ОГНЕУПОРНЫЙ ПОГРУЖНОЙ РАЗЛИВОЧНЫЙ СТАКАН Российский патент 2017 года по МПК B22D41/50 

Изобретение относится к огнеупорному погружному разливочному стакану, в частности погружному цельному разливочному стакану, предназначаемому, прежде всего, но не ограничиваясь, для использования в процессе непрерывной разливки для получения стали.

В процессе такой разливки расплавленный металл передают из так называемого ковша в промежуточный ковш и оттуда через соответствующие выходы промежуточного ковша в соотнесенные литейные формы.

Передачи расплава из сливного устройства в литейную форму достигают посредством типового погружного разливочного стакана, который размещен в вертикальном рабочем положении и который, как правило, имеет следующие признаки:

- по существу трубчатая форма, содержащая стенку разливочного стакана, окружающую проточный канал, проходящий между входным отверстием на первом конце разливочного стакана, являющемся верхним концом в рабочем положении разливочного стакана, и по меньшей мере одним боковым выходным отверстием на втором конце разливочного стакана, являющемся нижним концом в рабочем положении, для обеспечения непрерывного потока расплавленного металла от ковша вдоль проточного канала от его входного отверстия через выходное отверстие в соотнесенную ванну расплавленного металла в литейной форме.

Для улучшения общей производительности такого разливочного стакана в ЕР 2226141 В1 раскрывается разливочный стакан с отклоняющим элементом в виде заглубленного канала на внутренней поверхности стенки разливочного стакана по меньшей мере одного выходного отверстия, выполненным для получения потока текучей среды, который следует за формой боковых выходных отверстий.

US 3991815 А раскрывает конструкцию разливочного стакана для улучшения управляемого потока в отдельном донном отверстии, расположенном ниже боковых выходных отверстий. Это достигнуто посредством того, что разливочная труба имеет сходящийся/разветвляющийся концевой участок по меньшей мере с двумя выходными отверстиями, выполненными выше указанного сужения.

Обе конструкции не рассматривают следующей проблемы разливки. После покидания им двух боковых выходных отверстий поток расплавленного металла вызывает турбулентность в ванне расплавленного металла в пределах литейной формы. В противоположность к этому: скорость течения практически отсутствует в ванне расплавленного металла между разливочным стаканом и смежными участками стенки литейной формы напротив «закрытых» стенок разливочного стакана, то есть в области разливочного стакана без выходного отверстия.

Некоторое течение в литейной форме необходимо для предотвращения формирования верхней корки, вызываемого так называемым шлаковым порошком (Schlackenpulver), который служит для смазывания внутренних поверхностей литейной формы для воспрепятствования налипанию металлического расплава на стенках, а также закрепления его там неконтролируемым образом.

Чрезмерное течение в литейной форме имеет недостаток в виде неравномерного распределения температур в литейной форме и плохих характеристик смазывания шлакового порошка.

Поэтому целью изобретения является уменьшение различий в условиях в пределах литейной формы вокруг погруженного разливочного стакана.

Изобретение основано на открытии, что это может быть достигнуто посредством изменения конструкции разливочного стакана.

Согласно известному уровню техники типовой разливочный стакан имеет по меньшей мере одно, а зачастую два боковых выходных отверстия (ЕР 2226141 В1), а также иногда два боковых и одно донное выходных отверстия (US 3991815 А). Все конструкции основаны на идее воздействия на течение потока расплава, продвигающегося на своем пути из разливочного стакана.

Данное затруднительное положение теперь преодолено посредством изобретения, предоставляющего погружной разливочный стакан, выполненный по меньшей мере с одним приемным отверстием помимо различных выходных отверстий, то есть по меньшей мере с одним отверстием, через которое металлический расплав из ванны металлического расплава в пределах литейной формы может войти во внутреннее пространство (проточный канал) разливочного стакана.

Из публикации KR 200200000910 А известен огнеупорный погружной разливочный стакан, содержащий стенку трубчатой формы, окружающую проточный канал, проходящий между входным отверстием на первом конце разливочного стакана, являющемся верхним концом разливочного стакана в его рабочем положении, и по меньшей мере одним выходным отверстием на втором конце разливочного стакана, являющемся нижним концом разливочного стакана в его рабочем положении, и предназначенный для пропускания непрерывного потока расплавленного металла, движущегося от входного отверстия

Изобретение основано на концепции добавления по меньшей мере одного дополнительного потока расплава (из ванны расплава в пределах литейной формы) к существующему потоку расплава (который непосредственно прибывает из верхнего по потоку сосуда, подобного ковшу), тем самым достигая следующего эффекта, для чего в стенке разливочного стакана, окружающей проточный канал, проходящий между входным отверстием на первом конце разливочного стакана, являющемся верхним концом разливочного стакана в его рабочем положении, и по меньшей мере одним выходным отверстием на втором конце разливочного стакана, являющемся нижним концом разливочного стакана в его рабочем положении, и предназначенный для пропускания непрерывного потока расплавленного металла, движущегося от входного отверстия, между по меньшей мере одним выходным отверстием и входным отверстием на участке стенки, погружаемом в ванну расплавленного металла при нахождении разливочного стакана в его рабочем положении, выполнено по меньшей мере одно приемное отверстие, расположенное между двумя выступами, образованными на внутренней поверхности стенки на расстоянии друг от друга с противоположных сторон приемного отверстия относительно осевого направления разливочного стакана, и обеспечивающее поступление расплавленного металла из ванны в проточный канал.

Поток расплава, всосанный через приемное отверстие и втекающий через приемное отверстие в главный проточный канал, является причиной особого (косвенного) дополнительного течения расплава в ванне расплавленного металла в пределах литейной формы и тем самым дополнительной скорости расплава и турбулентности расплава.

Для использования этого эффекта благоприятным образом приемное отверстие расположено вдоль той стороны разливочного стакана, которая обращена к области ванны с расплавом с самой низкой (главным образом, недостаточной) скоростью течения (турбулентностью) для соответствующего улучшения обращения расплава в этой области.

Ввиду вышеупомянутого: в разливочном стакане с двумя боковыми выходными отверстиями (и опционально, с одним дополнительным донным выходом) приемное отверстие, предпочтительно, расположено только между этими противоположными боковыми выходными отверстиями.

В то же время, этот дополнительный поток расплава влияет на течение расплава в области непосредственно после выходных отверстий благоприятным образом.

Очевидным образом, всосанный посредством приемного отверстия(-ов) в одном или в нескольких дополнительных потоках расплав сливается с главным потоком расплава в пределах разливочного стакана на его дальнейшем пути в нижнем направлении к выходному отверстию(-ям) и затем покидает разливочный стакан через выходные отверстия.

Конструкция по меньшей мере одного приемного отверстия содержит целую область для имеющегося выходного отверстия(-й), то есть целую осевую протяженность для этих отверстий. Другими словами, приемное отверстие может быть расположено в любом месте между самым нижним концом любого из указанных выходных отверстий и входным отверстием с условием того, что он погружен в металлическую ванну в процессе разливки. Как правило, предпочтительным является расположение в пределах нижней трети или нижней четверти разливочного стакана, то есть в области выходных отверстий.

По меньшей мере одно приемное отверстие может проходить от внешней поверхности до внутренней поверхности стенки разливочного стакана.

Принимая во внимание, что форма этого приемного отверстия является более или менее произвольной, по меньшей мере одно из следующих поперечных сечений является возможным: круг, овал, треугольник, прямоугольник.

Размер (площадь поперечного сечения) всасывающего отверстия зависит от требуемого всасывающего эффекта. В случае кругового отверстия типичный диаметр составляет от 5 до 50 мм, и соответствующие подходящие площади поперечных сечений могут быть вычислены для некруглых конструкций.

Приемное отверстие может проходить более или менее горизонтально (в рабочем положении разливочного стакана) или с наклоном к нижнему концу разливочного стакана, то есть в направлении течения потока расплава.

Разливочный стакан по меньшей мере с двумя приемными отверстиями, расположенными с противоположных сторон разливочного стакана, описывает один другой вариант осуществления, который подходит, прежде всего, к общей конструкции разливочного стакана, как она описана на фиг. 1 из ЕР 2226141 В1, а также описана в дальнейшем со ссылками на чертеж.

В случае разливочного стакана с двумя (противоположными) боковыми выходными отверстиями по меньшей мере одно приемное отверстие может быть расположено в области стенки между двумя выходными отверстиями. Разливочный стакан может иметь выходное отверстие и в крайней нижней части нижнего (в рабочем положении) конца.

Независимо от числа и формы выходов, по меньшей мере одно приемное (всасывающее) отверстие должно быть расположено ниже уровня разливки в рабочем положении разливочного стакана для обеспечения вхождения в это отверстие только расплавленного металла, в то время как предотвращено попадание в отверстие шлакового порошка, атмосферного воздуха и т.д.

В конструкции разливочного стакана, как описано в ЕР 2226141 В1, стенка стакана имеет по меньшей мере три участка, а именно:

- верхний участок с входным отверстием, имеющий круглое поперечное сечение,

- средний участок, который расширен наружу в первой плоскости и уплощен во второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости,

- нижний участок с по меньшей мере одним выходным отверстием, причем по меньшей мере одно приемное отверстие выполнено в нижней части среднего участка и/или в верхней части нижнего участка.

Это является верным, прежде всего, когда два боковых выходных отверстия в нижнем участке расположены напротив друг друга.

Как указано выше, предлагаемый в изобретении разливочный стакан характеризуется тем, что в его стенке между по меньшей мере одним выходным отверстием и входным отверстием на участке стенки, погружаемом в ванну расплавленного металла при нахождении разливочного стакана в его рабочем положении, выполнено по меньшей мере одно приемное отверстие, расположенное между двумя выступами, образованными на внутренней поверхности стенки на расстоянии друг от друга с противоположных сторон приемного отверстия относительно осевого направления разливочного стакана, и обеспечивающее поступление расплавленного металла из ванны в проточный канал. Этот вариант осуществления показан на фиг. 2-4.

Другими словами, эти два выступа являются отдельными профилями, обеспечивающими между ними своего рода зазор. Приемное отверстие сливается с этим зазором. Центральный поток расплава, протекая по существу вертикально вниз, направляется вдоль этого зазора, ускоряется и обеспечивает обратное давление, а именно низкое давление (частичный вакуум), в заданном приемным отверстием пространстве, принуждая расплав вне разливочного стакана к вхождению в приемное отверстие, а также к вливанию в главный металлический поток вдоль проточного канала.

Этот эффект может быть улучшен, когда расстояние между двумя выступами уменьшается между их верхними концами и между их нижними концами.

Этот эффект может быть еще более улучшен, когда два выступа расположены таким способом, что они образуют между собой сопло Вентури, то есть имеют сходящуюся верхнюю и расходящуюся нижнюю часть, а также суженный участок между ними.

Этот эффект может быть все еще более улучшен, когда выступы на наименьшем расстоянии (d_min) между ними примыкают к приемному отверстию.

Путем изменения этих признаков, равно как и размера приемного отверстия, можно регулировать течение (скорость) увлекаемого металлического расплава требуемым способом и в требуемом объеме.

Ссылки сделаны на дальнейшие варианты осуществления, описанные на чертежах, признаки которых не ограничены конкретной конструкцией, но могут также быть осуществлены в эквивалентных или подобных конструкциях разливочного стакана.

Кроме того, признаки изобретения следуют из признаков зависимых пунктов формулы изобретения и других документов заявки.

Изобретение далее описано более подробно с помощью приложенного чертежа, схематично представляющего возможные варианты осуществления изобретения, а именно:

Фиг. 1: вид в перспективе на первый вариант осуществления огнеупорного погружного разливочного стакана согласно изобретению,

Фиг. 2: погружной разливочный стакан согласно фиг. 1 на продольном виде в разрезе в его функциональном положении в пределах промежуточного ковша,

Фиг. 3: погружной разливочный стакан согласно фиг. 2 в увеличенном масштабе,

Фиг. 4: увеличенное изображение одного приемного отверстия погружного разливочного стакана согласно фиг. 2, 3,

Фиг. 5: изображение согласно фиг. 3 для второго варианта осуществления,

Фиг. 6: изображение согласно фиг. 4 для второго варианта осуществления,

Фиг. 7: изображение согласно фиг. 3 для третьего варианта осуществления,

Фиг. 8: изображение согласно фиг. 4 для третьего варианта осуществления,

Фиг. 9: изображение согласно фиг. 3 для четвертого варианта осуществления,

Фиг. 10: изображение согласно фиг. 4 для четвертого варианта осуществления.

На чертежах детали функционально идентичной или подобной конструкции обозначены одинаковыми числами.

Фиг. 1 является видом в перспективе на огнеупорный погружной входной разливочный стакан согласно изобретению. Он содержит стенку 12 трубчатой формы, окружающую проточный канал 14 (фиг. 2), проходящий между входным отверстием 16 на первом конце 10о разливочного стакана, являющемся верхним концом в рабочем положении разливочного стакана (фиг. 2), и двумя боковыми выходными отверстиями 18.1, 18.2 на втором конце 10u разливочного стакана, являющемся нижним концом в рабочем положении разливочного стакана. Эта конструкция делает возможным непрерывный поток течения расплавленного металла от входного отверстия 16 вдоль проточного канала 14 в нижнем направлении и через выходные отверстия 18.1, 18.2 в соответствующую ванну В расплавленного металла (фиг. 2).

Погружной входной разливочный стакан содержит, кроме того, два приемных отверстия 20, 22, расположенных между выходными отверстиями 18.1, 18.2, а также входным отверстием 16, в стенке 12 разливочного стакана на ее участке, который погружается в ванну В расплавленного металла при нахождении разливочного стакана 10 в его рабочем положении (фиг. 2) для предоставления возможности расплавленному металлу из ванны (В) расплавленного металла проникать через приемные отверстия 20, 22 в проточный канал 14 и дальнейшего покидания проточного канала 14 через выходные отверстия 18.1, 18.2 и/или через третье выходное отверстие 18.3 на самой нижней оконечности разливочного стакана 10.

Фиг. 2 далее представляет шлаковый порошок F поверх ванны В расплава, который задает уровень L-L разливки.

Как лучше всего понятно по фиг. 2-4, приемные отверстия 20, 22 расположены на высоте смежных боковых выходных отверстий 18.1, 18.2 (при рассмотрении в осевом направлении А-А разливочного стакана 10, то есть в направлении течения расплава через разливочный стакан).

Каждое приемное отверстие 20, 22 проходит от внешней поверхности 12о к внутренней поверхности 12i стенки разливочного стакана 12 и имеет круглое поперечное сечение.

Другими словами, приемные отверстия 20, 22 расположены в области стенки между этими двумя выходными отверстиями 18.1, 18.2 и в пределах более или менее плоского участка стенки между двумя выходными отверстиями 18.1, 18.2 (фиг. 1).

В описанном на фиг. 1-4 варианте осуществления разливочный стакан, в целом, характеризуется верхним участком 10.1, содержащим выходное отверстие 16, причем верхний участок имеет по существу круглое поперечное сечение. Стакан, кроме того, характеризуется средним участком 10.2, который расширен наружу в первой плоскости и уплощен во второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости. Кроме того, стакан содержит нижний участок 10.3, содержащий выходные отверстия 18.1, 18.2, 18.3, а также приемные отверстия 20, 22. Приемные отверстия 20, 22 расположены в нижней четверти (пятой части) осевой длины разливочного стакана.

Каждое из указанных приемных отверстий 20, 22 расположено между двумя выступами 24l, 24r, расположенными на расстоянии друг от друга с противоположных сторон соответствующего приемного отверстия (22 на фиг. 3), и в то же время, в осевом направлении разливочного стакана - вдоль одной внутренней поверхности 12i стенки 12 разливочного стакана.

Эти выступы 24l, 24r образуют между собой зазор, в котором расположено приемное отверстие 20, 22. Приемное отверстие 20, 22 сливается с этим зазором. Вследствие этого, центральный поток расплава, протекая по существу вертикально вниз (фиг. 3, стрелка F), направляется вдоль этого зазора (по внутренней стороне поверхности 12i), ускоряется и обеспечивает обратное давление, а именно низкое давление (частичный вакуум) в пространстве вокруг приемного отверстия. Это принуждает расплав в пределах ванны В расплава к вхождению в приемное отверстие 20, 22, а также к вливанию через приемное отверстие 20, 22 в главный поток расплава (в пределах проточного канала 14). В то же время, ванна металлического расплава на соответствующей стороне разливочного стакана 10 приводится в движение по мере того, как металлический расплав последовательно протекает через приемное отверстие в разливочный стакан.

Выступы 24l, 24r согласно варианту осуществления на фиг. 1-4 имеют треугольный профиль (в изображении согласно фиг. 4), образуя таким образом своего рода сопло Вентури, которое еще более увеличивает скорость расплава, проходящего через зазор между двумя выступами 24l, 24r в нисходящем направлении (стрелка F на фиг. 3, 4).

Конструкция Вентури отличается тем, что ширина d зазора между противоположными выступами 24l, 24r уменьшена в верхней части и увеличена в нижней части, со значением d_min в промежутке, причем приемное отверстие 22 расположено между нижними частями выступов 24l, 24r.

Варианты осуществления на фиг. 5-10 отличаются от варианта осуществления на фиг. 1-4 только в отношении конструкции упомянутого выступа(-ов).

Вариант на фиг. 5, 6 описывает воронкоподобный монолитный выступ 24, то есть нижняя часть указанного выступа 24 частично закрывает соответствующее приемное отверстие 22 и располагается на расстоянии от внутреннего конца приемного отверстия 22.

Вариант осуществления согласно фиг. 7, 8 характеризуется коробоподобным выступом 24, который позволяет удлинить приемное отверстие 22 таким образом, что соответствующий поток расплава, протекающий в разливочный стакан 10, входит в проточный канал 14 на расстоянии от внутренней стенки 12i разливочного стакана.

Вариант осуществления согласно фиг. 9, 10 подобен таковому на фиг. 7, 8 с условием, что коробоподобный выступ имеет отверстие 24о на его нижнем конце и разрез 24s на его верхнем конце для предоставления возможности главному потоку металлического расплава проходить приемное отверстие 22 после прохождения разреза 24s и перед прохождением отверстия 24о.

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке металлов. Огнеупорный погружной разливочный стакан содержит стенку 12 с проходным каналом для расплавленного металла. В стенке стакана между выходными отверстиями выполнено приемное отверстие 22, расположенное между двумя выступами. Обеспечивается необходимое регулирование скорости металлического расплава. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Огнеупорный погружной разливочный стакан, содержащий стенку (12) трубчатой формы, окружающую проточный канал (14), проходящий между входным отверстием (16) на первом конце (10о) разливочного стакана, являющемся верхним концом разливочного стакана в его рабочем положении, и по меньшей мере одним выходным отверстием (18.1, 18.2, 18.3) на втором конце (10u) разливочного стакана, являющемся нижним концом разливочного стакана в его рабочем положении, и предназначенный для пропускания непрерывного потока расплавленного металла, движущегося от входного отверстия (16), причем в стенке (12) разливочного стакана между по меньшей мере одним выходным отверстием (18.1, 18.2, 18.3) и входным отверстием (16) на участке стенки (12), погружаемом в ванну (В) расплавленного металла при нахождении разливочного стакана в его рабочем положении, выполнено по меньшей мере одно приемное отверстие (20, 22), расположенное между двумя выступами (24l, 24r), образованными на внутренней поверхности стенки (12) на расстоянии друг от друга с противоположных сторон приемного отверстия (20, 22) относительно осевого направления разливочного стакана, и обеспечивающее поступление расплавленного металла из ванны (В) в проточный канал (14).

2. Разливочный стакан по п. 1, в котором по меньшей мере одно приемное отверстие (20, 22), проходящее от внешней поверхности (12о) к внутренней поверхности (12i) стенки (12), имеет одно из следующих поперечных сечений: круг, овал, треугольник, прямоугольник.

3. Разливочный стакан по п. 1, выполненный по меньшей мере с двумя приемными отверстиями (20, 22) с противоположных сторон его стенки (12).

4. Разливочный стакан по п. 1, выполненный с двумя боковыми выходными отверстиями (18.1, 18.2) и по меньшей мере одним приемным отверстием (20, 22), расположенным в области стенки, находящейся между двумя выходными отверстиями (18.1, 18.2).

5. Разливочный стакан по п. 1, стенка (12) которого имеет по меньшей мере три участка (10.1, 10.2, 10.3), а именно:

- верхний участок (10.1) с входным отверстием (16), имеющий круглое поперечное сечение,

- средний участок (10.2), который расширен наружу в первой плоскости и уплощен во второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости,

- нижний участок (10.3) с по меньшей мере одним выходным отверстием (18.1, 18.2, 18.3), причем по меньшей мере одно приемное отверстие (20, 22) выполнено в нижней части среднего участка (10.2) или в верхней части нижнего участка (10.3).

6. Разливочный стакан по п. 5, в котором в нижнем участке (10.3) выполнено два боковых выходных отверстия (18.1, 18.2), расположенных напротив друг друга.

7. Разливочный стакан по п. 1, в котором расстояние (d) между двумя выступами (24l, 24r) уменьшается между их верхними концами и между их нижними концами.

8. Разливочный стакан по п. 1, в котором два выступа (24l, 24r) расположены таким образом, что они образуют между собой сопло Вентури.

9. Разливочный стакан по п. 8, в котором выступы (24l, 24r) на наименьшем расстоянии (d_min) между ними примыкают к приемному отверстию (22).

10. Разливочный стакан по п. 1, в котором выходное отверстие (18.3) выполнено в крайней нижней части нижнего конца разливочного стакана.