погружной стакан для разливки металлического расплава

Формула изобретения

1. Погружной стакан для разливки металлического расплава, содержащий первую трубообразную часть, соединенную с емкостью для расплава, и вторую нижнюю часть с удлиненным поперечным сечением, соединенную с первой частью посредством промежуточного элемента, имеющего широкие стороны и углубление, отличающийся тем, что углубление в промежуточном элементе выполнено в виде сегмента трубы, главная ось которого расположена параллельно широкой стороне промежуточного элемента.

2. Погружной стакан по п.1, отличающийся тем, что контур сегмента трубы имеет параболическую форму, меньший радиус которой расположен под углом на входе во вторую часть погружного стакана.

3. Погружной стакан по п.1, отличающийся тем, что перемычка, закрывающая верхние края широких сторон, наклонена под углом 0 - 40^o.

4. Погружной стакан по п.1, отличающийся тем, что в полости между широкими сторонами второй части за первой частью погружного стакана имеется сужение.

5. Погружной стакан по п.4, отличающийся тем, что сужение образовано выпуклостью стенок широких сторон, проходящих в полости второй части погружного стакана.

6. Погружной стакан по п.4, отличающийся тем, что сужение образовано обтекаемым элементом, выступающим в полость второй части погружного стакана.

7. Погружной стакан по п.4, отличающийся тем, что сужение образовано на длине l в направлении потока, большей (0,2 - 1,2) D, где D - диаметр трубообразной первой части погружного стакана.

8. Погружной стакан по п.4, отличающийся тем, что край сужения со стороны набегающего потока и/или задний край сужения выполнен с углом 90 - 150^oС.

9. Погружной стакан по п.1 или 7, отличающийся тем, что за контуром углубления на первой части погружного стакана расположены промежуточная часть и сужение в полости второй части погружного стакана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу и устройству для воздействия на расширение потока жидкого металла, в частности стали, которая направляется от емкости с расплавом через первую часть погружного стакана, имеющую многоугольное, овальное или круговое поперечное сечение, и промежуточный элемент через вторую часть погружного стакана, имеющую удлиненное поперечное сечение, в стационарный кристаллизатор для получения слитков.

Из DE 3709188 известна разливочная труба для металлургической емкости, которая разделена на верхний трубообразный продольный участок и нижний прямоугольный продольный участок, причем между обоими участками по длине имеется конусный переход. При этом прямоугольное поперечное сечение имеет соотношение между длиной и шириной, равное от 20:1 до 80:1.

В горловине погружного стакана имеется поперечная перегородка, которая направляет жидкую сталь в боковые отверстия горловины. При этом сталь входит в кристаллизатор со сравнительно высокой кинетической энергией. Кроме того, поперечная перегородка подвержена высокому износу.

Из DE 4320723 известен погружной стакан, имеющий фасонный кирпич трубообразной формы, который через конусный конструктивный элемент соединен с нижним прямоугольным фасонным кирпичом, погруженным в расплав. В нижнем фасонном кирпиче имеются продольные перегородки в поперечном сечении потока.

В зоне входа нижнего прямоугольного фасонного кирпича имеется поперечная перегородка, отклоняющая поток расплава в направлении расширения потока в шахте печи. Из-за этой поперечной перегородки, выполненной в виде отражательной пластины, в расплаве возникают слишком сильные завихрения, что представляет собой недостаток.

Целью изобретения является исключение указанного недостатка и создание простыми средствами погружного стакана для направления расплава металла, с помощью которого сводится до минимума турбуленция в самом погружном стакане и в кристаллизаторе и одновременно уменьшается до минимума глубина проникновения подводимого расплава в незатвердевшую центральную часть заготовки, находящуюся в кристаллизаторе. Эта цель достигается за счет того, что углубление в промежуточном элементе выполнено в виде сегмента трубы, главная ось которого расположена параллельно широкой стороне промежуточного элемента. Кроме того, является целесообразным выполнение контура сегмента трубы с параболической формой, меньший радиус которой расположен под углом на входе во вторую часть погружного стакана; перемычка, закрывающая верхние края широких сторон может быть наклонена под углом = 0-40^o; в полости между широкими сторонами второй части погружного стакана за первой частью погружного стакана имеется сужение, которое может быть образовано выпуклостью стенок широких сторон, проходящих в полости второй части погружного стакана или обтекаемым элементом, выступающим в полость второй части погружного стакана.

Сужение образовано на длине (l) в направлении потока, больше чем (0,2 - 1,2) D, где D - диаметр трубообразной первой части погружного стакана, причем край сужения со стороны набегающего потока и/или задний край со стороны отвода потока выполнен с углом = 90 - 150^o.

При этом за контуром углубления на первой части погружного стакана расположена промежуточная часть и сужение в полости второй части погружного стакана.

Таким образом, в погружном стакане согласно изобретению элемент горловины которого, погруженный в расплав, находящийся в кристаллизаторе, имеет удлиненное поперечное сечение, в зоне входа в этот элемент погружного стакана уменьшают центральный объемный поток. Это уменьшение объемного потока осуществляется дросселированием центральной зоны, причем одновременно увеличивается угол расхождения потока жидкости, а именно настолько, что, в основном, не возникает обратного потока в боковую область части погружного стакана с удлиненным поперечным сечением.

Вследствие дросселирования и одновременного расширения центрального объемного потока, расплав вытекает из этой части погружного стакана с профилем скорости, векторы которой в центре горловины имеют меньшую величину, чем в зоне узких сторон.

Количество металла, подводимого через погружной стакан, попадает с этим профилем скорости в незатвердевшую центральную часть заготовки, находящуюся в кристаллизаторе, которая отводится в соответствии со скоростью отвода заготовки, равной от 1 до 10 м/мин и проникает лишь на незначительную глубину в эту незатвердевшую центральную часть заготовки в соответствии с длиной смешивания L = 0,2-0,4 м.

За счет интенсивного расширения центрального объемного потока профиль скорости имеет в зоне узких сторон в горловине погружного стакана с удлиненным поперечным сечением векторы скорости с компонентами, допускающими обратный поток к узким сторонам кристаллизатора. За счет этого достаточное количество свежего расплава подводится на уровень зеркала в кристаллизаторе с положительным воздействием на литейный флюс, наносимый на поверхность. Помимо этого достаточное количество расплава протекает лишь с незначительной головной ударной волной к центру между погружным стаканом и кристаллизатором. Потоки расплава объединяются в середине кристаллизатора и затем текут в направлении отвода заготовки в ее незатвердевшую центральную часть. Там они заполняют объемный поток в центре горловины, выходящий из погружного стакана.

Следствием этого является почти плоская в общей сложности, лишь незначительная глубина проникновения жидкого металла в незатвердевшую центральную часть заготовки с тем преимуществом, что, например, при смене качества расплава получается лишь незначительная длина, на которой происходит смешивание расплавов и поэтому образуется короткий отрезок слитка с нежелательным качеством.

Дросселирование центрального объемного потока достигается за счет того, что зона перед входом в часть погружного стакана, имеющую удлиненное поперечное сечение, или сам вход выполняется особым образом. В любом случае, свободная полость удерживается достаточно открытой, вследствие чего в центральной области второй части погружного стакана всегда протекает определенное количество металла.

На прилагаемых чертежах показаны примеры выполнения изобретения, где на фиг. 1-3 показан погружной стакан с углублением, а на фиг. 4 и 5 - погружной стакан с сужением, фрагмент которого представлен на фиг. 4а.

При этом на фиг. 1 и 4 показаны погружные стаканы в продольном разрезе, а на фиг. 2, 3 и 5 - погружные стаканы в поперечном разрезе.

Погружной стакан согласно изобретению состоит из первой части 11 погружного стакана, промежуточного элемента 31 и второй части 21 погружного стакана. Средняя линия обозначена цифрой 1.

На всех фигурах одинаковые элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями. Первая часть 11 погружного стакана закреплена посредством фланца на плавильной емкости 41. Выход 42 плавильной емкости 41 закрывается пробкой 43. Первая часть 11 погружного стакана имеет круглое, овальное или многоугольное поперечное сечение и через промежуточный элемент 31 соединена со второй частью 21 погружного стакана, имеющей широкие стороны 25, которые значительно больше, чем узкие стороны 26. В зоне промежуточного элемента 31 первая часть 11 погружного стакана имеет прорезь 13.

Вторая часть 21 погружного стакана входит в кристаллизатор 51, причем устье 28 погружено в расплав, находящийся в кристаллизаторе 51. На расплаве S находится литейный флюс P.

На фиг. 1 показано, что промежуточный элемент 31 имеет углубление 34, которое выполнено в правой части в виде сферической формы 35, а в левой части - в виде трубчатого сегмента 36.

Как показано на левой стороне фиг. 1, непосредственно к круглой части 11 погружного стакана примыкает углубление 34 в форме трубчатого сегмента 36. Трубчатый сегмент 36 может иметь постоянный радиус относительно главной оси I или может быть выполнен параболическим.

На фиг. 2 показан вид сверху на углубление 34, показанное в виде трубчатого сегмента 36.

На фиг. 3 показан вид сверху на углубление 34 в сферической форме 35. На чертеже отчетливо видна острая форма устья в виде одной четверти полой сферы 35 при переходе к широкой стороне 25 второй части 21 погружного стакана.

В верхней части фиг. 2 и 3 находится горловина первой части 11 погружного стакана, показанная здесь в виде трубы, причем на горловине имеется прорезь 13. В начале прорези с двух сторон узкой стороны 33 показан промежуточный элемент 31, который закрывает широкие стороны 32. Узкая сторона 33 наклонена ко входу 22 под углом .

На фиг. 2 показан вид на широкую сторону 32 промежуточного элемента 31. В центральной части углубление 34 выполнено в виде трубчатого сегмента 36. На фиг. 3 углубление 23 выполнено в виде одной четверти полой сферы 35.

Стрелками на фиг. 2 и 3 показаны векторы скорости. На фиг. 2 показано, как в центральной зоне в направлении потока за дросселирующим элементом уменьшается объем и количество расплава. Отчетливо расходясь в стороны под углом , расплав течет во вторую часть 21 погружного стакана.

В зоне горловины второй части погружного стакана профиль скорости у стенок с узких сторон имеет такую форму, при которой в центре горловины скорость уменьшается.

В самом кристаллизаторе (фиг. 3) векторы скорости имеют компоненту, которая заставляет часть потока протекать обратно к поверхности ванны. Здесь он направляется к середине кристаллизатора 51, и в центре кристаллизатора 51 между погружным стаканом 21 и широкой стороной 25 и широкой стороной кристаллизатора 51 снова отклоняется в направлении отвода заготовки.

Узкая сторона 21 проходит в направлении к нижней стороне второй части кристаллизатора под углом относительно средней линии I. Этот угол может быть несколько больше 7^o, который могут иметь свободные струи, и достигать 15^o (фиг.5).

На фиг. 4 показан обтекаемый элемент 62 или выступ, расположенный на входе 22 в первую часть погружного стакана.

С левой стороны фиг. 4 первая часть 11 погружного стакана выполнена в виде трубы, конец которой закрыт перемычкой 27. Вблизи перемычки 27 труба 11 может иметь нижнюю часть, контур 37 которой выполнен параболическим, причем нижняя часть контура может переходить в край обтекаемого элемента 62.

В рассматриваемом случае обтекаемая кромка 64 элемента 62 со стороны поступления расплава расположена под углом 90^o к внутренней поверхности обтекаемого элемента 62, а его противоположная кромка может быть также расположена под углом 90^o к этой внутренней поверхности.

С правой стороны труба первой части 11 погружного стакана закрыта снизу наклонной стенкой 38, ведущей ко входу во вторую часть 21 погружного стакана. Входная зона 22 выполнена в виде горловины. Поверхность стенки 38, по которой направляется поток, образует с внутренней поверхностью 22 горловины угол , который может быть равен углу, образуемому внутренней поверхностью 22 и поверхностью наклонной стенки 65, переходящей в стенку с широкой стороны второй части погружного стакана. В данном случае угол составляет около 45^o. Толщина стенки с широкой стороны второй части 21 погружного стакана равна толщине выступающего участка. В направлении протекания за обтекаемыми элементами 61 или 62 полость 23 имеет постоянное поперечное сечение вплоть до самого устья второй части 21 погружного стакана.

На фиг. 5 показан вид сверху в разрезе на вторую часть погружного стакана, показанного на фиг. 4 с сужением 61, 62 на конце первой части 11 погружного стакана во входной зоне 22 второй части 21 погружного стакана расположен обтекаемый элемент 62 с размерами A =LD. При этом длина L = 0,2 до 1,2D, где D - диаметр трубообразной первой части 11 погружного стакана.

На фиг. 5 в отличие от фиг. 2 и 3 угол в верхней зоне возможного скоса равен 0-40^o. Угол также больше, чем угол на фиг. 2 и 3, и может составлять от 0 - 15^o.