Патент на изобретение №2348484

(54) СПОСОБ НАГРЕВА МЕТАЛЛА В СТАЛЕРАЗЛИВОЧНОМ И ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОВШАХ МНЛЗ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области черной металлургии. Металл из сталеразливочного ковша подают в промежуточный ковш. Оба ковша закрывают крышками, в которых установлены один или несколько лазеров. Нагрев металла осуществляют путем направления излучения лазеров на поверхность жидкого металла и путем перемещения лазеров в горизонтальной плоскости. Достигается улучшение качества и снижение себестоимости разливаемого металла.

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок.

Известен способ плавки и литья металла, в котором используют двухступенчатое рафинирование расплавленного металла в последовательно расположенных камерах. В первой камере электрической дугой расплавляют расходуемый электрод и жидкий металл перетекает в нижнюю камеру для рафинирования, где его подогревают тепловой энергией независимых источников нагрева (патент №2209842 7 С22В 9/20, 9/22, В22D 23/00 от 20.12.1999).

Недостатком известного способа нагрева металла в промежуточной емкости при непрерывной разливке является локальный нагрев металла, приводящий к его местному перегреву и повышенному угару, что приводит к увеличению затрат на производство.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ нагрева металла в промежуточном ковше МНЛЗ с помощью индукционного канального индуктора (Кудрин В.А. Металлургия стали. – М.: Металлургия, 1989. – с.440).

Способ заключается в подаче металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш, где его нагревают через устанавливаемую в одной из стенок промежуточного ковша одновитковую канальную обмотку. Внутри канальной обмотки находится сердечник трансформатора с расположенной на нем первичной обмоткой. При подаче напряжения на первичную обмотку в одновитковой канальной (вторичной) обмотке возникает магнитное поле, подогревающее металл.

К недостаткам указанного способа следует отнести нагрев ограниченного объема металла только в зоне действия магнитного поля, а также усложнение конструкции и обслуживания промежуточного ковша, увеличение затрат на производство стали. Кроме того, в процессе непрерывной разливки стали на МНЛЗ происходит непрерывное остывание разливаемого металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах, что может привести к закупориванию разливочных стаканов, проходных отверстий в шиберных затворах и, как следствие, к застыванию оставшегося неразлитым металла в обоих ковшах. Чтобы избежать такой аварийной ситуации, металл в сталеплавильной печи или на установке ковш-печь перегревают на 50-100°С над температурой солидуса, а это, в свою очередь, приводит значительному ухудшению качества металла за счет большего поглощения металлом азота, водорода, кислорода из атмосферы печи, так как растворимость этих газов увеличивается с увеличением температуры металла.

В сталеразливочном ковше нагрев металла в процессе непрерывной разливки не производят.

Задачей изобретения является улучшение качества металла и снижение его себестоимости за счет нагрева всего объема металла и устранения необходимости применения дорогого оборудования для индукционного нагрева.

Поставленный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе нагрева металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах машины непрерывного литья заготовок нагрев металла в каждом ковше осуществляют с помощью одного или нескольких лазеров, установленных на крышке каждого из ковшей и непрерывно перемещаемых в горизонтальной плоскости.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в действующих машинах непрерывного литья заготовок.

Способ нагрева металла осуществляется следующим образом. Металл из сталеразливочного ковша подают в промежуточный ковш. Оба ковша закрывают крышками. На каждой крышке устанавливают один или несколько оптических квантовых генераторов большой плотности энергии – лазеров (Физическая энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия, 1990, том 2. – с.549), излучение которых направляют на поверхность жидкого металла. Количество устанавливаемых лазеров связано с массой разливаемого металла. Например, для сталеразливочного ковша вместимостью 10 т достаточно установить один лазер мощностью 250 кВт, а для сталеразливочного ковша вместимостью 350 т необходимо установить несколько лазеров общей мощностью 8,75 МВт. Аналогичным образом осуществляют выбор количества лазеров и для промежуточных ковшей исходя из массы находящегося в них металла. Для условий нагрева металла в ковшах МНЛЗ предпочтительнее использовать твердотельные лазеры с активной средой на стеклах, активированных Nd, с оптической накачкой, в которых при мощности накачки несколько десятков киловатт мощность излучения лазера составляет сотни мегаватт, при плотности потока энергии до 10 МВт/см². Причем лазеры оборудованы устройствами для непрерывного кругового или возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости. Эти перемещения необходимы для равномерного нагрева металла в ковшах, а также для того, чтобы не перегревать металл в одной точке. Один или несколько лазеров работают до достижения металлом заданной температуры. Таким образом, предлагаемый способ обеспечит улучшение качества разливаемого металла за счет снижения содержания в нем растворенных газов азота на 75%, водорода на 65%, кислорода на 25% в результате устранения необходимости перегрева металла в сталеплавильной печи или на установке ковш-печь, а также снизит его себестоимость.

Формула изобретения

Способ нагрева металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах машины непрерывного литья заготовок, отличающийся тем, что нагрев металла в каждом ковше осуществляют с помощью одного или нескольких лазеров, установленных на крышке каждого из ковшей и непрерывно перемещаемых в горизонтальной плоскости.