Устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к непрерывной разливке металлов. Предложенное устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке включает разливочный ковш, вакуумную камеру с патрубком, установленным в днище вакуум-камеры и входящим в рабочую полость промежуточного ковша, вакуум-провод и разливочные стаканы, установленные в днище промежуточного ковша. Внутренняя полость промежуточного ковша разделена на четыре зоны при помощи перегородок и выступа, который установлен на оси патрубка и выполнен трапецеидальной формы в поперечном сечении с углом наклона граней у основания в пределах 15-45 градусов. Высота выступа составляет 0,1-0,4 высоты двух крайних перегородок, а расстояние между осями крайних перегородок и осью выступа составляет 0,2-0,3 расстояния между осями разливочных стаканов. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к непрерывной разливке металлов.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке, включающее разливочный ковш, вакуумную камеру с патрубком, установленным в днище вакуум-камеры и входящий в рабочую полость промежуточного ковша, вакуум-провод и разливочные стаканы, установленные в днище промежуточного ковша, при этом рабочая полость промежуточного ковша разделена на зоны посредством перегородок.

Недостатком известного устройства является неудовлетворительное качество непрерывнолитых слитков. Это объясняется тем, что при подаче металла из вакуум-камеры через патрубок возникают интенсивные неорганизованные потоки металла в рабочей полости промежуточного ковша. В этих условиях происходит интенсивное разрушение футеровки промежуточного ковша, что приводит к увеличению содержания неметаллических включений в непрерывнолитых слитках сверх допустимых значений. Кроме того, вследствие, неорганизованных потоков металла не происходит усреднение металла по температуре и количеству неметаллических включений, подаваемого в кристаллизатор, что приводит к нарушению стабильности формирования и кристаллизации непрерывнолитых слитков и к их браку по внутренним и наружным трещинам. Увеличенное содержание в металле неметаллических включений приводит к их отложению в разливочных стаканах, что приводит к уменьшению их проходного канала и прекращению процесса непрерывной разливки.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в улучшении качества непрерывнолитых слитков и повышении производительности процесса непрерывной разливки.

Указанный технический эффект достигается тем, что устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке включает разливочный ковш, вакуумную камеру с патрубком, установленным в днище вакуум-камеры и входящем в рабочую полость промежуточного ковша, вакуум-провод и разливочные стаканы, установленные в днище промежуточного ковша.

Внутренняя полость промежуточного ковша разделена на зоны при помощи двух перегородок, а по оси патрубка выполнен выступ трапецеидальной формы в поперечном сечении с углом наклона граней у основания в пределах 15-45 градусов. Высота выступа составляет 0,1-0,4 высоты перегородок, а расстояние между осями перегородок и осью выступа составляет 0,2-0,3 расстояние между осями разливочных стаканов.

Улучшение качества непрерывнолитых слитков будет происходить вследствие упорядочения и необходимого направления потоков металла, вытекающего из патрубка вакуум-камеры. Кроме того, наличие перегородок препятствует проникновению неметаллических включений через разливочные стаканы в кристаллизаторы. В этих условиях интенсифицируется процесс всплывания неметаллических включений в промежуточном ковше и их ассимиляция шлаковой смеси, уменьшается разрушение его футеровки, происходит усреднение металла, поступающего в кристаллизаторы по температуре и неметаллическим включениям.

Выполнение выступа трапецеидальной формы в поперечном сечении объясняется необходимостью соответствующего направления потоков металла, вытекающего из патрубка вакуумкамеры.

Диапазон значений высота выступа в пределах 0,2-0,4 высоты перегородок объясняется закономерностями разделения затопленной струи металла, вытекающей из патрубка вакуум-камеры, на два направленных в разные стороны потоки. При меньших значениях не будут обеспечиваться условия для создания устойчивых направленных потоков. При больших значениях расстояние между торцем выступа и нижним торцем патрубка будет недостаточным для создания условий беспрепятственного истечения металла из патрубка.

Указанный диапазон устанавливается в прямой пропорциональной зависимости от высота перегородок.

Диапазон расстояний между осями перегородок и выступа в пределах 0,2-0,3 расстояния между осями разливочных стаканов объясняется закономерностями распределения потоков металла, вытекающего из патрубка вакуум-камеры, в рабочей полости промежуточного ковша. При меньших значениях время пребывания металла в двух средних зонах промежуточного ковша будет недостаточным для всплывания неметаллических включений и их ассимиляции. При больших значениях не будет обеспечиваться необходимое направление потоков металла при его переливе через перегородки.

Указанный диапазон устанавливается в прямой пропорциональной зависимости от расстояния между осями разливочных стаканов промежуточного ковша.

Диапазон значений угла наклона граней трапецеидального сечения выступа в пределах 15-45 градусов объясняется закономерностями распределения направления потоков металла в зонах промежуточного ковша между перегородками. При меньших значениях направление потоков металла будет приводить к его турбулизации. При больших значениях будет происходить интенсивный износ выступа. Указанный диапазон устанавливается в прямой пропорциональной зависимости от его высоты.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого устройства с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения, со ссылкой на чертеж, на котором показана схема устройства для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке.

Устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке состоит из разливочного ковша 1, вакуум-камеры 2, патрубка 3, промежуточного ковша 4, разливочных стаканов 5, выступа 6, перегородок 7, кристаллизаторов 8, вакуум-провода 9. Позицией 10 обозначен жидкий металл, 11 уровень металла, 12 непрерывнолитой слиток.

Устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке работает следующим образом.

Пример. В начале процесса непрерывной разливки подают жидкую нераскисленную сталь 10 марки Ст3 из разливочного ковша 1 емкостью 350 т в вакуум-камеру 2 и создают в ней разрежение до необходимого по технологии остаточного давления в пределах 0,3-0,6 кПа в зависимости от раскисленности стали после герметизации вакуум-камеры 2 уровнем жидкого металла 11 в промежуточном ковше 4. Разрежение создают посредством вакуум-провода 9, соединенного с вакуум-насосом. Металл подают из вакуум-камеры 2 в промежуточный ковш 4 через огнеупорный патрубок 3 под уровень металла 11. Далее металл 10 из промежуточного ковша 4 подают через удлиненные огнеупорные стаканы 5 в кристаллизаторы 8 под уровень металла. Из кристаллизаторов 8 вытягивают непрерывнолитые слитки 12. Расход металла из промежуточного ковша 4 регулируют при помощи стопорных механизмов (на чертеже не показаны).

Внутренняя полость промежуточного ковша 4 разделена на четыре зоны при помощи перегородок 7 и выступа 6. Выступ 6 установлен по оси патрубка 3 и выполнен трапецеидальной формы в поперечном сечении с углом наклона граней у основания в пределах 15-45 градусов. Высота выступа составляет 0,1-0,4 высоты двух перегородок 7, а расстояние между осями перегородок 7 и осью выступа составляет 0,2-0,3 расстояния между осями разливочных стаканов 5. Уровень металла 11 покрывается слоем шлаковой смеси на основе CaO-SiO₂-Al₂O₃.

При наличии выступа 6 трапецеидальной формы происходит разделение потока металла, вытекающего из патрубка 3 на два потока, организованно направленных в сторону крайних перегородок 7. В этих условиях вместе с потоками металла направляются неметаллические включения, находящиеся в металле, в сторону уровня металла 11, где они всплывают и ассимилируются слоем шлаковой смеси. Далее металл под слоем шлака переливается через верхние торцы перегородок 7 в крайние зоны промежуточного ковша.

В таблице приведены примеры работы устройства для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке с различными технологическими и конструктивными параметрами.

В первом примере вследствие малой высоты выступа, расстояния между осями крайних перегородок и выступа, а также угла наклона его граней не обеспечивается необходимая организация и направление потоков металла в промежуточном ковше, что приводит к увеличению содержания неметаллических включений в металле, подаваемом в кристаллизаторы, сверх допустимых значений. При этом происходит интенсивное разрушение футеровки промежуточного ковша. Кроме того, происходит отложение неметаллических включений в разливочных стаканах, что приводит к уменьшению их проходного сечения, и, как следствие, к прекращению процесса непрерывной разливки.

В пятом примере вследствие излишней высоты выступа, расстояние между осями крайних перегородок и выступа, а также большого угла наклона его граней также не обеспечивается необходимая организация и направление потоков металла, что приводит к разрушению футеровки промежуточного ковша, увеличению содержания неметаллических включений в металле, к выходу из строя разливочных стаканов. При этом не обеспечивается необходимое расстояние между выступом и патрубком.

В шестом примере, прототипе, вследствие отсутствия перегородок в промежуточном ковше образуются неорганизованные турбулентные потоки металла в промежуточном ковше, вытекающего из патрубка вакуумкамеры. В этих условиях происходит интенсивное разрушение футеровки промежуточного ковша, снижается интенсивность ассимиляции неметаллических включений слоем шлаковой смеси. Сказанное приводит к увеличению содержания в слитках неметаллических включений сверх допустимых значений, происходит интенсивное отложение неметаллических включений в разливочных стаканах, что вызывает брак непрерывнолитых слитков по качеству макроструктуры и прекращение процесса непрерывной разливки.

В примерах 2-4 вследствие наличия в промежуточном ковше перегородок оптимальных размеров обеспечивается необходимая организация и направление потоков металла, вытекающего из патрубка вакуум-камеры. В этих условиях снижается интенсивность разрушения футеровки промежуточного ковша, увеличивается интенсивность ассимиляции неметаллических включений слоем шлаковой смеси, устраняется выход из строя разливочных стаканов. При этом происходит усреднение металла по температуре и неметаллическим включениям.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить выход годных непрерывнолитых слитков по качеству макроструктуры на 9% а также увеличить производительность процесса непрерывной разливки вакуумированного металла на 5%

Формула изобретения

Устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке, содержащее разливочный ковш, вакуумную камеру с установленным в днище патрубком, заглубленным в рабочую полость промежуточного ковша, вакуум-провод и установленные в днище промежуточного ковша разливочные стаканы, при этом рабочая полость промежуточного ковша разделена на зоны посредством двух перегородок, отличающееся тем, что в рабочей полости промежуточного ковша соосно патрубку вакуумной камеры выполнен выступ трапецеидальной формы в поперечном сечении, угол наклона граней у основания которого составляет 15 - 45^o, а высота 0,1 0,4 высоты перегородок, при этом расстояние между осями перегородок и осью выступа составляет 0,2 0,3 расстояния между осями разливочных стаканов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2