УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИФОННОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА В ИЗЛОЖНИЦЫ И ФОРМЫ Российский патент 1994 года по МПК B22D7/12 

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, конкретнее к устройствам для сифонной разливки стали в изложницы и формы.

Известно устройство для сифонной разливки стали в сквозные изложницы, содержащее центровую, изложницу, поддон с сифонной проводкой, в концевом кирпиче которой выполнено выходное отверстие. Выходное отверстие размещают по оси изложницы. Заполнение изложницы осуществляют струей металла, формируемой выходным отверстием концевого кирпича сифонной проводки. (Яковлев Ю. Н. Формирование поверхностных слоев слитка в процессе наполнения сквозных изложниц сифонным способом. Изв. вузов. Черная металлургия, 1958, N 3, с. 34-41). Недостатком известного устройства является то, что формируемая отверстием концевого кирпича струя металла, поступающая в изложницу, вследствие сил инерции отклоняется от вертикального положения (в направлении "от центровой"), что обуславливает подмыв кристаллизующейся корочки слитка и, как следствие, образование поверхностных дефектов.

Известно устройство для сифонной разливки стали в сквозные изложницы содержащее центровую, изложницу, поддон с сифонной проводкой, в концевом кирпиче которой выполнено выходное отверстие, причем выходное отверстие смещено относительно оси изложницы в направлении центровой (Функин А.П. Отливка круглых слитков через смещенные сифонные литники.: Металлургическая и горнорудная промышленность, 1960, N 4, с.70-72). Недостатком этого устройства является то, что смещение изложницы относительно выходного отверстия концевого кирпича сифонной проводки не снижает степень отклонения поступающей в изложницу восходящей струи металла от вертикали, что обуславливает подмыв кристаллизующейся корочки слитка, и как следствие, образование поверхностных дефектов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для разливки металла, включающее изложницы, литниковую чашу, распределитель жидкого металла и сифонные проводки, в каналах которых выполнены выходные отверстия, площадь сечения которых больше площади поперечного сечения каналов, в каждом канале выполнено дополнительное выходное отверстие радиусом, равным радиусу сифонной проводки, причем основное и дополнительное отверстия равно отстоят от продольной оси изложницы на расстоянии 1,5-2,5 радиуса канала сифонной проводки при соотношении между радиусами основного и дополнительного отверстий (1:1)-(0,8:1).

Недостатком известного устройства является низкое качество отливаемых слитков.

Это обусловлено тем, что в связи с незначительной толщиной тела пролетного кирпича высота (h) каналов выпускных отверстий, направляющих струи металла в изложницу, незначительна. Так, для пролетного кирпича N 76 (ГОСТ 11586-69. Изделия огнеупорные для сифонной разливки стали) h = 0,025 м при диаметре канала d = 0,05 м. Отношение h/d = 0,5. Как показывают гидравлические исследования, жесткая вертикальная восходящая струя может быть получена только при условии, что отношение высоты к диаметру канала отверстия составляет не менее h/d ≥ 4 (Лапицкий В.И. Некоторые особенности наполнения изложниц спокойной сталью. Труды НТО черной металлургии. М.: Металлургиздат, 1955, т. 5, с.93-100). Столь незначительная величина отношения h/d = 0,5 приводит к тому, что твердая внутренняя поверхность канала выходного отверстия пролетного кирпича сифонной проводки не оказывает влияния на формирование поступающих в изложницу струй металла. В связи с отсутствием влияния жестких границ каналов отверстий на процесс формирования поступающих в изложницу восходящих струй металла при поступлении из основного и дополнительного отверстий в изложницу струи, сохраняя (под влиянием сил инерции) направление движения потока по горизонтальной сифонной проводке, отклоняются от вертикали в одну сторону - противоположную подводу. В связи с тем, что струи отклоняются в одну сторону, при их распространении в объеме залитого в изложницу металла струи сливаются, энергия суммарной струи резко возрастает. Таким образом, энергия восходящих струй взаимно не гасится, конвективные потоки получают сильное развитие. Данное явление обуславливает подмыв кристаллизующейся корочки слитка, ее неравномерную кристаллизацию как по периметру, так и по высоте изложницы, возникновение местных концентраций напряжений и, как следствие, образование горячих трещин. Выполнение дополнительного выходного отверстия в сифонных пролетных проводках усиливает неравномерность поля скоростей потоков в изложнице и, как следствие, приводит к снижению качества поверхности слитка по дефектам "горячая трещина".

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для сифонной разливки металла в изложницы и формы, содержащем центровую, изложницу, поддон с сифонной проводкой, в пролетных кирпичах которой выполнены основное и дополнительное выходное отверстия, размещенные симметрично относительно вертикальной оси изложницы, выполняют четное число замкнутых сифонных проводок, размещенных симметрично относительно вертикальной оси изложницы, причем расстояние L между осями выходных отверстий каждой пары замкнутых сифонных проводок составляет (2-10 )d - диаметров отверстия.

Заполнение изложницы через четное число замкнутых сифонных проводок, расположенных симметрично относительно вертикальной оси изложницы, изменяет режим движения потоков в объеме залитого в изложницу металла. Отклонение восходящих струй металла от вертикали, характеризующее процесс заполнения изложницы, при использовании устройства известной конструкции устраняется. Данное явление объясняется взаимным гашением горизонтальных составляющих скоростных полей каждой из истекающих навстречу одна другой струй при их взаимодействии. Дальнейший процесс распространения обобщенной струи расплава определяется ее обобщенными параметрами. В данном случае устраняется локальный подмыв кристаллизующейся корочки слитка, ее неравномерная кристаллизация как по периметру, так и по высоте изложницы, возникновение местных концентраций напряжений и, как следствие этого, образование горячих поверхностных трещин.

Размещение замкнутых сифонных проводок асимметрично относительно вертикальной оси изложницы не обеспечивает полного взаимного гашения горизонтальных составляющих скоростных полей каждой из восходящих струй и исключения подмыва кристаллизующейся корочки слитка.

Выполнение сифонных проводок замкнутыми обеспечивает повышение расходных характеристик устройства и, следовательно, скорость разливки металла в связи со снижением коэффициента сопротивления замкнутой сифонной проводки в сравнении с проточной. Так, коэффициент сопротивления замкнутой сифонной проводки составляет 2,5, в то время как при использовании проточной - 4. (Яковлев Ю. Н. , Карп С.Ф. и Давыдов Ю.В. Оценка гидродинамических условий наполнения изложниц металлом при использовании восьмиместных поддонов. Разливка стали в изложницы и качество слитка. М.: Металлургия, 1984, с.33-36).

Выполнение в концевых кирпичах каждой ветви замкнутой сифонной проводки более одного отверстия нецелесообразно, так как снижается начальная скорость истечения струи из канала отверстия, а следовательно, условия обогрева зеркала металла в изложнице, и повышается брак слитков по дефектам типа "завороты корочки".

Экспериментально установлено, что при уменьшении расстояния L между осями выходных отверстий концевых кирпичей сифонных проводок менее 2d, диаметров отверстия, значительная кинетическая энергия струй обуславливает расширение суммарной восходящей струи металла в плоскости, перпендикулярной направлениям подвода каждой из струй, что вызывает подмыв кристаллизующейся на боковых гранях изложницы корочки слитка.

Увеличение расстояния L между осями выходных отверстий концевых кирпичей сифонных проводок более 10d, диаметров отверстия, снижает эффект взаимного гашения горизонтальных составляющих скорости каждой из струй в связи с значительным ростом амплитуды колебаний их осевых участков на столь значительном расстоянии от выходного отверстия сифонной проводки.

Практическое равенство скоростей потоков жидкости, обтекающих кристаллизующуюся корочку слитка у противолежащей центровой (v₁) и боковой (v₂) стенок изложницы наблюдается при расстоянии (2-10)d между осями выходных отверстий концевых кирпичей сифонных проводок (табл.1).

На фиг. 1-3 изображено устройство для сифонной разливки металла.

Устройство включает центровую 1, изложницу 2, поддон 3, сифонные проводки 4 с концевыми кирпичами 5 и выполненными в них выпускными отверстиями 6.

Работа устройства для сифонной разливки металла осуществляется следующим образом. При открытии стопорного (шиберного) затвора сталеразливочного ковша металл поступает в центровую 1 и по размещенным в поддоне 3 каналам сифонных проводок 4 концевых кирпичей 5 и выходных отверстий 6 - в полость изложницы 2. В результате взаимодействия струй, истекающих из выходных отверстий концевых кирпичей сифонных проводок, расположенных симметрично относительно вертикальной оси изложницы, отклонение направления потока от вертикали устраняется. Кристаллизация корочки слитка происходит в идентичных условиях как по высоте, так и по периметру изложницы, что обуславливает повышение качества слитка и увеличение выхода годного (табл.2).

Предварительный анализ показывает, что реализация предлагаемого устройства для сифонной разливки металла позволит повысить по сравнению с известным решением качество слитка и увеличить выход годного за счет снижения на 10-15% брака по дефектам поверхности и повышения выхода 1-го сорта.

Использование: в области металлургии и литейного производства при разливке металла сифонным способом в изложницы и фирмы. Сущность: в устройстве, содержащем центровую, изложницу, поддон с сифонной проводкой, в пролетных кирпичах которой выполнены основное и дополнительное выходные отверстия, размещенные симметрично относительно вертикальной оси изложницы, выполнено четное число замкнутых сифонных проводок, размещенных симметрично относительно вертикальной оси изложницы, причем расстояние L между осями выходных отверстий каждой пары замкнутых сифонных проводок составляет 2 - 10 d - диаметров отверстия. 3 ил., 2 табл.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИФОННОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА В ИЗЛОЖНИЦЫ И ФОРМЫ, содержащее центровую, изложницу, поддон с сифонной проводкой, в пролетных кирпичах которой выполнены основные и дополнительные выходные отверстия, размещенные симметрично относительно вертикальной оси изложницы, отличающееся тем, что оно содержит четное число замкнутых сифонных проводок, размещенных симметрично относительно вертикальной оси изложницы, при этом расстояние L между осями выходных отверстий каждой пары замкнутых сифонных проводок составляет (2 - 10)d - диаметров отверстия.