Способ ввода проволоки в жидкий металл и устройство для его осуществления
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам и оборудованию для раскисления и легирования жидкого металла в ковше при внепечной обработке, и может быть использовано для ввода в жидкий металл различных добавок в виде порошковой или алюминиевой проволоки. В способе при разматывании проволоки ограничивают внутреннее пространство бунта с образованием зоны прохождения проволоки, прилегающей к внутренней поверхности бунта, для подачи проволоки без перегибов к продольной оси бунта и далее вдоль нее к подающим роликам, при этом проволоку после ее выхода из бунта вращают вокруг своей оси в направлении действия крутящих напряжений, возникающих при разматывании. В устройстве разматыватель снабжен направляющей и водилом, выполненным в виде Г-образного стержня, длинный конец которого размещен внутри бунта параллельно его оси, а короткий конец жестко связан с направляющей, при этом подающие ролики установлены так, что их оси вращения в плане образуют между собой острый угол для обеспечения вращения проволоки вокруг своей оси в направлении действия крутящих напряжений. Изобретение позволяет исключить скручивание проволоки вокруг своей оси в процессе разматывания из бунта и обеспечивает ее плавную подачу в жидкий металл для получения в результате металла с заданными свойствами. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам и оборудованию для раскисления и легирования жидкого металла в ковше при внепечной обработке, и может быть использовано для ввода в жидкий металл различных добавок в виде порошковой или алюминиевой проволоки.
При подаче проволоки в ковш с жидким металлом из бунта существует проблема, заключающаяся в том, что при разматывании проволока скручивается вокруг своей оси, что приводит к возникновению в ней упругих крутящих напряжений, которые на свободных участках движения проволоки, например на участке между бунтом и подающими роликами, могут привести к образованию петель проволоки и ее запутыванию, а при увеличении усилия протягивания - к проскальзыванию проволоки в подающих роликах, обрыву или деформации поперечного сечения. Проскальзывание проволоки или обрыв приводят к неравномерной подаче проволоки в ковш, а следовательно, к неточному дозированию добавок, что не позволяет получить металл с заданными свойствами. Кроме того, запутывание или обрыв проволоки могут привести к аварийным ситуациям. Из уровня техники известны способы и устройства, в которых предпринимались попытки решить указанную проблему.
Известно устройство для разматывания бунта проволоки, включающее структуру, направляющую проволоку с наружной поверхности бунта к его продольной оси (US 3298631, 25.03.1965). В данном устройстве в процессе разматывания проволока протягивается через указанную структуру и при этом в точках касания возникает большая сила трения, в результате проволока не будет двигаться по плавной кривой, так как натяжение заставит ее принять прямолинейную форму с перегибами в точках касания, что может привести к деформации поперечного сечения проволоки.
Известно устройство для автоматического ввода алюминия в сталеразливочный ковш, содержащее безынерционное звено разматывания алюминиевой проволоки (SU 652224, МПК С 21 С 7/06, 15.03.79). В данном устройстве проволока размещена на барабане и разматывается снаружи бунта посредством подающих роликов путем протягивания ее через выполняющее роль водила безынерционное звено, выполненное в виде ролика, свободно размещенного в круговом пазу. Такая конструкция значительно снижает силы трения, возникающие при прохождении проволоки через разматыватель. По мнению авторов, эта конструкция не допускает запутывания проволоки. Однако так как диаметр кругового паза, в котором размещено безынерционное звено, больше диаметра бунта проволоки, при протягивании через него проволока перегибается, что также приводит к деформации ее поперечного сечения, а это, как указано выше, может привести к раскрытию замка наполненной порошком проволоки.
Известно устройство для ввода алюминиевой проволоки в расплавленный металл, содержащее комплект подающих роликов, подковообразную направляющую с верхним поясом, боковинами и комплектом холостых роликов и задающее устройство (SU 1294840, МПК С 21 С 7/00, 07.03.87). В данном устройстве проволока разматывается изнутри бунта, что является более предпочтительным, так как позволяет избежать перегибов, но при протягивании проволоки через подковообразную направляющую возникают большие силы трения, что также может привести к деформации и обрыву. Кроме того, не исключена вероятность запутывания витков проволоки внутри бунта, так как конструкция не содержит разматывателя.
Известно устройство для ввода проволоки в расплавленную сталь, содержащее устройство для разматывания, выполненное в виде направляющей структуры, размещаемой внутри бунта проволоки (ЕР 0176152, МПК С 21 С 7/06, 02.09.84). В данной конструкции проволока разматывается с внутренней поверхности бунта, что снижает вероятность запутывания проволоки и снижает количество ее перегибов (перегибы возникают при размотке периферийных витков бунта), однако при этом усилие натяжения проволоки остается высоким.
Ближайшим аналогом настоящего изобретения, как в части способа, так и в части устройства, является устройство для ввода алюминиевой проволоки в сталеразливочный ковш, содержащее бунтоприемник с разматывателем, подающие ролики, правильные ролики и систему проводок (направляющих) (SU 1613496, МПК С 21 C 7/00, 24.01.89). Наличие правильных роликов снижает усилие протягивания проволоки, что уменьшает ее деформацию, но при этом данная конструкция не исключает скручивание проволоки вокруг своей оси, которое приводит к деформации ее поперечного сечения.
Технической задачей настоящего изобретения является исключение скручивания проволоки вокруг своей оси в процессе разматывания из бунта для обеспечения плавной подачи проволоки в жидкий металл и получения в результате металла с заданными свойствами.
Поставленная задача решается в способе ввода проволоки в жидкий металл, предусматривающем разматывание проволоки с внутренней поверхности бунта и подачу ее к продольной оси бунта для последующего ввода в жидкий металл посредством подающих роликов, в котором согласно изобретению при разматывании проволоки ограничивают внутреннее пространство бунта с образованием зоны прохождения проволоки, прилегающей к внутренней поверхности бунта, для подачи проволоки без перегибов к продольной оси бунта и далее вдоль нее к подающим роликам, при этом проволоку после ее выхода из бунта вращают вокруг своей оси в направлении действия крутящих напряжений, возникающих при разматывании.
Ограничение внутреннего пространства бунта с образованием зоны прохождения проволоки, прилегающей к внутренней поверхности бунта, в сочетании с вращением проволоки вокруг своей оси позволяет избежать ее скручивания и исключает возможность образования петель проволоки внутри бунта, при этом обеспечивается плавная подача проволоки от внутренней поверхности бунта к его продольной оси и далее к подающим роликам. Плавная подача проволоки позволяет вводить в жидкий металл, находящийся в ковше или в другой емкости, например в кристаллизаторе, добавки в строго определенном количестве, что обеспечивает в результате получение металла с заданными свойствами.
Способ реализуется устройством для ввода проволоки в жидкий металл, включающим бунтоприемник с разматывателем, по меньшей мере, два подающих ролика и направляющие для подачи проволоки, в котором согласно изобретению разматыватель снабжен направляющей, установленной с возможностью вращения соосно бунту, и водилом, выполненным в виде Г-образного стержня, длинный конец которого размещен внутри бунта параллельно его оси, а короткий конец жестко связан с направляющей, при этом подающие ролики установлены так, что их оси вращения в плане образуют между собой острый угол для обеспечения вращения проволоки вокруг своей оси в направлении действия крутящих напряжений, возникающих при ее разматывании.
В данном устройстве возможно два варианта выполнения подающих роликов. В первом варианте каждый подающий ролик выполнен приводным, причем каждый подающий ролик снабжен индивидуальным приводом, а скорости вращения роликов синхронизированы. Оси вращения подающих роликов расположены в плане под острым углом к направлению движения проволоки. Рабочие поверхности подающих роликов выполнены с насечкой.
В этом случае угол между осями вращения подающих роликов в плане равен:
где d - диаметр проволоки,
Dcp - средний диаметр бунта.
Во втором варианте один подающий ролик выполнен приводным с насечкой на рабочей поверхности, а второй подающий ролик выполнен холостым с гладкой рабочей поверхностью и установлен так, что его ось вращения перпендикулярна направлению движения проволоки.
При выполнении подающих роликов по второму варианту угол между осями их вращения в плане равен:
где d - диаметр проволоки,
Dcp - средний диаметр бунта.
В обоих вариантах реализации устройства длинный конец Г-образного стержня (водила) проходит на всю длину бунта и выполнен с возможностью его размещения в начале процесса разматывания на расстоянии l от внутренней поверхности бунта, равном не менее диаметра d проволоки.
Разматыватель снабжен датчиком числа оборотов водила для определения длины проволоки, вводимой в жидкий металл, находящийся в ковше.
Подающие ролики снабжены механизмом регулирования осевого перемещения с фиксатором положения, механизмом поворота роликов для образования угла между осями их вращения с фиксатором поворота и механизмом регулирования усилия прижатия роликов к проволоке.
Наличие водила, выполненного в виде Г-образного стержня, длинный конец которого размещен внутри бунта параллельно его оси, а короткий конец жестко связан с направляющей, позволяет ограничить внутреннее пространство бунта и образовать зону для прохождения проволоки от внутренней поверхности бунта к подающим роликам. При протягивании проволоки подающими роликами водило свободно вращается вместе с направляющей разматывателя, при этом проволока скользит по длинному концу Г-образного стержня, а наличие острого угла между осями вращения подающих роликов обеспечивает вращение проволоки вокруг своей оси в направлении действия крутящих напряжений, возникающих при разматывании, что компенсирует скручивание проволоки, возникающее при ее сходе с внутренней поверхности бунта.
Выбор предпочтительного варианта выполнения подающих роликов зависит от расстояния между бунтоприемником с разматывателем и ковшом с жидким металлом, что определяет величину усилия подачи проволоки в жидкий металл. Первый вариант предпочтительно использовать для усилий более 500 Н. Второй вариант более пригоден для усилий менее 500 Н.
Наличие датчика числа оборотов водила при плавной подаче проволоки позволяет точно дозировать проволоку, вводимую в жидкий металл, и, следовательно, гарантировать заданные свойства металла.
Сущность изобретения, как в части способа, так и в части устройства, поясняется на примере конкретного выполнения и работы устройства со ссылкой на чертежи, на которых схематично показано:
Фиг.1 - устройство для ввода проволоки в жидкий металл, выполненное согласно настоящему изобретению, вид спереди.
Фиг.2 - то же, вид сверху.
Фиг.3 - схема разматывания одного слоя проволоки.
Фиг.4 - подающие ролики, выполненные по первому варианту, вид спереди.
Фиг.5 - то же, вид сверху.
Фиг.6 - подающие ролики, выполненные по второму варианту, вид спереди.
Фиг.7 - то же, вид сверху.
Устройство (фиг.1, 2) включает бунтоприемник 1 с разматывателем 2, по меньшей мере, два подающих ролика 3, 4 и направляющие 5, 6, 7 для подачи проволоки 8. Разматыватель 2 снабжен направляющей 5, установленной с возможностью вращения соосно бунту 9, и водилом 10. Водило 10 выполнено в виде Г-образного стержня, длинный конец 11 которого размещен внутри бунта 9 параллельно его оси, а короткий конец 12 жестко связан с направляющей 5. Подающие ролики 3, 4 установлены так, что их оси 13, 14 вращения образуют между собой острый угол (α, β) для обеспечения вращения проволоки 8 вокруг своей оси в направлении действия крутящих напряжений, возникающих при ее разматывании, при движении по рабочим поверхностям 15.
Разматыватель 2 снабжен датчиком числа оборотов 16 водила 10 для определения длины проволоки 8, вводимой в жидкий металл.
В данном устройстве возможно два варианта реализации подающих роликов 3, 4. В первом варианте (фиг.4) каждый подающий ролик 3, 4 выполнен приводным. Оси 13, 14 вращения подающих роликов 3, 4 размещены под углом γ, равным 90 - α, к направлению движения проволоки 8. В этом случае угол α между осями 13, 14 вращения подающих роликов 3, 4 в плане равен:
где d - диаметр проволоки 8 находится в диапазоне 2-20 мм,
Dcp - средний диаметр бунта 9 составляет от 300 до 1200 мм.
Каждый подающий ролик 3, 4 снабжен индивидуальным приводом 17, а скорости вращения роликов 3, 4 синхронизированы.
Рабочие поверхности 15 подающих роликов 3, 4 снабжены насечкой 18, выполненной в виде поперечных рисок.
Во втором варианте реализации (фиг.6, 7) один подающий ролик 3 выполнен приводным с насечкой 18 на рабочей поверхности 15, а второй подающий ролик 4 выполнен холостым с гладкой рабочей поверхностью 15 и установлен так, что его ось вращения 14 перпендикулярна направлению движения проволоки 8.
При выполнении подающих роликов 3, 4 по второму варианту (фиг.6, 7) угол β между осями 13, 14 в плане равен:
где d - диаметр проволоки 8 равен 2-20 мм,
Dcp - диаметр бунта 9 составляет 300-1200 мм.
В обоих вариантах реализации устройства длинный конец 11 Г-образного стержня (водила) проходит на всю длину бунта 9 и выполнен с возможностью его размещения в начале процесса разматывания на расстоянии l от внутренней поверхности бунта 9, равном не менее диаметра d проволоки 8.
Подающие ролики 3, 4 снабжены механизмом регулирования осевого перемещения с фиксатором положения, механизмом поворота роликов для образования острого угла между осями их вращения, с фиксатором поворота и механизмом регулирования усилия прижатия роликов к проволоке (не показаны).
Устройство работает следующим образом.
Пример 1.
Использование устройства при легировании стали в ковше порошковой проволокой: d=16 мм, Dcp=500 мм.
Для порошковой проволоки указанного диаметра необходимо использовать устройство, в котором подающие ролики выполнены по первому варианту, то есть оба ролика являются приводными. Это позволяет снизить усилие прижатия роликов к проволоке без снижения тянущего усилия для исключения вероятности раздавливания проволоки между рабочими поверхностями роликов, приводящего к раскрытию замка и высыпанию содержимого.
В бунтоприемник 1 с разматывателем 2 устанавливается бунт 9 порошковой проволоки 8. Ролики 3, 4 поворачиваются таким образом, чтобы угол α между их осями 13, 14 в плане равнялся: α=2arctg(d/D)=2arctg(16/500)=3,66°. Конец проволоки 8 из внутренней полости бунта 9 заправляется между подающими роликами 3, 4. Оператор на пульте управления задает длину проволоки 8, необходимую для легирования данного объема стали, например 120 м, и включает привода 17 подающих роликов 3, 4. Вращаясь, ролики 3, 4 вытягивают проволоку 8 изнутри бунта 9, при этом на участке между бунтом 9 и приводными роликами 3, 4 каждое сечение проволоки 8 на длине одного витка, разматываемого из бунта 9, поворачивается (скручивается) на 360°. При прохождении проволоки 8 между роликами 3, 4 каждое ее сечение помимо прямолиненейного движения будет поворачиваться на угол α/2=arctg(d/Dcp)=arctg(16/500)=1,83°. Так как путь точки на окружности проволоки 8 при ее разматывании и повороте на 360° составляет πd=π16 (на длине витка равной πDcp=π500), то суммарная крутильная деформация проволоки будет равна нулю и проволока выходит из роликов без скручивания вокруг своей оси. Водило 10 вращается под действием протягиваемой проволоки 8 вместе с направляющей 5 разматывателя 2 и исключает случайное зацепление витка проволоки за виток, поэтому подача проволоки будет плавной, без искажения сечения проволоки или образования узлов, а следовательно, процесс подачи проволоки в жидкий металл (сталь) будет стабильным и дозировка добавок будет соблюдена, что гарантирует получение металла с заданными свойствами.
Пример 2.
Использование устройства при раскислении стали непосредственно в машине непрерывного литья алюминиевой проволокой: d=2 мм, Dср=300 мм.
В этом случае нет опасности раздавлйвания проволоки, поэтому используется устройство с подающими роликами, выполненными по второму варианту. В этом случае ось приводного ролика 3 поворачивается на угол β=arctg(d/Dcp)=arctg(2/300)=0,38°. Второй ролик 4 установлен так, что его ось перпендикулярна направлению движения проволоки 8. Рабочая поверхность 15 ролика 4 выполнена из антифрикционного материала. Далее устройство работает, как описано в примере 1.
Из вышесказанного следует, что изобретение позволяет исключить скручивание проволоки вокруг своей оси в процессе разматывания из бунта и обеспечивает плавную подачу проволоки в жидкий металл для получения в результате металла с заданными свойствами.
1. Способ ввода проволоки в жидкий металл, предусматривающий разматывание проволоки с внутренней поверхности бунта и подачу ее к продольной оси бунта для последующего ввода в жидкий металл посредством подающих роликов, отличающийся тем, что при разматывании проволоки ограничивают внутреннее пространство бунта с образованием зоны прохождения проволоки, прилегающей к внутренней поверхности бунта, для подачи проволоки без перегибов к продольной оси бунта и далее вдоль нее к подающим роликам, при этом проволоку после ее выхода из бунта вращают вокруг своей оси в направлении действия крутящих напряжений, возникающих при разматывании.
2. Устройство для ввода проволоки в жидкий металл, включающее бунтоприемник с разматывателем, по меньшей мере, два подающих ролика и направляющие для подачи проволоки, отличающееся тем, что разматыватель снабжен направляющей, установленной с возможностью вращения соосно бунту, и водилом, выполненным в виде Г-образного стержня, длинный конец которого размещен внутри бунта параллельно его оси, а короткий конец жестко связан с направляющей, при этом подающие ролики установлены так, что их оси вращения в плане образуют между собой острый угол для обеспечения вращения проволоки вокруг своей оси в направлении действия крутящих напряжений, возникающих при ее разматывании.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый подающий ролик выполнен приводным.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждый подающий ролик снабжен индивидуальным приводом, при этом скорости вращения роликов синхронизированы.
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оси вращения обоих подающих роликов расположены в плане под острым углом к направлению движения проволоки.
6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что рабочие поверхности подающих роликов выполнены с насечкой.
7. Устройство по любому из пп.3-6, отличающееся тем, что угол между осями вращения подающих роликов в плане равен
где d - диаметр проволоки,
Dcp - средний диаметр бунта.
8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что один подающий ролик выполнен приводным с насечкой на рабочей поверхности, а второй подающий ролик - холостым с гладкой рабочей поверхностью и установлен так, что его ось вращения перпендикулярна в плане направлению движения проволоки.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что угол между осями вращения подающих роликов в плане равен
где d - диаметр проволоки,
Dcp - средний диаметр бунта.
10. Устройство по п.2, отличающееся тем, что длинный конец Г-образного стержня проходит на всю длину бунта и выполнен с возможностью его размещения в начале процесса разматывания на расстоянии от внутренней поверхности бунта, равном не менее диаметра проволоки.
11. Устройство по любому из пп.2, 3 или 8, отличающееся тем, что разматыватель снабжен датчиком числа оборотов водила для определения длины проволоки, вводимой в ковш.
12. Устройство по любому из пп.2, 3 или 8, отличающееся тем, что подающие ролики снабжены механизмом регулирования осевого перемещения с фиксатором положения, механизмом поворота роликов для образования угла между осями их вращения с фиксатором поворота и механизмом регулирования усилия прижатия роликов к проволоке.
