ПОГРУЖНОЙ РАЗЛИВОЧНЫЙ СТАКАН ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ Российский патент 2011 года по МПК B22D11/10 B22D41/50 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к погружному разливочному стакану, предназначенному для разливки расплавленной стали из промежуточного разливочного устройства (промежуточного ковша) в кристаллизатор.

В процессе непрерывной разливки, предназначенном для производства литой стали определенной формы путем непрерывного охлаждения и затвердевания расплавленной стали, расплавленную сталь заливают в кристаллизатор через погружной стакан для непрерывной разливки (далее упоминаемый также как «погружной стакан»), помещенный в дне промежуточного разливочного устройства.

В целом погружной стакан включает в себя трубчатое тело с дном и парой выходных отверстий, помещенных на боковой стенке в нижней части трубчатого тела. Трубчатое тело имеет вход для поступления расплавленной стали, расположенный на верхнем конце, и канал, идущий внутри трубчатого тела вниз от входа. Пара выходных отверстий сообщается с каналом. Погружной стакан используют при его нижней части, погруженной в расплавленную сталь в кристаллизаторе для того, чтобы не допустить вылет разливаемой расплавленной стали в воздух и ее окисление за счет контакта с воздухом. Далее, использование погружного стакана допускает регулирование потока расплавленной стали, поступающего в кристаллизатор, и, таким образом, предотвращение попадания в расплавленную сталь загрязнений, таких как шлак и неметаллические включения, плавающих на поверхности расплавленной стали.

В последнее время возникла потребность в улучшении качества стали и повышении производительности процесса непрерывной разливки. Повышение производительности по стали на существующих производственных мощностях требует повышения скорости разливки (пропускной способности). Так, для того чтобы увеличить количество расплавленной стали, которая проходит через погружной стакан, делали попытки увеличить диаметр канала в стакане и размеры выходных отверстий внутри ограниченного пространства в кристаллизаторе.

Увеличение размеров выходного отверстия ведет к несбалансированности распределения скорости потока между выходящими потоками, выпускаемыми из нижних частей и верхних частей выходных отверстий, и между выходящими потоками, выпускаемыми из правого выходного отверстия и левого выходного отверстия. Несбалансированные потоки ударяются об узкие боковые стенки кристаллизатора и затем вызывают нестабильные схемы распределения потока расплавленной стали в кристаллизаторе. В результате избыточные обратные потоки вызывают колебания уровня поверхности расплавленной стали, а качество стали снижается за счет включений разливочного порошка, а также таких проблем, как прорывы оболочки слитков.

В патентном документе 1, например, описан погружной стакан, включающий в себя трубчатое тело, тело, имеющее пару противоположных выходных отверстий в боковых стенках его нижней части. Противоположные выходные отверстия разделяются каждое выступающими внутрь выступами на две или три размещенные по вертикали части для того, чтобы образовать всего четыре или шесть выходных отверстий (см. фиг.18(А) и (В)). В патентном документе 1 описано, что погружной стакан препятствует засорению и создает более стабильные и контролируемые выходящие потоки, что допускает более стабильную скорость и значительно уменьшает кружение и завихрения.

[Патентный документ 1] Международная публикация № 2005/049249

Авторы настоящего изобретения выполнили на водяной модели испытания относительно погружного стакана согласно патентному документу 1 с погружным стаканом обычного типа и с модификацией погружного стакана обычного типа (см. фиг.19) для изучения изменений в схеме распределения потока расплавленной стали из каждого погружного стакана. Погружной стакан обычного типа включает в себя трубчатое тело, имеющее пару противоположных выходных отверстий в боковой стенке в нижней ее части. Погружной стакан модифицированного типа включает в себя противоположные гребни, выступающие внутрь в канал, причем гребни располагаются в середине канала между противоположными выходными отверстиями.

На фиг.20(А) и (В) показаны результаты испытаний на водяной модели в отношении погружных стаканов. На фиг.20(А) и (В) на оси абсцисс представлены средние значения σ_av стандартных отклонений скорости обратных потоков вправо и влево от погружных стаканов при наблюдении вдоль узкой стенки кристаллизатора. На фиг.20(А) на оси ординат представлена разность Δσ между стандартными отклонениями скоростей правого и левого обратных потоков. На фиг.20(В) на оси ординат представлено среднее значение V_av правого и левого обратных потоков. Кроме того, образец А соответствует погружному стакану согласно патентному документу 1 (стакан с четырьмя выпускными отверстиями), образец В соответствует погружному стакану обычного типа, и образец С соответствует погружному стакану модифицированного типа, включающему гребни в середине канала (на внутренней стенке стакана и в середине по ширине канала).

На фиг.20(А) показано, что погружной стакан обычного типа демонстрирует наибольшую разность Δσ между стандартными отклонениями скоростей и правого и левого обратных потоков, а именно: наибольшую разность между скоростями правого и левого обратных потоков, в то время как погружной стакан согласно патентному документу 1 и погружной стакан модифицированного типа с гребнем в середине канала демонстрируют меньшие различия между скоростями правого и левого обратных потоков. С другой стороны, на фиг.20(В) показано, что погружной стакан обычного типа и погружной стакан согласно патентному документу 1 демонстрируют большие средние значения V_av скоростей правого и левого обратных потоков и что погружной стакан модифицированного типа с ребром в середине канала демонстрирует меньшее среднее значение V_av.

Разность Δσ между стандартными отклонениями скоростей правого и левого обратных потоков и средним значением V_av скоростей правого и левого обратных потоков возрастает при росте пропускной способности. С точки зрения улучшения качества стали желательно, чтобы Δσ составила 2 см/с или меньше и чтобы V_av составила от 10 см/с до 30 см/с. Необходимо отметить, что Δσ всех образцов составляла 2 см/с или меньше, в то время как V_av всех образов выходила за пределы диапазона от 10 см/с до 30 см/с.

В случае погружного стакана согласно патентному документу 1 (стакан с четырьмя выпускными отверстиями), как показывают результаты анализа текучей среды, изображенные на фиг.21(А) и (В), большие количества выходящих потоков выпущены из нижних частей выходных отверстий при меньшем количестве, выпущенном из верхних частей, с тем результатом, что скорости обратных потоков достигают 35 см/с. Для анализа текучей среды размеры кристаллизатора были установлены на уровне 1500 мм на 235 мм при пропускной способности, установленной на уровне 3,0 т/мин. Далее, погружной стакан согласно патентному документу 1, который имеет четыре или больше отверстия, не только требует слишком сложного процесса изготовления, но и сталкивается с проблемой нарушения равновесия между выходящими потоками в случае засорения или теплового износа выходных отверстий.

Настоящее изобретение разработано исходя из указанных обстоятельств, и целью настоящего изобретения является предложение погружного стакана для непрерывной разливки, уменьшающего неравномерность вытекания расплавленной стали из выпускных отверстий стакана, уменьшающего колебания уровня поверхности расплавленной стали и легкого в изготовлении.

Для достижения указанной цели настоящее изобретение предлагает: погружной стакан для непрерывной разливки, включающий в себя трубчатое тело с дном, трубчатое тело, имеющее вход для поступления расплавленной стали, расположенный на верхнем конце, и проход, идущий внутри трубчатого тела вниз от входа; и пару противоположных выпускных отверстий, расположенных на боковой стенке в нижней части трубчатого тела таким образом, чтобы сообщаться с каналом, причем погружной стакан отличается наличием пары противоположных гребней, идущих горизонтально на внутренней стенке и выступающих в канал из внутренней стенки между парой выпускных отверстий, причем внутренняя стенка ограничивает канал.

Термин «идущие горизонтально на внутренней стенке», применяемый здесь, относится к гребням, каждый из которых идет по горизонтали от одной стороны к другой стороне внутренней стенки, то есть от одной границы с одним выпускным отверстием к другой границе с другим выпускным отверстием.

По всему описанному варианту реализации направления установлены для погружного стакана, помещенного вертикально.

В обычном погружном стакане выходящие потоки из нижних частей выпускных отверстий имеют тенденцию к превышению потоков, выходящих из верхних частей, что ведет к несбалансированному распределению скорости потока. С другой стороны, погружной стакан согласно варианту реализации настоящего изобретения допускает выпуск достаточной величины выходящих потоков из верхних частей выпускных отверстий за счет блокирующего действия противостоящих гребней. Кроме того, поскольку зазор между гребнями эффективен при регулировании потока, расплавленная сталь, текущая вниз между противоположными гребнями, приобретает двусторонне симметричную форму относительно оси погружного стакана при наблюдении в вертикальной плоскости, параллельной продольному направлению гребней. Допуская равномерное вытекание выходящих потоков по всей площади выпускных отверстий, погружной стакан уменьшает максимальные скорости выходящих потоков, ударяющихся об узкие стенки кристаллизатора, и, в свою очередь, уменьшает скорости обратных потоков. Это решает проблемы колебания уровня поверхности расплавленной стали и захвата разливочного порошка, связанных с избыточными обратными потоками, и, таким образом, предотвращает снижение качества стали.

В погружном стакане для непрерывной разливки согласно настоящему изобретению желательно, чтобы а/а' составляло от 0,05 до 0,38 и b/b' составляло от 0,05 до 0,5, где а' и b' являются соответственно шириной по горизонтали и длиной по вертикали выпускных отверстий при виде спереди; а является высотой, на которую выступают гребни на торцевых поверхностях; и b является шириной гребней по вертикали. Далее, желательно, чтобы отношение с/b' составляло от 0,15 до 0,7, где с является расстоянием по вертикали между верхними краями выпускных отверстий при виде спереди и вертикальными центрами гребней.

В погружном стакане для непрерывной разливки согласно настоящему изобретению желательно также, чтобы каждый гребень имел наклоненные участки на противоположных концах. Наклоненные участки наклонены вниз в направлении наружной стороны трубчатого тела. Кроме того, желательно, чтобы каждое выпускное отверстие имело верхнюю торцевую поверхность и нижнюю торцевую поверхность, которые наклонены вниз по направлению к наружной стороне трубчатого тела под тем же углом наклона, что и наклоненные участки.

Если каждое выпускное отверстие имеет верхнюю торцевую поверхность и нижнюю торцевую поверхность, наклоненные вниз по направлению на противоположных концах в продольном направлении, выходящие потоки, вытекающие через пространство над гребнями, прерываются гребнями. В результате выходящие потоки выпускаются через выпускные отверстия вверх. Выпускаемые таким образом выходящие потоки сталкиваются с обратными потоками на поверхности расплавленной стали в кристаллизаторе, дестабилизируя скорости обратных потоков. По этой причине наклоненные участки на противоположных концах каждого гребня в продольном направлении наклонены под тем же углом наклона, что и верхняя торцевая поверхность и нижняя торцевая поверхность в каждом выпускном отверстии.

В погружном стакане для непрерывной разливки согласно настоящему изобретению желательно, чтобы L₂/L₁ составляло от 0 до 1, где L₁ является шириной канала вдоль гребней, непосредственно над выпускными отверстиями; а L₂ является длиной гребней за исключением наклонных участков.

В погружном стакане для непрерывной разливки согласно настоящему изобретению желательно также, чтобы верхние торцевые поверхности и нижние торцевые поверхности выпускных отверстий и наклонные участки гребней были наклонены под углом наклона от 0° до 45°.

В погружном стакане для непрерывной разливки согласно настоящему изобретению желательно также, чтобы каждый гребень имел торцевые поверхности на противоположных концах гребней в продольном направлении, причем торцевые поверхности являются вертикальными поверхностями, перпендикулярными к продольному направлению гребней.

В погружном стакане для непрерывной разливки согласно настоящему изобретению желательно также, чтобы трубчатое тело имело на дне заглубленный резервуар для расплавленной стали.

В настоящем изобретении выполнена пара противоположных гребней для того, чтобы идти горизонтально по внутренней стенке и выступать в канал. Внутренняя стенка ограничивает канал между парой выходных отверстий. Поэтому поток расплавленной стали может более равномерно распределяться при прохождении через выпускные отверстия. Это стабилизирует распределение скорости потока и положение столкновения выходящих потоков, которые сталкиваются с узкими боковыми стенками кристаллизатора, и уменьшает скорости обратных потоков на поверхности расплавленной стали в кристаллизаторе. В результате колебания уровня поверхности расплавленной стали становятся меньше, а потоки с правой и левой сторон погружного стакана в кристаллизаторе становятся ближе к симметричным, что способствует улучшению качества и производительности по стали процесса непрерывной разливки.

Кроме того, погружной стакан для непрерывной разливки согласно настоящему изобретению может быть легко изготовлен путем применения процесса формирования выпускных отверстий в обычном погружном стакане, поскольку настоящее изобретение получается путем формирования противоположных гребней на внутренней стенке между парой выпускных отверстий, ограничивающих канал.

Примеры способов формирования выпускных отверстий в обычном погружном стакане включают в себя: способ, отличающийся формированием выпускных отверстий, размерами меньше намеченных при завершении, с последующим просверливанием выпускных отверстий для того, чтобы увеличить выпускные отверстия и сформировать гребни предполагаемых размеров в поперечном разрезе; и холодное изостатическое прессование (CIP), отличающееся выполнением выемок в стержне с сердечником, предназначенных для формирования гребней, с последующим заполнением выемок глиной, материалом, который используется для производства трубчатого тела, и прессованием глины, формируя таким образом гребни нужного поперечного сечения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1(А) и (В) показан вид сбоку и в вертикальном разрезе соответственно погружного стакана для непрерывной разливки согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.2 показан местный вид сбоку погружного стакана;

на фиг.3(А) и (В) показаны частичные виды в вертикальном разрезе погружного стакана;

на фиг.4 показано схематическое изображение, объясняющее испытания на водяной модели;

на фиг.5(А) и (В) показаны соотношения между а/а' и Δσ и между а/а' и V_av соответственно;

на фиг.6(А) и (В) показаны соотношения между b/b' и Δσ и между b/b' и V_av соответственно;

на фиг.7(А) и (В) показаны соотношения между с/b' и Δσ и между с/b' и V_av соответственно;

на фиг.8(А) и (В) показаны соотношения между L₂/L₁ и Δσ и между L₂/L₁ и V_av соответственно;

на фиг.9(А) и (В) показаны соотношения между R/а' и Δσ и между R/а' и V_av соответственно;

на фиг.10(А) и (В) схематически показаны использованные при анализе текучей среды имитационные модели погружного сопла согласно варианту реализации настоящего изобретения и по предшествующему уровню техники соответственно;

на фиг.11(А) и (В) показаны схемы потока текучей среды при наблюдении в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости соответственно, обе полученные в результате анализа текучей среды согласно варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.12(А) и (В) показаны схемы потока текучей среды при наблюдении в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости соответственно, обе полученные в результате анализа текучей среды согласно существующему уровню техники;

на фиг.13 показана графическая зависимость между Δθ и V_av;

на фиг.14(А) и (В) показаны схемы потока текучей среды при наблюдении в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости соответственно, обе полученные в результате анализа текучей среды (θ=0°) согласно варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.15(А) и (В) показаны схемы потока текучей среды при наблюдении в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости соответственно, обе полученные в результате анализа текучей среды (θ=25°) согласно варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.16(А) и (В) показаны схемы потока текучей среды при наблюдении в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости соответственно, обе полученные в результате анализа текучей среды (θ=35°) согласно варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.17(А) и (В) показаны схемы потока текучей среды при наблюдении в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости соответственно, обе полученные в результате анализа текучей среды (θ=45°) согласно варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.18(А) и (В) показан вид в вертикальном разрезе и вид в поперечном разрезе соответственно погружного стакана для непрерывной разливки согласно патентному документу 1;

на фиг.19 показан местный вид в вертикальном разрезе погружного стакана для непрерывной разливки, включающего в себя выступающие гребни в середине прохода между противоположными выпускными отверстиями;

на фиг.20(А) и (В) показаны графики, которые представляют зависимость между σ_av и Δσ и зависимость между σ_av и V_av соответственно;

на фиг.21(А) и (В) показаны схемы потока текучей среды при наблюдении в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости соответственно, которые обе получены в результате анализа текучей среды, выполненного с использованием погружного стакана согласно патентному документу 1.

Обозначение позиций

10: погружной стакан (погружной стакан для непрерывной разливки); 11: трубчатое тело, 12: канал, 13: вход, 14: выпускное отверстие, 14а: верхняя торцевая поверхность; 14b: нижняя торцевая поверхность, 15: дно, 16: гребень, 16а: наклонный участок, 16b: горизонтальный участок, 17: заглубленный резервуар, 18: внутренняя стенка, 21: кристаллизатор, 22: детектор скорости потока, 23: узкая боковая стенка.

Со ссылкой на прилагаемые чертежи для лучшего понимания настоящего изобретения далее описан один вариант реализации настоящего изобретения.

На фиг.1(А) и (В) показана структура погружного стакана для непрерывной разливки (далее упоминается также как «погружной стакан») 10 согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.

Погружной стакан 10 включает в себя цилиндрическое трубчатое тело 11 с дном 15. Трубчатое тело 11 имеет вход 13 для поступления расплавленной стали на верхнем конце канала 12, идущего внутри трубчатого тела 11. Трубчатое тело 11 имеет также пару противоположных выпускных отверстий 14, 14, расположенных на боковой стенке в самой нижней ее части так, чтобы сообщаться с каналом 12. Трубчатое тело 11 выполнено из огнеупорного материала, такого как корундографитовых материал, поскольку требуется, чтобы погружной стакан 10 обладал жаростойкостью и коррозионной стойкостью.

Выпускные отверстия 14, 14 имеют прямоугольную конфигурацию с закругленными углами при наблюдении спереди. Трубчатое тело 11 имеет противоположные гребни 16, 16, идущие в горизонтальном направлении на внутренней стенке 18 и выступающие в канал 12 от внутренней стенки 18, и внутренняя стенка ограничивает канал 12 между парой выпускных отверстий 14, 14. То есть противоположные гребни 16, 16 располагаются симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через центры соответствующих выпускных отверстий 14, 14. Зазор между гребнями 16, 16 постоянен. Каждый гребень 16 имеет наклонные участки 16а, 16а на противоположных концах в продольном направлении, которые наклонены вниз по направлению к наружной стороне трубчатого тела 11 (см. фиг.3). Каждое выпускное отверстие 14 имеет верхнюю торцевую поверхность 14а и нижнюю торцевую поверхность 14b, которые наклонены вниз по направлению к наружной стороне трубчатого тела 11. В этом варианте реализации наклонные участки 16а, 16а гребней 16, 16 и верхняя торцевая поверхность 14а и нижняя торцевая поверхность 14b выпускных отверстий 14, 14 наклонены под одинаковым углом наклона.

Каждый из гребней 16, 16 идет по горизонтали от одной стороны к другой стороне внутренней стенки 18, то есть от одной границы с выпускным отверстием 14 до другой границы с другим выпускным отверстием 14. Предпочтительно торцевые поверхности каждого гребня 16 на противоположных концах в продольном направлении являются вертикальными поверхностями, перпендикулярными к продольному направлению гребней 16, 16, как показано на фиг.3(А). Однако, если трубчатое тело 11 является цилиндрическим или подобным, торцевые поверхности могут обладать кривизной, которая соответствует наружной поверхности трубчатого тела 11, как показано на фиг.3(В). Торцевые поверхности, обладающие такой кривизной, не влияют на выходящие потоки расплавленной стали.

Предпочтительно трубчатое тело 11 имеет дно 15 и заглубленный резервуар 17 для расплавленной стали. Хотя отсутствие заглубленного резервуара 17 на дне 15 не оказывает отрицательного влияния на эффект настоящего изобретения, заглубленный резервуар 17 для расплавленной стали допускает более однородное и стабильное распределение расплавленной стали между выпускными отверстиями 14, 14 благодаря временному выдерживанию расплавленной стали, поступающей в погружной стакан 10.

Эффект настоящего изобретения не зависит от того, равняется ли или нет ширина а' выпускных отверстий 14, 14 по горизонтали ширине канала 12 (в случае цилиндрического канала 12 его диаметру).

Испытания на водяной модели

Далее описаны испытания на водяной модели, которые были выполнены с использованием погружного стакана 10 для того, чтобы определить оптимальную конфигурацию выпускных отверстий 14, 14 с гребнями 16, 16 между ними.

Параметры, используемые для определения оптимальной конфигурации выпускных отверстий 14, 14 с гребнями 16, 16 между ними, представляли собой следующее. Шириной по горизонтали и длиной по вертикали выпускных отверстий 14, 14 при наблюдении спереди являются а' и b' соответственно; высотой, на которую выступают гребни 16, 16 на торцевых поверхностях, является а, а шириной по вертикали гребней 16, 16 является b, причем гребни 16, 16 имеют по существу прямоугольное поперечное сечение; и расстоянием по вертикали между верхними краями выпускных отверстий 14, 14 и центрами гребней 16, 16 по ширине по вертикали является с (см. фиг.2). Здесь термин «по существу прямоугольное поперечное сечение» должен охватывать прямоугольное поперечное сечение с закругленными углами. Ширина канала 12 в продольном направлении гребней 16, 16, непосредственно над выпускными отверстиями 14, 14, равна L₁, и длина гребней 16, 16, за исключением наклонных участков 16а, 16а (то есть длина горизонтальных участков 16b, 16b), равна L₂ (см. фиг.3). Угол наклона вниз наклонных участков 16а, 16а гребней 16, верхних торцевых поверхностей 14а, 14а и нижних торцевых поверхностей 14b, 14b выпускных отверстий 14 равен θ, а радиус кривизны закругленных углов выпускных отверстий 14, 14 равен R.

На фиг.4 показан схематический вид, объясняющий испытания на водяной модели.

Кристаллизатор 21 в масштабе 1/1 выполнен из акриловой смолы. Кристаллизатору 21 были приданы такие размеры, при которых длина длинных сторон (на фиг.4 - по направлению налево) составила 925 мм и длина коротких сторон (на фиг.4 - по направлению, перпендикулярному поверхности бумаги) составила 210 мм. Воду прокачивали в погружном стакане 10 и в кристаллизаторе 21 с помощью насоса при расходе, равнозначном скорости вытягивания слитка 1,4 м/мин.

Погружной стакан 10 поместили в центре кристаллизатора 21 так, что выпускные отверстия 14, 14 обращены к узким боковым стенкам 23, 23 кристаллизатора 21. Детекторы скорости потока пропеллерного типа 22, 22 были установлены на расстоянии 325 мм (1/4 длины длинных сторон кристаллизатора 21) от узких боковых стенок 23, 23 кристаллизатора 21 соответственно и на глубине 30 мм от поверхности воды. Затем в течение трех минут измеряли скорости обратных потоков Fr, Fr. После этого были рассчитаны разность Δσ между стандартными отклонениями скоростей правого и левого обратных потоков Fr, Fr и их средняя скорость V_av, и оценены полученные результаты.

Здесь будет приведено описание в отношении корреляции между скоростью обратного потока и скоростью разливки (пропускной способностью).

Испытания на водяной модели были выполнены как для выявления корреляции между разностью Δσ между стандартными отклонениями скоростей обратных потоков на правой и левой сторонах погружного стакана и пропускной способностью и корреляции между средним значением V_av скоростей обратных потоков на правой и левой сторонах погружного стакана и пропускной способностью. Результаты испытаний на водяной модели показывают, что значения Δσ и V_av возрастают пропорционально повышению пропускной способности. Предусмотренные для испытаний кристаллизатор и погружной стакан имеют такие размеры, при которых кристаллизатор имеет длину от 700 мм до 2000 мм и ширину от 150 мм до 350 мм и канал в погружном стакане имеет площадь поперечного сечения от 15 см² до 120 см² (диаметр от 50 мм до 120 мм), каковые размеры практически применимы при непрерывной разливке слябов.

При пропускной способности меньше 1,4 т/мин скорости обратных потоков на поверхности расплавленной стали были слишком низкими. Однако при пропускной способности свыше 7 т/мин скорости обратных потоков были слишком велики, вызывая опасность ухудшения качества стали из-за повышения уровня колебаний на поверхности расплавленной стали и из-за захвата разливочного порошка. Соответственно было желательно, чтобы пропускная способность составила от 1,4 т/мин до 7 т/мин. Испытания показали, что пропускная способность находилась в пределах упомянутого оптимального диапазона в то время, когда разность Δσ между стандартными отклонениями скоростей правого и левого обратных потоков составляла 2,0 см/с или меньше и когда среднее значение V_av скоростей правого и левого обратных потоков составило от 10 см/с до 30 см/с. Соответственно Δσ, равная 2,0 см/с и меньше, и V_av, составляющая от 10 см/с до 30 см/с, были приняты как критические значения при оценке упомянутых ниже результатов испытаний на водяной модели, выполненных для определения параметров выпускных отверстий.

Пропускную способность при испытаниях на водяной модели преобразовали с использованием формулы: удельный вес расплавленной стали/удельный вес воды =7,0. Таким образом, указанные значения пропускной способности эквивалентны пропускной способности по расплавленной стали.

На фиг.5(А) показан график, который представляет корреляцию между а/а' и Δσ. На фиг.5(В) показан график, который представляет корреляцию между а/а' и V_av. На этих фигурах точки ◊ представляют результаты отдельных измерений при испытаниях, а сплошная кривая представляет кривую регрессии, и эти изображения относятся к фигурам, которые упоминаются далее. На фиг.5(А) и (В) показано, что Δσ равнялась 2,0 см/с или меньше и V_av равнялась от 10 см/с до 30 см/с, в то время как а/а' находилось в диапазоне от 0,05 до 0,38.

Когда а/а' было ниже 0,05, гребни недостаточно демонстрируют эффект прерывания и регулирования потока, вызывая (1) асимметричные потоки с правой и левой сторон погружного стакана в кристаллизаторе и (2) обратные потоки, имеющие скорость свыше 30 м/с. Это должно привести к колебаниям уровня поверхности расплавленной стали и к отрицательным эффектам, таким как захват разливочного порошка. С другой стороны, когда а/а' превышало 0,38, выходящие потоки в нижних частях выпускных отверстий имели несколько слишком низкую скорость, в то время как выходящие потоки в верхних частях выпускных отверстий имели избыточную скорость, и обратные потоки имели скорости свыше 30 см/с. Это должно привести к колебаниям уровня поверхности расплавленной стали и к отрицательным эффектам, таким как захват разливочного порошка.

Другие параметры, которые используются в настоящем испытании, были установлены равными следующим значениям: b/b' = 0,25; c/b'=0,57; L₂/L₁=0,83; θ=15°, и R/a'=0,14.

На фиг.6(А) показан график, который представляет корреляцию между b/b' и Δσ. На фиг.6(В) показан график, который представляет корреляцию между b/b' и V_av. Эти фигуры показывают, что, когда b/b' находилось в диапазоне 0,05-0,5, Δσ составляло 2,0 см/с или меньше, а V_av равнялось от 10 см/с до 30 см/с.

Когда b/b' выходило за пределы диапазона от 0,05 до 0,5, должно было возникать то же явление, которое наблюдалось при выходе а/а' за пределы оптимального диапазона от 0,05 до 0,38: колебания уровня поверхности расплавленной стали и отрицательные эффекты, такие как захват разливочного порошка.

Другие параметры, которые используются в настоящем испытании, были установлены равными следующим значениям: а/а' = 0,21; c/b'=0,48; L₂/L₁=0,77; θ=15°, и R/a'=0,14.

На фиг.7(А) показан график, который представляет корреляцию между с/b' и Δσ. На фиг.7(В) показан график, который представляет корреляцию между с/b' и V_av. Фиг.7(А) и (В) показывают, что Δσ было менее чувствительным к изменению с/b', в то время, когда V_av равнялось от 10 см/с до 30 см/с, когда с/b' находилось в диапазоне от 0,15 до 0,7.

Когда с/b' выходило за пределы диапазона от 0,15 до 0,7, должно было возникать то же явление, которое наблюдалось при выходе а/а' за пределы оптимального диапазона от 0,05 до 0,38: колебания уровня поверхности расплавленной стали и отрицательные эффекты, такие как захват разливочного порошка.

Другие параметры, которые используются в настоящем испытании, были установлены равными следующим значениям: а/а'=0,24; b/b'=0,25; L₂/L₁=0,77; θ=15°, и R/a'=0,14.

На фиг.8(А) показан график, который представляет корреляцию между L₂/L₁ и Δσ. На фиг.8(В) показан график, который представляет корреляцию между L₂/L₁ и V_av. Эти фигуры показывают, что Δσ составляло 2,0 см/с или меньше, а V_av равнялось от 10 см/с до 30 см/с, когда L₂/L₁ находилось в диапазоне от 0 до 1.

Когда L₂/L₁=0, это означает, что L₂=0, то есть гребни 16, 16 имеют форму перевернутой буквы V с горизонтальными участками 16b, 16b. Когда L₂/L₁ превышало 1, изготовление погружного стакана должно быть затруднительным.

Другие параметры, которые используются в настоящем испытании, были установлены равными следующим значениям: а/а'=0,29; b/b'=0,25; с/b'=0,5; θ=15°, и R/a'=0,14. На фиг.8(А) и (В) точки ◊ представляют результаты измерений при сопоставительных испытаниях с использованием погружного стакана, не имеющего гребней 16.

На фиг.9 показан график, который представляет корреляцию между R/a' и Δσ. На фиг.9(В) показан график, который представляет корреляцию между R/a' и V_av. Значение R/a', равное 0,5, означает, что выпускные отверстия имеют эллиптическую или круглую форму. На фиг.9(А) показано, что при увеличении R/a' Δσ увеличивается незначительно и не испытывает заметного изменения. С другой стороны, фиг.9(В) показывает, что при возрастании R/a' и уменьшении, таким образом, площади выпускного отверстия возрастали скорости обратных потоков V_av, однако V_av находилась в диапазоне от 10 см/с до 30 см/с. Таким образом, испытание доказало, что гребни были эффективными даже в случае, если закругленные углы выпускных отверстий имеют большой радиус кривизны.

Другие параметры, которые используются в настоящем испытании, были установлены равными следующим значениям: а/а'=0,13; b/b'=0,25; с/b'=0,4; L₂/L₁=1; и θ=0°. Кристаллизатор, использованный в настоящем испытании, имеет размеры 1500 мм на 235 мм при пропускной способности 3,0 т/мин.

В таблице показаны результаты испытаний на водяной модели, выполненных с использованием погружных стаканов согласно варианту реализации настоящего изобретения, причем один стакан имел заглубленный резервуар для расплавленной стали в дне трубчатого тела, а другой не имел заглубленного резервуара. Таблица показывает, что значения Δσ и L₂/L₁ не варьировались в широких пределах в зависимости от присутствия или отсутствия заглубленного резервуара и были в оптимальном диапазоне.

Другие параметры, которые используются в настоящем испытании, были установлены равными следующим значениям: а/а'=0,14; b/b'=0,33; с/b'=0,5; L₂/L₁=1; θ=0° и R/a'=0,14. Кристаллизатор имел размеры 1200 мм на 235 мм при пропускной способности 2,4 т/мин.

  С заглубленным резервуаром Без заглубленного резервуара Δσ (см/с) 1,17 1,32 V_av (см/с) 26,3 28,4

Анализ текучей среды

Будет приведено описание, касающееся анализа текучей среды выходящих потоков из погружного стакана для непрерывной разливки согласно варианту реализации настоящего изобретения и потоков из погружного стакана согласно существующим техническим решениям.

Анализ текучей среды был выполнен с использованием FLUENT (программа анализа текучей среды), разработанной компанией Fluent Asia Pacific Co., Ltd. На фиг.10 показана имитационная модель погружного стакана согласно варианту реализации настоящего изобретения, в то время как на фиг.10(В) показана имитационная модель погружного стакана согласно существующим техническим решениям. Стакан, используемый при анализе согласно существующим техническим решениям, включает в себя цилиндрическое тело с дном и парой противоположных выпускных отверстий, расположенных на боковой стенке в нижней части тела. Пара противоположных выпускных отверстий сообщается с каналом. Погружной стакан согласно варианту настоящего изобретения был получен путем применения обычного стакана с противоположными гребнями. Далее приведены характеристики гребня: а/а'=0,13; b/b'=0,13; с/b'=0,43; L₂/L₁=0,68; и θ=15°.

Анализ был выполнен с предположением, что кристаллизатор имел длину 1540 мм и ширину 235 мм и что пропускная способность равнялась 2,7 т/мин.

На фиг.11(А) и (В) представлены результаты анализа текучей среды согласно варианту реализации настоящего изобретения. На фиг.12(А) и (В) представлены результаты анализа текучей среды согласно существующим техническим решениям. Эти фигуры показывают, что имитационная модель согласно варианту реализации настоящего изобретения уменьшает правое и левое смещение потока в кристаллизаторе и снижает скорости обратных потоков на поверхности расплавленной стали, по сравнению с имитационной моделью согласно существующим техническим решениям. В результате колебание уровня поверхности расплавленной стали будет уменьшаться, что улучшает качество слябов и эффективность производства при скоростной разливке слябов.

На фиг.13 показано среднее значение V_av, вычисленное при анализе текучей среды согласно настоящему изобретению. Среднее значение V_av является средним значением скоростей правого и левого обратных потоков, когда угол наклона наклонных участков гребней варьировался относительно угла наклона верхней и нижней торцевых поверхностей выпускных отверстий. На фиг.13 разность Δθ является разностью между углом наклона наклонных участков гребней и углом наклона верхних торцевых поверхностей и нижних торцевых поверхностей выпускных отверстий. Когда Δθ является отрицательной величиной, наклонные участки гребней менее наклонены, чем верхняя и нижняя торцевые поверхности выпускных отверстий. На фиг.13 показано, что V_av является наименьшей, когда Δθ равнялась нулю, то есть когда наклонные участки гребней имеют такой же угол наклона, как и верхние торцевые поверхности и нижние торцевые поверхности выпускных отверстий. На фиг.13 показано также, что V_av находилась в диапазоне от 10 см/с до 30 см/с в то время, как Δθ находилась в диапазоне от -10° до +7°, и скорости обратных потоков были благоприятными.

Что касается погружного стакана для непрерывной разливки согласно варианту реализации настоящего изобретения, то дополнительное исследование было проведено посредством анализа текучей среды и изменений выходящих потоков, вызванных варьированием угла наклона наклонных участков гребней синхронно с варьированием верхних торцевых поверхностей и нижних торцевых поверхностей выпускных отверстий. Результаты анализа текучей среды показаны на фиг.14-17. Далее приведены технические описания гребней, использованных при анализе текучей среды.

На фиг.14(А) и (В): а/а'=0,13; b/b'=0,25; с/b'=0,4; L₂/L₁=1; θ=0°, пропускная способность =3,0 т/мин.

На фиг.15(А) и (В): а/а'=0,13; b/b'=0,13; с/b'=0,43; L₂/L₁=0,68; θ=25°, пропускная способность=2,7 т/мин.

На фиг.16(А) и (В): а/а'=0,13; b/b'=0,13; с/b'=0,43; L₂/L₁=0,68; θ=35°, пропускная способность=2,7 т/мин.

На фиг.17(А) и (В): а/а'=0,13; b/b'=0,13; с/b'=0,43; L₂/L₁=68; θ=45°, пропускная способность = 2,7 т/мин.

Результаты анализа текучей среды, показанные на фиг.14-17, и результаты упомянутых анализов текучей среды при θ=15°, показанные на фиг.11(А) и (В), показывают, что смещение выходящих потоков в кристаллизаторе было уменьшено и также скорости обратных потоков на поверхности расплавленной стали были уменьшены, когда угол наклона составлял от 0° до 45°.

В то время как выше был описан и проиллюстрирован один вариант реализации изобретения, следует понимать, что он является примером осуществления изобретения и не должен рассматриваться как ограничивающий его пределы. Настоящее изобретение включает в себя другие варианты реализации и модификации, выполненные без отклонения от существа и объема настоящего изобретения.

Например, в описанном выше варианте реализации применяет погружной стакан, имеющий цилиндрическое трубчатое тело, однако трубчатое тело может иметь угловую форму или другие виды формы. Кроме того, описанный выше вариант реализации применяет наклонные участки на противоположных концах каждого гребня, однако верхняя торцевая поверхность и нижняя торцевая поверхность каждого выпускного отверстия могут быть горизонтальными, без применения наклонных участков. Кроме того, выпускные отверстия погружного стакана предпочтительно являются прямоугольными по форме, но могут быть овальными или эллиптическими.

Настоящее изобретение может быть использовано на мощностях по непрерывной разливке, в которых используется погружной стакан для непрерывной разливки для разливки расплавленной стали из промежуточного разливочного устройства в кристаллизатор. Путем использования настоящего изобретения можно уменьшить колебания уровня поверхности расплавленной стали и сделать симметричными выходящие потоки из правой и левой сторон погружного стакана. Поэтому можно улучшить качество стали и производительность процесса непрерывной разливки стали.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для разливки расплавленной стали из промежуточного ковша в кристаллизатор. Погружной стакан 10 включает трубчатое тело 11, имеющее дно 15, вход 13 для поступления расплавленной стали, расположенный в верхнем конце, и проход 12, идущий внутри трубчатого тела 11 вниз от входа 13. На боковой стенке в нижней части трубчатого тела 11 выполнена пара противоположных выпускных отверстий 14, сообщающихся с каналом 12. На внутренней стенке 18 стакана 10, ограничивающей канал 12, выполнена пара противоположных гребней 16, проходящих горизонтально и выступающих в канал 12 между парой выпускных отверстий 14. Обеспечивается уменьшение смещения потоков расплавленной стали, вытекающей из выпускных отверстий, и уменьшение колебания уровня поверхности расплавленной стали в кристаллизаторе. 8 з.п. ф-лы, 21 ил., 1 табл.

1. Погружной стакан для непрерывной разливки, включающий в себя трубчатое тело с дном, при этом трубчатое тело имеет вход для поступления расплавленной стали, расположенный на верхнем конце, и проход, идущий внутри трубчатого тела вниз от входа, и пару противоположных выпускных отверстий, расположенных на боковой стенке в нижней части трубчатого тела таким образом, чтобы сообщаться с каналом, отличающийся тем, что погружной стакан имеет пару противоположных гребней, проходящих горизонтально на внутренней стенке и выступающих в канал из внутренней стенки между парой выпускных отверстий, причем внутренняя стенка ограничивает канал.

2. Погружной стакан по п.1, отличающийся тем, что а/а' составляет от 0,05 до 0,38, и b/b' составляет от 0,05 до 0,5, где а' и b' являются соответственно шириной по горизонтали и длиной по вертикали выпускных отверстий при наблюдении спереди, а является высотой, на которую выступают гребни на торцевых поверхностях, и b является шириной гребней по вертикали.

3. Погружной стакан по п.2, отличающийся тем, что отношение с/b' составляет от 0,15 до 0,7, где с является расстоянием по вертикали между верхними краями выпускных отверстий при виде спереди и вертикальными центрами гребней.

4. Погружной стакан по п.1, отличающийся тем, что каждый гребень имеет наклоненные участки на противоположных концах, и наклоненные участки наклонены вниз в направлении наружной стороны трубчатого тела.

5. Погружной стакан по п.4, отличающийся тем, что каждое выпускное отверстие имеет верхнюю торцевую поверхность и нижнюю торцевую поверхность, которые наклонены вниз по направлению к наружной стороне трубчатого тела под тем же углом наклона, что и наклоненные участки.

6. Погружной стакан по п.5, отличающийся тем, что L₂/L₁ составляет от 0 до 1, где L₁ является шириной канала вдоль продольного направления гребней, непосредственно над выпускными отверстиями, a L₂ является длиной гребней за исключением наклонных участков.

7. Погружной стакан по п.6, отличающийся тем, что верхние торцевые поверхности и нижние торцевые поверхности выпускных отверстий и наклонные участки гребней наклонены под углом наклона от 0 до 45°.

8. Погружной стакан по п.1, отличающийся тем, что каждый гребень имеет торцевые поверхности на противоположных концах гребней в продольном направлении, причем торцевые поверхности являются вертикальными поверхностями, перпендикулярными к продольному направлению гребней.

9. Погружной стакан по п.1, отличающийся тем, что трубчатое тело имеет на дне заглубленный резервуар для расплавленной стали.