RU2311257C1

RU2311257C1 - Ingot producing method and apparatus for performing the same

Info

Publication number: RU2311257C1
Application number: RU2006128126/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Гузенков (RU); Сергей Александрович Гузенков; Дмитрий Николаевич Федоров (RU); Дмитрий Николаевич Федоров
Original assignee: Сергей Александрович Гузенков; Дмитрий Николаевич Федоров
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2007-11-27

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy.

SUBSTANCE: method comprises steps of placing slag-forming mixture onto bottom of ingot mold; before pouring melt into ingot mold, introducing powdered wire in the form of two or more coaxial helixes. One helix is filled with inoculation additive, other helixes are filled with modifying additive. Diameter of helix with inoculation additive consists half of ingot diameter. It allows decrease intensity of convective fluxes in ingot. Upper ends of said helixes are fixed at level of butt of ingot mold and hot top. Lower free ends of helixes are arranged at level consisting of 2/3 of ingot body height. It provides complete melting of slag forming mixture to time moment of starting interaction of melt metal with powdered wire.

EFFECT: improved chemical and physical uniformity of ingots.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к изготовлению слитков из стали преимущественно с нормируемым содержанием серы, и может быть использовано на металлургических заводах.The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to the manufacture of steel ingots mainly with a normalized sulfur content, and can be used in metallurgical plants.

Известен способ производства слитков, включающий установку в изложницу эксцентрично ее вертикальной оси металлического стержня, заливку металла по оси изложницы, после окончания которой металлический стержень перемещают до совпадения с этой осью (см. патент РФ №2051768, МПК B22D 7/00, B22D 27/04, 1996 г.).A known method for the production of ingots, including the installation in the mold eccentrically of its vertical axis of the metal rod, pouring metal along the axis of the mold, after which the metal rod is moved to coincide with this axis (see RF patent No. 2051768, IPC B22D 7/00, B22D 27 / 04, 1996).

К недостаткам известного способа следует отнести трудность его технологического и конструктивного исполнения при крупносерийном производстве слитков сифонной заливкой металла, когда на одном поддоне располагается от четырех и более слитков. При этом материал стержня должен по своему химическому составу соответствовать разливаемой марке стали, что при широкой номенклатуре и сложности сортамента практически невозможно осуществить. Кроме того, при использовании данного способа достигается лишь инокулирующее воздействие на жидкий металл, что слабо влияет на морфологию и распределение в слитке сульфидных и оксидных неметаллических включений (НМВ), особенно при нормируемом содержании серы в стали (S=0,02...0,04%).The disadvantages of this method include the difficulty of its technological and structural design in large-scale production of ingots by siphon pouring of metal, when four or more ingots are located on one pallet. At the same time, the material of the rod must correspond in its chemical composition to the cast steel grade, which, with a wide range and complexity of the assortment, is practically impossible. In addition, when using this method, only an inoculating effect on the liquid metal is achieved, which weakly affects the morphology and distribution of sulfide and oxide nonmetallic inclusions (НМВ) in the ingot, especially with the normalized sulfur content in steel (S = 0.02 ... 0 , 04%).

Известен способ изготовления слитков, преимущественно крупногабаритных, и устройство для его осуществления (см. патент РФ №2022687 МПК B22D 7/12, 1994 г.). Способ включает в себя введение шлакообразующей смеси на дно изложницы, модифицирование и инокулирование стали после заливки металла в изложницу, причем инокулирование производят отходами абразивной зачистки жаропрочной стали, а модифицирование силикокальцием. Устройство для изготовления слитков по данному способу содержит изложницу, размещенную в ней штангу с капсулой, которая закреплена на конце штанги. Капсула снабжена дополнительным наружным корпусом, стенки которого выполнены из легкоплавкого металла. Внутренний объем капсулы заполнен отходами жаропрочной стали, а между стенками внутреннего и внешнего корпусов весь свободный объем заполнен порошкообразным силикокальцием.A known method of manufacturing ingots, mainly large, and a device for its implementation (see RF patent No. 2022687 IPC B22D 7/12, 1994). The method includes introducing a slag-forming mixture to the bottom of the mold, modifying and inoculating steel after pouring the metal into the mold, the inoculation being carried out by abrasive scraping of heat-resistant steel, and the modification is carried out with silicocalcium. A device for the manufacture of ingots according to this method contains a mold, placed in it a rod with a capsule, which is mounted on the end of the rod. The capsule is equipped with an additional outer casing, the walls of which are made of fusible metal. The inner volume of the capsule is filled with waste heat-resistant steel, and between the walls of the inner and outer shells the entire free volume is filled with powdered silicocalcium.

По своей технической сущности известное изобретение по патенту РФ №2022687 является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.In its technical essence, the known invention according to the patent of the Russian Federation No. 2022687 is the closest to the claimed one and is taken as a prototype.

К недостаткам известного способа относится трудность погружения капсулы в изложницу после заливки в нее жидкого металла вследствие его высокой вязкости и выталкивающей силы, а также затягивание внутрь слитка шлакообразующей смеси, находящейся на поверхности металла в прибыли, и его охлаждение. Все вышеперечисленное снижает эффективность комплексного воздействия на макроструктуру слитка и приводит к образованию дефектов в заготовках из них, выявляемых впоследствии ультразвуковым контролем (УЗК).The disadvantages of this method include the difficulty of immersing the capsule in the mold after pouring liquid metal into it due to its high viscosity and buoyancy, as well as pulling the slag-forming mixture located on the metal surface in profit, and cooling it. All of the above reduces the effectiveness of the complex effect on the macrostructure of the ingot and leads to the formation of defects in the workpieces from them, which are subsequently detected by ultrasonic testing (ultrasonic testing).

Целью предлагаемого изобретения является снижение физической и химической неоднородности слитков.The aim of the invention is to reduce the physical and chemical heterogeneity of the ingots.

Для достижения поставленной цели в способе изготовления слитков, включающем введение шлакообразующей смеси на дно изложницы, заливку в нее расплава, его модифицирование активной и инокулирование инактивной порошкообразными добавками, согласно изобретению в изложницу перед заливкой расплава вводят порошковую проволоку в форме двух и более соосных спиралей, первая из которых заполнена инактивной, а остальные активной добавками. В устройстве для изготовления слитков, содержащем прибыльную надставку и изложницу с размещенными в ней порошкообразными модифицирующей и инокулирующей добавками в металлической оболочке, согласно изобретению оболочка выполнена в форме двух и более соосных спиралей, верхний торец которых закреплен на уровне стыка прибыльной надставки и изложницы, а нижний свободный торец размещен на расстоянии, равном 2/3 высоты тела слитка, причем диаметр первой спирали составляет половину приведенного диаметра слитка.To achieve the goal in a method of manufacturing ingots, including the introduction of a slag-forming mixture to the bottom of the mold, pouring the melt into it, modifying it active and inoculating it with inactive powder additives, according to the invention, a flux-cored wire in the form of two or more coaxial spirals is introduced into the mold before casting the melt of which are filled with inactive and the rest with active additives. In the device for the manufacture of ingots containing a profitable extension and a mold with powdery modifying and inoculating additives placed in it in a metal shell, according to the invention, the shell is made in the form of two or more coaxial spirals, the upper end of which is fixed at the junction of the profitable extension and the mold, and the lower the free end is placed at a distance equal to 2/3 of the height of the body of the ingot, and the diameter of the first spiral is half the reduced diameter of the ingot.

Сущность заявляемого технического решения заключается в создании в затвердевающем металле условий, при которых интенсифицируется выделение первичных и вторичных НМВ. Часть из них служит центрами кристаллизации, а другая часть за счет барботажа расплава парами активной добавки поглощается шлакообразующей смесью и удаляется в прибыль. При этом в значительной степени подавляется образование при дальнейшей обработке твердого металла третичных и четвертичных включений, наиболее отрицательно влияющих на физическую однородность слитка. Кроме того, инокулирование металла порошковой проволокой с инактивной добавкой значительно снижает его химическую неоднородность.The essence of the proposed technical solution is to create conditions in the hardened metal under which the release of primary and secondary HMW is intensified. Some of them serve as crystallization centers, and the other part, due to the bubbling of the melt by the vapors of the active additive, is absorbed by the slag-forming mixture and is removed for profit. Moreover, the formation of tertiary and quaternary inclusions, which most negatively affect the physical uniformity of the ingot, is significantly suppressed during further processing of the solid metal. In addition, inoculating the metal with a flux-cored wire with an inactive additive significantly reduces its chemical heterogeneity.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид устройства для изготовления слитков. На фиг.2 показан вид со стороны разреза по стыку прибыльной надставки и изложницы. Устройство содержит прибыльную надставку 1 и изложницу 2 с размещенными в ней соосными спиралями 3 и 4, верхний торец которых с помощью алюминиевой проволоки 5 и поперечной планки 6 подвешен на уровне стыка надставки и изложницы. Нижний свободный торец спиралей 3 и 4 размещен на расстоянии, равном 2/3 высоты тела слитка. Диаметр первой спирали, заполненной инактивной порошкообразной добавкой, выполнен равным половине приведенного диаметра слитка. Спираль или спирали, заполненные активной добавкой, расположены относительно первой с некоторым шагом, обеспечивающим их равномерное растворение.The proposed technical solution is illustrated by drawings. Figure 1 shows a General view of a device for the manufacture of ingots. Figure 2 shows a view from the side of the cut at the junction of a profitable extension and mold. The device contains a profitable extension 1 and a mold 2 with coaxial spirals 3 and 4 placed in it, the upper end of which is suspended by the aluminum wire 5 and the cross bar 6 at the junction of the extension and the mold. The lower free end of spirals 3 and 4 is placed at a distance equal to 2/3 of the height of the ingot body. The diameter of the first spiral filled with an inactive powdery additive is equal to half the reduced diameter of the ingot. The spiral or spirals filled with the active additive are located relative to the first with a certain step, ensuring their uniform dissolution.

Закрепление верхнего торца спиралей на уровне стыка прибыльной надставки и изложницы обеспечивает эффективную работу прибыли слитка. Размещение нижнего свободного торца спиралей на расстоянии, равном 2/3 высоты тела слитка, дает возможность полностью расплавиться шлакообразующей смеси к моменту начала взаимодействия жидкого металла с порошковой проволокой. Данное обстоятельство увеличивает усвоение активной добавки и эффективность ее модифицирующего действия. Выполнение первой из спиралей с диаметром, равным половине приведенного диаметра слитка, позволяет снизить за счет инокулирования интенсивность конвективных потоков в слитке и тем самым выровнять разницу между предельной скоростью подпитки тела слитка и скоростью вертикального затвердевания, что значительно снижает вероятность образования дефектов усадочного происхождения, особенно при отливке слитков сифоном.Securing the upper end of the spirals at the junction of the profitable extension and the mold provides efficient work of the ingot profit. Placing the lower free end of the spirals at a distance equal to 2/3 of the height of the ingot body makes it possible to completely melt the slag-forming mixture by the time the liquid metal interacts with the flux-cored wire. This fact increases the absorption of the active additive and the effectiveness of its modifying action. The implementation of the first of the spirals with a diameter equal to half the reduced diameter of the ingot allows reducing the intensity of convective flows in the ingot due to inoculation and thereby equalizing the difference between the limiting rate of replenishment of the body of the ingot and the rate of vertical solidification, which significantly reduces the likelihood of formation of shrinkage defects, especially when ingot casting by siphon.

Заявляемое техническое решение было реализовано следующим образом.The claimed technical solution was implemented as follows.

Сталь марки СК45 с химическим составом, мас.%: С=0,46; Mn=0,62; Si=0,24; P=0,010; S=0,032; Cu=0,19; Al=0,032, разливали сифоном в уширенные кверху изложницы с прибыльными надставками. Параметры отливаемых слитков: высота тела 1950 мм; сечение вверху 712×712 мм; сечение внизу 600×600 мм; приведенный диаметр 660 мм; масса тела слитка 5,7 т; масса прибыльной части 1,0 т. На каждом поддоне располагалось по 4 слитка. Всего с плавки отливалось 5 поддонов (сифонов). После передачи состава в разливочный пролет ЭСПЦ на дно изложниц в бумажных мешках вводилась перлито-графитовая смесь в количестве 1,5 кг/т. Затем на поперечной планке, расположенной на верхнем торце прибыльной надставки, с помощью алюминиевой проволоки в изложнице подвешивались две спирали из порошковой проволоки. Причем их верхний торец находился на уровне стыка прибыльной надставки и изложницы, а нижний торец - на расстоянии 1300 мм от верхнего.Steel grade SK45 with a chemical composition, wt.%: C = 0.46; Mn = 0.62; Si = 0.24; P = 0.010; S = 0.032; Cu = 0.19; Al = 0.032, siphon was poured into molds broadened up with profitable extensions. Parameters of cast ingots: body height 1950 mm; section at the top 712 × 712 mm; bottom section 600 × 600 mm; reduced diameter of 660 mm; ingot body weight 5.7 tons; the mass of the profitable part is 1.0 tons. Each ingot has 4 ingots. In total, 5 pallets (siphons) were cast from the smelting. After transferring the composition to the casting span of the ESPC, perlite-graphite mixture in the amount of 1.5 kg / t was introduced into the bottom of the molds in paper bags. Then, on a transverse bar, located at the upper end of the profitable extension, two spirals of cored wire were suspended in the mold using aluminum wire. Moreover, their upper end was at the junction of the profitable extension and the mold, and the lower end - at a distance of 1300 mm from the top.

Первая спираль имела диаметр 330 мм и содержала 55 витков с обожженным доломитом, расход которого составлял (с учетом коэффициента заполнения 120 г/м) 1 кг/т жидкого металла. Вторая спираль имела диаметр 100 мм и содержала 50 витков с силикокальцием СК30, расход которого составлял (с учетом коэффициента заполнения 210 г/м) 0,5 кг/т. Расход доломита и силикокальция рассчитывался исходя из содержания в ковшевой пробе алюминия и серы, а также с учетом диаграммы состояния системы СаО+(MgO, MnO)-SiO₂-Al₂О₃. Выдержка состава в разливочном пролете после отливки последнего сифона осуществлялась в течение 45 минут. После чего состав со слитками подавали в стрипперное отделение.The first spiral had a diameter of 330 mm and contained 55 turns with calcined dolomite, the flow rate of which (taking into account the fill factor of 120 g / m) was 1 kg / t of liquid metal. The second spiral had a diameter of 100 mm and contained 50 turns with SK30 silicocalcium, the flow rate of which (taking into account the fill factor 210 g / m) was 0.5 kg / t. The consumption of dolomite and silicocalcium was calculated based on the aluminum and sulfur content in the ladle sample, and also taking into account the state diagram of the CaO + (MgO, MnO) -SiO ₂ -Al ₂ O _{3 system} . The exposure of the composition in the casting span after casting the last siphon was carried out for 45 minutes. Then the composition with ingots was fed into the stripper compartment.

Слитки прокатывались на сортовые заготовки диаметром 250...330 мм с последующим ультразвуковым контролем (УЗК). На фиг.3 представлен поплавочный брак штанг в литере «А» (подприбыльная часть), изготовленных по предлагаемому (1) и известному (2) способам. Из диаграммы на фиг.3 видно, что использование предлагаемого способа позволяет значительно снизить (в 2 раза) отбраковку сортового проката из стали с нормируемым содержанием серы по осевым дефектам, выявляемым УЗК.The ingots were rolled onto high-quality billets with a diameter of 250 ... 330 mm followed by ultrasonic testing (ultrasonic testing). Figure 3 presents the float marriage of the rods in the letter "A" (subprofit part), manufactured by the proposed (1) and known (2) methods. The diagram in figure 3 shows that the use of the proposed method can significantly reduce (2 times) the rejection of long products from steel with a normalized sulfur content for axial defects detected by ultrasonic testing.

Claims

1. A method of manufacturing ingots, including the introduction of a slag-forming mixture to the bottom of the mold, pouring the melt, modifying and inoculating the melt with powder additives, characterized in that the flux-cored wire is introduced into the mold before pouring the melt in the form of two or more coaxial coils, one of which is filled with an inoculant and the rest with a modifying additive.

2. A device for the manufacture of ingots containing a profitable extension and a mold with metal shells housed in it, in which powdered modifying and inoculating additives are placed, characterized in that the shells are made in the form of two or more spirals, the upper ends of which are fixed at the junction of the profitable extension and molds, and the free lower ends are placed at a distance of 2/3 of the height of the body of the ingot, while the diameter of the spiral in which the inoculant is placed is half the diameter tra ingot.