Результат интеллектуальной деятельности: Способ продувки металла инертным газом при непрерывной разливке

Изобретение относится к непрерывному литью металлов и может быть использовано для очистки расплавленного металла от неметаллических включений при непрерывной разливке.

Известен способ обработки металла в процессе непрерывной разливки (патент RU 2337789, МПК B22D 41/50 (2006.01), опубл. 2008 г.), включающий подачу в ковш инертного газа, расход которого устанавливают визуально в пределах 20-40 л/мин, не допуская сильного бурления металла в кристаллизаторе, приводящего к быстрому выгоранию шлакообразующей смеси.

Недостатком такого способа является низкое качество получаемых заготовок, что объясняется наличием неметаллических включений из-за визуальной установки расхода инертного газа, которая может привести к увеличению интенсивности продувки аргоном, приводящей к процессу обратного затягивания неметаллических включений из шлака в металл, или - к ее уменьшению, при которой неметаллическим включениям будет недостаточно инерции для всплытия и перехода в шлак.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является способ продувки металла инертным газом при непрерывной разливке (патент RU 2461635, МПК B22D 41/50 (2006.01), опубл. 2008 г.), включающий подачу в ковш инертного газа с расходом, обеспечивающим наиболее благоприятные условия для всплытия неметаллических включений, и снижение расхода инертного газа от начального в процессе разливки пропорционально снижению уровня металла в ковше. Продувку стали проводят аргоном с суммарным расходом 0,2-0,5 л/(т⋅мин) продолжительностью 7-10 мин.

Использование такого способа непрерывной разливки, предусматривающего мягкую продувку инертным газом, позволяет повысить качество получаемых заготовок за счет снижения количества неметаллических включений.

Однако при таком способе не учитывается требуемая величина расхода инертного газа для конкретной плавки и для используемого при разливке ковша, так как не учитывается изменение пропускной способности продувочной пробки, что может привести к недостаточному удалению неметаллических включений и, следовательно, - к снижению качества заготовки, получаемой при разливке.

Технической проблемой, решаемой при осуществлении заявляемого способа, является повышение качества получаемых заготовок за счет более надежного удаления неметаллических включений продувкой разливаемого металла инертным газом с расходом, определенным для конкретной разливаемой плавки и для используемого при разливке ковша, с учетом изменения пропускной способности продувочной пробки.

Поставленная техническая проблема решается усовершенствованием способа продувки металла инертным газом при непрерывной разливке, включающего подачу в ковш инертного газа с расходом, обеспечивающим наиболее благоприятные условия для всплытия неметаллических включений, и снижение расхода инертного газа от начального в процессе разливки пропорционально снижению уровня металла в ковше.

Это усовершенствование заключается в том, что перед разливкой определяют наибольший расход инертного газа, не дающий "султана" металла в ковше, который появляется на поверхности металла при интенсивной продувке. Начальный расход составляет 0,8-0,9 от наибольшего расхода инертного газа, не дающего "султана" металла в ковше. Такое выполнение способа позволяет определить требуемый начальный расход инертного газа для конкретной разливаемой плавки и для используемого при разливке ковша, с учетом изменения пропускной способности продувочной пробки, необходимый для надежного удаления неметаллических включений, и за счет этого повысить качество получаемых заготовок. Диапазон 0,8-0,9 определен экспериментально. При начальном расходе инертного газа более 0,9 от наибольшего расхода инертного газа, не дающего "султана" металла в ковше, может произойти обратное затягивание неметаллических включений из шлака в металл. При начальном расходе инертного газа менее 0,8 от наибольшего расхода, не дающего "султана" металла в ковше, неметаллическим включениям будет недостаточно инерции для всплытия и перехода в шлак.

Кроме того, наибольший расход инертного газа, не дающий "султана" металла в ковше, определяют перед непрерывной разливкой при обработке металла на агрегате комплексной обработки стали (АКОС), что позволяет просто и надежно определить наибольший расход инертного газа, не дающий "султана" металла в ковше для конкретной плавки, подвергаемой последующему разливу, и для используемого при разливке ковша, с учетом изменения пропускной способности продувочной пробки.

Кроме того, скорость снижения расхода определяется из соотношения:

, где:

С - скорость снижения расхода инертного газа, л/мин²;

Р_н - начальный расход инертного газа, л/мин;

ν - скорость вытягивания непрерывнолитой заготовки, м/мин;

p - вес одного погонного метра непрерывнолитой заготовки т/м;

Q - начальный вес металла в ковше, т.

Снижение расхода подачи инертного газа со скоростью, определенной соотношением, приведенным выше, позволяет обеспечить в процессе всей разливки точную подачу инертного газа с расходом, необходимым для надежного удаления неметаллических включений.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Перед непрерывной разливкой определяют наибольший расход инертного газа, не дающий "султана" металла в ковше, при продувке металла инертным газом. Например, этот расход определяют перед непрерывной разливкой при обработке металла на АКОС для конкретной плавки, подвергаемой последующей разливке, и для используемого при разливке ковша, с учетом изменения пропускной способности продувочной пробки.

При непрерывной разливке подают инертный газ в ковш с начальным расходом, составляющим 0,8-0,9 от наибольшего расхода инертного газа, не дающего "султана" металла в ковше. В процессе разливки снижают расход инертного газа от начального пропорционально снижению уровня металла в ковше.

Предложенным способом проводили продувку при разливке стали марки 40ХГМА из 60-тонного ковша в кристаллизатор сечением 450×540 мм, со скоростью вытягивания 0,18 м/мин. При обработке металла на АКОС определили расход инертного газа (аргона), не дающего "султана" металла в ковше, который составил 147 л/мин. Определили начальный расход газа для продувки: 0,85×147=125 л/мин. По вышеприведенному соотношению определили скорость снижения расхода, которая составила 0,68 л/мин².

Всего было разлито с продувкой предлагаемым способом 3 плавки данной марки стали. Из блюмов этих плавок отковали поковки диаметром 350 мм. От поковок взяли пробы металла в начале, в середине и в конце разливки. На микрошлифах от этих проб под микроскопом с 100-кратным увеличением определили баллы содержания неметаллических включений и сравнили с плавкой стали 40ХГМА, разлитой без продувки, из блюмов которой были также откованы поковки диаметром 350 мм.

Средний балл содержания неметаллических включений в металле плавки без продувки во время разливки составил - 2,8. Средний балл в металле 3-х плавок с продувкой во время разливки предлагаемым способом составил - 1,3, то есть достигнуто снижение содержания неметаллических включений на 54%.

Таким образом, использование предлагаемого способа повышает качество получаемых заготовок за счет более надежного удаления неметаллических включений продувкой разливаемого металла инертным газом с расходом, определенным для конкретной разливаемой плавки и используемого при разливке ковша, с учетом изменения пропускной способности продувочной пробки.