RU2464123C1 - Method of adjusting conditions of electromagnetic mixing of ingot liquid phase in slab continuous casting machine and device to this end - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and may be used in continuous slab casting. Proposed method comprises feed metal into casting mould via immersion barrel in flows directed toward casting mould narrow walls and generating electromagnetic travelling waves in ingot liquid phase directed along casting axis. Electromagnetic fields are induced by multiphase linear inductors arranged in pairs on casting mould wide walls and extra inductor arranged un said wide wall. Said inductors are connected to power supply. Electromagnetic fields extend beyond casting mould limits to allow two-flow melt configuration in liquid core.

EFFECT: higher quality of castings.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии в области непрерывного литья металлов и может быть использовано в процессе эксплуатации машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) слябового сечения.The invention relates to metallurgy in the field of continuous casting of metals and can be used in the process of operating continuous casting machines (CCM) of slab cross-section.

Качество литых заготовок зависит от технологии и оборудования МНЛЗ. Однако существуют дефекты макроструктуры непрерывно-литых заготовок, которые не могут быть устранены даже при оптимальных конструктивных и технологических параметрах оборудования и процесса разливки. Для подавления и предотвращения процессов образования и развития внутренних дефектов слитка (кристаллизационных, усадочных и ликвационных), а также дефектов поверхности современные МНЛЗ оснащают системами электромагнитного перемешивания.The quality of cast billets depends on the technology and equipment of the continuous casting machine. However, there are defects in the macrostructure of continuously cast billets, which cannot be eliminated even with optimal design and technological parameters of the equipment and the casting process. To suppress and prevent the processes of formation and development of internal defects of the ingot (crystallization, shrinkage, and segregation), as well as surface defects, modern continuous casting machines are equipped with electromagnetic mixing systems.

Известен способ и устройство управления потоками расплава в кристаллизаторе при непрерывном литье слябов, включающий подачу металла в кристаллизатор через погружной стакан и генерирование в расплаве на уровне выходных отверстий стакана бегущих электромагнитных полей, направленных горизонтально вдоль широких стенок кристаллизатора (см., например, патент RU 2325245, В22D 11/15, 2006).A known method and device for controlling the flow of the melt in the mold during continuous casting of slabs, comprising supplying metal to the mold through the immersion nozzle and generating in the melt at the outlet openings of the nozzle traveling electromagnetic fields directed horizontally along the wide walls of the mold (see, for example, patent RU 2325245 B22D 11/15, 2006).

Недостатком известного способа является малый объем перемешиваемого металла в кристаллизаторе на уровне выходных отверстий разливочного стакана.The disadvantage of this method is the small volume of the stirred metal in the mold at the level of the outlet openings of the pouring nozzle.

Известен также способ и устройство регулирования режима электромагнитного перемешивания жидкого металла по высоте кристаллизатора МНЛЗ слябового сечения, включающий подачу металла в кристаллизатор через погружной стакан с боковыми выходными отверстиями, при этом широкие стенки кристаллизатора снабжены многофазными линейными индукторами для формирования магнитного поля, скользящего горизонтально вдоль широких стенок кристаллизатора, причем индукторы установлены с возможностью вертикального перемещения по высоте кристаллизатора (см., например, патент RU 2381866, В22D 11/16, 01.2006).There is also a known method and device for regulating the mode of electromagnetic mixing of liquid metal over the height of the mold of a continuous slab continuous casting caster, including supplying metal to the mold through an immersion bowl with side outlet openings, while the wide walls of the mold are equipped with multiphase linear inductors to form a magnetic field sliding horizontally along wide walls mold, and the inductors are installed with the possibility of vertical movement along the height of the mold (See., E.g., Patent RU 2381866, V22D 11/16, 01.2006).

Недостатком известного способа и устройства является также незначительный объем перемешиваемого металла, хотя перемещение индукторов позволяет увеличить зону перемешивания приблизительно на 200 мм по сравнению с устройством-аналогом, указанным выше.A disadvantage of the known method and device is also a small amount of mixed metal, although the movement of the inductors allows you to increase the mixing zone by approximately 200 mm compared with the analog device described above.

Необходимо отметить, что объем перемешивания расплава сильно влияет на процесс снятия перегрева жидкого металла и, следовательно, на производительность МНЛЗ. Кроме того, привод перемещения индукторов усложняет конструкцию устройства.It should be noted that the volume of melt mixing strongly affects the process of removing the overheating of liquid metal and, therefore, the productivity of continuous casting machines. In addition, the drive movement of the inductors complicates the design of the device.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества отливаемых заготовок, увеличение производительности МНЛЗ и улучшение условий ее эксплуатации.The technical result of the invention is to improve the quality of cast billets, increase the productivity of continuous casting machines and improve its operating conditions.

Технический результат достигается тем, что в способе регулирования режима электромагнитного перемешивания жидкой фазы слитка в машине непрерывного литья слябов, включающем подачу расплава «под уровень» металла потоками, направленными к узким стенкам кристаллизатора, и формирование в жидкой фазе слитка электромагнитных бегущих полей, возбуждаемых от индукторов через широкие стенки кристаллизатора, в жидкой фазе слитка наводят электромагнитные поля, направленные вертикально вдоль оси разливки и выходящие за пределы кристаллизатора при помощи дополнительного электромагнитного поля, действующего взаимосвязанно с основным электромагнитным полем.The technical result is achieved by the fact that in the method of regulating the electromagnetic stirring mode of the liquid phase of the ingot in a continuous slab casting machine, the melt being fed “below the level” of the metal by flows directed to the narrow walls of the mold, and the formation of electromagnetic running fields excited from the inductors in the liquid phase of the ingot through the wide walls of the mold, electromagnetic fields are induced in the liquid phase of the ingot, directed vertically along the casting axis and extending beyond the mold When an additional electromagnetic field acting interconnected with the primary electromagnetic field.

В устройстве для осуществления предлагаемого способа, содержащем металлоприемник с погружным стаканом, кристаллизатор, образованный широкими и узкими водоохлаждаемыми стенками, и опорные ролики под кристаллизатором, при этом выходные отверстия погружного стакана направлены к узким стенкам кристаллизатора, а на широких стенках кристаллизатора попарно расположены многофазные линейные индукторы, соединенные с источником электрического питания, линейные индукторы расположены вертикально, при этом их магнитопроводы размещены параллельно оси машины непрерывного литья и, кроме того, устройство снабжено дополнительным линейным индуктором, установленным под широкой стенкой кристаллизатора и соединенным с источником электрического питания, общим для всех индукторов.In the device for implementing the proposed method, comprising a metal receiver with an immersion nozzle, a mold formed by wide and narrow water-cooled walls, and support rollers under the mold, the outlet openings of the immersion nozzle are directed to the narrow mold walls, and multiphase linear inductors are arranged in pairs on the wide mold walls connected to an electric power source, the linear inductors are arranged vertically, while their magnetic cores are placed in parallel no axis of the continuous casting machines and, moreover, the apparatus is provided with an additional linear inductor mounted under a broad wall of the crystallizer and connected to a source of electrical power, common to all the inductors.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на:The invention is illustrated by graphic materials, where:

- фиг.1а приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа регулирования режима электромагнитного перемешивания жидкой фазы слитка;- figa shows a diagram of a device for implementing the proposed method for regulating the mode of electromagnetic mixing of the liquid phase of the ingot;

- фиг.1б - схема движения потоков жидкого металла под действием линейных индукторов.- figb - flow diagram of the flows of liquid metal under the action of linear inductors.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит кристаллизатор, образованный широкими 1 и узкими 2 водоохлаждаемыми стенками.A device for implementing the proposed method contains a mold formed by wide 1 and narrow 2 water-cooled walls.

На широких стенках 1 расположены попарно многофазные линейные индукторы 3, причем они выполнены вертикальными, т.е. их магнитопроводы размещены параллельно оси машины непрерывного литья.On wide walls 1, pairwise multiphase linear inductors 3 are located, and they are vertical, i.e. their magnetic cores are placed parallel to the axis of the continuous casting machine.

Под кристаллизатором расположены опорные ролики 4 и дополнительный индуктор 5. Все индукторы, основные 3 и дополнительный 5, соединены с общим источником электрического питания 6. Позицией 7 показан погружной стакан для подачи расплава из металлоприемника (не показан) в кристаллизатор, «под уровень» мениска металла, покрытого слоем защитного шлака 8. Отливаемый слиток показан позицией 9. На фиг.1б контур движения потоков, показанный сплошной линией 10, обеспечивается при направлении движения электромагнитных полей индукторов 3 вниз, а индуктора 5 - вверх. Контур 11 (пунктирная линия) обеспечивается при направлении движения электромагнитных полей индукторов 3 вверх, а индуктора 5 - вниз.Support rollers 4 and an additional inductor 5 are located under the crystallizer. All inductors, the main 3 and additional 5, are connected to a common source of electrical power 6. Position 7 shows an immersion nozzle for supplying melt from a metal receiver (not shown) to the mold, “below the level” of the meniscus metal coated with a layer of protective slag 8. The cast ingot is shown at 9. In Fig. 1b, the flow path shown by the solid line 10 is provided when the electromagnetic fields of the inductors 3 are directed downward, and the inductor and 5 - up. The circuit 11 (dashed line) is provided when the direction of movement of the electromagnetic fields of the inductors 3 is up, and the inductor 5 is down.

Современные кристаллизаторы слябовых МНЛЗ имеют длину 900…1000 мм и ширину от 1000 до 2000 мм. Для осуществления предлагаемого изобретения на широких стенках 1 кристаллизатора установлены четыре линейных индуктора 3, имеющих высоту 500÷600 мм и ширину 250÷300 мм. Под кристаллизатором за направляющими роликами 4 установлен дополнительный линейный индуктор 5, имеющий высоту 1000…1200 мм и ширину 500…600 мм.Modern molds of slab continuous casting machines have a length of 900 ... 1000 mm and a width of 1000 to 2000 mm. To implement the invention, four linear inductors 3 are installed on the wide walls 1 of the mold, having a height of 500–600 mm and a width of 250–300 mm. Under the mold behind the guide rollers 4, an additional linear inductor 5 is installed, having a height of 1000 ... 1200 mm and a width of 500 ... 600 mm.

Указанные размеры индукторов являются достаточными для обеспечения перемешивания жидкой фазы слитка в кристаллизаторе и под ним.The indicated dimensions of the inductors are sufficient to ensure mixing of the liquid phase of the ingot in the mold and under it.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Жидкий металл подают в кристаллизатор с помощью погружного стакана 7, имеющего выходные отверстия, направленные и узким стенкам 2 кристаллизатора. С началом вытягивания частично затвердевшего слитка 9 от источника 6 подают электрическое питание на индукторы 3, при этом ток в индукторах равен 750 А, а частота 0,5…1,0 Гц.The liquid metal is fed into the mold by means of an immersion nozzle 7 having outlet openings directed also to the narrow walls 2 of the mold. With the beginning of the drawing of the partially hardened ingot 9 from the source 6, electric power is supplied to the inductors 3, while the current in the inductors is 750 A and the frequency is 0.5 ... 1.0 Hz.

При дальнейшем вытягивании слитка после выхода затравки (не показана) из зоны направляющих роликов 4 подают электрическое питание от источника 6 на индуктор 5, при этом величина на тока в обмотках - 1500 А, а частота тока 1,0…2,0 Гц, и начинается совместная работа индукторов.With further pulling of the ingot after the seed (not shown) leaves the guide rollers 4, electric power is supplied from the source 6 to the inductor 5, while the magnitude of the current in the windings is 1500 A, and the current frequency is 1.0 ... 2.0 Hz, and begins the joint work of inductors.

Первый вариант. Бегущие магнитные поля индукторов 3 направлены вверх, а поле индуктора 5 - вниз (на фиг.1б контур 11).First option. The running magnetic fields of the inductors 3 are directed upward, and the field of the inductor 5 is directed downward (Fig. 1b circuit 11).

Под действием электромагнитных сил индукторов 3 жидкий металл, поступающий в кристаллизатор, будет «тормозиться», при этом на уровне мениска колебания и завихрения, возникающие из-за высокой скорости потоков, стабилизируются.Under the influence of the electromagnetic forces of the inductors 3, the liquid metal entering the mold will “slow down”, while at the meniscus level the vibrations and swirls arising due to the high flow velocity are stabilized.

Бегущее поле индуктора 5, направленное вниз, создает градиент давления, а т.к. жидкий металл является несжимаемым, то он начнет двигаться в районе индуктора 5 вниз, а слева и справа от него вверх. Таким образом, в жидкой фазе слитка будет иметь место двухконтурная конфигурация потоков. При этом охлаждение расплава будет происходить за счет перемещения «горячих» порций металла в осевой части кристаллизатора вниз, а у фронта кристаллизации - вверх.The running field of the inductor 5, directed downward, creates a pressure gradient, and since Since liquid metal is incompressible, then it will begin to move in the region of inductor 5 down, and up and to the left and right of it. Thus, in the liquid phase of the ingot a double-circuit configuration of flows will take place. In this case, the cooling of the melt will occur due to the movement of “hot” metal portions in the axial part of the mold down, and at the crystallization front - up.

Кроме того, при движении потоков расплава вдоль фронта кристаллизации будет происходить механическое разрушение и оплавление кристаллов, обломки которых, попадая в осевую часть слитка, будут являться дополнительными центрами кристаллизации, что в свою очередь приведет к снижению осевой пористости и ликвации.In addition, during the motion of melt flows along the crystallization front, mechanical destruction and melting of crystals will occur, the fragments of which, falling into the axial part of the ingot, will be additional crystallization centers, which in turn will lead to a decrease in axial porosity and segregation.

Движение жидкой фазы слитка в районе индукторов является турбулентным, что вызывает местное увеличение давления и разрежения, при этом в момент разрежения уменьшается мгновенная плотность и температура в локальном объеме, тем самым увеличивается местное переохлаждение, что способствует образованию новых зародышей кристаллов.The movement of the liquid phase of the ingot in the region of the inductors is turbulent, which causes a local increase in pressure and rarefaction, while at the moment of rarefaction the instantaneous density and temperature in the local volume decreases, thereby increasing local supercooling, which contributes to the formation of new crystal nuclei.

При втором варианте бегущие магнитные поля индукторов 3 направлены вниз, а поле индуктора 5 вверх (контур 10 на фиг.1б). При этом двухконтурная конфигурация потоков сохранится, обеспечивая перемешивание «горячих» и «холодных» потоков металла слитка с потоками металла, поступающими из отверстий погружного стакана, что приведет к улучшению условий затвердевания слитка, описанных выше.In the second embodiment, the running magnetic fields of the inductors 3 are directed downward, and the field of the inductor 5 is upward (circuit 10 in FIG. 1 b). In this case, the double-circuit configuration of the flows will be preserved, providing mixing of the "hot" and "cold" metal flows of the ingot with the metal flows coming from the holes of the immersion nozzle, which will lead to an improvement in the solidification conditions of the ingot described above.

Следует отметить, что при непрерывном литье некоторых марок стали (например, высокоуглеродистых) может использоваться реверсный режим, когда направление контура перемешивания меняется на противоположное с частотой 0,1…1,0 Гц. Количество пар индукторов 3, работающих совместно с одним (или несколькими) индуктором 5, может варьироваться в зависимости от требований технологии непрерывного литья.It should be noted that during the continuous casting of some steel grades (for example, high-carbon), a reverse mode can be used when the direction of the mixing circuit changes to the opposite with a frequency of 0.1 ... 1.0 Hz. The number of pairs of inductors 3 working in conjunction with one (or several) inductor 5 may vary depending on the requirements of continuous casting technology.

Эффект от реализации предложения по сравнению с известным состоит в том, что электромагнитное перемешивание жидкой фазы слитка осуществляют на значительно более протяженном участке, включающем весь кристаллизатор и часть зоны вторичного охлаждения слитка под кристаллизатором.The effect of the implementation of the proposal compared to the known one consists in the fact that the electromagnetic stirring of the liquid phase of the ingot is carried out in a much more extended section, including the entire mold and part of the secondary cooling zone of the ingot under the mold.

Предлагаемые способ и устройство регулирования электромагнитного перемешивания жидкой фазы слитка позволяет повысить качество слитка за счет:The proposed method and device for regulating electromagnetic stirring of the liquid phase of the ingot improves the quality of the ingot due to:

- получения эффекта «торможения» струй металла, поступающих из отверстий погружного стакана в кристаллизатор;- obtaining the effect of "braking" of the jets of metal coming from the holes of the immersion nozzle into the mold;

- обеспечения всплытия шлаковых включений, захватываемых струями металла и газовых пузырей;- ensuring the emergence of slag inclusions captured by jets of metal and gas bubbles;

- снижения перегрева расплава при перемещении холодных порций металла снизу вверх;- reduce overheating of the melt when moving cold portions of metal from bottom to top;

- улучшения структуры слитка благодаря движению потоков металла вдоль фронта кристаллизации;- improving the structure of the ingot due to the movement of metal flows along the crystallization front;

- улучшения качество осевой зоны за счет уменьшения и рассредоточения осевой пористости и осевой ликвации.- improving the quality of the axial zone by reducing and dispersing axial porosity and axial segregation.

Указанные достоинства предлагаемого изобретения, вызванные активизацией электромагнитного перемешивания жидкой фазы слитка, позволяют повысить производительность МНЛЗ благодаря увеличению скорости разливки и улучшить условия эксплуатации МНЛЗ.These advantages of the invention, caused by the activation of electromagnetic stirring of the liquid phase of the ingot, can improve the productivity of continuous casting machines due to the increase in casting speed and improve the operating conditions of the continuous casting machine.

Claims (2)

1. Способ регулирования режима электромагнитного перемешивания жидкой фазы слитка в машине непрерывного литья слябов, включающий подачу расплава «под уровень» металла потоками, направленными к узким стенкам кристаллизатора и формирование в жидкой фазе слитка электромагнитного бегущего поля посредством индукторов, расположенных на широких стенках кристаллизатора, отличающийся тем, что в жидкой фазе слитка формируют дополнительное электромагнитное бегущее поле посредством индуктора, расположенного под широкой стенкой кристаллизатора, при этом формируют электромагнитные бегущие поля, направленные вертикально вдоль оси разливки, выходящие за пределы кристаллизатора и обеспечивающие при взаимодействии двухконтурную конфигурацию потоков расплава в жидкой фазе слитка.1. The method of regulating the electromagnetic stirring mode of the liquid phase of the ingot in a continuous slab casting machine, comprising supplying the melt “below the level” of the metal by flows directed to the narrow walls of the mold and forming an electromagnetic traveling field in the liquid phase by means of inductors located on wide walls of the mold, characterized the fact that in the liquid phase of the ingot an additional electromagnetic traveling field is formed by means of an inductor located under a wide crystallization wall In this case, electromagnetic traveling fields are formed, directed vertically along the casting axis, extending beyond the mold and providing a two-loop configuration of melt flows in the liquid phase of the ingot during interaction. 2. Устройство для регулирования режима электромагнитного перемешивания жидкой фазы слитка в машине непрерывного литья слябов, имеющей кристаллизатор с широкими и узкими водоохлаждаемыми стенками и погружной стакан, выходные отверстия которого направлены к узким стенкам кристаллизатора, содержащее многофазные линейные индукторы, попарно расположенные на широких стенках кристаллизатора для формирования в жидкой фазе слитка электромагнитного бегущего поля и соединенные с источником электрического питания, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным линейным индуктором, установленным под широкой стенкой кристаллизатора для формирования в жидкой фазе слитка дополнительного электромагнитного бегущего поля и соединенным с источником электрического питания, который является общим для всех индукторов, при этом магнитопроводы линейных индукторов размещены параллельно оси машины непрерывного литья. 2. A device for controlling the mode of electromagnetic mixing of the liquid phase of the ingot in a continuous slab casting machine having a mold with wide and narrow water-cooled walls and an immersion nozzle, the outlet openings of which are directed to the narrow walls of the mold, containing multiphase linear inductors arranged in pairs on the wide walls of the mold for the formation in the liquid phase of an ingot of an electromagnetic traveling field and connected to an electric power source, characterized in that it abzheno additional linear inductor mounted under a broad wall of the mold to form an ingot in the liquid phase of additional electromagnetic traveling field and connected to a source of electrical power, which is common for all the inductors, the magnetic circuits of inductors are arranged parallel to the linear axis of the continuous casting machine.