СПОСОБ ВАКУУМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА В ПРОЦЕССЕ РАЗЛИВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B22D11/10 B22D27/09 

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к способам и устройствам, используемым при вакуумировании жидкого металла непосредственно в процессе разливки.

Известен способ вакуумирования металла в процессе разливки, включающий стыковку ковша, оборудованного затвором, с вакуум-камерой, создание разряжения в вакуум-камере, открывание затвора ковша и вакуумирование струи металла, проходящего через вакуум-камеру (Сталь, 1983, N 12, с. 12, рис. 1).

Известно также устройство для вакуумирования металла, содержащее вакуум-камеру с крышкой и вакуум-проводом, сталеразливочный ковш с затвором и юбкой, герметично состыкованной с вакуум-камерой (там же).

Недостатками известных способа и устройства являются:
ограниченные функциональные возможности ввиду необходимости прерывания вакуумирования при смене разливаемого ковша, т.е. невозможность сплошного вакуумирования серийно разливаемых плавок;
уменьшенный выход вакуумированного металла;
дополнительные тепловые потери и уменьшение стойкости футеровки вследствие частой разгерметизации и подстуживания вакуум-камеры;
увеличенный расход инертного газа на заполнение вакуум-камеры;
затрудненные условия обслуживания вследствие необходимости маркировать и обрезать невакуумированные участки непрерывнолитой заготовки.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа вакуумирования металла в процессе разливки и устройства для его осуществления с возможностью сплошного вакуумирования серийно разливаемых плавок, с увеличенным выходом вакуумированного метала, с уменьшением тепловых потерь и увеличением стойкости футеровки, уменьшением расхода инертного газа на заполнение вакуум-камеры, а также упрощением условий обслуживания.

Способ вакуумирования металла в процессе разливки, состоит в том, что создают разряжение в вакуум-камере, подают струю металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш, через вакуум-камеру, производят вакуумирование струи металла, откачивают подачу из сталеразливочного ковша и возобновляют цикл разливки, при этом отличия способа заключаются в том, что перед подачей в вакуум-камеру струю металла пропускают через соединенную с вакуумпроводом шлюзовую камеру, а после истечения 85-95% металла из сталеразливочного ковша, скорость разливки струи металла уменьшают до значения , где A, B длина и ширина ковша, h глубина погружения патрубка в металл, мм, r плотность металла, кг/м³, t допустимое время для замены сталеразливочного ковша, мин, при чем после окончания подачи струи металла из сталеразливочного ковша, перед каждой сменой последнего, давление в шлюзовой камере выравнивают до атмосферного, подавая в нее атмосферный воздух, и создают разряжение вновь после соединения с новым сталеразливочным ковшом.

Устройство для вакуумирования металла в процессе разливки содержит вакуум-камеру с крышкой и вакуум-проводом, сталеразливочный ковш с затвором и юбкой, герметично состыкованной с вакуум-камерой и промежуточный ковш.

Отличиями устройства является то, что оно снабжено шлюзовой камерой с вакуумным затвором, выполненным с механизмами вертикального и горизонтального перемещения, шлюзовая камера установлена на крышке вакуум-камеры и соединена байпасной линией с вакуум-проводом и атмосферой, а также то, что вакуумный затвор шлюзовой камеры выполнен в виде подвижной плиты с огнеупорной воронкой, механизм горизонтального перемещения выполнен в виде вакуумплотно-пропущенного через стенку шлюзовой камеры штока, соединенного с плитой посредством хвостовика с цапфами, установленными в вертикальных пазах вилки, предусмотренных в плите, а механизм вертикального перемещения плиты выполнен в виде двух симметрично расположенных направляющих, вставленных в боковые пазы, предусмотренные на плите и закрепленных на рычагах, пропущенных через стенку шлюзовой камеры посредством вакуумплотных шарниров с возможностью их взаимодействия с копирными приводными линейками.

Начало снижения скорости разливки, произведенное после разливки 85% металла стальковша, объясняется тем, что при более раннем начале снижения скорости разливки снижается производительность УНРС, а также значительная часть заготовок должна проходить усиленный контроль, т.к. уменьшение скорости ниже оптимальной ухудшает качество поверхности слитков. При начале снижения скорости разливки, соответствующему разливке более 95% металла, вызывает значительные отклонения в процессе разливки, что может привести к прорывам металла и ухудшает качество непрерывно-литых заготовок (табл. 1).

Значение скорости разливки: объясняется тем, что при большей скорости происходит срыв вакуума из-за оголения патрубка, а при меньшей скорости появляются значительные трудности в процессе разливки металла (ухудшения качества поверхности, деформация роликов). (См.табл.1 и пример).

Заполнение шлюзовой камеры атмосферным воздухом вызвано необходимостью облегчения отсоединения ковша и предотвращения забрызгивания механизмов затвора.

Наличие на крышке вакуум-камеры шлюзовой камеры с вакуумным затвором, обеспечивает возможность герметизации вакуум-камеры при смене разливаемых ковшей. Соединение шлюзовой камеры с вакуум-проводом и атмосферой облегчает отсоединение ковша при замене и открывание затвора при начале разливки нового ковша.

Наличие подвижной плиты с огнеупорной воронкой, а также механизмов ее вертикального и горизонтального перемещения дает возможность или перекрывать или направлять струю металла с предотвращением ее разбрызгивания.

Конструктивное выполнение механизмов вертикального и горизонтального перемещения, обеспечивает возможность их независимых движений, обеспечивающих поджатие воронки к шиберному затвору ковша в открытом положении и поджатие плиты к уплотнению в закрытом положении.

На фиг.1 изображена схема процесса вакуумирования в конце разливки одной плавки; на фиг.2 то же, в начале разливки следующей плавки; на фиг.3 общий вид устройства; на фиг.4 разрез А-А по фиг.3; на фиг.5 вид Б по фиг.4; на фиг.6 разрез Г-Г по фиг.1.

Сталеразливочный ковш 1 со сталью стыкуют с вакуум-камерой 2, сливной патрубок 3 которой входит в полость промковша 4 МНЛЗ. После открывания шиберного затвора 5 ковша 1 металл заполняет нижнюю часть промковша 4 и патрубок 3. В вакуум-камере 2 создают разряжение. Металл, вытекающий из ковша, проходит через шлюзовую камеру 6 и вакуум-камеру 2, где струя и слой металла на днище подвергаются вакуумной дегазации.

После разливки 85-95% плавки скорость вытягивания уменьшают до значения: , где А, Б длина и ширина промежуточного ковша, h глубина погружения патрубка в металл, t максимально допустимое время для смены сталеразливочного ковша.

Затем закрывают затвор 5 сталеразливочного ковша, отсекают от вакуум-провода 7 полость шлюзовой камеры 6, закрывают вакуумный затвор 8, (фиг.1) заполняют шлюзовую камеру атмосферным воздухом, расстыковывают вакуум-камеру и порожний ковш, заменяют его новым, после чего шлюзовую камеру соединяют с вакуум-проводом, открывают ее затвор (фиг.2) и процесс повторяют до полной разливки заданного количества плавок.

Пример выполнения способа.

Вакуумированию подвергают 350 т плавки стали 08Ю.

Рабочая скорость вытягивания слитка 4,52 т/мин. При серийной разливке после опорожнения ковша 85-95% определяемом по изменению массы плавки в ковше, уменьшают скорость до 2,26 т/мин. Значение V=2,26 т/мин рассчитывали по формуле где A=5500 мм, B=900 мм, r=7000 кг/м³, t=8 мин, h=525 мм.

Затем закрывают затвор сталеразливочного ковша, отсекают от вакуумпровода полость шлюзовой камеры, заполняют ее атмосферным воздухом, расстыковывают вакуумкамеру и порожний ковш и заменяют его новым. За время смены ковша уровень металла сокращается и достигает устья патрубка, при этом сохраняется запас металла в патрубке, достаточный для поддержания гидравлического затвора в период замены ковша, и процесс вакуумирования не прерывается. По указанной технологии разливаются остальные плавки заданной серии.

Устройство для осуществления данного способа вакуумирования металла (фиг. 3-5) содержит сталеразливочный ковш 1, вакуум-камеру 2 со сливным патрубком 3, который входит в полость промковша 4. Ковш 1 оснащен шиберным затвором 5. Вакуум-камера 2 оборудована шлюзовой камерой 6, соединенной с вакуум-проводом 7 и снабженной вакуумным затвором 8. Шлюзовая камера 6 вакуумплотно закреплена на горловине 9 вакуум-камеры 2 и своим верхним фланцем 10 вакуумплотно состыкована с юбкой 11 сталеразливочного ковша 1. Шлюзовая камера 6 соединена с вакуум-проводом 7 посредством клапана 12 и атмосферой посредством клапана 13.

В днище 14 шлюзовой камеры 6, футерованном со стороны полости вакуум-камеры огнеупорным материалом, выполнено водоохлаждаемое гнездо 15 со вставленными в него уплотнением 16 и огнеупорный стакан 17.

Вакуумный затвор 8 включает в себя плиту 18 со сменной огнеупорной воронкой 19 и термостойкой вставкой 20, а также механизмы 21, 22 - горизонтального и вертикального перемещения плиты 18.

Приводы механизмов могут быть выполнены с различной кинематической схемой, гидравлическими, пневматическими или электромеханическими.

На фиг.3-5 показан один из примеров возможного выполнения приводов.

Механизм 21 горизонтального перемещения плиты 18 выполнен в виде полого водоохлаждаемого штока 23, пропущенного через стенку шлюзовой камеры 6 посредством уплотнительного узла 24, и соединен с силовым цилиндром 25. Шток 23 связан с плитой 18 посредством хвостовика 26 с цапфами, установленными с возможностью вертикального перемещения в вилке 27, выполненной на плите 18.

Механизм 22 вертикального перемещения выполнен в виде двух симметрично расположенных продольных направляющих 28, вставленных в боковые пазы 29, выполненные в плите 18.

Каждая направляющая 28 закреплена на двух рычагах 30, пропущенных через стенку шлюзовой камеры посредством вакуумплотных сферических шарниров 31. На противоположных концах рычагов 30 закреплены ролики 32, установленные в наклонных пазах 33 линеек 34, соединенных с силовыми цилиндрами 35.

Направляющие 28 и рычаги 30 выполнены водоохлаждаемыми.

Вакуум-камера 2 своими лапами 36 установлена на домкратах 37.

Устройство работает следующим образом.

Перед закрыванием вакуумного затвора 8 при смене ковшей (см. описание предлагаемого способа) закрывают клапан 12, соединяющий шлюзовую камеру с вакуум-проводом. Линейки 34 цилиндрами 35 перемещают в среднее положение. При этом ролики 32 поднимаются по наклонным пазам 33, а направляющие 28 опускаются, перемещая плиту в промежуточное положение. Затем механизмом 21 плиту перемещают до совпадения осей термостойкой вставки 20 и вакуум-камеры 2, после чего механизмом 22 вертикального перемещения плиту 18 прижимают к уплотнению 16. После закрывания затвора 18 клапан 13 открывается и соединяет полость шлюзовой камеры с атмосферой. Атмосферный воздух заполняет шлюзовую камеру, облегчая разъединение вакуум-камеры с ковшом и препятствуя затягиванию в полость шлюзовой камеры брызг металла и шлака.

Разъединение камеры и ковшей, а также их стыковка производятся перемещениями вакуум-камеры домкратами 37 при стационарно устанавливаемых ковшах.

После установки нового ковша с металлом и стыковки его с вакуум-камерой клапан 13 закрывают, а клапан 12 открывают, создавая тем самым, разряжение в шлюзовой камере и облегчая открывание вакуумного затвора.

Механизмом 22 вертикального перемещения плиту переводят в промежуточное положение, а механизмом 21 совмещают ось плиты 19 с осью вакуум-камеры, затем механизмом 22 поджимают воронку 19 к стакану шиберного затвора 5 сталеразливочного ковша.

Затем открывают затвор 5 и разливают металл по описанной выше технологии.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает получение следующих технико-экономических преимуществ:
обеспечивается непрерывное вакуумирование серии плавок без нарушения вакуума, что повышает долю вакуумированного металла с 70 до 95%
сокращается расход инертного газа на заполнение вакуум-камеры (вместо заполнения ее в конце разливки каждой плавки аргон подается в вакуум-камеру лишь один раз в конце разливки серии плавок);
исключаются затраты на маркировку и обрезку участков заготовки из невакуумированного металла;
повышается срок службы футеровки вакуум-камеры за счет существенного уменьшения числа теплосмен;
уменьшаются тепловые потери и предотвращается образование настылей на футеровке в результате исключения подстуживания вакуум-камеры в процессе разливки;
повышаются надежность и долговечность вакуумного насоса и элементов вакуум-провода вследствие уменьшения колебаний давления в вакуум-проводе.

Реализация предложения не требует значительных капитальных затрат.

В связи с минимальным дополнительным увеличением высоты агрегата (200-400 мм) возможно вписывание поточных вакууматоров в действующих цехах с относительно небольшой высотой пролетов.

Данное техническое решение может быть применено как при непрерывной разливке стали на МНЛЗ, так и при отливке крупных слитков из нескольких плавок.

Использование: в области металлургии. Сущность: способ предусматривает уменьшение массовой скорости разливки до значения , где A, B - длина и ширина промежуточного ковша, h - глубина погружения патрубка в металл, t - максимально допустимое время для замены сталеразливочного ковша, r - плотность металла после разливки 85-95% плавки.

Устройство снабжено шлюзовой камерой с затвором, а затвор снабжен подвижной плитой с огнеупорной воронкой и механизмами перемещения, горизонтального и вертикального, при этом механизм горизонтального перемещения выполнен в виде штока. Механизм вертикального перемещения плиты выполнен в виде направляющих, которые пропущены через стенку шлюзовой камеры. 2 с.п. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Способ вакуумирования металла в процессе разливки, включающий создание разряжения в вакуум-камере, подачу струи металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш через вакуум-камеру, вакуумирование струи металла, окончание подачи из сталеразливочного ковша, смену сталеразливочного ковша и возобновление цикла разливки, отличающийся тем, что перед подачей в вакуум-камеру струю металла пропускают через соединенную с вакуум проводом шлюзовую камеру, а после истечения 85 95% металла из сталеразливочного ковша скорость разливки струи металла уменьшают до значения

где A, B длина и ширина ковша, мм;
h глубина погружения патрубка в металл, мм;
r - плотность металла, кг/м³;
τ - максимально допустимое время для замены сталеразливочного ковша, мин,
причем после окончания подачи струи металла из сталеразливочного ковша, перед каждой сменой последнего, давление в шлюзовой камере выравнивают до атмосферного, подавая в нее атмосферный воздух, и создают разрежение вновь после соединения с новым сталеразливочным ковшом. 2. Устройство вакуумирования металла в процессе разливки, содержащее вакуум-камеру с крышкой и вакуум-проводом, сталеразливочный ковш с затвором и юбкой, герметично состыкованной с вакуум-камерой, и промышленный ковш, отличающееся тем, что оно снабжено шлюзовой камерой с вакуумным затвором, выполненным с механизмами вертикального и горизонтального перемещения, а шлюзовая камера установлена на крышке вакуум-камеры и соединена байпасной линией с вакуум-проводом и атмосферой. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вакуумный затвор шлюзовой камеры выполнен в виде подвижной плиты с огнеупорной воронкой. 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что механизм горизонтального перемещения выполнен в виде вакуум-плотнопропущенного через стенку шлюзовой камеры штока, соединенного с плитой посредством хвостовика с цапфами, установленными в вертикальных пазах вилки, предусмотренных на плите. 5. Устройство по пп.2, 3 или 4, отличающееся тем, что механизм вертикального перемещения плиты выполнен в виде двух симметрично расположенных направляющих, вставленных в боковые пазы, предусмотренные на плите, и закрепленных на рычагах, пропущенных через стенку шлюзовой камеры посредством вакуум-плотных шарниров с возможностью их взаимодействия с копирными приводными линейками.