устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке

Формула изобретения

Устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке, содержащее состыкованный с вакуумной камерой разливочный ковш и промежуточный ковш с разливочными стаканами, заглубленными в кристаллизаторы, при этом вакуумкамера имеет цилиндрическую форму рабочей полости, горловину и сливной патрубок в ее днище, установленный в рабочую полость промежуточного ковша, отличающееся тем, что в днище вакуумной камеры установлен дополнительный патрубок с подводящим трубопроводом в его боковой стенке, при этом расстояние между осями патрубков составляет 4 10 диаметров канала дополнительного патрубка, горловина вакуумкамеры выполнена в виде цилиндрического канала длиной 0,2 0,6 высоты рабочей полости вакуумкамеры и диаметром, равным расстоянию между внутренними образующими каналов патрубков, расположенного симметрично между этими образующими, а профиль нижерасположенной части рабочей полости вакуумкамеры выполнен конусной формы высотой 0,15 0,3 высоты рабочей полости вакуумкамеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к поточному вакуумированию металла при непрерывной разливке.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке, включающее разливочный ковш, установленный на корпусе вакуумной камеры и состыкованный с ней через уплотнения. В днище вакуум-камеры установлен сливной патрубок, входящий в рабочую емкость промежуточного ковша, в днище которого установлены разливочные стаканы, входящие в кристаллизаторы. Вакуумная камера снабжена вакуумпроводом, соединенным с вакуум-насосом. В процессе разливки в вакуум-камере создается остаточное давление и производится струйное вакуумирование разливаемого металла. Камера выполнена цилиндрической формы (авт.свид. СССР N 295607, B B 22 D 11/10, 1971).

Недостатком известного устройства является недостаточная производительность и качество непрерывнолитых слитков, разливаемых из вакуумированного металла. Это объясняется недостаточной интенсивностью углеродного раскисления разливаемой стали только в вакуум-камере. При этом увеличивается брак непрерывнолитых слитков по повышенному содержанию в металле кислорода и качеству макроструктуры. Кроме того, процессу поточного вакуумирования подвергается не весь металл, находящийся в промежуточном ковше до герметизации сливного патрубка и начала процесса струйного вакуумирования.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении интенсивности и производительности процесса поточного вакуумирования металла, а также в улучшении качества непрерывнолитых слитков.

Указанный технический эффект достигается тем, что устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке включает разливочный ковш, состыкованный с вакуумной камерой с цилиндрической формой рабочей полости, имеющей горловину и снабженной сливным патрубком в ее днище, входящим в рабочую полость промежуточного ковша, снабженного разливочными стаканами, входящими в кристаллизаторы.

В днище вакуум-камеры установлен дополнительный патрубок, снабженный подводящим трубопроводом в его боковой стенке. Расстояние между осями патрубков составляет 4-10 диаметров канала дополнительного патрубка, горловина выполнена в виде цилиндрического канала длиной 0,2-0,6 высоты рабочей полости вакуум-камеры с диаметром, равным расстоянию между внутренними образующими каналов патрубков и расположенного симметрично между этими образующими. Профиль ниже расположенной части рабочей полости вакуум-камеры выполнен конусной формы с высотой, равной 0,15-0,3 высоты рабочей полости вакуум-камеры.

Повышение интенсивности и производительности процесса поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке будет происходить вследствие обеспечения возможности осуществления одновременного вакуумирования металла двух типов: струйного в вакуум-камере и циркуляционного в промежуточном ковше. При этом циркуляционное вакуумирование обеспечивается за счет подачи инертного газа, как транспортирующего, по трубопроводу в один из патрубков. В условиях совмещения двух видов вакуумирования обеспечивается более полное углеродное раскисление стали, что приводит к улучшению качества непрерывнолитых слитков по содержанию в металле кислорода и по макроструктуре. При этом возможность осуществления циркуляционного вакуумирования позволяет подвергать вакуумированию первых порций металла в промежуточном ковше при начале разливки, что невозможно при осуществлении только струйного вакуумирования.

Выполнение рабочей полости вакуум-камеры с цилиндрическим каналом в горловине и ниже лежащей конусной частью объясняется необходимостью защиты днища разливочного ковша и шиберного затвора от брызг и капель металла, образующихся над дополнительным патрубком при подаче в него инертного газа по подводящему трубопроводу. При этом конусная часть рабочей полости вакуум-камеры является экраном от жидкого металла над каналом дополнительного патрубка.

Диапазон значений расстояний между осями дополнительного и сливного патрубков в пределах 4-10 диаметров канала дополнительного патрубка объясняется закономерностями процесса вакуумирования с поверхности слоя металла на днище вакуум-камеры, а также условиями перемешивания металла в промежуточном ковше в объеме между сливным и дополнительным патрубками. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимая интенсивность перемешивания металла в промежуточном ковше, а также интенсивность вакуумирования металла с поверхности его слоя на днище вакуум-камеры. При больших значениях будет увеличиваться площадь зеркала металла в промежуточном ковше, что приведет к увеличению теплопотерь металла и его переохлаждению.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от диаметра канала дополнительного патрубка.

Диапазон значений длины цилиндрического канала горловины в пределах 0,2-0,6 высоты рабочей полости вакуум-камеры объясняется закономерностями раскрытия струи металла в процессе струйного вакуумирования, вытекающего из разливочного ковша. При больших значениях разливаемый металл будет оседать и застывать на стенках канала. При меньших значениях будет происходить попадание и застывание капель и брызг металла на днище разливочного ковша и на его шиберном затворе, образующихся над дополнительным патрубком при подаче в него инертного газа.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от высоты рабочей полости вакуум-камеры.

Диапазон значений высоты конусного участка рабочей полости вакуум-камеры в пределах 0,15-0,3 от ее высоты объясняется закономерностями распространения капель металла над дополнительным патрубком при подаче в него инертного газа. При больших значениях возможно проникновение капель и брызг металла и его застывание на днище и шиберном затворе разливочного ковша. При меньших значениях возможно налипание металла на стенках конусного участка.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого устройства с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень". На чертеже показано устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке, продольный разрез.

Устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке состоит из разливочного ковша 1 с шиберным затвором 2, уплотнения 3, вакуумной камеры 4 с горловиной 5, канала 6, конусного участка 7, цилиндрического участка 8, днища 9, патрубка 10 с трубопроводом 11, патрубка 12, промежуточного ковша 13, разливочных стаканов 14, кристаллизаторов 15, вакуумпровода 16. Позицией 17 обозначен жидкий металл, 18 и 19 струи металла, 20 и 21 уровни металла, 22 непрерывнолитые слитки, L длина канала горловины, l высота конусного участка, D диаметр цилиндрической части рабочей полости вакуум-камеры, d₁ и d₂ диаметры каналов патрубков, M высота рабочей полости вакуум-камеры, N диаметр канала горловины, K расстояние между осями патрубков.

Устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке работает следующим образом.

Пример. В процессе непрерывной разливки из разливочного ковша 1 подается нераскисленная сталь 17 марки ст3 в рабочую полость вакуум-камеры 4. Расход металла 17 из разливочного ковша 1 регулируется при помощи шиберного затвора 2. Из рабочей полости вакуум-камеры 4 металл 17 через сливной патрубок 12 направляется в промежуточный ковш 13 под уровень металла 19. Из промежуточного ковша 13 металл 17 через разливочные стаканы 14 направляется в кристаллизаторы 15, из которых вытягиваются непрерывнолитые слитки 22 сечением 250х1600 мм со скоростью в пределах 0,6-1,2 м/мин. Днище разливочного ковша 1 состыковано с торцом горловины 5 вакуум-камеры 4 через уплотнение 3.

В днище 9 вакуум-камеры 4 установлены два патрубка 10 и 12. Патрубок 10 снабжен трубопроводом 11, соединенным через стенку этого патрубка с его каналом диаметром d₁. Диаметр канала патрубка 12 составляет d₂. В общем случае значения диаметров d₁ и d₂ могут быть одинаковыми или различными.

В процессе непрерывной разливки после герметизации патрубков 10 и 12 уровнем металла 2 начинается откачка воздуха из рабочей полости вакуум-камеры 4 при помощи вакуумпровода 16, соединенного с вакуум-насосом (на чертеже не показан) и создается в вакуум-камере остаточное давление в пределах 0,5-1,2 КПа.

В днище 9 вакуум-камеры 4 установлен дополнительный патрубок 10, снабженный подводящим трубопроводом 11 в его боковой стенке. Расстояние K между осями патрубков 10 и 12 составляет 4-10 диаметров d₁ канала дополнительного патрубка 10. Горловина 5 вакуум-камеры 4 выполнена в виде цилиндрического канала 6 длиной L, равной 0,2-0,6 высоты M рабочей полости вакуум-камеры 4. Диаметр N канала 6 равен расстоянию между внутренними образующими каналов патрубков 10 и 12 с диаметром соответственно d₁ и d₂. Ось канала 6 расположена симметрично между внутренними образующими диаметров d₁ и d₂ каналов патрубков 10 и 12. Профиль нижерасположенной части 7 рабочей полости вакуумкамеры 4 выполнен конусной формы с высотой M, равной 0,15-0,3 высоты M рабочей полости вакуум-камеры.

В процессе поточного вакуумирования по трубопроводу 11 подается под давлением 6-8 кг/см² инертный газ аргон с расходом 6-40 м³/час через стенку патрубка 10 в его канал. При этом пузырьки газа поднимаются вверх, уменьшая при этом удельный вес металла и транспортируют его в цилиндрическую часть 8 рабочей полости вакуум-камеры 4. В этих условиях над патрубком 10 образуются струи 18 жидкого металла 17, направленные вверх. Наличие конусного участка 7 рабочей полости вакуум-камеры 4 препятствует проникновению капель жидкого металла 17 к днищу разливочного ковша 1 и к шиберному затвору 2. При этом повышается стойкость днища разливочного ковша 1 и его шиберного затвора 2.

При подаче инертного газа в дополнительный патрубок 10 осуществляется процесс циркуляционного вакуумирования металла при одновременном его струйном поточном вакуумировании в виде струй 19 в рабочей полости вакуум-камеры 4. Подъем металла через патрубок 10 в вакуум-камеру 4 приводит к барботажу слоя металла на ее днище 9 в цилиндрическом участке 8 и увеличению интенсивности процесса вакуумирования с уровня 20. Диаметр канала 6 позволяет беспрепятственно проходить металлу 17 в рабочую полость вакуум-камеры 4.

В таблице приведены примеры осуществления работы устройства для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке.

В первом примере, вследствие малого расстояния K, не обеспечивается необходимая интенсивность перемешивания металла в промежуточном ковше между патрубками. Кроме того, вследствие малого значения величины L, струи 18 металла 17 попадают через канал 6 на днище и шиберный затвор разливочного ковша.

В пятом примере, вследствие большого расстояния K, образуется застойная зона металла между патрубками в промежуточном ковше. Кроме того, из-за большой длины L струи 19 намерзают на стенках канала 6 горловины.

В шестом примере, прототипе, вследствие отсутствия конусного участка рабочей полости вакуумной камеры брызги металла от струй 18 попадают на днище и шиберный затвор разливочного ковша. Из-за отсутствия дополнительного патрубка 10 не обеспечивается необходимая интенсивность и производительность процесса поточного вакуумирования разливаемого металла.

В примерах 2-4, вследствие наличия дополнительного патрубка с подводящим трубопроводом и конусного участка рабочей полости вакуумкамеры, обеспечивается процесс совмещенного вакуумирования: циркуляционного и струйного. При этом обеспечивается защита днища, разливочного стакана и шиберного затвора разливочного ковша от брызг металла.

Применение устройства позволяет повысить производительность и интенсивность процесса поточного вакуумирования при непрерывной разливке металла на 10-15% а также повысить стойкость разливочных ковшей с шиберными затворами на 5-8%