Воронка для разливки металла

 

Н. В. Никитский, P. А. Уразаев и В. А. Влох (72) Авторы изобретения

Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И. П. Бардина (71) Заявитель (54) ВОРОНКА ДЛЯ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке, и может быть использовано, например, для подачи металла в кристаллиэато р .

Известна воронка для разливки металла, применяемая как промежуточное звено между промежуточным ковшом и кристаллизатором на установке непрерывной разливки стали111 . Она исполь-. зуется для снятия теплоты перегрева жидкого металла и создания дополнительных центров кристаллизации в жидком металле до его попадания в кристаллизатор. Воронка выполнена в виде водоохлаждаемого металлического стакана, стенки которого со стороны потока охлаждающей среды снабжены резонирующими клиньями.

Недостаток воронки - малый теплосъем с жидкого. металла, так как металл под действием силы тяжести движется параллельно стенке теплосъемника. Канал имеет цилиндрическую форму, а струя за счет приобретенного ускорения уменьшает свое сечение, поэтому по высоте теплосъемника теплоотвод уменьшается. Сделать канал в виде небольшого обратного конуса для компенсации уменьшающегося сечения струи нельзя, так как кристаллы, образовавшиеся на поверхности стенки в виде тонкой конусной оболочки, не будут смываться струей.

Известна воронка, состоящая из огнеупорной части, выполненной в виде пустотелого усеченного обратного конуса, под которой расположена метал l5 лическая часть в виде полого цилиндра 2 . Сечение каналов огнеупорной. части и металлической части, сочленен» ной с огнеупорной, выполнено одинако20 вым. Для устранения налипания кристаллизуюшегося металла на внутреннюю поверхность металлической части она снабжена ультразвуковым преобразователем.

648342

Однако из-за отсутствия охлаждения металлической части такая воронка може г применяться только для разливки легкоплавких металлов.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является разливочная воронка, состоящая из огнеупорной части и металлического водоохлаждаемого тбплосъемника с ультразвуковйм вибратором 3) Огнеупорная часть воронки выполнена в виде обратного усеченного конуса.

Такая воронка работает около 2 мин, после чего полностью замерзает. По этой причине воронка может примейяться только для разливки небольших слитков иэ высококачественных сталей.

Рз-за значительной разности коэффициентов линейного расширения огнеупора и металла нарушается непрерывность поверхности сочленения огнеупор ной и металлической частей во время работы воронки. Любая незначительная ступенька или зазор -дает воэможность . залиться и закристаллиэоваться некото рой порцйи металла, которая под действием ультразвука начинает разрушать огнеуцор. Процесс прогрессирует, и в месте сочленения образуется кольцо из закристаллиэовавшегося металла, кото° рое полностью зарастает, разрушив предварительно огнеупор.

Цель изобретения — повышение срока службы воронки для разливки металла и увеличение теплоотвода от жидкого металла. "

Это достигается тем, что в воронке для разливки металла, состоящей из огнеупорной части и металлического водоохлаждаемого теплосъемника с ультразвуковым вибратором, канал огнеупорной части выполнен спиральным с сечением в виде многолучевой звезды, а канаЛ теплосъемника имеет форму щйь ого ус еченйого Конуса, верхний диам@Ър которого больше диаметра окружности, описанной по вершинам лучей сечения огнеупорной части канала.

Шаг спирали канала в 5-10 раз бопыце диаметра окружности, описанной по вершинам лучей сечения огнеупорной части, а стенка теплосъемника располоо жена под углом 20-40 к вертикали.

Кроме того, верхний диаметр канаos тешюсьемника выполнен на 30-40%

"5

5S больше диаметра окружности, описанной по вершинам лучей сечения огнеупорной части канала.

На фиг. 1- изображена предлагаемая воронка, продольный разрез; на фиг. 2— дан разрез А-А на фнг. 1.

Воронка состоит из огнеупорной части 1, имеющей сквозной канал 2, выполненный в виде многолучевой звез ды, металлической водоохлаждаемой части (теплосъемника) 3 в виде прямого усеченного конуса, на котором смонтирован вибратор 4 ультразвуковых колебаний.

Жидксму металлу, протекающему по каналу 2 под действием силы тяжести, придают вращение за счет спиральной конфигурации канала; при этом воздействие активной поверхности (т.е. поверхности, обеспечивающей изменение направления движения) канала на жидкий металл прямо. пропорционально величине этой поверхнос-.н и обратно пропорционально плоаади сечения струи т. е. Р=К . р

9 где P - воздействие, 9пк - активная поверхность канала;

9 - площадь. сечения струи;

К «коэффициент, характеризующий угол наклона активной поверхности.

Таким образзм, чтобы раскрутить струю по всему сечению, при наименьшей высоте канала, ее необходимо pas делить на узкие плоские струи при сохранении того же полезного сечения канала и подобрать соответствующий угол наклона активной поверхности. Это достигается тем, что канал в сечении выполнен в виде многолучевой звезды, а по высо ге он свернут в спираль. Высоту огнеупорной части канала воронки нетехнологично иметь больше 150200 мм, поэтому для эффективного раскручивания металла в канале шаг спирали относительно диаметра окружности, описанной по лучам звезды, следует брать в пределах 5:1 - 10:1.

При выходе из огнеупорного канала металл центробежной силой отбрасывается к периферии и под острым углом попадает на вибрирующую с ультразвуковой частотой водоохлаждаемую стенку теплосъемника 3, где происходит интенсивный теплосъем с жидкого металла, так как жидкий металл прижимается к стенке теплосъемннка центробежной силой и, .кроме того, поверхность теплосъемника более развита. B этом месте происходит частичная кристаллизация отдельных порций металла и образуется суспензия в виде смеси жидкого металла с отдель» ными кристаллами.

Жидкий металл при переходе иэ меньшего диаметра в больший, т. е. из огнеупорной части в канал теплосъемника, под действием центробежной силы отбрасывается HB охлаждаемую поверхность. Если охлаждаемая стенка расположена вертикально, угол встречи металла со стенкой будет порядка 60 о

Прижим в этом случае происходит с наибольшей силой при наибольшем теплоотборе. Но удаление закристаллизовавшейся цилиндрической корочки становится невозможным, так как силы трения и адгезии (молекулярное залипание) занчительно превышают выталкивающую силу струи и силу тяжести.

Причем сила трения в этом случае составляет приблизительно 80%, остальное адгезия, Угол, при котором разделению двух конусов противодействуют только силы адгезии, составляет примерно 15 о

48342

6 непрерывной разливки металлов, где формируется в нужный профиль.

Верхний диаметр канала теплосъемника выполнен на 30-40% больше диаметра окружности, описанной по вершинам лучей сечения огнеупорной части канала. Это необходимо для образования мертвой зоны, чтобы при разливке металл не заходил в зазор стыка огнеto упорной части и теплосъемника. В процессе разливки огнеупор размывается приблизительно на 20%, поэтому для надежности работы воронки диаметр

I верхней части теплосъемника увеличен

15 на 30.-40%.

Верхний диаметр канала в теплосъеынике больше диаметра описанной окружности по лучам канала, поэтому отброшенный центробежной силой жидкий

20 металл соприкасается со стенкой тепg ° лосъемника ниже места сочленения двух частей воронки. B месте сочленения. образуется мертвая зона, в. которую жидкий металл в процессе работы ворон 2,ки не попадает вообще. Кроме того, значительно улучшены условия отделения закристаллиэовавшегося металла от стенок теплосъемника, так как полностьй отсутствует подпор ранее прошедших порЗО ций металла.

В случае хорошего теплоотвода намораживание корочки идет в первые моменты очень быстро. Если ее удаление идет медленнее, чем поступление метал- 35 ла, резко снижается теплоотвод, так как появляется тепловая изоляция "в виде этой корочки. Кроме того, возможно полное замерзание канала теплосъемника. Поэтому угол стенки теплосъем-. 4о ника должен быть больше 15 и чтобы устран«ить возможную неустойчивость процесса, наименьший угол следует вью бирать порядка 20 . При угле наклона о стенки теплосъемника около 60 металл 45 движется параллельно стенке, т. е. так же, как при разливке через обычный . вертикальный стакан. Следовательно, для того чтобы осуществить нормальный прижим жидкого металла к стенке теплосъемника и обеспечить нормальное удаление закристаллизовавшегося металла при наименьшей затрате энергии на это удаление, угол наклона стенок теплосъемника следует выбирать

55 о от 20. до 40 в зависимости от свойств разливаемой стали. Далее суспензия попадает в кристаллизатор установки

Т.акая конструкция воронки позволяет увеличить срок ее службы до 3040 мин (скорость естественного размывания огнеупора) и на 20-25% увеличить теплосъем с жидкого металла до его попадания в крйсталлиэатор по сравнению с теплосъемом, полученным в известном устройстве.

Формула изобретения

1. Воронка для разливки металла, состоящая из огнеупорной части и металлического водоохлаждаемого теплосьемника с ультразвуковым вибратором, отличающаяся тем, что,с целью повышения срока службы воронки и увеличения теплоотвода от жидкого металла, канал в огнеупорной части выполнен спиральным с сечением в виде многолучевой звезды, а канал теплосъемника имеет форму прямого усеченного конусе, верхний диаметр которого больше диаметра окружности, описанной по вершинам лучей сечения огнеупорной части канала.

Фю

7 ..., „, 648342

2. Воронка по п. 1, о т л и ч а ю- о щ а я с я тем, что шаг спирали ка- о нала в 5«10 раз болыпе диаметра окружности, описанной по вершинам очей в сечения огнеупорной части.

3. Воронка по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что стенка теплосъем ника образует с вертикалью угол 2040 . р

Аг. 2

Составитель В. Солянии

Редактор Т. Фадеева Техред О. Андрейко Корректор Л. Василина

Заказ 438/1 1 Тйраж 944 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

4.Воронкапо п. 1,отличающ а а с.я тем, что верхний диаметр какала теплосъемника выполнен на 3040% больше диаметра окружности, писанной по вершинам лучей сечения гиеупорной части канала.

Источники информации, принятые во нимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 382326, кл. В 2223 11/10, 1971.

2. Германн Э. Непрерывное литье.

Металлургиздат, 1961, с. 470, ис. 1426.

3. Отчет ЦНИИЧМ Исследование физико-химических методов воздействия на кинетику кристаллизации непрерыв. ного слитка и процесса структурообразования и нем", Ж 5758, 1974.