Днище ковша

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к разливке жидкого металла. Днище ковша содержит множество уступов и каналов, которые направляют поток расплавленного металла к выпускному отверстию ковша. Уступы задерживают шлак, а каналы обеспечивают перемещение металла к выпускному отверстию. При использовании изобретения обеспечивается повышение эффективности слива металла из ковша, уменьшение количества бракованного металла, исключение преждевременного вытекания шлака через выпускное отверстие и снижение загрязнения шлаком вытекающего потока расплавленного металла. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область применения изобретения

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию огнеупорного изделия, а более конкретно к созданию огнеупорного изделия, предназначенного для перемещения расплавленного (жидкого) металла при операции непрерывной разливки.

Предпосылки к созданию изобретения

Ковш представляет собой резервуар, который используют для хранения или транспортирования жидкого металла в ходе металлургических операций. Слой шлака часто покрывает верхнюю сторону жидкого металла, например, при производстве стали. Когда это необходимо, жидкий металл может быть выпущен из ковша через выпускное отверстие, расположенное в днище ковша. При выпуске металл, желательно и преимущественно, полностью освобождает ковш без загрязнения металла шлаком. Загрязнение является нежелательным и может создавать трудности при операциях разливки или рафинирования, а также создавать дефекты в промежуточных или готовых металлических изделиях.

Загрязнение шлаком может происходить как за счет плавающего шлака, так и за счет захваченного (увлеченного) шлака. Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем жидкий металл, и, как правило, плавает в отдельном слое на поверхности спокойной ванны жидкого металла. Во время разливки жидкого металла шлак может увлекаться вытекающим потоком, что приводит к наличию частиц шлака в расплавленном металле. Захват шлака часто происходит в том случае, когда турбулентность нарушает (возмущает) поверхность раздела между расплавленным металлом и шлаком. Такая турбулентность может приводить к перемешиванию расплавленного металла и шлака. В спокойном состоянии захваченный шлак в конечном счете будет всплывать на поверхность, однако турбулентность разливки может поддерживать существенное количество захваченного шлака в расплавленном металле. В идеальном случае любое решение проблемы загрязнения шлаком должно касаться как плавающего, так и захваченного шлака.

Когда металл выпускают из ковша, то плавающий шлак приближается к выпускному отверстию, и вероятность загрязнения потока металла шлаком возрастает. Оператор должен прекратить разливку, как только он замечает наличие шлака в потоке расплавленного металла, выходящем из ковша. Оператор даже может заблаговременно прекратить разливку, чтобы избежать попадания шлака в выходящий из ковша поток. Шлак и металл, оставшиеся в ковше, направляют в отходы. Появление отходов металла (бракованного металла) снижает производительность и повышает себестоимость, однако приходится на это идти, чтобы снизить загрязнение шлаком.

Уже существуют различные способы и устройства для обнаружения наличия шлака в ковше или в вытекающем из ковша потоке. Часто эти способы связаны с воздействием оператора и предусматривают использование электронных и акустических устройств обнаружения (датчиков), которые установлены внутри ковша и снаружи от него. Например, датчик, введенный в ковш, может обнаруживать снижение уровня расплавленного металла за счет измерения изменения электрического удельного сопротивления, когда плавающий шлак начинает проходить мимо погруженного датчика. Аналогично акустические импульсы могут обнаруживать наличие шлака в вытекающем из ковша потоке. Тот и другой способы позволяют только обнаруживать наличие шлака, но не могут активно снижать количество шлака в вытекающем из ковша потоке.

Уже известны устройства, позволяющие снижать количество шлака в вытекающем из ковша потоке. В патентах США No.4746102 и No 5879616 описано днище ковша, которое имеет небольшое углубление непосредственно над выпускным отверстием ковша. В том и другом патентах указано, что это углубление преимущественно накапливает расплавленный металл вместо шлака, в результате чего повышается выпуск (металла) при опорожнении ковша. Однако, указанные патенты позволяют предотвратить выход из ковша только плавающего шлака. Захваченный шлак может свободно вытекать из ковша.

В патенте США No.5196051 описано днище ковша, предназначенное для снижения вытекания захваченного шлака. Днище ковша содержит средство для задержки шлака ранее достижения шлаком выпускного отверстия ковша. Это средство идет вверх от днища ковша и включает в себя зубцы, которые приближаются к выпускному отверстию. В одном из вариантов предложены зубцы, которые идут радиально симметрично от выпускного отверстия, причем утверждается, что симметричные зубцы позволяют снизить вероятность образования вихрей (завихрений), которые ведут к захвату шлака. Однако нет указаний на то, что зубцы позволяют снизить (на выходе ковша) количество захваченного шлака, уже присутствующего в расплавленном металле.

Таким образом, в известных публикациях не описано днище ковша, которое одновременно позволяет снизить в вытекающем из ковша потоке количество как захваченного, так и плавающего шлака. Следовательно, продолжает существовать необходимость в создании устройства, которое способно задерживать захваченный шлак и позволяет расплавленному металлу вытекать из ковша до начала вытекания плавающего шлака.

Краткое изложение изобретения

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности операции выпуска металла из ковша, в том числе снижение количества отправленного в отходы металла, исключение преждевременного вытекания шлака через выпускное отверстие и снижение загрязнения шлаком вытекающего потока расплавленного металла.

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию металлургического ковша, а более конкретно, днища ковша, имеющего выпускное отверстие, через которое может вытекать расплавленный металл, а также способа повышения фракции жидкого металла, которая может быть выпущена из ковша через выпускное отверстие без загрязнения шлаком.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается днище ковша, которое содержит множество уступов и каналов потока, которые в конечном счете направляют поток расплавленного металла к выпускному отверстию ковша. Уступы и каналы находятся на поверхности днища ковша, которая открыта для воздействия жидкого металла.

Множество самых верхних уступов имеет главным образом горизонтальные лицевые поверхности, которые главным образом разделены по меньшей мере одним каналом потока, имеющим боковые стенки и лицевую поверхность днища. Уступы позволяют захваченному шлаку выпадать в осадок из расплавленного металла. Канал позволяет не имеющему загрязнений жидкому металлу течь к выпускному отверстию и вытекать из ковша, даже когда уровень металла является очень низким и слой плавающего шлака вплотную приближается к выпускному отверстию.

Канал потока может иметь множество ветвей, которые позволяют собирать (накапливать) жидкий металл из областей ковша, которые удалены от выпускного отверстия. Затем канал потока подает накопленный металл к выпускному отверстию. В соответствии с предпочтительным вариантом глубина канала ступенчато возрастает в направлении выпускного отверстия, причем канал заканчивается самой глубокой лицевой поверхностью, окружающей выпускное отверстие.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано поперечное сечение известного ковша, который имеет днище ковша и выпускное отверстие.

На фиг.2 показан вид в перспективе известного днища ковша, имеющего зубцы, идущие по радиусам от выпускного отверстия.

На фиг.3 показан вид в перспективе днища ковша в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показан известный литейный или разливочный ковш 1, имеющий днище 2. Днище 2 имеет наклонный участок 3 и вертикальный участок 4, приспособленный для направления находящегося в ковше 1 расплавленного металла к выпускному отверстию 5. Вертикальный участок 4 создает углубление 6 непосредственно над выпускным отверстием 5. Расплавленный металл направляется (посылается) к выпускному отверстию 5 при помощи наклонного участка 3 и накапливается в углублении 6 ранее поступления любого шлака, который может плавать на поверхности расплавленного металла. Утверждается, что углубление 6 увеличивает количество расплавленного металла, которое может проходить через выпускное отверстие ранее момента, когда плавающий шлак может начать загрязнение вытекающего потока.

На фиг.2 показано другое известное днище ковша 2, которое имеет наклонную поверхность 3, с наклоном в сторону выпускного отверстия 5. Так как расплавленный металл тяжелее шлака, то можно ожидать, что он достигнет выпускного отверстия 5 ранее любого плавающего шлака. Множество зубцов (выступов) 21 поднимаются из наклонной поверхности 3. Утверждается, что зубцы позволяют снизить вероятность образования вихрей, которые ведут к захвату шлака расплавленным металлом. Меньшее количество захваченного шлака предположительно будет снижать количество шлака в вытекающем из ковша потоке. Следует иметь в виду, что только наклон днища 2 удерживает плавающий шлак от вытекания из ковша.

На фиг.3 показан один из вариантов днища ковша 2 в соответствии с настоящим изобретением. Не показаны стенки ковша, которые окружают днище и идут вверх от днища ковша 2, образуя резервуар, в котором содержится жидкий металл и шлак. Днище ковша имеет выпускное отверстие 5, которое обычно находится в самой нижней точке ковша. Днище 2 также содержит множество лицевых поверхностей 31 и боковых стенок 32, которые открыты для воздействия жидкого металлы. Боковые стенки 32 являются преимущественно вертикальными по отношению к лицевым поверхностям 31. Боковые стенки 32 могут быть также изогнуты, скошены или иметь другую форму, чтобы обеспечивать напор потока над выпускным отверстием и снижать загрязнение шлаком.

Лицевые поверхности 31 имеют множество самых верхних лицевых поверхностей 31А, которые обычно являются горизонтальными. В сочетании со смежными боковыми стенками 32 самые верхние лицевые поверхности образуют уступы (террасы). Уступы могут иметь различную высоту по отношению к выпускному отверстию. Уступы также могут иметь различную толщину в зависимости от условий разливки, таких как тип и марка расплавленного металла, использование продувки газом, воздействие на днище ковша во время заполнения расплавленным металлом, ожидаемая эрозия и т.п.

Остальные лицевые поверхности 31 включают в себя по меньшей мере одну промежуточную лицевую верхнюю поверхность 31В, по меньшей мере одну наклонную лицевую поверхность 31С, и по меньшей мере одну лицевую поверхность выпускного отверстия 31D. Промежуточная лицевая поверхность 31В находится выше над выпускным отверстием 5, чем наклонная лицевая поверхность 31С и лицевая поверхность выпускного отверстия 31D, на более низком уровне, чем самые верхние лицевые поверхности 31А. Промежуточная лицевая поверхность 31В сходится в направлении наклонной лицевой поверхности 31С. Промежуточная лицевая поверхность 31В преимущественно имеет наклон в направлении наклонной лицевой поверхности 31С.

Наклонная лицевая поверхность 31С имеет наклон вверх от лицевой поверхности выпускного отверстия 31D до промежуточной лицевой поверхности 31В, в результате чего создается падение высоты от промежуточной лицевой поверхности 31В до лицевой поверхности выпускного отверстия 31D. Наклон наклонной лицевой поверхности 31С больше среднего наклона промежуточной лицевой поверхности 31В и может лежать в диапазоне от слабого наклона до перпендикулярного падения в зависимости от условий. Когда наклон наклонной лицевой поверхности 31С приближается к перпендикулярному падению, то тогда комбинация наклонной лицевой поверхности 31С, боковых стенок 32 и лицевой поверхности выпускного отверстия 31D может создавать углубление вокруг выпускного отверстия 5.

Лицевая поверхность выпускного отверстия 31D содержит выпускное отверстие 5 и преимущественно имеет такую форму, которая способствует подаче (направлению) расплавленного металла в направлении выпускного отверстия 5. Лицевая поверхность выпускного отверстия 31D должна быть самой нижней лицевой поверхностью 31 для того, чтобы создать наибольшее вытекание расплавленного металла из ковша.

Боковые стенки 32 и нижние лицевые поверхности 31B-D образуют канал потока 33. В данном варианте канал потока 33 имеет 3 ветви 33А-С, которые разделяют самые верхние лицевые поверхности 31А друг от друга. По меньшей мере одна ветвь представляет собой ветвь 33С выпускного отверстия. Каждая из ветвей может иметь различную высоту, причем ветвь 33С выпускного отверстия, содержащая лицевую поверхность 31D, преимущественно является самой низкой.

Во время разливки как плавающий, так и захваченный шлак имеют тенденцию к осаждению на самых верхних лицевых поверхностях 31А, когда жидкий металл втекает в канал потока 33. Тогда любой оставшийся шлак имеет тенденцию к осаждению на промежуточной лицевой поверхности 31В, в то время как расплавленный металл стекает вниз по наклонной лицевой поверхности 31С, по лицевой поверхности выпускного отверстия 31D, и вытекает через выпускное отверстие. Имеющая крутой наклон наклонная лицевая поверхность 31С может окружать углубление, которое снижает загрязнение вытекающего потока металла плавающим шлаком.

Образование уступов на днище ковша с созданием каналов потока для жидкого металла позволяет жидкому металлу вытекать из выпускного отверстия с пониженным загрязнением шлаком. Уступы и боковые стенки обеспечивают накопление или задержку шлака, но позволяют расплавленному металлу свободно протекать в направлении выпускного отверстия. Это явление связано с более низкой плотностью шлака и его более высокой вязкостью по сравнению с жидким металлом.

Перемещение шлака в направлении выпускного отверстия замедляется за счет трения о днище ковша. В соответствии с настоящим изобретением преимущественно используют этот факт путем создания множества захватывающих шлак элементов. Например, когда жидкий металл и шлак оседают на самом верхнем уступе, то расплавленный металл стекает с уступа в канал, в то время как более вязкий шлак осаждается на горизонтальной лицевой поверхности. Последовательные уступы позволяют дополнительно улучшить разделение шлака от жидкого металла, в результате чего в непосредственной близости от выпускного отверстия жидкий металл главным образом не содержит загрязнения шлаком.

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются различные конфигурации уступов. Среди факторов, которые влияют на выбор конфигурации, следует указать тип или марку жидкого металла, соударение потока с днищем ковша, наличие элементов для продувки газом и геометрию ковша. Самый верхний уступ может быть более высоким, более толстым или менее равномерным, чтобы обеспечить более сильный поток, а также учесть геометрию ковша и позволить производить разливку коррозионных металлов.

Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки формулы изобретения.

1. Днище ковша для перемещения и выпуска расплавленного металла, отличающееся тем, что оно снабжено множеством верхних лицевых поверхностей и нижних лицевых поверхностей, разделенных по меньшей мере одним каналом потока, ограниченным нижними лицевыми поверхностями и множеством боковых стенок, идущих вверх от нижних лицевых поверхностей до верхних лицевых поверхностей, при этом нижние лицевые поверхности включают в себя по меньшей мере одну лицевую поверхность, в которой образовано выпускное отверстие, по меньшей мере одну наклонную лицевую поверхность, имеющую наклон вверх от лицевой поверхности выпускного отверстия в направлении по меньшей мере одной промежуточной лицевой поверхности, причем верхние лицевые поверхности позволяют задерживать шлак, а канал потока позволяет расплавленному металлу свободно протекать в направлении выпускного отверстия.

2. Днище ковша по п.1, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере три верхние лицевые поверхности.

3. Днище ковша по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что верхние лицевые поверхности являются главным образом горизонтальными.

4. Днище ковша по п.1, отличающееся тем, что верхние лицевые поверхности имеют различную высоту по отношению к выпускному отверстию.

5. Днище ковша по п.1, отличающееся тем, что промежуточная лицевая поверхность имеет наклон от горизонтали в направлении наклонной лицевой поверхности, причем этот наклон меньше наклона наклонной лицевой поверхности.

6. Днище ковша по п.1, отличающееся тем, что наклонная лицевая поверхность является главным образом вертикальной, причем наклонная лицевая поверхность и боковые стенки образуют углубление вокруг лицевой поверхности выпускного отверстия.

7. Днище ковша по п.1, отличающееся тем, что боковые стенки являются главным образом перпендикулярными к лицевым поверхностям.

8. Днище ковша по п.1, отличающееся тем, что канал потока имеет множество ветвей.

9. Днище ковша по п.8, отличающееся тем, что ветви включают в себя по меньшей мере одну питающую ветвь и ветвь выпускного отверстия, причем питающая ветвь находится выше относительно выпускного отверстия, чем ветвь выпускного отверстия.

10. Днище ковша по п.8, отличающееся тем, что питающие ветви являются менее глубокими, чем ветвь выпускного отверстия.

11. Способ выпуска расплавленного металла из ковша, отличающийся тем, что используют днище ковша по одному из пп.1-10.