Устройство для непрерывной разливки металла

 

(72) Автор изобретения

А,Г. Сучков

Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии ии. И.П. Бардина (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА. Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке металлов и сплавов.

По авт.св. 1Р 597496 известно устройство для непрерывной разливки металла, содержащее герметичный корпус, заполненный охпадителем, и установ.ленный в нем стакан-излучатель, выполненный в виде полого цилиндра с продольными пазами на его внешней

30 поверхности, бандаж, охватывающии стакан-излучатель, и по меньшей мере один электромеханический преобразователь, жестко закрепленный на бандаже.

Однако данное устройство имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что более 504 ультразвуковой энергии, излучаемой преобразователями, теряется при передаче ее из бандажа в стакан-излучатель вследствие выполнения внешней поверхности последнего с продольными пазами. В ре зультате этого часть ультразвуковой

2 энергии является "потерянной" для процесса разрушения корочки металла, образующейся на внутренней поверхности стакана-излучателя.

Целью изобретения является устранение потерь ультразвуковой энергии при передаче ее от ультразвукового преобразователя в стакан-излучатель.

Цель достигается тем, что в уст" ройстве для непрерывной разливки по авт.св. М 597496 на внутренней поверхности бандажа выполнены продольные пазы в количестве, равном числу пазов в стакане-излучателе, и состав. ляющие с ниии общие каналы для про- . хождения охладителя, причем вазы бандажа выполнены с поперечным сечением, увеличивающимся в направлении к .стакану-излучателю, в виде равно бедренного треугольника с углом при его вершине, равным 5-80, глубиной, сост авляющей 0,3-0,8 толщины стенки бандажа, шириной, на 0,1-403 превы"

3 93 шающей ширину пазов стакана-излучателя.

Ниже приводится пример конкретного осуществления предлагаемого устройства, не исключающий других вариантов его выполнения в объеме формулы изобретения, На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на Фиг. 2 - то же, горизонтальный разрез.

Стакан-излучатель 1 устройства изготовлен в виде полого цилиндра из меди, т.е. из материала, характеризующегося высокой теплопроводностью и нерастворимостью в стали. Внешняя поверхность стакана-излучателя выполнена с продольными радиусными пазами 2 постоянного поперечного сечения, Стакан-излучатель охвачен по всей внешней поверхности толстостенным бандажом 3, изготовленным из материала с высоким пределом текучести, например из титана. На внутренней поверхности бандажа выполнены в количестве, равном числу пазов 2 стакана-излучателя, продольные пазы 4, имеющие постоянное поперечное сечение по его высоте и увеличивающееся в направлении к стакану-излучателю.

Пазы 4 бандажа по ширине превышают пазы 2 стакана-излучателя и образуют вместе с ними общие каналы. На внешней поверхности бандажа жестко закреплен ультразвуковой преобразователь 5 радиальных колебаний. Преобразователь снабжен обмоткой 6 возбуждения, которая подключена к ультразвуковому генератору (не показан).

Коаксиально расположенные стакан-излучатель 1, бандаж 3 и ультразвуковой преобразователь 5 акустически соединены между собой и установлены в герметичном корпусе, образованном двумя секциями - верхней 7 и нижней

8. Верхняя секция корпуса снабжена устройством 9 душирующего типа и обтекателем 10, выполненным в виде кольца. Обтекатель IO закреплен на боковой поверхности секции 7, в кото рой выполнено два отверстия 11 и 12 соответственно для подвода в герметический корпус и отвода из него охладителя, например технической воды.

Предлагаемое устройство, устанавливаемое между емкостью с жидким металлом 13, например разливочным ковшом 14, и кристаллизатором 15, в

3?04 4

5 эо

25 зо

4О

55 котоРом формируется слиток 16 рабо тает следующим образом.

Перед началом эксплуатации устройства в герметичный корпус через отверстие 11, выполненное в его верхней секции 7, подают воду. Душирующим устройством 9 вода равномерно распределяется по полости, расположенной над стаканом-излучателем 1 и бандажом 3. Из этой полости вода одновременно поступает во все каналы, образованные пазами 2 стакана-излучателя 1 и пазами 4 бандажа 3, и, проходя по ним, охлаждает внешнюю поверхность стакана-излучателя и внутреннюю поверхность бандажа. Из этих каналов вода поступает в нижнюю секцию 8 герметичного корпуса и заполняет его, охлаждая при этом внешнюю поверхность бандажа 3 и поверхности ультразвукового преобразователя 5. Эффективность охлаждения преобразователя, обуславливающая стабильность его работы, достигается ступенчатой формой нижней секции 8 герметичного корпуса и расположением в

его верхней секции 7 кольцеобразного обтекателя 10. При полном заполнении герметичного корпуса вода душирующим устройством 9 направляется в полость, расположенную над обтекателем 10, из которой и отводится через отверстие

12. Одновременно с подачей воды в repметичный корпус в кристаллизатор 15 также подают воду.

После заполнения водой герметичного корпуса и кристаллизатора включают ультразвуковой генератор, к которому посредством обмотки 6 возбуждения подсоединен ультразвуковой преобразователь 5. Переменное напряжение резонансной частоты, поступая с генератора на обмотку преобразова-. теля, создает в нем магнитный поток.

Под действием магнитных сил преобразователь возбуждается и начинает совершать радиальные колебания; т.е. периодически сжиматься и расширяться.

Колебания преобразователя 5 передаются бандажу 3, а от него стакануизлучателю 1, в результате чего его стенка, т.е. внутренняя поверхность, начинает совершать колебания с ультразвуковой частотой. Причем передача ультразвуковой энергии, излучаемой преобразователем 5, осуществляется без потерь. Это достигается выполнением на внутренней поверхности бандажа 3 продольных пазов 4, имеющих по5 933 перечное сечение в виде равнобедренного треугольника с углом при его вершине, расположенной ближе к преобразователю 5, равным 5-80 Ширина пазов 4, т.е. длина основания упомянутого треугольника, на 0,1-401 превышает ширину паза 2 в стаканеизлучателе. А высота этого треуголь" ника, т.е. глубина паза 4, составляет 0,3-0,8 толщины стенки бандажа 3, 1О

Однако в случае выполнения пазов 4 с углом при их вершине более указанного предела, например в 90, или по ширине меньшими, чем пазы 2 в стакане-излучателе, часть ультразвуковой энергии, поступающей из бандажа в стакан-излучатель, будет потеряна, В первом случае это обусловлено тем, что ультразвуковые колебания, приходящиеся на боковые поверхности двух 20 рядом расположенных пазов 4, после отражения от них под углом в 45 будут распространяться навстречу друг другу, и, следовательно, будут демпфированы, а во втором случае - 25 тем, что часть ультразвуковых колебаний встретит на своем пути полость, . заполненную быстро движущейся водой, стенки которой перпендикулярны направлению их распространения. Кро- зо ме того, ряд других геометрических размеров пазов 4 оказывает существенное влияние на количество ультразвуковой энергии, поступающей в стаканизлучатель. Так уменьшение глубины па.

35 зов 4 до указанного предела, т.е. до 0,3 толщины стенки бандажа, при их постоянной ширине или увеличение ширины пазов бандажа при их постоянной глубине до величины, íà 40 пре- ið вышающей ширину пазов стакана-излу-. чателя. обуславливают увеличение угла при вершине паза, приближающегося в своих значениях к 90". Поэтому, в случае выполнения пазов 4 бандажа с

45 глубиной менее, чем 0,3 толщины его стенки, или с шириной, превышающей ширину пазов 2 стакана-излучателя более, чем на 40, некоторая часть передаваемой ультразвуковой энергии

50 будет также потеряна, поскольку величина угла при вершине паза 4 пре. высит 90 . В. своих максимальных знаю чениях глубина пазов 4, а их ширина, наоборот, в минимальных значениях ограничены соответственно усталост55 ной прочностью материала, из которого изготовлен бандаж 3, и шириной пазов 2 стакана-излучателя, обуслав204 6 ливающей также и минимальное значение (5 ) угла при вершине паза 4.

Если пазы 4 будут выполнены с глубиной, превышающей 0,8 толщины стенки бандажа, то становится возможным его усталостное разрушение в процессе работы устройства. В случае же ра венства ширины пазов 2 и 4, ихориентация друг относительно друга при запрессовке стакана-излучателя в бандаж в значительной степени затрудняется, что приводит к потерям ультразвуковой энергии. Ориентация пазов бандажа и стакана-излучателя сущест" венно облегчается, если разница в их ширине составляет всего лишь

5-15 .

После возбуждения ультразвукового преобразователя 5 открывают стопор разливочного ковша 14, обеспечивая в первый момент разливки заполнение стакана-излучателя 1 жидким металлом

13. Затем, регулируя положение стопора, устанавливают уровень металла на необходимой высоте, т.е. несколько выше торца стакана-излучателя.

Жидкий металл, например трубная сталь

17Г2ф, поступая из разливдчного ковша 14 в стакан-излучатель 1, за счет охлаждения его внешней поверхности водой, протекающей по каналам, образо ванным пазами 2 и 4, несколько охлаждается, например с 1540 до 1510 С, подвергаясь при этом обработке ультра. звуковыми колебаниями. Воздействие на металл энергией ультразвуковых колебаний способствует его дегаэации и интенсивному перемешиванию. При этом за счет охлаждения внешней поверхности стакана-излучателя на его внутренней поверхности образуется корочка твердого металла. Под воздействием ультразвуковых колебаний, амплитуда которых в данном устройстве составляет 10-20 микрон, накристаллиэовавшаяся корочка сбрасывается со стенки стакана-излучателя и разрушается. Образовавшиеся после ее разрушения фрагменты кристаллов вместе со струей металла попадают в кристаллиэатор 15, где служат дополнительными центрами кристаллизации Нри формировании слитка 1б. При прохождении жидкого металла через стакан"излучатель, толщина стенки которого выби- . рается в зависимости от необходимой величины снятия перегрева и мощности ультразвукового преобразователя, его температура понижается на

9332

30-35 С. Следует отметить, что на интенсивность снятия перегрева геометрические размеры пазов 4 бандажа

3 не оказывают никакого влияния, поскольку она полностью определяет- s ся геометрическими размерами стакана-излучателя 1 и пазов 2, в нем выполненных, а также скоростью прохождения охладителя через общие каналы, образованные пазами стакана- 10 излучателя и бандажа. Попадая в во-доохлаждаемый кристаллизатор 15 с сечением, например, равным 280 280 мм, металл кристаллизуется в слиток 16, который вытягивают из кристаллизато- 1$ ра со скоростью 0,9-1,2 м/мин. После окончания разливки металла включают ультразвуковой генератор и прекращают подачу воды в герметичный корпус устройства и в кристаллизатор. 20

В предлагаемом устройстве, рассчитанном на частоту 18-20 кГц, в стакане-излучателе, толщина стенки которого равна 10 мм, выполнено шестнадцать радиусных пазов 2. Глубина 25 и ширина этих пазов составляет соответственно б и 4 мм. В бандаже 3, имеющем стенку толщиной в 15 мм, также выполнено шестнадцать пазов 4 с поперечным сечением в виде равнобед- З0 ренного треугольника, угол при вершине которого равен 54о. Глубина этих пазов равна 10 мм и составляет

0,66 от толщины стенки бандажа, а их ширина, равная 5 мм, íà 12,51 превышает ширину пазов стакана-излучателя. Оптимальными размерами пазов, выполненных в бандаже, являются такие. при которых угол при их вершине сос" тавляет 40-60

Сопоставительный анализ известно" го и предлагаемого устройства показывает, что предлагаемое обладает

04 существенным преимуществом перед известным. Это преимущество заключается в том, что передача ультразвуковой энергии от бандажа в стакан-излучатель осуществляется без ее потерь, в результате чего процесс разрушения твердой корочки, образующейся на внутренней поверхности стакана-излучателя, значительно интенсифицируется. А это, в свою очередь, позволяет увеличить скорость разливки металла и скорость вытягивания слитка из кристаллизатора.

Формула изобретения

Устройство для непрерывной разливки металла по авт.св. я". 597496, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью устранения потерь ультразвуковой энергии при передаче ее от ультразвукового преобразователя в стакан-излучатель, на внутренней поверхности бандажа выполнены продольные пазы в количестве, равном числу пазов в стакане-излучателе, и составляющие с ними общие каналы для прохождения охладителя, причем пазы бандажа выполнены с увеличением поперечного сечения в направлении к стакану-излучателю в виде равнобедренного треугольника с углом при его вершине, равным 5-80, глубиной, составляющей 0,3-0,8 толцины стенки бандажа, шириной, на 0,1-401 превышающей ширину пазов стакана-излучателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

N 597496, кл. В 22 D 11/10 1976.

933204

Тираж 852 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4013/10

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

Составитель В. Балашов

Редактор Н. Багирова Техред M. Тепер Корректор У. Пономаренко