ГЛУХОДОННЫЙ ПОГРУЖНОЙ СТАКАН Российский патент 2007 года по МПК B22D41/50 

Описание патента на изобретение RU2308353C2

Изобретение относится к области металлургии, а именно к погружным стаканам для литья блюмовых заготовок круглого, квадратного и прямоугольного сечения.

В глуходонном погружном стакане выходные каналы выполнены по периметру стакана и состоят из участка постоянного сечения и диффузорного участка, расположенных со смещением их продольных осей относительно продольной оси проводящего канала на 0,5...1,0 его диаметра. Протяженность диффузорного участка составляет 0,5...1,5 длины участка постоянного сечения. Угол наклона стенок, образующих диффузорный участок, составляет 10...85° к оси выходных каналов.

Изобретение может быть использовано для литья заготовок круглого, квадратного и прямоугольного сечения с соотношением сторон а/в не более 1,3...1,4 и обеспечивает снижение неметаллических включений и газовых пузырей.

Известен глуходонный погружной стакан (авт. свид. СССР № 1565573, В22D 11/10, 07.08.87), выполненный с подводящим каналом и расположенными в его боковой стенке выходными каналами, которые выполнены в поперечном сечении в виде щели, угол наклона которой к наружной поверхности стакана составляет 90°, а смещение продольной оси подводящего канала равно 1,1 его радиуса. Недостатком известного погружного стакана является то, что с его использованием можно обеспечить вращение расплава только в круглой заготовке малых размеров, что связано с быстрым гашением кинетической энергии щелевых струй. Это определяет очень узкую область его применения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является принятый за ближайший аналог глуходонный погружной стакан, выполненный с проводящим и расположенными в его боковой стенке выходными каналами, выполненными по периметру стакана веерообразно со смещением их продольных осей относительно продольной оси проводящего канала стакана на 0,3...0,7 его диаметра. При этом площадь поперечного сечения выходных каналов на входе в них составляет 1,2...2,3 площади поперечного сечения проводящего канала. Выходные каналы выполнены постоянного поперечного сечения или с расширением поперечного сечения в направлении подачи металла. Продольные оси выходных каналов расположены в плоскости, составляющей угол не более 30° с перпендикулярной продольной оси стакана плоскостью. (RU 2167031 C1, 7 B22D 41/50, 20.05.01)

Недостатком ближайшего аналога является то, что выполнение выходных каналов постоянного поперечного сечения или с постоянным расширением обеспечивает низкую величину смещения канала, величина которого не превышает, как заявлено 0,3-0,7 диаметра подводящего канала, а фактически не может превышать 0,5 диаметра подводящего канала без уменьшения механической прочности стенки стакана и следовательно не обеспечиваются условия для устойчивого вращения расплава.

Если, как заявлено в ближайшем аналоге, выходные каналы выполнены с постоянным расширением поперечного сечения в направлении подачи металла, то в теоретически предельном случае угол наклона диффузорной стенки к участку постоянного сечения может достигать 75° (фиг.1). В этом случае величина смещения продольной оси канала Δx может достигать 0,5 диаметра подводящего канала d, а тангенсальная составляющая скорости ωт может достигать 0,5 от скорости потока на выходе из выходных каналов ω. То есть, как следует из фиг.1, в предельном случае при α=75° Δx=0,5d и ωт=0,5ω.

Причем тангенсальная составляющая скорости ωт связана со скоростью потока на выходе из каналов ω и величиной смещения их продольных осей относительно оси подводящего канала Δx следующим соотношением

ωт=ωΔx/(r+Δr),

где r - радиус подводящего канала, Δr - толщина стенки канала.

Выполнение выходных каналов с расширением поперечного сечения в направлении подачи металла, т.е. выполнение выходного канала в виде диффузора по всей длине, приводит к снижению скорости расплава уже в канале за счет увеличения площади канала начиная от входа. Кроме того, особенностью диффузорной области является возникновение обратного тормозящего потока вдоль наклонной стенки, что приводит к существенным гидравлическим потерям уже в начале канала и, следовательно, к снижению тангенсальной составляющей скорости расплава и эффекта закручивания потока. Кроме того, такое выполнение каналов не может обеспечить смещение каналов более чем 0,7 диаметра подводящего канала d.

Ближайший аналог характеризуется также низкой стойкостью стенок за счет уменьшения расстояния между каналами за счет размывающего действия обратного потока в диффузорной зоне (фиг.1), расположенной по всей длине каналов.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффекта вращения расплава в кристаллизаторе и качества металла, расширении номенклатуры отливаемых заготовок по сечению и повышении стойкости стаканов.

Результат достигается тем, что в глуходонном погружном стакане, имеющем подводящий канал и выполненные в его боковой стенке выходные каналы, состоящие из участка постоянного сечения и диффузорного участка, расположенные со смещением их продольных осей относительно продольной оси подводящего канала, угол наклона стенок диффузорного участка выходного канала составляет 10...85° к оси участка постоянного сечения. При этом одна стенка диффузорного участка расположена параллельно оси участка постоянного сечения, другая - под углом к ней или две стенки диффузорного участка расположены под разными углами к оси участка постоянного сечения.

Заявленная совокупность признаков, а именно: величина смещения продольных осей выходных каналов, конфигурация и размеры выходных каналов, определяемые протяженностью и углами диффузорной зоны, обеспечивают замкнутую траекторию вращательного движения по всей высоте кристаллизатора круглого, квадратного и прямоугольного сечений за счет повышения тангенсальной составляющей скоростей потоков расплавов на выходе из каналов. Это позволяет улучшить условия для всплытия неметаллических включений, уменьшить вероятность захвата частиц шлака с поверхности металла в кристаллизаторе, повысить однородность металла по химическому составу.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.2 изображен погружной стакан; на фиг.3 и 4 - варианты выполнения разреза «а-а» фиг.2 выходных каналов; на фиг.5 - схема движения металла в поперечном сечении кристаллизатора.

Погружной стакан (фиг.2) имеет подводящий канал, заканчивающийся дном 2, которое может иметь зумпфовую часть 3, служащую для равномерного распределения потока расплава по выходным каналам 4, расположенным по периметру в стенке 5. Оси выходных каналов смещены относительно оси проводящего канала 1 на величину Δx, равную 0,5...1,0 его диаметра d.

Выходные каналы (фиг.3 и 4) имеют участок постоянного сечения Lп и диффузорный участок Lд протяженностью 0,5...1,5 длины участка постоянного сечения. Угол наклона стенок, образующих диффузорную зону, составляет 10...85° к оси выходных каналов. На фиг.3 приведено сечение канала, в котором одна стенка диффузорного участка параллельна оси участка постоянного сечения, а другая направлена под углом α к ней по направлению тангенсальной составляющей потока. На фиг.4 приведено сечение канала, в котором две стенки диффузорного участка под разными углами α1 и α2 к оси участка постоянного сечения. Причем α12.

На фиг.3, 4 показаны примеры выполнения конфигураций выходных каналов и установлена взаимосвязь между протяженностью диффузорного участка, углами наклона стенок на величину смещения канала.

Например, как следует из фиг.3, при α=75° Lд=0,85Lп имеем величину смещения Δx=0,92d и тангенсальную составляющую скорости ωт=0,85ω или, как следует из фиг.4, при α1=75°, α2=50° и Lд=1,17 Lп имеем Δx=d и ωт=0,92ω. Таким образом, величина смещения Δx и тангенсальная составляющая скорости потока ωт значительно превосходят соответствующие значения при использовании ближайшего аналога. Предлагаемая конструкция позволяет получить величину смещения, равную диаметру подводящего канала и даже выше при достаточной толщине стенки между выходными каналами, не снижающей стойкости разливочного стакана. При этом, как показывают результаты физического моделирования, уже практически на уровне выходных каналов создаются касательные потоки, переходящие один в другой и создающие замкнутые траектории вращения расплава (фиг.5) как вдоль наружной поверхности стакана, так и вдоль внутренней поверхности кристаллизатора.

При отливке заготовок квадратного и прямоугольного сечений оси выходных каналов направлены по нормали к стенкам кристаллизатора (фиг.5) или под углом в пределах 5° по ходу вращения расплава.

Погружной стакан работает следующим образом: подаваемый в стакан расплав веерообразно распределяется в жидкой фазе заготовки. Благодаря сложению тангенсальных составляющих скоростей потоков из выходных каналов, направленных в одну сторону, в жидкой фазе заготовки создается устойчивое и однородное круговое движение, которое ограничивает область вынужденной циркуляции потока, обеспечивает однородность температурного поля расплава, коагуляцию и всплывание неметаллических включений.

Величина смещения оси выходных каналов и углы наклона диффузорных участков зависят от формы и размеров поперечного сечения отливаемой заготовки. Изобретение может быть использовано при производстве заготовок круглого, квадратного и прямоугольного сечений с диаметром или шириной широкой грани до 800 мм.

Похожие патенты RU2308353C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2005
  • Паршин В.М.
  • Павлов В.В.
  • Оржех М.Б.
  • Гущин В.Н.
  • Аксельрод Л.М.
  • Ларин А.В.
  • Сапаев Н.М.
  • Ботнев К.Е.
  • Федоров Л.К.
RU2263561C1
ГЛУХОДОННЫЙ ПОГРУЖНОЙ СТАКАН 2000
  • Носов С.К.
  • Кузовков А.Я.
  • Ильин В.И.
  • Вислогузова Э.А.
  • Федоров Л.К.
  • Паршин В.М.
  • Коротков Б.А.
  • Аксельрод Л.М.
RU2167031C1
ГЛУХОДОННЫЙ ПОГРУЖНОЙ СТАКАН 2002
  • Егоров В.В.
  • Галкин М.П.
  • Коротков Б.А.
RU2204461C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА 1998
  • Аксельрод Л.М.
  • Просвиров С.Н.
  • Клачков А.А.
  • Федосеенко В.А.
  • Гонтарук Е.И.
  • Сидоров В.П.
  • Хренов Е.Б.
RU2148469C1
СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ 2008
  • Стулов Вячеслав Викторович
  • Одиноков Валерий Иванович
  • Зубарев Михаил Елисеевич
  • Матысик Виктор Алексеевич
  • Новикова Татьяна Викторовна
  • Щербаков Сергей Васильевич
  • Плотников Алексей Петрович
  • Чистяков Игорь Викторович
  • Волков Константин Владимирович
RU2381086C1
Сталеразливочный погружной стакан 2020
  • Сушников Дмитрий Владимирович
  • Морозов Ярослав Павлович
  • Егоров Владимир Анатольевич
  • Чиглинцев Алексей Викторович
  • Захаров Игорь Михайлович
RU2729806C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ 2008
  • Стулов Вячеслав Викторович
RU2379153C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ ЗАГОТОВОК 1994
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2077409C1
Глуходонный погружной стакан для непрерывной разливки металлов 1984
  • Байков Василий Семенович
  • Поляков Виталий Кириллович
  • Дюдкин Дмитрий Александрович
  • Носоченко Олег Васильевич
  • Емельянов Владимир Владимирович
  • Плискановский Александр Станиславович
  • Лепихов Леонид Сергеевич
  • Губин Николай Иванович
  • Пархаев Борис Владимирович
SU1194571A1
СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2005
  • Паршин Валерий Михайлович
  • Куклев Александр Валентинович
  • Аксельрод Лев Моисеевич
  • Айзин Юрий Моисеевич
  • Стулов Вячеслав Викторович
RU2315681C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 308 353 C2

Реферат патента 2007 года ГЛУХОДОННЫЙ ПОГРУЖНОЙ СТАКАН

Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывной разливке стали. Жидкую сталь подводят в кристаллизатор через погружной глуходонный стакан. В стакане выходные каналы состоят из участка постоянного сечения и диффузорного участка, расположенных со смещением их продольных осей относительно продольной оси подводящего канала. Протяженность диффузорного участка составляет 0,75...1,5 длины участка постоянного сечения. Смещение оси диффузорного участка составляет 0,5...1,0 диаметра подводящего канала. Угол наклона стенок диффузорного участка выходного канала составляет 10...85° к оси участка постоянного сечения. Одна стенка диффузорного участка расположена параллельно оси участка постоянного сечения, а другая - под углом к ней. По другому варианту две стенки диффузорного участка расположены под разными углами к оси участка постоянного сечения. Вращение потока по всей высоте кристаллизатора происходит по замкнутой траектории. Обеспечивается улучшение всплытия неметаллических включений, уменьшение захвата частиц шлака с поверхности металла, повышение однородности химического состава металла. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 308 353 C2

1. Глуходонный погружной стакан, имеющий подводящий канал и выполненные в его боковой стенке выходные каналы, состоящие из участка постоянного сечения и диффузорного участка, расположенные со смещением их продольных осей относительно продольной оси подводящего канала, отличающийся тем, что протяженность диффузорного участка выходных каналов составляет 0,75...1,5 длины участка постоянного сечения, а смещение оси диффузорного участка составляет 0,5...1,0 диаметра подводящего канала.2. Глуходонный погружной стакан по п.1, отличающийся тем, что угол наклона стенок диффузорного участка выходного канала составляет 10-85° к оси участка постоянного сечения.3. Глуходонный погружной стакан по п.2, отличающийся тем, что одна стенка диффузорного участка расположена параллельно оси участка постоянного сечения, а другая - под углом к ней.4. Глуходонный погружной стакан по п.2, отличающийся тем, что две стенки диффузорного участка расположены под разными углами к оси участка постоянного сечения.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2308353C2

ГЛУХОДОННЫЙ ПОГРУЖНОЙ СТАКАН 2000
  • Носов С.К.
  • Кузовков А.Я.
  • Ильин В.И.
  • Вислогузова Э.А.
  • Федоров Л.К.
  • Паршин В.М.
  • Коротков Б.А.
  • Аксельрод Л.М.
RU2167031C1
СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫЙ ПОГРУЖНОЙ СТАКАН 1996
  • Коломейцев В.В.
  • Курунов И.Ф.
  • Пономарев В.Ф.
RU2098223C1
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
Топка с несколькими решетками для твердого топлива 1918
  • Арбатский И.В.
SU8A1

RU 2 308 353 C2

Авторы

Паршин Валерий Михайлович

Павлов Вячеслав Владимирович

Оржех Михаил Борисович

Гущин Вячеслав Николаевич

Аксельрод Лев Моисеевич

Ларин Алексей Владимирович

Сапаев Николай Михайлович

Ботнев Константин Евгеньевич

Федоров Леонид Константинович

Даты

2007-10-20Публикация

2005-01-28Подача