Устройство для защиты струи металла

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для защиты разливаемых металлов и сплавов от атмосферного воздуха. Устройство содержит распределительный коллектор, подводящие патрубки, внутреннее, направленное под углом к струе металла, и наружное, выполненное под углом 31-35° к оси устройства, кольцевые сопла и две перегородки. Первая перегородка разделяет коллектор на две изолированные полости. Вторая перегородка - перфорированная и разделяет каждую полость на две сообщающиеся между собой камеры - приемную и расходную. Каждая из приемных камер связана с подводящим патрубком. Одна из расходных камер связана с внутренним кольцевым соплом, а другая - с наружным. Камеры, попарно соединенные между собой, стабилизируют плотность газового потока и генерируют ультразвуковые волны. Защитный газ, вытекающий из сопла под углом 31-35°, образует сплошной экран вокруг струи разливаемого металла. В результате вышеизложенного значительно повышается качество металла. 1 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к внепечной обработке стали, и может быть использовано для защиты разливаемых металлов и сплавов от атмосферного воздуха.

Известно устройство для защиты струи металла при разливке, содержащее многосопловый блок с центральным каналом, сопла которого размещены равномерно по двум концентрическим окружностям с центром, совпадающим с осью симметрии блока, причем оси сопел, размещенных на внутренней окружности, направлены под углом, не превышающим 10^o к оси симметрии многосоплового блока, и выполнены в виде V-образных соприкасающихся концами щелей с углом при вершине в 2-3^o, а плоскости их выходных сечений перпендикулярны граням V-образных щелей, ребра которых в выходном сечении выполнены прямолинейными или, по крайней мере, одно выполнено криволинейным, причем сопла внешней окружности направлены под углом 5-30^o к оси многосоплового блока в сторону его периферийных участков, кроме того устройство снабжено двумя кольцевыми ресиверами, соединенными с дозвуковой частью сопел, расположенных соответственно на внешней и внутренней окружностях, и с источниками различных инертных газов, и на входе, по меньшей мере, в один кольцевой ресивер установлен генератор акустических колебаний, например, газоструйный кольцевой излучатель (А. с. 1366283, МПК B 22 D 7/12, опубл. 15.01.1988).

Однако, предложенное устройство недостаточно защищает струю металла, так как поток газа очень чувствителен к изменению поперечного сечения канала, так как пограничный слой, образующийся за счет торможения газа у стенок, как бы сужает сечение струи и расход газа через сопло уменьшается, то есть поток газа получается прерывистым и в точках соприкосновения V-образных щелей газа не будет. Причем, если сопло не обеспечивает получения параллельного равномерного потока газа в выходном сечении, то увеличивается площадь максимального сечения струи, увеличивается перераспределение газа в струе и возрастают суммарные потери полного давления, что ведет к смешению потока с внешней средой. Кроме того, из описания следует, что истекающая из сопла внешней окружности струя достигает торцовой поверхности стенок изложницы и замыкается на них. При этом струя расщепляется на две части. Однако при обтекании стенок изложницы поток отрывается и следует не по стенке, а по лучу, соответствующему δ = δ_пр, где δ - угол поворота потока. Между лучом и стенкой образуется вакуум, который заполняет внешняя среда. Из вышесказанного следует, что в изложницы поступает инертный газ, смешанный с воздухом, что не способствует улучшению качества металла. Помимо прочего, сопла известного устройства сложны в изготовлении.

Известно также устройство для защиты струи металла инертным газом, содержащее распределительный коллектор, образованный корпусом и регулирующей втулкой, с подводящим патрубком, внутренним, направленным под углом к струе металла, и наружным, направленным параллельно струе металла, кольцевыми соплами (А. с. 229755, МПК B 22 D 7/12, опубл. 23.10.1968).

При работе устройства газ выходит из каналов двумя струями, одна из которых направлена под углом к струе металла, а другая - параллельно ей, отсекая доступ воздуха к струе газа с металлом. Однако, изложница в данном случае играет роль резонатора, в результате чего перед изложницей возникает скачок уплотнения, который приводит к изменению направления скорости частиц газа и нарушению сплошности газового потока, что неблагоприятно сказывается на качестве разливаемого металла, приводит к ухудшению качества слитка.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности и обеспечение качества разливаемого металла.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для защиты струи металла, содержащее распределительный коллектор, образованный корпусом и регулирующей втулкой, подводящие патрубки, внутреннее, направленное под углом к струе металла, и наружное кольцевые сопла, согласно изобретению, оно снабжено первой перегородкой, установленной между втулкой и корпусом параллельно последнему и разделяющей коллектор на две изолированные полости, и второй, перфорированной перегородкой, установленной перпендикулярно корпусу и разделяющей каждую полость на сообщающиеся между собой камеры, одна из которых является приемной, а другая - расходной, при этом каждая приемная камера соединена с подводящим патрубком, одна из расходных камер связана с внутренним кольцевым соплом, а другая - с наружным, выполненным под углом 31-35^o к оси устройства с возможностью подачи защитного газа за периметр металлоприемника.

Камеры, попарно соединенные между собой, стабилизировали плотность газового потока. Кроме того, они выполняют функцию генератора ультразвуковых волн, так как при проходе спаренных камер в струе газа возбуждаются колебания в ультразвуковом диапазоне частот, что способствует зарождению центров кристаллизации и активации твердых частиц в металле.

Выполнение сопла под углом 31 - 35^o к оси корпуса в сторону его периферийных участков обеспечило наиболее полную защиту струи металла при разливке за счет того, что струя газа уходит за пределы стенок изложницы, не соприкасаясь с ними, и образует сплошной экран из защитного газа. При этом возникает эжекторный принцип, используемый в данном случае в качестве эксгаустера для создания пониженного давления в изложнице. В результате вышеизложенного значительно повышается качество металла: предел текучести на 5,3%, временное сопротивление разрыву на 3,9%, ударная вязкость на 7,8%, снижение количества трещин на слитках Ст20 в 2,2 раза, снижение отбраковки прокатных заготовок по поверхностным дефектам с 3,6 до 0,45%.

При выполнении сопла под углом меньше 31^o, истекающая из него струя защитного газа достигает торцевой поверхности стенок изложницы и замыкается на них, что приводит к образованию отрывного течения, в результате чего в изложницы попадает воздух, а выполнение сопла под углом больше 35^o слишком удаляет защитный экран от струи металла и стенок изложницы, исключая возможность возникновения эжекторного принципа.

Таким образом, предлагаемое устройство с данной совокупностью признаков обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и качества разливаемого металла.

На чертеже изображено предлагаемое устройство в разрезе.

Устройство для защиты струи металла содержит металлический корпус 1, конический стакан 2, регулирующую втулку 3, перегородку, параллельную корпусу 4, и перфорированную перегородку 5, перпендикулярную последнему, которые образуют приемные камеры 6, 7 и расходные камеры 8, 9, причем приемные 6, 7 и расходные 8, 9 камеры соединены попарно кольцевыми каналами 10 и 11 соответственно. В расходной камере 8 выполнено наружное кольцевое сопло 13, направленное за периметр металлоприемника (не показан), а в расходной камере 9 - внутреннее кольцевое сопло 12. Приемные камеры 6 и 7 связаны с патрубками подачи защитного газа 14 и 15 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Защитный газ по патрубку 14 поступает в приемную камеру 6, образованную корпусом 1 и перегородками 4, 5, а по патрубку 15 - в приемную камеру 7, образованную коническим стаканом 2 и перегородками 4, 5, откуда по кольцевым каналам 10 и 11 поступает в расходную камеру 8, образованную корпусом 1, регулирующей втулкой 3 и перегородками 4, 5, и камеру 9, образованную коническим стаканом 2, регулирующей втулкой 3 и перегородками 4, 5. Затем защитный газ проходит через кольцевые сопла 12 и 13, отсекая доступ воздуха к струе металла.

Использование предлагаемого устройства позволит улучшить качество металла за счет повышения надежности экранирования струи от контакта с воздухом и снижения неметаллических включений.

Применение предлагаемого устройства возможно в черной, а также цветной металлургии при разливке легкоокисляющихся металлов и сплавов.

Формула изобретения

Устройство для защиты струи металла, содержащее распределительный коллектор, образованный корпусом и регулирующей втулкой, подводящие патрубки, внутреннее, направленное под углом к струе металла, и наружное кольцевые сопла, отличающееся тем, что оно снабжено первой перегородкой, установленной между втулкой и корпусом параллельно последнему и разделяющей коллектор на две изолированные полости, и второй, перфорированной перегородкой, установленной перпендикулярно корпусу и разделяющей каждую полость на сообщающиеся между собой камеры, одна из которых является приемной, а другая - расходной, при этом каждая приемная камера соединена с подводящим патрубком, одна из расходных камер связана с внутренним кольцевым соплом, а другая - с наружным, выполненным под углом 31 - 35^o к оси устройства с возможностью подачи защитного газа за периметр металлоприемника.

РИСУНКИ

Рисунок 1