Кристаллизатор для непрерывной разливки плоских стальных слитков
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к кристаллизаторам для непрерывной отливки стальных слитков, имеющих толщину в диапазоне от 50 до 120 мм. Кристаллизатор содержит внутреннюю часть, представляющую собой две большие контактные поверхности, при этом каждая из них имеет в горизонтальном поперечном сечении вогнутую или прямолинейную центральную зону, симметричную одна по отношению к другой, примыкающую боковыми сторонами к узким контактным поверхностям за пределами всей ширины вогнуто-выпуклых поверхностей, параллельных противоположным участкам больших контактных поверхностей, за исключением, возможно, прямолинейной центральной части. Радиусы вогнутой поверхности и выпуклой поверхности имеют общее отношение в диапазоне от 0,6 до 1,4, причем радиусы этих поверхностей предпочтительно являются одинаковыми в каждом горизонтальном поперечном сечении кристаллизатора и увеличиваются книзу, тогда как глубина вогнутой поверхности уменьшается книзу, необязательно являясь постоянной, но предпочтительно постоянно уменьшается вдоль всей длины кристаллизатора при конечной глубине 5 мм у зоны выпускного отверстия. Использование изобретения обеспечивает улучшение качества поверхности слитка за счет равномерного его охлаждения. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к кристаллизатору с улучшенными контактными свойствами для непрерывной разливки стальных плоских слитков с толщиной в диапазоне 50-120 мм, предназначенных в частности для прокатки тонкой полосы, толщиной даже менее 1 мм.
В патенте ФРГ 887990 описан водоохлаждаемый кристаллизатор для непрерывной разливки металлических плоских слитков, который в верхней зоне впускного отверстия имеет в основном форму воронки с расширением в центральной части, там где находится отверстие погруженного сопла, постепенно сужающейся книзу вдоль кристаллизатора, достигая непосредственно перед действительным выпускным отверстием, ширины, равной по величине толщине слитка, выходящего из кристаллизатора. В Европейском патенте 0149734, описан кристаллизатор, в котором с целью предотвращения кристаллизации, локализованной в зоне, близкой к узким контактным поверхностям, к которым примыкают более широкие стороны, получается кристаллизатор, сужающийся в направлении меньших сторон, имеющих воронкообразную форму с расположенными под углом стенками, что приводит вследствие этого (что, однако, не подтверждено на практике экспериментами) к закупориванию потока расплава. Эта проблема была решена за счет того, что на стороне воронкообразной литейной зоны стенки более широких сторон выполнены плоскими и параллельными друг другу. Однако у этого типа кристаллизатора очень легко возникают проблемы, связанные с образованием турбулентности в зонах с параллельными стенками, боковыми по отношению к центральной вогнутой поверхности, приводящие к сокращению необходимого слива обратных потоков, вызываемых направленными кверху потоками расплавленного металла из погруженного сопла. Последствия этого эффекта являются негативными для качества поверхности готовой продукции и особенно для сверхтонкого проката из-за попадающих в сталь порошкообразных веществ. Из заявки на патент DE-A-4031691 известен кристаллизатор для тонких слитков, имеющий центральную полость или выгнутую поверхность двух противолежащих профилированных пластин, которые представлены как первая секция, начиная от зоны впускного отверстия кристаллизатора, являющаяся практически вертикальной, приблизительно, до половины высоты, и имеющая затем криволинейный профиль в концевой зоне выпускного отверстия кристаллизатора, с радиусом кривизны внутренней или внутренней вогнутой поверхности пластины, который равен радиусу кривизны наружной или наружной выпуклой поверхности пластины, уменьшаемой в соответствии с толщиной тонкого плоского слитка. Было установлено, что кристаллизатор с пластинами, имеющими форму с такими конструктивными особенностями, не решает проблемы возможного отделения заготовки в процессе разливки от стенок на участках с резким изменением кривизны, хотя он и имеет некоторые преимущества по отношению к предшествующим конструкциям кристаллизаторов, особенно в том, что касается равномерности охлаждения. При продольном переломе (кривой) это приводит к тому, что не только получается неравномерное охлаждение, но также могут появляться как сжимающие, так и растягивающие локальные механические напряжения на вогнутых и выпуклых внутренних поверхностях, с возможностью появления трещин или разрушений поверхностного слоя в зонах с наиболее высокими напряжениями, вплоть до возникновения так называемого "прорыва расплава". Для того чтобы исключить эти недостатки, в патенте Италии 1265065, полученном авторами настоящей заявки, предложена модификация продольного профиля кристаллизатора так, чтобы вертикальный участок двух профилированных пластин был составлен из нескольких кривых линий, соединенных друг с другом и имеющих в направлении вверх радиусы кривизны, увеличивающиеся почти до бесконечности, с касательной, вертикальной у впускного отверстия. Нерешенные проблемы турбулентности у менисков далее были рассмотрены в заявке на патент 96А002336 заявителями настоящего изобретения, в которой предложены оптимальные параметры, в условиях высокой скорости литья, в виде отношения площади, заключенной между погруженным соплом и большими контактными поверхностями кристаллизатора к остальным участкам площади того же поперечного сечения, а также между погруженным соплом и меньшими сторонами, и соответствующие параметры, определяющие упомянутые площади, в попытке улучшить таким образом поведение расплава у мениска без видоизменения профиля пластин в горизонтальном поперечном сечении. Другие кристаллизаторы для непрерывной разливки известны, например, из заявок на патент ЕР-А-0658387 и DE-C-4403045, причем в первой заявке кристаллизатор с более широкими контактными поверхностями в форме дуги окружности имеет выпуклую поверхность в поперечном сечении, а во второй заявке кристаллизатор имеет постоянную вогнутую поверхность, но ни один из них не имеет оптимального контакта с поверхностным слоем сляба. То же можно сказать об опубликованной заявке на патент Японии 51-112730, где предложен кристаллизатор с большими противолежащими контактными поверхностями, имеющими кривизну соответственно вогнутого или выпуклого профиля, симметричного относительно двух ортогональных центральных осей и соединенных на своих концах с прямолинейным профилем. Кроме того, в заявке ЕР-А-0611619 описан кристаллизатор для непрерывной разливки с центральной полостью, имеющей вогнуто-выпуклую форму, в которой отношение между радиусом выпуклости и радиусом вогнутости должно составлять от 1,5 до 3,0. Глубина полости уменьшается в направлении выпускного отверстия кристаллизатора, но радиус центральной полости не увеличивается постоянно в направлении выпускного отверстия кристаллизатора, являясь постоянным для части конечного участка. Этот недостаток непрерывного изменения радиуса и тот факт, что боковые секции обоих больших контактных поверхностей параллельны (поэтому не являются изогнутыми) увеличивают некоторую разрывность в направлении поверхностного слоя сляба, тогда как контакт с пластинами кристаллизатора сохраняется. Поэтому целью настоящего изобретения является создание кристаллизатора, обеспечивающего непрерывный контакт с поверхностным слоем слитка в каждой точке горизонтального и вертикального поперечного сечения в процессе извлечения слитка. Таким образом, получают равномерное охлаждение, обеспечивая как равномерную толщину поверхностного слоя вдоль профиля того же поперечного сечения, так и непрерывное изменение толщины в соответствии с высотой изменяющегося поперечного сечения, при ее достижении, причем эти условия являются идеальными для устранения усадки и неравномерных напряжений, которые неизбежно ведут к появлению длинных трещин на поверхности слитка. Кроме того, необходимо обеспечить на уровне мениска снижение скорости направленных вверх потоков стали на боковых сторонах кристаллизатора, чтобы получить на этих площадях очень низкие стоячие волны, что дает существенные преимущества в отношении качества поверхности готовой продукции. Это достигается за счет особой вогнутой формы кристаллизатора, имеющей на его больших контактных поверхностях определенную конусность по всем широким вогнуто-выпуклым изгибам (таким образом, не просто вогнутым или выпуклым, подобно упомянутой выше Японской публикации), соединяющим узкие контактные поверхности с центральной прямолинейной зоной вогнутой поверхности. Конструктивные особенности кристаллизатора согласно изобретению, в основном, описаны в пункте 1 формулы изобретения, что же касается особенно предпочтительных форм выполнения изобретения, то они изложены в зависимых пунктах формулы изобретения. Эти и другие цели, преимущества и конструктивные особенности усовершенствованного кристаллизатора согласно изобретению станут более понятны из нижеследующего подробного описания одного предпочтительного варианта, приведенного в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: На фиг.1 представлено схематичное трехмерное изображение кристаллизатора согласно изобретению; На фиг.2а и 2b показаны схематичные изображения вертикальных сечений вдоль вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось Х-Х, показанную на фиг.1, ограниченные выпуклой поверхностью пластины, для двух кристаллизаторов различного профиля, - с несколькими сопряженными радиусами, как в патенте Италии 1265065, и с прямолинейным профилем, соответственно, в первом варианте, - что касается отклонения глубины вогнутости; на фиг.3а и 3b показаны такие же изображения, как на фиг.2а и 2b, для предпочтительного варианта с непрерывно уменьшающейся вниз глубиной полости; на фиг. 4 схематично показан вид сверху пластин кристаллизатора, показанного на фиг. 1, для первого варианта их горизонтального профиля, ортогонального по отношению к профилям, показанным на фиг.2 и 3; на фиг.5 показан вид сверху, но с большими геометрическими подробностями, одной пластины кристаллизатора для другого варианта его горизонтального профиля. Как показано на чертежах, кристаллизатор согласно изобретению состоит из двух обращенных друг к другу лицевыми поверхностями медных пластин, которые, помимо центральной вогнутой поверхности переменной глубины а, могут иметь различные отклонения от вертикали, как показано на фиг.2а, 2b и 3а, 3b. Упомянутые пластины и особенно их активные внутренние контактные поверхности, или "большие контактные поверхности" F, являются водоохлаждаемыми и с боков ограничены двумя "узкими контактными поверхностями" f, называемыми также боковинами, причем их положение определяет ширину слитка. Согласно изобретению большие контактные поверхности F включают центральный участок Се уменьшаемой длины 2tl, прямолинейную или криволинейную, более точно, вогнутую по отношению к внутренней полости кристаллизатора, которую можно считать образованной радиусом rс



























Формула изобретения
1. Кристаллизатор для непрерывной разливки стальных плоских слитков, имеющих толщину в диапазоне от 50 до 120 мм, предназначенных, в частности, для прокатки тонких полос, содержащий две пары пластин, ограниченных внутри двумя узкими контактными поверхностями (f), которые плотно примыкают сбоку к противолежащим большим контактным поверхностям (F), при этом каждая из этих больших контактных поверхностей имеет профиль, симметричный относительно центральной оси (Х-Х) в горизонтальном поперечном сечении, и профиль у вертикального наружного сечения, соответствующий упомянутым узким контактным поверхностям (f) на расстоянии (t3) от упомянутой оси (Х-Х), который является либо криволинейным, либо прямолинейным, при соответствующей внутренней вогнутой или выпуклой контактной поверхности плит, с центральной вогнутой поверхностью, имеющей глубину (а), изменяющуюся, по меньшей мере, вдоль заданной длины от верхнего впускного отверстия, при этом глубина (а) уменьшается книзу и равна Хс-Хb, где (Хb) и (Хс) представляют собой расстояния самого глубокого профиля в центре вогнутой поверхности и, соответственно, бокового профиля на расстоянии (t3) от оси (Х-Х), от вертикальной оси (Y), совпадающей с наружной стенкой соответствующей пластины, при этом упомянутая вогнутая поверхность, ограниченная противолежащими центральными участками (Се) в горизонтальном поперечном сечении, имеет длину (2t1), симметричную относительно как оси (Х-Х), так и центральной оси (Z-Z) между двумя большими контактными поверхностями (F), причем вогнутые и выпуклые поверхности по всей ширине также симметричны относительно осей (Х-Х) и (Z-Z) и имеют радиус кривизны (r1, r2), величины которых возрастают книзу в направлении выпускного отверстия кристаллизатора, отличающийся тем, что отношение радиусов вогнутой поверхности (r1) и выпуклой поверхности (r2) находится в диапазоне от 0,6 до 1,4 в каждом горизонтальном поперечном сечении кристаллизатора. 2. Кристаллизатор по п. 1, отличающийся тем, что глубина (а) вогнутой поверхности непрерывно уменьшается от верхнего уровня впускного отверстия до уровня выпускного отверстия вдоль всей длины кристаллизатора с конечной глубиной










РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5