CZ292822B6 - Způsob plynulého odlévání roztaveného kovu, zejména oceli - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu plynulého odlévání kovu, zejména oceli, do sochorových a blokových průřezů s mnohoúhelníkovým nebo přibližně kruhovým průřezem. Aby se uvnitř kokily dosáhla zlepšená kvalita odlitku a aby se při různých provozních operacích licí postup optimalizoval, je ocel zaváděna do kokily (3), mající na vstupní straně průřez opatřený výdutěmi rozdělenými po obvodě formové dutiny (6). Vydutá kůra, tvořící se v kokile, se přetváří podél alespoň dílčího délkového úseku kokily (12). Míra zpětného přetvoření (26) profilové výdutě (9) se přitom určuje stanovením odpovídající hladiny taveniny v rámci dílčího délkového úseku (12, 39) kokily (3) v závislosti na licích parametrech.ŕ

Description

Způsob plynulého odlévání roztaveného kovu, zejména oceli

Oblast techniky

Způsob plynulého odlévání při kterém se roztavený kov lije do kokily, která má na vstupní straně průřez formové dutiny větší než na výstupní straně, přičemž se průřez částečně ztuhlého plynule odlévaného odlitku při průchodu kokilou přetváří alespoň podél dílčího délkového úseku kokily.

Dosavadní stav techniky

Od začátků používání plynulého odlévání v průchozích kokilách (krystalizátorech) se odborná veřejnost zabývala problémem tvorby vzduchových mezer mezi kůrou plynule odlévaného odlitku a stěnou kokily pod hladinou taveniny. Tato mezera zmenšuje tepelný přechod mezi kokilou a kůrou odlitku velmi podstatně a působí nerovnoměrné chlazení kůry plynule odlévaného odlitku, což vede k chybám odlitku, jako kosočtverečnosti, trhlinám, strukturálním vadám, a podobně. Aby se po celé délce kokily dosáhlo co možná všestranného dotyku kůry odlitku se stěnou kokily, a tím se vytvořily co možná nej lepší podmínky pro odvod tepla, byly předloženy mnohé návrhy, jako krokovací trámce (Walking Beams), vtlačování chladivá do vzduchové mezery, kokilová dutina s rozdílnými konicitami, a podobně.

Z patentového spisu US 4 207 941 jsou známé kokily pro plynulé odlévání s mnohoúhelníkovými, zejména čtvercovými průřezy. Průřez oboustranně otevřené formové dutiny je na vstupní straně čtverec se zaoblenými vydutými přechody v rozích dutiny a na výstupní straně odlitku nepravidelný dvanáctiúhelník. V rohových oblastech se k zaoblenému přechodu licí kužel ve směru lití stále zvětšuje a je v oblasti zaobleného vydutého přechodu na dílčí délce kokily přibližně dvakrát tak dlouhý, jako ve střední oblasti stěny kokily. Při odlévání takovými kokilami může dojít k uváznutí odlitku uvnitř kokily, která vedou k utržením a protržením odlitků. Také se místo čtverce odlévá dvanáctiúhelník. Zejména obtížné je dimenzovat takové kokily na rozdílné rychlosti odlévání, jaké jsou u dlouhých sekvenčních lití s mnoha výměnami pánví nevyhnutelné.

Z patentového spisu US 4 774 995, jehož podstata tvoří obsah úvodního odstavce, je známa kokila pro plynulé odlévání, jejíž průřez formové dutiny je na vstupní straně větší než na výstupní straně plynule odlévaného odlitku, a to pro uložení ponorné trubice. Při průchodu plynule odlévaného odlitku touto kokilou se zmenšuje tloušťka odlitku a přitom se průřezová plocha částečně ztuhlého odlitku nachází v důsledku přetvoření v dotyku s širokými stranami kokily. Úzké strany kokily, určené pro lití ocelového pásu, se rozbíhají ve směru průchodu odlitku v souladu s ubýváním tloušťky odlitku, takže obvodová délka průřezové plochy odlitku zůstává v podstatě konstantní. Použití obvyklé licí trubice při lití tenkých pásů působí u tohoto licího pochodu silné přetváření kůry odlitku na dvou stranách plynule odlévaného odlitku, aniž by se přitom dosáhlo zrovnoměmění chlazení odlitku po jeho celém obvodě uvnitř kokily.

Předložený vynález si klade za úkol překonat výše uvedené nedostatky. Zejména má být způsobem odlévání podle vynálezu dosaženo zlepšené chlazení kůry plynule odlévaného odlitku v kokile, zlepšené kvality plynule odlévaného odlitku a zvýšeného licího výkonu. Dále má být novým způsobem lití dosaženo optimalizace pro operace, jaké se vyskytují v praxi, takové jako rozběh, výměna licí trubice, výměna mezipánve, výměna pánve, konec odlévání, poruchy a podobně, a tím i přídavně zlepšena jak kvalita odlitku, tak i trvanlivost kokily.

-1 CZ 292822 B6

Podstata vynálezu

Uvedeneho cíle se dosahuje podle vynálezu tím, že se na vstupní straně kokily vyvolává tuhnutí kůry plynule odlévaného odlitku, který je tvarován do tvaru sochoru nebo blokového polotovaru majícího po obvodě průřezu obvodové profilové výdutě, které jsou v případě mnohoúhelníkového průřezu plynule odlévaného odlitku rovnoměrně rozděleny mezi všemi rohy průřezu odlitku, zatímco v případě přibližně kruhového průřezu jsou po obvodě průřezu odlitku rovnoměrně rozděleny nejméně tři profilové výdutě, přičemž profilové výdutě vykazují oblouková vzepětí, která se při průchodu plynule odlévaného odlitku kokilou v oblasti dílčího délkového úseku redukují za změny tvaru profilu odlitku, přičemž se velikost redukce obloukových vzepětí profilových výdutí reguluje jako míra zpětného přetvoření výškou hladiny taveniny v dílčím délkovém úseku kokily, a to v závislosti na nejméně jednom licím parametru ze skupiny parametrů zahrnujících analýzu oceli, rychlost lití, přehřívací teplotu taveniny v mezipánvi, tření mezi plynule odlévaným odlitkem a kokilou, a vytahovací sílu na hnacím prostředku.

Způsobem odlévání podle vynálezu je možné docílit u sochorových a blokových průřezů ve všech obvodových úsecích rovnoměrné chlazení, měřitelné v jeho intenzitě v předem daných mezích. Tím je možné ovlivňovat krystalizaci kůry plynule odlévaného odlitku, zvýšit licí výkon a zlepšit kvalitu odlitku. Kosočtverečnost a vady povrchu a struktury je možné odstranit. Průběžným přizpůsobováním délky přetváření kůry odlitku uvnitř kokily během licího provozu je možné dále při způsobu podle vynálezu zlepšit rovnoměrnost chlazení také při odlišných licích parametrech. Chyby kvality na plynule odlévaném odlitku a nebezpečí přetržení a protržení odlitku mohou být u silně se měnících licích parametrů podstatně zmenšeny. Dále může být prodloužena trvanlivost kokily.

Míra celkového zpětného přetvoření profilové výdutě je určována obloukovým vzepětím výdutě, úhlem kuželovitosti výdutě, a výškou hladiny taveniny v dílčím délkovém úseku kokily. Zpětné přetvoření je zpravidla úměrné dílčí výšce hladiny taveniny v dílčím délkovém úseku kokily. Místo stálé konicity výdutě může být také výduť formové dutiny volena s postupným ubýváním nebo vzrůstem sklonu. Míra zpětného přetvoření se během probíhajícího odlévání určuje zpravidla v milimetrech.

Měří-li se na zařízení pro plynulé odlévání tření mezi plynule odlévaným odlitkem a kokilou, je možné podle příkladu provedení určovat míru zpětného přetváření tak, že je dodržována třecí hodnota optimalizovaná na licí parametry, které jsou k dispozici. Místo měření tření mezi plynule odlévaným odlitkem a kokilou také může být použito měření vytahovací síly na hnacím prostředku jako parametru.

Míra zpětného přetváření výdutě může být stanovována průběžnými měřeními licích parametrů nebo matematickými modely, které berou ohled na analýzu oceli, přehřívací a licí teplotu, zvolenou rychlost lití, druh maziva a/nebo tepelný tok v kokile.

Při plánovaném zastavení odtahu odlitku může být zpětné přetváření vyřazeno, když hladina taveniny před zastavením dosáhne dolního konce kokily nebo leží hlouběji.

Při průchodu tvořící se kůry plynule odlévaného odlitku kokilou podle známého stavu techniky se zmenšuje průřez plynule odlévaného odlitku ubýváním kůry odlitku o malou míru. K požadovanému přetváření přitom nedochází. Zpětným přetvářením profilových výdutí mezi licí hladinou a koncem dílčího délkového úseku se dosahuje přídavného zmenšení průřezu plynule odlévaného odlitku o hodnotu řádově mezi 4 % až 15 %, s výhodou o 6 % až 10 %.

Nekontrolované snímání kůry plynule odlévaného odlitku u kokil podle známého stavu techniky vedlo k tomu, že se prodlužování kokil na sochory a bloky ukazovalo jako málo smysluplné. Teprve řízené zpětné přetváření profilových výdutí, spojené se zvětšeným rozsahem pro

-2CZ 292822 B6 nastavování požadované výšky hladiny taveniny, ho činí smysluplným, když se podle dalšího příkladného provedení vynálezu tvořící se odlitek v závislosti na okamžitých licích parametrech chladí po proměnlivé primární chladicí dráze mezi 500 a 1000 mm uvnitř kokily. Zpětné přetváření výdutě kůry plynule odlévaného odlitku se přitom nastavuje na délkový úsek, který 5 činí až 40 % délky kokily.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladě provedení s odvoláním na připojené výkresy, na kterých znázorňuje: obr. 1 podélný řez trubicovou kokilou, vedený rovinou I-I z obr. 2; obr. 2 půdorysný pohled na kokilu z obr. 1; a obr. 3 svislý řez stěnou kokily v detailu.

is Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 a 2 je znázorněna kokila 3 na plynulé odlévání mnohoúhelníkových průřezů plynulých odlitků, v daném případě čtvercového průřezu odlitku. Šipkou 4 je znázorněna vstupní strana a šipkou 5 výstupní strana kokily 3 . Průřezy formové dutiny 6 mají na vstupní straně a výstupní 20 straně rozdílné geometrické tvary. Jak je nejlépe patrné z obr. 2, je průřez formové dutiny 6 na vstupní straně 4 mezi rohy 8 - 8' opatřen zvětšeními 7 průřezu ve tvaru odpovídajícím profilovým výdutím 9. Obloukové vzepětí 10. které představuje rozsah zvětšení 7 průřezu a vyklenutí profilových výdutí 9, plynule klesá ve směru 11 průchodu plynulého odlévání po dílčím délkovém úseku 12 formové dutiny 6. Průřezy tvarové dutiny v rovinách 14 a 15 vymezují 25 kokilovou část 13 čtvercového průřezu se zaoblenými vydutými přechody 16, jak je známé ze stavu techniky.

Obvodová obrysová linie 17 ukazuje průřez tvarové dutiny v rovině 14 a obvodová obrysová linie 18 průřez formové dutiny v rovině 15. Průřez formové dutiny 6 je na výstupní straně kokily 30 po všech stranách mezi rohy 8 přímočarý. Šipkou 2 je vyznačen obvodový úsek obrysových linií formové dutiny 6. Tato kokila má čtyři obvodové úseky se zvětšeními 7 průřezu stejného druhu. Místo čtvercového základního tvaru formové dutiny 6 by také mohl sloužit jako základní tvar šestiúhelníkový, obdélníkový nebo přibližně kruhový průřez.

Světlý rozměr 20 mezi protilehlými stranami formové dutiny 6 na vstupní straně 4 v oblasti největší výdutě je o 5 až 15 % větší, než světlý rozměr 21 mezi protilehlými stranami na výstupní straně 5. Světlý rozměr 20 může být, jinak vyjádřeno, nejméně o 8 % větší, než světlý rozměr 21 v rovině 15 na konci délkového úseku 12.

Vzepětí 10 zvětšení 7 průřezu nebo profilové výdutě 9 stále klesá ve směru průchodu 11 plynulého odlévání v po sobě následujících průřezech. Konicita maximálního vzepětí 10 výdutě podél čáry 24 může být zvolena 8 až 35 %.

Délka dílčího délkového úseku 12 činí v tomto příkladě 400 mm nebo přibližně 40 % délky 45 kokily, která měří přibližně 1000 mm.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn počítač 40. do kterého jsou přiváděny informace jako licí parametry 41 až 45, přičemž vztahová značka 41 představuje analýzu oceli, vztahová značka 42 přehřívací teplotu, vztahová značka 43 licí teplotu v mezipánvi, vztahová značka 44 parametry 50 kokily amazivového prostředku a vztahová značka 45 průběžně měřenou hodnotu tření mezi kokilou a plynule odlévaným odlitkem. Počítačem 40 se vypočítává pro různé provozní stavy, jako je začátek odlévání, odlévání s plnou zátěží, přerušení odlévání, konec odlévání a podobně, výška hladiny taveniny, která určuje míru zpětného přetváření, a následně se ovládáním 47 zátky

-3CZ 292822 B6 nebo šoupátka odpovídajícím způsobem seřizuje přítok kovu do kokily a rychlost odtahu 48 odlitku, aby se hladina taveniny uvedla na požadovanou výšku hladiny v kokile.

Obr. 3 ukazuje, jak se měří míra zpětného přetvoření. Šikmo probíhající vnitřní obrys 30 výdutě 5 32 podél středu výdutě končí v rovině 31. Ve směru plynulého odlévání probíhá výduť v tomto svislém řezu po přímce. Mohla by však být vymezována také křivkou s ubývajícím sklonem nebo ve tvaru písmene S. Pokud leží hladina 35 taveniny ve znázorněné výšce, potom míra zpětného přetvoření 26 profilové výdutě odpovídá délce 36. Poklesne-li hladina taveniny na čerchovaně vyznačenou výšku 35'. potom se zmenší míra zpětného přetvoření profilové výdutě o délku 37. 10 Má-li být míra zpětného přetvoření nula, je hladina taveniny spuštěna až na koncový bod 38 délkového úseku 39 nebo pod něj.

Podle varianty provedení se vyznačuje způsob podle vynálezu následujícími kroky. Při začátku odlévání nového plynulého odlitku nebo sledu se zavedou do počítače parametry 44 použité 15 kokily a parametry 41 až 43 licího kovu. Z paměti počítač odvodí pro tyto parametry optimalizované třecí hodnoty při odlišných rychlostech odlévání atomu odpovídající výšky hladiny taveniny pro rozběh, provoz spinou zátěží, pro redukovaný odlévací provoz a pro ukončení odlévání. Během lití se zavádí při každém měření do počítače přehřívací teplota a licí teplota licího kovu jako korekční faktor. Naměřené hodnoty 45 tření jsou průběžně srovnávány 20 s optimalizovanými třecími hodnotami, které jsou přiřazeny každé licí operaci. Při odchylkách se stanovuje korigovaná hodnota požadované výšky hladiny 35, 35', odpovídající požadované velikosti redukce obloukových vzepětí 10 profilových výdutí 9, která se zavádí do řídicího prostředku 46 výšky hladiny pro provádění jejího odpovídajícího přizpůsobování. Při odchylkách se míra zpětného přetvoření 26 profilové výdutě zvětší nebo zmenší stanovením vyšší nebo nižší 25 výšky hladiny taveniny v oblasti dílčího délkového úseku. U tohoto příkladu je měření tření plynule odlévaného odlitku v kokile vůči licím parametrům přisuzováno prioritní postavení. Místo třecí hodnoty může být jako vůdčí veličina zvolena také tažná síla vyvíjená na odlitek.

Kokily použité pro tento způsob jsou podrobně popsány a zobrazeny na obrázcích v evropské 30 patentové přihlášce EP 498 295. Popis vynálezu se tak přídavně opírá o tuto publikaci.

Claims (11)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob plynulého odlévání roztaveného kovu, zejména oceli, při kterém se roztavený kov lije do kokily (3), která má na vstupní straně (4) průřez formové dutiny větší než na výstupní 40 straně (5), přičemž se průřez částečně ztuhlého plynule odlévaného odlitku při průchodu kokilou (3) přetváří alespoň podél dílčího délkového úseku (12) kokily (3), vyznačený tím, že se na vstupní straně (4) kokily vyvolává tuhnutí kůry plynule odlévaného odlitku, který je tvarován do tvaru sochoru nebo blokového polotovaru majícího po obvodě průřezu 45 obvodové profilové výdutě (9), které jsou v případě mnohoúhelníkového průřezu plynule odlévaného odlitku rovnoměrně rozděleny mezi všemi rohy (8, 8', 8, 8') průřezu odlitku, zatímco v případě přibližně kruhového průřezu jsou po obvodě průřezu odlitku rovnoměrně rozděleny nejméně tři profilové výdutě (9), přičemž profilové výdutě (9) vykazují oblouková vzepětí (10), která se při průchodu plynule odlévaného odlitku kokilou (3) v oblasti dílčího délkového úseku (12) redukují za změny tvaru profilu odlitku,

-4CZ 292822 B6 přičemž se velikost redukce obloukových vzepětí (10) profilových výdutí (9) reguluje jako míra zpětného přetvoření (26) výškou hladiny (35, 35') taveniny v dílčím délkovém úseku (12, 39) kokily(3), a to v závislosti na nejméně jednom licím parametru ze skupiny parametrů zahrnujících analýzu oceli, rychlost lití, přehřívací teplotu taveniny vmezipánvi, tření mezi plynule odlévaným odlitkem a kokilou, a vytahovací sílu na hnacím prostředku.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že velikost redukce obloukových vzepětí (10) profilových výdutí (9) se určuje v závislosti na analýze oceli a zvolené licí rychlosti.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že velikost redukce obloukových vzepětí (10) profilových výdutí (9) se určuje v závislosti na přehřívací teplotě a/nebo odlévací teplotě taveniny

4. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že velikost redukce obloukových vzepětí (10) profilových výdutí (9) se určuje jako matematická funkce rychlosti lití.

5. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že velikost redukce obloukových vzepětí (10) profilových výdutí (9) se určuje v závislosti na naměřeném tření mezi plynule odlévaným odlitkem a kokilou.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že velikost redukce obloukových vzepětí (10) profilových výdutí (9) se průběžně přizpůsobuje optimalizované hodnotě tření.

7. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, vyznačený tím,že zpětným přetvořením profilových výdutí (9) se zmenšuje příčný rozměr průřezu odlitku mezi úrovní licí hladiny (35) a úrovní dolního konce dílčího délkového úseku (12) o 4 % až 15 %, s výhodou o 6 % až 10 %.

8. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačený tím, že se okamžité licí parametry (41 až 45), jako analýza oceli, přehřívací teplota a teplota oceli vmezipánvi, licí rychlost, průřez odlitku, konicita a délka výdutě formové dutiny, licí mazivové prostředky a třecí hodnoty, zavádějí do počítače (40), srovnávají se s odpovídajícími požadovanými hodnotami a při odchylkách se stanovuje korigovaná hodnota požadované výšky hladiny (35, 35') odpovídající požadované velikosti redukce obloukových vzepětí (10) profilových výdutí, která se zavádí do řídicího prostředku (46) výšky hladiny pro provádění jejího odpovídajícího přizpůsobování.

9. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačený tím, že plynule odlévaný odlitek se v závislosti na okamžitých licích parametrech (41 až 45) chladí po primární chladicí dráze mezi 500 a 1000 mm uvnitř kokily.

10. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 9, vyznačený tím, že zpětné přetváření profilových výdutí se provádí v dílčím délkovém úseku (12) kokily (3) podél délky, která činí až 60 % celkové délky kokily.

11. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 10 vyznačený tím, že redukce výšky obloukových vzepětí (10) profilových výdutí (9) se určuje v závislosti na hustotě tepelného toku v kokile, s výhodou v dílčím délkovém úseku (12).