rm – радиус кривизны линии литья, составляющий 5-25 м;

f – максимально допустимая величина деформирующей выпуклости стороны восьмиугольника поперечного сечения слитка, выраженная в процентах от длины стороны этого восьмиугольника, %;

- равной L-(LM+LG), если L>LM+LG,

а при условии

длину LС принимают равной

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутая максимально допустимая величина деформирующей выпуклости (f) стороны восьмиугольника поперечного сечения слитка составляет от 0,2 до 5%, предпочтительно от 0,2 до 3%, более предпочтительно от 0,3 до 1,5% от длины (W) стороны восьмиугольника поперечного сечения слитка.

3. Установка для непрерывного литья, содержащая литейную форму (11), имеющую кристаллизатор (12), задающий литейную полость (13) восьмиугольного поперечного сечения, и удерживающее устройство (21), расположенное от выходного конца литейной формы (11) на длину (LG), определенную способом по п. 1 или 2.

Images