РАЗЛИВОЧНЫЙ СТАКАН ДЛЯ НАПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА Российский патент 2015 года по МПК B22D41/50 

Настоящее изобретение относится к разливочному стакану для направления металлического расплава из первого средства во второе средство, прежде всего изобретение относится к погружному разливочному стакану для направления потока металлического расплава (стального расплава) от металлургического плавильного сосуда (такого как сливное устройство) в литейную форму (такую как изложница), причем оба таких сосуда также могут быть названы «резервуарами".

Такой погружной разливочный стакан (в дальнейшем именуемый также ПРС) используют в процессе непрерывной разливки стальных слябов. ПРС, как правило, содержит огнеупорный керамический трубчатый корпус с входным отверстием на его первом конце (верхнем конце в его положении установки) и канал (внутренний проход), проходящий от входного отверстия через указанную керамическую трубу в осевом направлении разливочного стакана (трубы) к его

второму концу (нижнему концу в его положении установки), причем второй конец содержит корпусную преграду каналу в его продольной протяженности и по меньшей мере два боковых выходных отверстия указанного канала, через которые металлический расплав поступает в литейную форму.

Иными словами, поток расплавленного металла, прибывающий из сливного устройства или подобного сосуда, входит во входное отверстие, далее протекает вертикально вниз через указанный канал (через промежуточную или среднюю часть разливочного стакана, между его верхним и нижним концами) от входного отверстия к выходному отверстию(-ям), будучи отклоненным на своем пути к выходному отверстию(-ям), и покидает разливочный стакан более или менее перпендикулярно его осевому направлению через эти выходные отверстия прежде, чем войти в соответствующую форму.

Это описание верно также относительно такого ПРС, как предложенный в WO 2007/138260 А2, с условием, что сепараторы потока, размещенные в нижнем (выходном) конце разливочного стакана, ответственны за деление металлического потока на несколько частичных потоков перед выходом из разливочного стакана.

Данное общее конструкционное решение далее осуществлено в EP 0946321 В1, согласно которому разливочный стакан содержит разделитель потока на 2 части в его выходной зоне (нижнем конце разливочного стакана) с целью уменьшения появления трещин.

Известная конструкция может привести к возникновению турбулентности в металлической ванне соответствующей литейной формы и/или к турбулентности в любом шлаковом слое и/или любом литейном (защитном) порошке в верхней части металлической ванны. Эти эффекты могут снизить качество стали и соответственно качество литейной продукции. Известная конструкция также ответственна за ограниченную пропускную способность (расход).

Целью настоящего изобретения является предоставление разливочного стакана упомянутого типа, который обеспечивает высокий расход, не вызывая нежелательной боковой турбулентности в металлическом потоке на выходе из разливочного стакана и при поступлении в металлическую ванну в соответствующем агрегате (например, литейной форме).

Изобретение основано на различных технических аспектах. Вероятно, самым важным является создание такого разливочного стакана, в котором

центральный поток металлического расплава может протекать через разливочный стакан от входного отверстия до выходного отверстия по существу в непрерывном осевом направлении. Иными словами, конструкция разливочного стакана должна позволять по меньшей мере части металлического потока протекать через разливочный стакан, не подвергаясь отклонению, ответвлению, повороту или иным подобным воздействиям. Центральный поток следует в продольном осевом направлении трубчатого огнеупорного корпуса по его внутреннему каналу на всем протяжении длины разливочного стакана.

Как правило, центральный поток соосен центральной продольной оси разливочного стакана, являющейся осью по существу вертикальной ориентации в процессе использования разливочного стакана.

Такой центральный поток металлического расплава обеспечивает существенное увеличение пропускной способности разливочного стакана. Поскольку центральный поток металлического расплава следует по существу в вертикальном и обращенном вниз направлении, возникновение турбулентности в нижней секции разливочного стакана и/или в соответствующей выходной секции предотвращено в максимально возможной степени.

Помимо этого важного конструктивного признака, разливочный стакан характеризуется наличием по меньшей мере двух дефлекторов, выступающих от внутренней стенки огнеупорного корпуса (являющейся окружной стенкой канала). По смыслу вышеуказанного очевидно, что упомянутые дефлекторы не простираются на полную ширину/диаметр канала, но что данные дефлекторы разработаны и размещены таким образом, чтобы оставлять свободным пространство между ними с целью предоставления центральному потоку металлического расплава прохода через среднюю секцию разливочного стакана между входным и выходным отверстиями.

Однако упомянутые дефлекторы изменяют соответствующее поперечное сечение канала и/или предоставляют средства для отклонения остаточного металлического потока на его пути к нижнему концу и выходным отверстиям разливочного стакана. Таким образом, единый металлический поток, входящий в разливочный стакан через указанное входное отверстие, может быть разделен посредством дефлекторов на несколько частичных потоков. В противоположность ранее известным разливочным стаканам, как они описаны выше, все частичные потоки проточно соединены друг с другом и/или с

центральным потоком. Иными словами, частичные потоки (боковые потоки) и центральный поток металлического расплава организованы в одном общем пространстве, заданном окружной стенкой канала и дефлекторами соответственно.

В самом общем варианте осуществления изобретение относится к разливочному стакану для направления металлического расплава из первого средства во второе средство, содержащему:

а) огнеупорный трубчатый корпус с:

б) входным отверстием на его первом конце,

в) выходным отверстием на его втором конце,

г) каналом, проходящим вдоль центральной продольной оси, ориентированной в процессе использования стакана вертикально, от входного отверстия к выходному отверстию и ограниченным внутренней стенкой огнеупорного трубчатого корпуса, и

д) дефлекторами, выступающими от внутренней стенки в канал, причем:

е) геометрия канала и дефлекторов такова, что между входным отверстием и единственным выходным отверстием обеспечен непрерывный проход, расположенный вокруг центральной продольной оси, для протекания металлического расплава,

ж) разливочный стакан имеет по меньшей мере одну первую пару дефлекторов, выступающих из противостоящих секций внутренней стенки огнеупорного корпуса и оставляющих между собой указанный проход, через который проходит центральная продольная ось,

з) указанная по меньшей мере одна первая пара дефлекторов имеет в положении использования стакана и при виде спереди форму перевернутой буквы V.

Дефлекторы не обязательно размещать в зеркально отображенном порядке, хотя такая конструкция делает общий металлический поток более однородным. Дефлекторы могут также быть размещены со смещением относительно осевого направления разливочного стакана и/или более двух дефлекторов может выступать от внутренней стенки корпуса в одном осевом положении вдоль длины разливочного стакана.

Упомянутые технические и функциональные признаки верны также относительно варианта осуществления, в котором трубчатый корпус содержит:

- смежно входному отверстию верхнюю секцию по существу круглого поперечного сечения,

- смежно выходному отверстию нижнюю секцию, расширяющуюся наружу в одной первой плоскости и уплощенную во второй плоскости, по существу перпендикулярной первой плоскости,

- среднюю секцию между верхней секцией и нижней секцией, причем средняя секция содержит конструктивный переход от круглой формы верхней секции к уплощенной форме нижней секции.

Несмотря на то что, в общем, круглая внешняя форма верхнего конца и уплощенная форма нижнего конца в целом соответствуют формам разливочного стакана, известного по WO 2007/138260 А2, решающее различие между двумя конструкциями заключается в том, что новый разливочный стакан обеспечивает указанный центральный осевой поток вдоль всей длины разливочного стакана и позволяет таким образом значительному объему металлического расплава проходить разливочный стакан без каких-либо отклонений. Иными словами, непрерывное свободное центральное пространство (проходящее между входным и выходным отверстиями разливочного стакана) позволяет рассечь разливочный стакан по плоскости в продольном направлении разливочного стакана на две части, например две зеркально симметричные части, не касаясь и/или не рассекая какого-либо дефлектора.

В варианте осуществления по п. 2 формулы изобретения центральный осевой поток может простираться по всей длине нижнего отверстия разливочного стакана, в то время как упомянутые дефлекторы ответственны за создание по меньшей мере двух вспомогательных металлических потоков, по одному на каждой из сторон от центрального потока, причем эти дефлекторы выполняют функцию направляющих средств, выполненных для направления соответствующего металлического потока к соответствующей боковой секции единственного выходного отверстия.

Данные металлические потоки бокового истечения имеют меньшую скорость по сравнению с известными разливочными стаканами и, таким образом, вызывают меньшие турбулентности в металлической ванне, в любом шлаковом слое и/или в защитном порошке внутри и поверх металлической ванны

соответствующего сосуда.

По сравнению с разливочным стаканом согласно EP 0946321 B1, основные отличия новой конструкции: дефлекторы размещены в средней секции разливочного стакана между верхним и нижним концами, они могут простираться далее в пределы нижнего и/или верхнего концов, оставляя на всем протяжении между собой свободное пространство для свободного прохождения осевого потока расплава. Дефлекторы могут простираться на более 50%, 60%, 70% или даже более 80% полной осевой длины разливочного стакана.

Изобретением далее предложены один или несколько следующих вариантов осуществления:

- разливочный стакан, причем конструкционный переход продолжается по существу непрерывно между верхней секцией и нижней секцией. Иными словами, гладкий, плавный переход между двумя секциями без каких-либо острых краев, выступов, углублений и прочих помех. Это верно как для внутренней, так и для внешней форм разливочного стакана;

- как указано выше, по меньшей мере один или каждый из дефлекторов (выступов) могут иметь форму перевернутой буквы V (при виде спереди), опционально с одной или несколькими следующими признаками: уплощенная (или даже плоская, если требуется) главная область обращена к соответствующей уплощенной главной области другого дефлектора, верхние и/или нижние грани дефлектора по существу следуют форме соответствующей секции внутренней стенки огнеупорного корпуса напротив грани;

- вследствие типовой конструкции разливочного стакана, такого как ПРС, и выполнения дефлекторов в виде перевернутой буквы V, расстояние между плечами V-образной формы возрастает по направлению ко второму концу разливочного стакана, представленного выходным концом разливочного стакана, или его канала соответственно. Наличие в конструкции разливочного стакана двух боковых выходных отверстий приводит к такому положению плечей V-образной формы, что угол от 15 градусов до 45 градусов образован между первой воображаемой линией, пересекающей две крайние точки по вертикали одного плеча, и второй воображаемой линией, параллельной продольной оси разливочного стакана и пересекающей первую воображаемую линию (как показано на прилагаемом чертеже). Максимальный угол может быть также установлен с величиной 30 градусов или 25 градусов или 22 градуса. Это может

быть реализовано аналогичным способом для раздельных дефлекторных пластин;

- могут быть выполнены вторая и/или третья пара дефлекторов, каждая из которых по существу той же общей конструкции, как и первая пара дефлекторов, но размещена на расстоянии от первой пары дефлекторов;

- согласно одному варианту осуществления расстояние между противостоящими дефлекторами каждой пары дефлекторов являются постоянными или уменьшаются к выходному отверстию разливочного стакана;

- разливочный стакан, как описано, по меньшей мере с одной первой парой дефлекторов, размещенных, по меньшей мере частично, в нижней секции разливочного стакана и/или

- разливочный стакан по меньшей мере с одной первой парой дефлекторов, размещенных, по меньшей мере частично, в средней секции разливочного стакана.

- по меньшей мере один дефлектор или первая пара дефлекторов может оканчиваться в выходном отверстии, хотя возможно также разместить дефлектор(-ы) таким образом, чтобы он/они оканчивались на расстоянии перед соответствующей выходной секцией выходного отверстия.

- Разливочный стакан может иметь по меньшей мере один из следующих размеров:

- расстояние между противоположными дефлекторами от 5 до 15 мм, - высота дефлектора, перпендикулярно центральной продольной оси (А), 5-20 мм,

- входное отверстие с внутренним диаметром от 40 до 120 мм,

- выходное отверстие с длиной от 100 до 400 мм и шириной от 5 до 40 мм,

- выходное отверстие с длиной, превышающей по меньшей мере вдвое диаметр входного отверстия, и/или шириной, не более половины диаметра входного отверстия. Такие параметры соответствуют обобщенной конструкции так называемого тонкослябового ПРС (немецкое название: "Breitmaul ETA"),

- выходное отверстие задано центральной осевой выходной секцией и двумя боковыми выходными секциями, простирающимися к входному отверстию.

Обращаясь к форме дефлектора в виде перевернутой буквы V, один из дальнейших вариантов осуществления предусматривает выполнение «V» с криволинейными плечами. Это искривление может быть параллельным

соответствующему искривлению внутренней стенки огнеупорного корпуса (то есть искривлению стенки канала). Другой вариант осуществления предлагает конструкцию, согласно которой любое расстояние между стенкой канала и соответствующей граничной поверхностью дефлектора становится меньше по направлению к выходному отверстию.

Разливочный стакан может быть выполнен из любого обычного огнеупорного материала (такого, как материал на основе MgO, Al₂O₃, ZrO₂, С) и может быть изготовлен любым обычным способом (среди прочего, изостатическим формованием).

Другие признаки разливочного стакана описаны в подпунктах и других документах заявки, включая чертежи и описания соответствующих вариантов осуществления, которые могут содержать признаки общей значимости, вне зависимости от конкретного примера.

Если иного не раскрыто, термин "по существу" характеризует соответствующий признак как достигнутый в техническом смысле. Например: «по существу вертикальная ориентация разливочного стакана в процессе использования» не обязательно означает точную вертикальную ориентацию в математическом смысле, но типичное техническое положение.

Чертежи очень схематически показывают, на:

Фиг. 1А и 1Б - трехмерные изображения разливочного стакана согласно изобретению с частичным вырезом,

Фиг. 2 - трехмерное изображение внутреннего контура разливочного стакана согласно фиг. 1А и 1Б,

Фиг. 3 - область оттока разливочного стакана и соответствующие направления потока расплава.

Все фигуры показывают так называемый погружной разливочный стакан (ПРС), изготовленный из партии материала на основе MgO способом изостатического формования и обожженный согласно обычным методам.

ПРС представляет собой трубчатый огнеупорный корпус 10 с единственным входным отверстием 12 по существу круглого поперечного сечения на его первом конце (верхний конец в положении использования, как показано) и с единственным выходным отверстием 14 по существу прямоугольного/овального поперечного сечения на его втором конце (нижний конец в положении использования). Входное отверстие 12 и выходное отверстие

14 соединены каналом 16, проходящим вдоль центральной продольной оси А корпуса 10, причем ось ориентирована по существу вертикально в процессе использования разливочного стакана. Канал 16 задан внутренней стенкой 10i огнеупорного трубчатого корпуса 10.

Соответственно общей конструкции верхней и нижней секций 18, 20, входного отверстия 12 и выходного отверстия 14 указанного разливочного стакана, канал 16 изменяет свое поперечное сечение от круглого до геометрически подобного плоскому овалу или узкому прямоугольнику со скругленными концевыми частями. Изменение поперечного сечения главным образом осуществлено в средней секции 22 (фиг. 2).

Общая конструкция может быть описана следующим образом: трубчатый корпус 10 содержит смежно входному отверстию 12 верхнюю секцию 18 по существу круглого поперечного сечения, и смежно выходному отверстию 14 нижнюю секцию 20, расширяющуюся наружу в первой плоскости (плоскости чертежа) и уплощенную во второй плоскости (перпендикулярной плоскости чертежа), по существу перпендикулярной первой плоскости, среднюю секцию 22 между верхней секцией 18 и нижней секцией 20, причем средняя секция 22 обеспечивает переход конструкции от круглой формы верхней секции 18 к уплощенной форме нижней секции 20. Этот конструкционный переход происходит по существу непрерывно между верхней и нижней секциями 18, 20, как показано на фиг. 1А, 1Б и 2.

Таким образом, нижняя секция 20 имеет длину, превосходящую ее ширину приближенно в 8 раз. В равной степени указанное относится к поперечному сечению соответствующего выходного отверстия 14.

От каждой из противостоящих секций внутренней стенки 10i в средней секции 22 и нижней секции 20 выступают дефлекторы 30, 32, 34, 36 в канал 16, формируя таким образом зазор 38 между соответствующими плоскими главными областями (лицевыми поверхностями) 30f, 32f, 34f, 36f. Дефлекторы 30, 32 и 34, 36 соответственно соединены друг с другом таким образом, чтобы образовывать формы в виде перевернутых букв V с немного криволинейными внешними гранями 30b, 32b, 34b, 36b и с внутренними гранями. Грани следуют за соответствующей формой внутренней стенки 10i, противостоящей соответствующей грани.

Две пары дефлекторов 30, 32; 34,36 на каждой стороне канала 16 (на фиг. 2

показана только одна сторона) размещены со смещением друг от друга вдоль центральной продольной оси разливочного стакана и заканчиваются в соответствующем общем выходном отверстии 14.

Угол α между центральной продольной осью А и линией, проходящей через две вертикальные крайние точки одного плеча 32, составляет около 17 градусов (типичный диапазон составляет 15 градусов - 25 градусов), то есть угол между плечами V-образной формы равен 2×17 градусов=34 градуса. Это верно также относительно нижнего дефлектора, образованного плечами 34, 36.

Очевидно, что за счет расстояния (зазора 38) между соответствующими дефлекторами 30, 30; 32, 32; 34, 34; 36, 36 разливочный стакан содержит центральный проход вокруг центральной продольной оси, который простирается непрерывно и по существу прямолинейно от входного отверстия 12 к выходному отверстию 14. Соответственно, разливочный стакан содержит центральный проход для металлического расплава, вдоль которого расплав поступает более или менее прямолинейно (стрелка D на фиг. 3) к выходному отверстию 14 и через него и, таким образом, в нижнем вертикальном направлении в соответствующую литейную форму 40 (фиг. 3).

Дефлекторы 30, 32, 34, 36, размещенные смежно с обеих сторон центрального прохода, направляют расплав вдоль своих соответствующих граней и, таким образом, к боковым секциям 141 общего выходного отверстия 14 и через выходное отверстие 14 по существу в боковых направлениях (стрелки L на фиг. 3).

Важно подчеркнуть, что хотя металлический поток принимает различные направления при выходе из разливочного стакана, имеется только одно выходное отверстие 14, и как центральный, так и все боковые металлические потоки находятся в жидкостном контакте друг с другом.

Фиг. 3 показывает три главных направления выходящего металлического потока. Один, центральный поток D, вертикально ниспадающий в продолжение оси А, и другие два боковых (L) на противостоящих сторонах выходного отверстия 14.

За счет такой конструкции расход может быть увеличен, а турбулентность в металлической ванне соответствующего сосуда (литейной формы 40) уменьшена.

Изобретение относится к разливке металла. Разливочный стакан содержит огнеупорный трубчатый корпус с входным и выходным отверстиями и дефлекторы (30, 32, 34, 36), выступающие от внутренней стенки в канал (16). По меньшей мере одна первая пара дефлекторов (30, 32; 34, 36) при виде спереди имеет форму перевернутой буквы V. Форма канала и дефлекторов обеспечивает течение жидкого металла вдоль центральной продольной оси (А) стакана. Обеспечивается снижение турбулентности металла в литейной форме при увеличении расхода металла, проходящего через разливочный стакан. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Разливочный стакан для направления металлического расплава из первого средства во второе средство, содержащий:
а) огнеупорный трубчатый корпус (10) с:
б) входным отверстием (12) на его первом конце (18),
в) выходным отверстием (14) на его втором конце (20),
г) каналом (16), проходящим вдоль центральной продольной оси (А), ориентированной в процессе использования стакана вертикально, от входного отверстия (12) к выходному отверстию (14) и ограниченным внутренней стенкой (10i) огнеупорного трубчатого корпуса, и
д) дефлекторами (30, 32, 34, 36), выступающими от внутренней стенки (10i) в канал (16),
причем
е) геометрия канала (16) и дефлекторов (30, 32, 34, 36) такова, что между входным отверстием (12) и единственным выходным отверстием (14) обеспечен непрерывный проход, расположенный вокруг центральной продольной оси (А), для протекания металлического расплава,
ж) разливочный стакан имеет по меньшей мере одну первую пару дефлекторов (30, 32, 34, 36), выступающих из противостоящих секций внутренней стенки (10i) огнеупорного корпуса (10) и оставляющих между собой указанный проход (38), через который проходит центральная продольная ось (А),
з) указанная по меньшей мере одна первая пара дефлекторов (30, 32; 34, 36) имеет в положении использования стакана и при виде спереди форму перевернутой буквы V.

2. Разливочный стакан по п.1, причем трубчатый корпус (10) содержит:
а) смежно входному отверстию (12) верхнюю секцию (18), по существу, круглого поперечного сечения,
б) смежно выходному отверстию (14) нижнюю секцию (20), расширяющуюся наружу в одной первой плоскости и уплощенную во второй плоскости, по существу, перпендикулярной первой плоскости,
в) среднюю секцию (22) между верхней секцией (18) и нижней секцией (20), причем средняя секция (22) содержит конструкционный переход от круглой формы верхней секции (18) к уплощенной форме нижней секции (20).

3. Разливочный стакан по п. 2, причем конструкционный переход продолжается, по существу, непрерывно между верхней секцией (18) и нижней секцией (20).

4. Разливочный стакан по п. 1, содержащий пары дефлекторов (30, 32; 34, 36), каждая из которых имеет форму перевернутой буквы V при виде спереди, с плоской главной областью (30f, 32f, 34f, 36f), обращенной к плоской главной области другого дефлектора, а также с верхними и нижними гранями (30b, 32b, 34b, 36b), которые, по существу, следуют форме соответствующей секции внутренней стенки (10i) огнеупорного корпуса напротив грани (30b, 32b, 34b, 36b).

5. Разливочный стакан по п. 4, причем вторая и/или третья пары дефлекторов (34, 36) наделены, по существу, той же конструкцией, как и первая пара дефлекторов (30, 32), но размещены на расстоянии от первой пары дефлекторов (30, 32).

6. Разливочный стакан по п. 1, причем по меньшей мере одна первая пара дефлекторов (34, 36) размещена, по меньшей мере частично, в нижней секции (34, 36) разливочного стакана.

7. Разливочный стакан по п. 1, причем по меньшей мере одна первая пара дефлекторов (30, 32) размещена, по меньшей мере частично, в средней секции разливочного стакана.

8. Разливочный стакан по п. 4, причем по меньшей мере одна первая пара дефлекторов (30, 32) заканчивается в выходном отверстии (14).

9. Разливочный стакан по п. 4 или 5, имеющий по меньшей мере один из следующих размеров:
а) расстояние между противостоящими дефлекторами (30, 30; 32, 32; 34, 34; 36, 36) составляет от 5 до 15 мм,
б) высота дефлектора перпендикулярно центральной продольной оси (А) составляет от 5 до 20 мм,
в) входное отверстие (12) имеет внутренний диаметр от 40 до 120 мм,
г) выходное отверстие (14) имеет длину от 100 до 400 мм и ширину от 5 до 40 мм.

10. Разливочный стакан по п. 1, причем выходное отверстие (14) имеет длину, превышающую по меньшей мере вдвое диаметр входного отверстия (12), и/или ширину не более половины диаметра входного отверстия (12).

11. Разливочный стакан по п. 1, причем выходное отверстие (14) задано центральной осевой выходной секцией и двумя боковыми выходными секциями, простирающимися к входному отверстию (12).