Устройство для подачи жидкого металла Советский патент 1993 года по МПК B22D11/10 

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к непрерывной разливке стали и может быть использовано для разливки металла в изложницы.

Исследованиями установлено, что для повышения качества литых заготовок необходимо обеспечить эффективное перемешивание металла не только внутри сталеразливочного стакана, но ив изложнице или кристаллиза-. торе. В случае разливки в изложницы подаваемый для продувки инертный газ попадает вместе с металлом в изложницу. В процессе наполнения изложницы металлом происходит выделение из него инертного газа в виде пузырей, что позволяет очищать металл от неметаллических включений и вредных газов, получить слиток с более равномерной структурой. Кроме этого процесс кристаллизации металла в изложницы осуществляется в условиях нейтральной или восстановительной атмосферы.

Этого эффекта можно достигнуть посредством придания пористой вставки Определенной формы и размеров, при которых Поперечное сечение вставки выполняют меньшим, чем аналогичное сечение отверстия нижней плиты шиберного затвора. Это приводит в условиях разливки под уровень металла в кристаллизаторе к возникновению кавитации струи в пределах канала вставки. Направляемый в данный район инертный газ захватывается вихреобразной струей, что позволяет внедриться газу в металла.и эффективно его перемешивать.

Предлагаемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, т.к. из него не выявляется влио°

vj

СО

к

СА)

яние существенных отличий на достижение нового технического результата.

Эффективное перемешивание металла инертным газом и внедрение его в струю достигается благодаря тому, что в устройстве для подачи жидкого металла, содержащем шиберный затвор и закрепленный на его нижней плите огнеупорный стакан с пористой вставкой, а также выполненными каналами в верхней части стакана для подачи газа, предусмотрены следующие конструктивные особенности (детали):

а) пористая вставка выполнена с наружной конической поверхностью с сужением к выходу из стакана при соотношении внутреннего диаметра вставки и огнеупорной плиты равном 0,3-0,98, каналы для подачи газа в стакан выполнены равномерно по периметру верхней части стакана;

б) в нижней плите шиберного затвора выполнена кольцевая проточка для распределения таза по каналам стакана, при этом продольные оси каналов для подачи газа в стакан расположены на расстоянии от нижнего торца нижней плиты затвора равном 0,12-0,30 длины пористой, вставки;

в) на наружной и внутренней поверхности стакана выполнены кольцевые проточки для более равномерного распределения газа по каналам стакана и выхода из него в пористую вставку.

Улучшение качества литых заготовок и слитков происходит потому, что в процессе разливки, вследствие перемешивания инертным газом струи металла в стакане, а затем и в изложнице удаляются всплывающие неметаллические включения и вредные газы, более равномерно распределяются химические элементы по высоте и сечению отливаемого слитка. При этом увлекаемый струей металла инертный газ, попадая в изложницу или кристаллизатор по мере ее наполнения, .создает внутри изложницы нейтральную или восстановительную атмосферу, что предотвращает вторичное окисление стали. Это обеспечивает снижение образования плен, трещин и рванин на поверхности и внутри слитков и готовом прокате.

Диапазон соотношения внутреннего диаметра пористой вставки и огнеупорной плиты, в районе которого происходит обработка струи металла инертным газом, в пределах 0,3-0,98, обусловлен гидравлическими условиями истечения жидкого металла в полость, заполненную тем же жидким металлом при избыточном давлении. При соотношении внутренних диаметров менее 0,3 не происходит интенсивного перемешивания металла аргоном, который не увлекается в центр струи и, по-видимому, не попадает в изложницу.

Наблюдение за состоянием уровня металла в изложнице показало, что на его поверхности отсутствует выделение газовых пузырей. Анализ проб, отобранных из изложницы показал, что содержание кислорода в пространстве над уровнем металла не снижается. В то же время увеличение соотношения диаметров более 0,98 приводит к значительному снижению скорости разливки, что

приводит к уменьшению производительности разливочного пролета.

Диапазон расположения продольных осей каналов стакана на расстоянии от нижнего торца нижней стальной плиты шибер5 ного затвора в пределах 0,12-0,30 длины пористой вставки объясняется расчетными размерами полости внутри вставки, в которой возникает кавитация, вихреобразова- ние струи, и в которую следует подавать

0 инертный газ. При уменьшении указанного предела менее 0,12 эффективность перемешивания снижается, т.к. поток инертного газа направлен в верхнюю часть полосы вихреоб- разования, кавитации. При увеличении данно5 го предела более 0,30 эффект перемешивания также уменьшается из-за того, что поток инертного газа направлен в нижнюю часть полости вихреобразования. Наблюдения за состоянием поверхности зеркала металла в изложни0 це в процессе повышения его уровня показало, что продувка аргоном в предлагаемых пределах обеспечивает кипение металла в изложнице с вытекающими отсюда последствиями для улучшения качества ме5 талла описанного выше.

На чертеже изображен общий вид предложенного устройства.

Предлагаемое устройство состоит из неподвижной 1 и подвижной 2 огнеупорных

0 плит, стакана-коллектора 3, примыкающего к нижней стальной плите 4, на внутренней поверхности которой выполнена кольцевая профильная канавка (проточка) 5, образующая совместно с наружной поверхностью

5 верхней части стакана-коллектора кольцевую распределительную камеру 6. В.верхней части стакана-коллектора выполнены равномерно по периметру каналы 7 для подачи газа и центральное отверстие для

0 установки в него пористой вставки 8.

Устройство работает следующим образом.

П р и м е р, В процессе разливки металла из сталеразливочного ковша вытекает струя

5 жидкой стали в изложницу или кристаллизатор через отверстия неподвижной 1 и подвижной 2 огнеупорных плит, пористой вставки 8 и стакана-коллектора 3.

Диаметр пористой вставки составляет 40 мм, диаметр отверстия нижней огнеупорной плиты составляет 60 мм. Соотношение диаметров отверстий составляет 0,66.

Подаваемый через кольцевую распределительную камеру 6 инертный газ- аргон с расходом 60-80 м /ч при давлении 0,3-0,5 МПа направляется по каналам 7, расположенным на расстоянии 0,2 (14 мм : 70 мм + +0,2) длины пористой вставки и внедряется в струю жидкой стали в канале стакана-кол-- лектора.

14мм : 70 мм 0,2,

где 14 мм - расстояние от нижнего торца нижней плиты шиберного затвора до продольной оси канала стакана-коллектора;

70 мм - высота пористой вставки.

Поскольку подача аргона производится в район вихреобразования потока струи ме- талла в стакане, газ увлекаемый им внедряется в струю и перемешивается со сталью, и попадал в изложницу или кристаллизатор продолжает там эффективно перемешиваться за счет выделения аргона из металла в виде пузырей.

При такой организации разливки выделяющиеся пузыри аргона вытесняют атмосферный воздух во время наполнения изложницы металлом, о чем свидетельству- ет содержание кислорода (0,3%-0,2%) в пробе газа, отобранного внутри изложницы.

Применение предложенного устройства позволило по сравнению с устройством - прототипом в 2-3 раза снизить загрязнен-

ность заготовок групповыми включениями оксидов, располагающихся вблизи поверхности заготовок (на расстоянии 25-30 мм).

Уменьшение образования грубых неметаллических включений около поверхности заготовок привело к улучшению качества поверхности слитков и заготовок, что обеспечивает в 1,5 раза снижение отбраковки

заготовок по трещинам и в 2 раза по пленам и рванинам.

Формула изобретения

1. Устройство для подачи жидкого металла, содержащее шиберный затвор и закрепленный на его нижней плите огнеупорный стакан с пористой вставкой, в верхней части которого выполнены каналы для подачи газа, отличающееся тем, что вставка выполнена с наружной конической поверхностью с сужением к выходу из стакана при соотношении внутреннего диаметра вставки и нижней плиты 0.3-0,98, каналы для подачи газа в стакан выполнены равномерно по его периметру, а в нижней плите выполнена кольцевая проточка для распределения газа по каналам стакана, при этом продольные оси каналов для подачи газа в стакан расположены на расстоянии от нижнего торца нижней плиты 0,12-0,30 длины пористой вставки.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что на наружной и внутренней поверхности стакана выполнены кольцевые проточки.

В устройстве для подачи жидкого металла, включающем шиберный затвор (ШЗ) и закрепленный на его нижней плите огнеупорный стакан (Ст) с пористой вставкой (ПВ), каналами в верхней части для подачи инертного газа (ИГ) предусмотрены следующие конструктивные особенности: П В выполнена с наружной конической поверхностью с сужением к выходу из Ст при отношении внутреннего диаметра ПВ к огнеупорной плите, равном 0,3-0,98, каналы для подачи ИГ в стакан выполнены равномерно по периметру верхней части Ст в нижней плите ШЗ выполнена кольцевая проточка для распределения ИГ по каналам Ст, при этом продольные оси каналов для подачи ИГ в Ст расположены на расстоянии от нижнего торца нижней плиты затвора равном 0,12- 0,30 длины ПВ, на наружной и внутренней поверхностях Ст выполнены кольцевые проточки для более равномерного распределения ИГ по каналам Ст и выхода из него в ПВ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. СО с