ОГНЕУПОРНЫЙ СТАКАН Российский патент 2002 года по МПК B22D41/50 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к огнеупорным стаканам для подачи металла в промежуточный ковш машины непрерывного литья заготовок.

Известен огнеупорный стакан для подачи металла в промежуточный ковш машины непрерывного литья заготовок с металлопроводящим каналом, входное отверстие которого выполнено с круглым поперечным сечением, в котором выходное отверстие металлопроводящего канала выполнено также с круглым поперечным сечением, при этом площадь поперечного сечения выходного отверстия равна площади поперечного сечения входного отверстия, а общая длина металлопроводящего канала стакана составляет 10 радиусов окружности выходного отверстия (В.А. Ефимов, А. С. Эльдарханов. Современные технологии разливки и кристаллизации сплавов. М.: Машиностроение, 1998 г., стр. 338, рис. 8.12).

Недостатком известного огнеупорного стакана является то, что он не позволяет использовать в промежуточном ковше защитные покровные шлаки, что связано с малой длиной металлопроводящего канала стакана. Кроме того, струя металла из известного огнеупорного стакана характеризуется значительной кинетической энергией, что связано с круглым поперечным сечением металлопроводящего канала стакана. Эти факторы определяют высокую загрязненность заготовок неметаллическими включениями, как образующимися при окислении металла в промежуточном ковше, так и попавшими в промежуточный ковш из покровною шлака в разливочном ковше.

Известен также огнеупорный стакан для подачи металла в промежуточный ковш машины непрерывного литья заготовок, с металлопроводящим каналом, входное отверстие которого выполнено с круглым поперечным сечением, в котором выходное отверстие металлопроводящего канала выполнено также с круглым поперечным сечением, при этом площадь поперечного сечения выходного отверстия равна площади поперечного сечения входного отверстия, а общая длина металлопроводящего канала стакана позволяет использовать покровные шлаки в промежуточном ковше (Достижения в области непрерывной разливки стали. Материалы межд. конгресса. М.: Металлургия, 1987 г., рис. 8.1).

Недостатком известного огнеупорного стакана является большая кинетическая энергия формируемой им струи металла и равномерное распределение потоков металла от оси струи, что приводит к образованию воронкообразных вихрей на поверхности металла в промежуточном ковше и захватыванию покровного шлака в ковше металлом. Это является следствием круглого поперечного сечения металлопроводящего канала и определяет высокую загрязненность заготовок неметаллическими включениями.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является принятый за прототип огнеупорный стакан, который может быть использован для подачи металла в промежуточный ковш, с металлопроводящим каналом, входное oтверстие которого выполнено с круглым поперечным сечением, а выходное отверстие по нижней кромке выполнено с овальным поперечным сечением, малая ось которого равна диаметру входного отверстия, а большая составляет 1,2-4,0 этого диаметра. При данных соотношениях размеров площадь поперечного сечения выходного отверстия составляет 1,25-4,80 площади поперечного сечения входного отверстия (aвт. свид. СССР 614884, B 22 D 41/50, 11/10, 02.07.76).

Несмотря на овальный профиль выходного отверстия огнeyпорного стакана, выходящая из него струя металла характеризуется значительной кинетической энергией, что связано с сохранением большого размера малой оси овального выходного отверстия. Кроме того, недостатком прототипа является то, что он не позволяет использовать в промежуточном ковше защитные покровные шлаки, что связано с малой длиной металлопроводящего канала стакана. Кроме того, струя металла из огнеупорного стакана характеризуется значительной кинетической энергией, что связано с сохранением большого размера малой оси выходного отверстия. Эти факторы определяют высокую загрязненность заготовок неметаллическими включениями, как образующимися при окислении металла в промежуточном ковше, так и попавшими в промежуточный ковш из покровного шлака в разливочном ковше.

Технический результат изобретения заключается в создании условий для использования покровного шлака в промежуточном ковше, снижении кинетической энергии, формируемой огнеупорным стаканом струи металла, и управлении потоками металла в промежуточном ковше для исключения интенсивных потоков на поверхности, в том числе воронкообразных вихрей, и снижении, таким образом, загрязненности заготовок неметаллическими включениями.

Результат достигается тем, что в известном oгнеупорном стакане для подачи металла в промежуточный ковш машины непрерывного литья заготовок с металлопроводящим каналом, входное отверстие которого выполнено с круглым поперечным сечением, согласно изобретению выходное отверстие металлопроводящего канала выполнено с поперечным сечением, профиль которого образован частью окружности радиуса R и по крайней мере одной ее хордой, при этом площадь поперечного сечения выходного отверстия составляет 0,2-1,0 площади поперечного сечения его входного отверстия, а общая длина металлопроводящего канала превышает 15 радиусов R окружности профиля. Профиль поперечного сечения выходного отверстия металлопроводящего канала может быть образован частью окружности радиуса R и двумя хордами, расположенными под углом друг к другу, не превышающим 30^o. Поперечное сечение выходного отверстия металлопроводящего канала может иметь вид ceгмента.

Заявленная совокупность признаков, а именно профиль сечения выходного отверстия и регламентированные площадь поперечного сечения выходного отверстия и длина металлопроводящего канала, позволяют использовать в промежуточном ковше защитный покровный шлак, исключают его захватывание металлом за счет снижения кинетической энергии формируемой стаканом струи металла и подавления интенсивных потоков металла в ковше и вихреобразования на поверхности металла, что обеспечивает высокую чистоту заготовок по неметаллическим включениям.

При величине отношения площади поперечного сечения выходного отверстия металлопроводящего канала к площади поперечного сечения его входного отверстия менее 0,2 значительно увеличиваются размеры входного отверстия для обеспечения требуемой пропускной способности огнеупорного стакана, и, следовательно, увеличиваются габариты стакана, при величине отношения более 1,0 возрастают размеры выходного отверстия канала, что определяет резкое замедление снижения кинетической энергии формируемой огнеупорным стаканом струи металла при одновременном увеличении габаритов стакана.

Варианты выполнения профиля выходного отверстия обеспечивают снижение загрязненности заготовок включениями для промежуточных ковшей наиболее распространенных конструкций - прямоугольных, Т-образных и других.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен огнеупорный стакан для подачи металла в промежуточный ковш прямоугольной формы; на фиг.2 - сечение входного отверстия; на фиг.3 - сечение выходного отверстия этого стакана; на фиг.4 - сечение выходного oтверстия канала стакана для промежуточного ковша Т-образной формы; на фиг.5 - сечение выходного отверстия канала стакана для промежуточного ковша овальной формы; на фиг.6 и 7 показана схема потоков металла в промежуточном ковше прямоугольной формы, вид сверху и продольное сечение соответственно.

Огнеупорный стакан для подачи металла в промежуточный ковш прямоугольной формы (фиг. 1, 2 и 3) имеет металлопроводящий канал 1, входное отверстие 2 которого выполнено с круглым поперечным сечением (фиг.2), а выходное отверстие 3 выполнено с поперечным сечением, профиль которого образован частью окружности радиуса R и двумя параллельными хордами 4 (фиг.3). Длина стакана L превышает 15 радиусов R окружности профиля.

Поперечное сечение выходного отверстия металлопроводящего канала стакана для подачи металла в промежуточный ковш Т-образной формы имеет вид сегмента (фиг. 4), а для подачи металла в ковш овальной формы профиль поперечного сечения выходного oтверстия канала образован частью окружности радиуса R и двумя хордами, расположенными под углом α друг к другу.

Стакан для подачи металла в промежуточный ковш прямоугольной формы работает следующим образом (фиг.4 и 5).

Выходное отверстие 3 установленного в промежуточный ковш 5 с порогами 6 и разливочными стаканами 7 стакана 1 формирует плоскую вертикальную струю, которая у дна промежуточного ковша 5 раздваивается на горизонтальные потоки (показаны стрелками), каждый из которых направляется к одному из двух порогов 6 и далее - к соответствующему разливочному стакану 7. Пороги 6 обеспечивают отрыв потоков металла oт дна ковша 5 и их направление к покровному шлаку на поверхности металла (фиг.5).

Благодаря формируемой профилем сечения выходного отверстия плоской струе, ее подводу под уровень металла в ковше и направлению потоков металла преимущественно вдоль промежуточного ковша 5 на поверхности металла около стакана интенсивность потоков ограничена и не образуются конические вихри, являющиеся причиной эмульгирования покровного шлака металлом, что определяет высокую чистоту металла по неметаллическим включениям. Направление металла к зеркалу порогами обеспечивает дополнительное очищение металла от неметаллических включений за счет их коагуляции и последующего поглощения покровным шлаком.

При использовании огнеупорного стакана (фиг.4) большая часть металла после его отражения от дна промежуточного ковша направляется из приемной части ковша непосредственно в разливочную часть веерообразным потоком, а при использовании стакана фиг.5 - плоскими струями к разливочным стаканам. В обоих случаях для отрыва потоков металла от днища промежуточного ковша в нем могут использоваться пороги, установленные квазистантно профилям поперечного сечения выходных отверстий канала стакана.

Изобретение может быть использовано для производства заготовок с низким содержанием неметаллических включений и газов, что обеспечивает повышение механических и служебных характеристик готового проката из литого металла. Так, общее содержание неметаллических включений в слябовых заготовках при использовании изобретения составляет до 100•10³ об.%, относительное удлинение и ударная вязкость прокатных листов выше на 10-20%, снижается брак но УЗК в 2,5 раза.

Изобретение может быть использовано для подачи металла в промежуточный ковш машин непрерывного литья сортовых, блюмовых и слябовых заготовок. В огнеупорном стакане входное отверстие выполнено круглого сечения, а выходное отверстие - с поперечным сечением, профиль которого образован частью окружности радиуса R и по крайней мере одной ее хордой. Площадь поперечного сечения выходного отверстия составляет 0,2-1,0 площади поперечного сечения его входного отверстия, а общая длина металлопроводящего канала превышает 15 радиусов R окружности профиля. Профиль поперечного сечения выходного отверстия может быть образован частью окружности радиуса R и двумя хордами, расположенными под углом друг к другу, не превышающим 30^o, и иметь вид сегмента. Выходное отверстие формирует плоскую струю, которая у дна промежуточного ковша раздваивается на горизонтальные потоки. Снижается кинетическая энергия струи металла, предотвращается затягивание покровного шлака в расплав, повышается качество и механические свойства заготовок. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Огнеупорный стакан для подачи металла в промежуточный ковш машины непрерывного литья заготовок, с металлопроводящим каналом, входное отверстие которого выполнено с круглым поперечным сечением, отличающийся тем, что выходное отверстие металлопроводящего канала выполнено с поперечным сечением, профиль которого образован частью окружности радиуса R и, по крайней мере, одной ее хордой, при этом площадь поперечного сечения выходного отверстия составляет 0,2-1,0 площади поперечного сечения его входного отверстия, а общая длина металлопроводящего канала превышает 15 радиусов окружности профиля. 2. Огнеупорный стакан по п.1, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения выходного отверстия металлопроводящего канала образован частью окружности радиуса R и двумя хордами. 3. Огнеупорный стакан по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения выходного отверстия металлопроводящего канала образован частью окружности радиуса R и двумя хордами, расположенными под углом друг к другу, не превышающим 30^o. 4. Огнеупорный стакан по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение выходного отверстия металлопроводящего канала имеет вид сегмента.