ПОГРУЖНОЙ СТАКАН ДЛЯ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ Российский патент 2003 года по МПК B22D41/50 

Изобретение относится к непрерывной разливке металла. В частности, оно относится к погружному стакану из огнеупорных материалов, через которые жидкий металл для литья разливают в кристаллизатор установки для непрерывной разливки, в частности для межцилиндрового литья.

Эти стаканы своим верхним концом соединены с емкостью для жидкого металла, называемой распределителем, а их нижний конец опущен в жидкий металл, находящийся в кристаллизаторе, где должно осуществляться затвердевание отливаемого изделия. Главное назначение таких стаканов заключается в предохранении от атмосферного окисления струи металла на ее пути от емкости с металлом к кристаллизатору. Они также позволяют, благодаря соответствующей конфигурации нижнего конца, правильно направлять поток жидкого металла в кристаллизатор для того, чтобы затвердевание изделия осуществлялось в наиболее благоприятных условиях.

Отливка тонких металлических полос толщиной в несколько миллиметров непосредственно из жидкого металла (например, из стали или меди) может осуществляться при помощи установки для так называемого "межцилиндрового литья". Установка включает в себя кристаллизатор, заливочное пространство которого ограничено по его большим сторонам парой охлаждаемых изнутри цилиндров с параллельными горизонтальными осями, вращающихся вокруг этих осей в противоположных направлениях, а по меньшим сторонам - запорными пластинами из огнеупорного материала (называемыми боковыми стенками), накладываемыми на концы цилиндров. Цилиндры могут также заменяться охлаждаемой бесконечной лентой.

При межцилиндровом литье часто используют погружные стаканы, состоящие из двух частей (см., например, ЕР-А-0 771 600). Первая часть состоит из цилиндрической трубы, верхняя часть которой соединена с отверстием в дне распределителя, образующего емкость для жидкой стали, заливаемой в кристаллизатор. Это отверстие может частично или полностью закрываться оператором при помощи затвора или системы затворов, обеспечивающих регулирование расхода металла. От сечения этого отверстия зависит расход металла, который может протекать через внутреннее пространство погружного стакана. Вторая часть, устанавливаемая на нижнем конце вышеназванной трубы, например, при помощи резьбы или конструкционно выполненная заодно с трубой, предназначена для погружения в металл, находящийся в кристаллизаторе. Она состоит из полого элемента, внутреннее пространство которого сообщается с нижним отверстием вышеназванной цилиндрической трубы. Внутреннее пространство данного полого элемента чаще всего имеет более или менее удлиненную форму в зависимости от размеров заливочного пространства машины, на которой устанавливается погружной стакан. Он устанавливается практически перпендикулярно трубе. При работе погружного стакана полый элемент помещается параллельно цилиндрам и жидкий металл течет в кристаллизатор через сквозные отверстия на сторонах полого элемента, чаще всего на каждом из его концов. В последнем случае потоки металла, вытекающего из погружного стакана, направляются преимущественно к боковым стенкам для того, чтобы горячий металл поступал на их поверхность и чтобы избежать нежелательного затвердевания металла (так называемого "вредного затвердевания"), которое может губительно отразиться на работе машины. Сквозные отверстия могут иметь горизонтальное или наклонное направление вниз. На боковых стенках или в днище погружного стакана могут быть выполнены дополнительные отверстия, кроме вышеназванных, для заполнения горячим металлом пространства стакана по его бокам и/или под ним. Таким образом улучшается термическая однородность находящегося в кристаллизаторе металла.

Один из основных недостатков, встречающихся при использовании таких погружных стаканов, заключается в том, что, в основном, жидкий металл не заполняет полностью их внутреннее пространство, а вытекание металла происходит неравномерно и с завихрениями. В частности, так происходит, когда отверстие распределителя не открыто полностью. Это приводит к заметной неравномерности струй металла, вытекающих из отверстий, а потоки внутри кристаллизатора очень отличаются от оптимальных форм, которые теоретически должны обспечиваться погружным стаканом. При этом отмечается появление неравномерности при затвердении изделия, которая может отрицательно сказаться на качестве готового продукта особенно тогда, когда отливаются полосы небольшой толщины.

Эту проблему решают путем размещения внутри погружного стакана барьеров, которые уменьшают расход металла, препятствуя его естественному потоку. При одинаковом расходе металла ограничивается скорость потока и, таким образом, улучшается заполнение внутреннего пространства погружного стакана. Таким способом можно ослабить действие нежелательных завихрений потока металла. В случае применения погружных стаканов, состоящих из двух частей, как было описано выше, такие барьеры могут помещаться в первую цилиндрическую часть или в ее продолжение (см. документ ЕР-А-0765702). Они могут включать в себя "планку", то есть вытянутый в форме параллелепипеда элемент из огнеупорного пористого или перфорированного материала, помещаемый внутри второй части погружного стакана (полого элемента), через который жидкий металл должен обязательно проходить до того, как он дойдет ко всем или к части различных отверстий, сообщающихся с внутренним заливочным пространством кристаллизатора (см. документ JP-F-1-317658).

Если погружной стакан включает в себя, с одной стороны, перфорированную пленку, а, с другой стороны, отверстия, выполненные в днище и/или боковых стенках его удлиненной второй части (и, кроме того, отверстия, направленные к меньшим сторонам разливочного пространства), то имеет большое значение, чтобы в эти разные отверстия жидкий металл поступал равномерно по всей длине вышеназванной второй части. Только при этом условии можно гарантировать требующуюся равномерность потоков металла во внутреннее заливочное пространство. Однако при опытах на гидравлических макетах оказывается, что это условие чаще всего не выполняется при использовании погружного стакана слишком удлиненной формы, приспособленного к применению в установке для отливки тонких полос с большой шириной (порядка 1 м и больше) и оборудованного перфорированной линейкой в форме параллелепипеда. При этом очевидно, что через определенные отверстия погружного стакана проходит поток металла с повышенным расходом, а через другие - с недостаточным расходом. Это отрицательно сказывается на нормальном заполнении горячим металлом всего заливочного пространства и может привести к неравномерности толщины затвердевания изделия на цилиндрах, что является главным критерием качества изготавливаемой полосы.

Задачей изобретения является создание погружного стакана вышеописанного типа, обеспечивающего наиболее равномерную заливку металла в заливочное пространство по всей его длине.

В этой связи предметом изобретения является погружной стакан для заполнения жидким металлом кристаллизатора для непрерывной разливки металла, включающий в себя первую трубчатую часть, один конец которой должен соединяться с емкостью для жидкого металла, а другой конец сообщается со второй полой частью удлиненной формы, один участок внутреннего пространства которой, по крайней мере, располагается практически перпендикулярно вышеназванной первой трубчатой части, при этом эта полая часть включает в себя сквозное отверстие в каждом из своих концов, а также одно или несколько выходных отверстий в его днище и/или боковых стенках, при этом снабженная отверстиями планка располагается во внутреннем пространстве вышеназванной полой части таким образом, чтобы жидкий металл обязательно проходил через эти отверстия перед тем, как попасть в вышеназванные выходные отверстия, отличающийся тем, что планка снабжена, по меньшей мере, на одном участке ширины своей верхней грани рельефной частью с вершиной, расположенной по продольной горизонтальной оси вышеназванной полой части, при этом отверстия располагаются по одну и по другую сторону указанной вершины.

Как было указано выше, изобретение заключается в том, что на верхней грани планки выполнена рельефная часть, по меньшей мере, на одном участке ее ширины. Эта рельефная часть должна иметь примерно треугольное или округленное поперечное сечение для того, чтобы "рассекать" падающую на нее струю металла и распределять металл симметрично по поперечному сечению погружного стакана, не допуская при этом вертикальных всплесков, которые могут мешать равномерности потоков. Таким образом достигается более равномерное и постоянное по времени заполнение, чем при использовании планки в форме обыкновенного параллелепипеда, когда струя металла падает на ее обычную плоскую горизонтальная поверхность.

Ниже изобретение поясняется более подробно на основе примера выполнения, показанного на прилагаемых чертежах.

На фиг.1а показан вид спереди и в продольном разрезе погружного стакана; фиг. 1b - вид сбоку в поперечном разрезе по оси 1b-1b планки, показанной на фиг.1а; фиг 1с - такое же изображение планки, показанной на фиг 1а;
Фиг. 2 - вид сбоку в поперечном разрезе второго примера выполнения планки, которая может заменить планку, показанную на фиг 1а;
Фиг.3 - вид сбоку в поперечном разрезе третьего примера выполнения планки, которая может заменить планку, показанную на фиг.1а;
Фиг. 4 - вид сбоку в поперечном разрезе четвертого примера выполнения планки, которая может заменить планку, показанную на фиг.1а;
Фиг.5 - вид сбоку в поперечном разрезе пятого примера выполнения планки, которая может заменить планку, показанную на фиг.1а.

Погружной стакан 1 согласно изобретению показанный на фиг.1а, благодаря своей узкой и удлиненной форме, приспособлен к применению в установке для литья тонких полос между двумя охлаждаемыми внутри и вращающимися цилиндрами уже известным в настоящее время способом. В соответствии с уже известными описаниями он содержит первую часть из цилиндрической трубы 2, верхняя часть которой, не представленная на чертеже, предназначена для соединения с выходным отверстием распределителя. Эта цилиндрическая труба 2 сообщается с внутренним пространством 3 второй части погружного стакана 1, состоящего из полого элемента 4 удлиненной формы, достаточно узкого для того, чтобы входить в заливочное пространство установки. В соответствии с известными описаниями этот полый элемент 4 содержит различные отверстия, через которые металл выходит из погружного стакана 1, а именно:
- два сквозных отверстия 5, 6 прямоугольного сечения в представленном примере, выполненные в концах полого элемента 4 и направленные к меньшим сторонам разливочного пространства, через которые проходит основной поток жидкого металла, протекающий через погружной стакан 1; на фиг. 1а эти сквозные отверстия 5, 6 имеют горизонтальное направление, но они могут располагаться также наклонно; они могут также иметь другое сечение (например, круглое) в классическом исполнении;
- ряд цилиндрических выходных отверстий 7-17 малого диаметра, расположенных вертикально и выполненных в средней плоскости днища 18 полого элемента 4, предназначенных для непосредственной заливки горячего металла в зоны заливочного пространства, находящегося под стаканом; в качестве варианта, как известно из документа ЕР-А-0771600, можно предусматривать не один, а два ряда таких отверстий, расположенных по одну и другую сторону от срединной плоскости днища 18 полого элемента 4.

В другом варианте к выходным отверстиям 7-17 добавляются (или заменяют их) отверстия, выполненные в больших боковых стенках полого элемента 4 и направленных к большим сторонам заливочного пространства (иначе говоря, в направлении цилиндров в случае установки для межцилиндрового литья). Эти отверстия 7-17 могут быть не обязательно цилиндрическими, а могут иметь, например, эллиптическое сечение. Они могут также (в частности, по одному из вариантов, описанных в документе ЕР-А-0771600) располагаться наклонно. И, наконец, они могут быть заменены одной или несколькими щелями, расположенными на одной части длины или по всей длине днища 18 полого элемента 4, при этом важно, чтобы металл попадал на них равномерно по всей их длине.

Погружной стакан 1 включает в себя также расположенную в его внутреннем пространстве 3 планку 19 с отверстиями, устанавливаемую на выступах 36, выполненных в стенках сквозных отверстий 5, 6. Как известно, она предназначена для уменьшения расхода жидкого металла и для лучшего заполнения внутреннего пространства 3 и, следственно, для обеспечения равномерности потоков металла, вытекающего из погружного стакана 1. Согласно изобретению эта планка 19 имеет форму, отличающуюся от классической формы параллелепипеда, и имеет рельефную часть 20, вершина которой должна располагаться по продольной горизонтальной оси полой части 4 погружного стакана 1. В примере, представленном на фиг.1а и 1b, эта рельефная часть 20 касается только центрального участка ширины верхней грани 21 планки 19 и имеет треугольное поперечное сечение, размеры которого не меняются по всей длине планки 19. Остальные части этой верхней грани 21 являются плоскими, и именно на этих плоских частях, примыкая к рельефной части 20, выполнены отверстия 22, 22', 23-34, через которые протекает жидкий металл перед тем, как попасть в нижнюю часть 35 внутреннего пространства 3 погружного стакана 1 и вытечь из стакана 1 через нижнюю часть сквозных отверстий 5, 6 и через отверстия 7-17. В представленной форме выполнения часть металла может вытекать из погружного стакана 1 через верхнюю часть сквозных отверстий 5, 6, не проходя через отверстия 23-34 планки 19. Согласно изобретению металл, вытекающий из стакана 1 через выходные отверстия 7-17, должен обязательно до этого пройти через отверстия 23-34 планки 19.

В одном из вариантов, как показано на фиг.1с, поперечное сечение рельефной части 20 планки 19 может иметь форму треугольника с усеченной вершиной и, следственно, с плоской частью 36 на своей вершине.

Само собой разумеется, что погружной стакан 1 представлен на чертеже схематически, и на нем изображены только те элементы и детали, которые помогают лучше понять суть изобретения. В частности, чтобы не перегружать фиг. 1а, на ней не показано, каким образом различные части стакана 1 соединяются друг с другом, так как эти виды соединений не отличаются от обычных, присущих для данного типа погружного стакана. Например, цилиндрическая труба 2 и полый элемент 4 могут соединяться при помощи резьбы.

Точно так же внешний вид полого элемента 4 погружного стакана 1 представлен только в качестве примера и может меняться.

На фиг. 2 представлен один из вариантов планки согласно изобретению, в котором рельефная часть 37 треугольного поперечного сечения перекрывает всю ширину планки 38. Вершина рельефной части 37 может также быть усеченной, как в показанном для сравнения варианте на фиг.1с. На фиг.3 представлен вариант выполнения, показанного на фиг.2: планка 39 имеет рельефную часть 40 с поперечным треугольным сечением, толщина которого уменьшается между ее серединой и краями. Такая форма с меняющейся толщиной рельефной части 40 может также применяться в случае, показанном на фиг.1, где рельефная часть покрывает только центральный участок ширины планки 19. Применением такого варианта добиваются, при необходимости, чтобы отверстия, расположенные ближе к концам погружного стакана, заполнялись не менее интенсивно, чем отверстия, расположенные в его центральной части, то есть непосредственно под струей металла, в частности в тех случаях, когда применяют погружной стакан большой длины (например, порядка 700 мм).

На фиг.4 показан пример выполнения планки 41, рельефная часть 42 которой имеет не треугольную, а округленную форму. Здесь рельефная часть 42 может тоже покрывать всю верхнюю грань планки 40 (как показано на чертеже) или только один участок этой верхней грани, а ее толщина может быть одинаковой по всей длине планки 40 или уменьшаться между ее центральной частью и краями.

Наконец, на фиг.5 показан пример планки 43, рельефная часть 44 которой покрывает только один центральный участок верхней поверхности планки 43 и имеет прямоугольное поперечное сечение в своем основании и треугольное сечение в вершине. Кроме того, вышеназванная верхняя поверхность имеет скошенные кромки 45, 46.

Изобретение не ограничивается описанными и представленными на чертежах примерами, и при его осуществлении можно применять другие формы выполнения, получаемые, например, путем комбинирования основных признаков, представленных в предыдущих примерах. С другой стороны, положение планки может меняться в зависимости от внутренней геометрии погружного стакана. Вместо того, чтобы размещать ее внутри сквозных отверстий, как было показано выше, ее можно устанавливать полностью над сквозными отверстиями, или под ними, при этом основным требованием является то, что жидкий металл должен обязательно проходить через планку до того, как вытечь из погружного стакана через выходные отверстия, выполненные в днище полого элемента. Кроме планки погружной стакан может включать в себя и другие барьеры.

Можно также предусмотреть, чтобы все отверстий планки были выполнены с разным диаметром и/или располагались на разном расстоянии друг от друга, если этим достигается более равномерное распределение металла, вытекающего из днища погружного стакана. Кроме того, эти отверстия не обязательно должны быть вертикальными, а могут быть, например, наклонными.

В качестве примера можно привести следующие результаты опытов. Они были проведены на гидравлическом макете, на котором испытывались различные формы погружного стакана 1 с полым элементом 4 длиной 700 мм и шириной 54 мм и с планкой такой же длины и ширины. В рассматриваемой в качестве примера конфигурации планка имеет обязательную форму параллелепипеда и толщину 20 мм. Она включает в себя два ряда цилиндрических отверстий диаметром 12 мм, оси которых расположены на расстоянии 15 мм от краев планки. Оси этих отверстий расположены на расстоянии 24 мм друг от друга, а оси самых близких к краям планки отверстий находясь на расстоянии 35 мм от указанных краев. В форме выполнения согласно изобретению линейка выполнена по типу 19, представленному на фиг.1а и 1b, с центральной рельефной частью 20, имеющей поперечное треугольное сечение и вершину с высотой 20 мм над верхней гранью планки 19. Отверстия выполнены так же, как и в рассматриваемой в качестве примера планке. В обоих случаях днище полого элемента 4 содержит центральный ряд 26 отверстий, аналогичных отверстиям 7-17, показанными на фиг.1а. На макете измерили пропорцию воды, проходящей через погружной стакан 1 и вытекающей из него через каждое из сквозных отверстий 5, 6 и через каждое из отверстий в днище полого элемента 4. Результаты измерений приведены в таблице 1. Отверстия пронумерованы от одного конца погружного стакана 1 к другому, при этом отверстия 13 и 14 расположены по обе стороны от вертикальной оси погружного стакана 1.

В рассматриваемой в качестве примера конфигурации жидкость попадает в отверстия днища погружного стакана очень неравномерно: пропорция жидкости в них меняется от 0,9 до 2/6% (от 0,9 до 2,2%, если не учитывать два центральных отверстия под номерами 13 и 14, в которые, естественно, попадает больше всего жидкости, так как они расположены непосредственно под струей). Из таблицы видно, что даже для двух соседних отверстий расход жидкости значительно различается. В планке, выполненной согласно изобретению, разброс значений расхода гораздо меньше: они меняются от 1,7 до 3,0% (от 1,7 до 2,3%, если не учитывать центральные отверстия).

Как было сказано выше, погружной стакан согласно изобретению находит свое преимущественное применение в установках для непрерывной межцилиндровой разливки тонких стальных полос. Тем не менее, он может также применяться в установках для непрерывной разливки других изделий и/или из других металлов, в которых высокая равномерность разливки металла в заливочное пространство имеет важное значение.

Изобретение относится к непрерывной разливке, в частности для разливки между двумя цилиндрами. Погружной стакан содержит первую трубчатую часть, сообщающуюся с емкостью для жидкого металла, и вторую полую часть удлиненной формы. Внутреннее пространство второй части расположено перпендикулярно первой части. Вторая полая часть включает по одному сквозному отверстию в каждом из ее концов, а также одно или несколько выходных отверстий, выполненных в ее днище и/или боковых стенках. Во внутреннем пространстве полой части расположена планка с отверстиями. Жидкий металл обязательно проходит через эти отверстия перед тем, как попасть в выходные отверстия. Планка имеет на одном из участков ширины своей верхней грани рельефную часть. Вершина рельефной части расположена по продольной горизонтальной оси полой части. Отверстия ее распределены по обе стороны от вершины. Обеспечивается равномерное распределение металла по поперечному сечению погружного стакана. 6 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Погружной стакан для заливки жидкого металла в кристаллизатор для непрерывной разливки, включающий в себя первую трубчатую часть, один конец которой предназначен для сообщения с емкостью, содержащей жидкий металл, а второй конец сообщен с второй полой частью удлиненной формы, один из участков внутреннего пространства которой расположен практически перпендикулярно вышеназванной первой трубчатой части, при этом вышеназванная полая часть имеет по одному сквозному отверстию в каждой из ее концов, а также одно или несколько выходных отверстий, выполненных в ее днище и/или боковых стенках, планку с отверстиями, расположенную во внутреннем пространстве вышеназванной полой части таким образом, чтобы жидкий металл проходил через вышеназванные отверстия перед тем, как попасть в вышеназванные выходные отверстия, отличающийся тем, что планка имеет, по меньшей мере, на одном из участков своей верхней грани рельефную часть с вершиной, расположенной по продольной горизонтальной оси полой части, при этом отверстия распределены по обе стороны вершины. 2. Погружной стакан по п. 1, отличающийся тем, что рельефная часть имеет поперечное треугольное сечение. 3. Погружной стакан по п. 2, отличающийся тем, что рельефная часть треугольного сечения имеет усеченную вершину. 4. Погружной стакан по п. 2 или 3, отличающийся тем, что поперечное сечение верхней грани планки является треугольным в ее центральной части и плоским в ее боковых частях, причем ее отверстия выполнены в боковых частях. 5. Погружной стакан по п. 1, отличающийся тем, что рельефная часть планки имеет поперечное сечение округленной формы. 6. Погружной стакан по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что верхняя грань планки имеет скошенные кромки. 7. Погружной стакан по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что рельефная часть планки имеет переменную толщину, которая уменьшается от центра к концам планки.