устройство для защиты струи металла газом

Формула изобретения

Устройство для защиты струи металла газом, содержащее цилиндрический корпус, по оси симметрии которого выполнен канал, и газопровод для подачи инертного газа в кольцевую канавку, выполненную в цилиндрическом корпусе, отличающееся тем, что кольцевая канавка выполнена со стороны канала в плоскости, перпендикулярной его оси симметрии с образованием верхнего и нижнего кольцевых выступов, верхний кольцевой выступ выполнен цилиндрическим, нижний в верхней части выполнен цилиндрическим, а в нижней - коническим под углом 15-45 к горизонтали, при этом диаметр кольцевой канавки, диаметр цилиндрической части нижнего выступа и диаметр верхнего кольцевого выступа относятся как (1,05-1,07):(1,01-1,05):1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретно к разливке металла на MHЛЗ.

Наиболее близким по своей технической сущности к достигаемому эффекту является устройство для защиты струи металла газом, содержащее корпус, по оси симметрии которого выполнен канал для подачи расплавленного металла, газопровод для подачи инертного газа, сопла, расположенные по окружности, центр которой размещен по оси симметрии корпуса, и со стороны выходного сечения сообщенные кольцевой канавкой. Сопла выполнены с разными диаметрами критических сечений (Авт. свид. СССР №1616767, кл. В 22 D 7/12, 1988). Опубликовано 30.12.90 в Бюллетене открытий и изобретений №48, 1990г., стр. 53-54).

Недостатком известного устройства является то, что оно не предотвращает значительного прироста азота в разливаемом металле в результате взаимодействия струи жидкого металла с атмосферным воздухом. Прокат из отлитых заготовок с использованием известного устройства требовал значительного объема зачистки поверхности.

Технический эффект, решаемый настоящим изобретением:

- устранение отмеченных недостатков;

- ограничение прироста азота в металле по ходу разливки плавки при малых расходах инертного газа;

- повышение качества поверхности металлопродукции.

Технический результат изобретения заключается в создании вокруг струи металла сплошной кольцевой газовой струи - завесы от проникновения воздуха. Он достигается использованием предлагаемого устройства, содержащего цилиндрический корпус, по оси симметрии которого выполнен канал и газопровод для подачи инертного газа в кольцевую канавку, выполненную в цилиндрическом корпусе, отличающегося тем, что кольцевая канавка выполнена со стороны канала в плоскости, перпендикулярной его оси симметрии с образованием верхнего и нижнего кольцевых выступов, верхний кольцевой выступ выполнен цилиндрическим, а нижний в верхней части выполнен цилиндрическим, а в нижней - коническим под углом 15-45 градусов к горизонтали, при этом диаметр кольцевой канавки, диаметр цилиндрической части нижнего выступа и диаметр верхнего выступа относятся как (1,05-1,07):(1,01-1,05):1.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2. Устройство содержит цилиндрический корпус 4, по оси симметрии которого выполнен канал и газопровод 8 для подачи инертного газа в кольцевую канавку 5, выполненную в плоскости, перпендикулярной оси симметрии корпуса со стороны канала, с образованием верхнего и нижнего кольцевых выступов. Верхний кольцевой выступ 6 выполнен цилиндрическим. Нижний кольцевой выступ в своей верхней части также выполнен цилиндрическим 7, а в нижней его части - коническим под углом 15-45 градусов к горизонтали. Диаметр кольцевой канавки (D), диаметр цилиндрической части нижнего выступа 7 и диаметр верхнего цилиндрического выступа 6 относятся как (1,05-1.07):(1,01-1,05):1.

Заявленные отличительные характеристики устройства были установлены экспериментально на моделях. Каждая модель представляла собой устройство, изготовленное с заявленными соотношениями согласно фиг.1 формулы изобретения. При этом диаметр верхнего цилиндрического выступа 6 был принят равным 205 мм. Были изготовлены также устройства с характеристиками, выходящими за заявленные значения. На моделях сплошность кольцевой газовой струи, выходящей из устройства, имитировали по отклонению от своего вертикального положения флажков из полиэтиленовой пленки, приклеенных по наружному периметру цилиндрического корпуса устройства. Модельные исследования проводили при расходах аргона 90 и 220 л/мин, поступающего к кольцевому пазу.

Одинакового отклонения всех контрольных флажков из полиэтилена по периметру устройства достигали при расходе аргона 90 л/мин в случае использования всех модельных устройств, где были выдержаны заявленные характеристики. За пределами заявленных характеристик требовалось увеличение расхода аргона свыше 220 л/мин для достижения близких величин отклонения флажков.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадений отличительных признаков заявленного устройства для защиты металла газом с признаками известных технических решений.

На основании этого делается вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан пример осуществления изобретения с использованием фиг. 2, не исключающий другие примеры в пределах формулы изобретения.

Пример. Устройство использовали для защиты струи металла между сталеразливочным и промежуточным ковшами при разливке на МНЛЗ плавок массой 150 т стали марок ШХ 15; 10; 60С2Г; 45Х на блюмовые заготовки 300360 мм с рабочей скоростью 0,55-0,6 м/мин. Струя металла из сталеразливочного ковша поступала в промежуточный ковш через выпускной стакан 2 шиберного затвора, при этом цилиндрическая часть выпускного стакана защищена металлической обечайкой 1 диаметром 204 мм, а его коническая часть состыкована с огнеупорной трубой 3, установленной в промежуточном ковше.

Использованное устройство имеет: диаметр отверстия, образованного верхним цилиндрическим выступом 6, равный 205 мм; кольцевую канавку диаметром 219 мм; диаметр отверстия, образованного цилиндрической частью нижнего выступа 7, равный 211 мм. При этом угол конической части нижнего выступа 7 составлял 30 градусов к горизонтали.

До начала разливки устройство устанавливали и фиксировали на металлической обечайке 1 вблизи стыка обечайки с огнеупорной трубой. Затем патрубок газопровода 8 соединяли с аргонопроводом. В процессе разливки аргон с расходом до 220 л/мин поступал в кольцевую канавку устройства и выходил через зазоры между обечайкой 1 и кольцевыми выступами 6 и 7. Уже при расходе аргона 90 л/мин вокруг струи образовывался сплошной кольцевой поток газа. Благодаря конической форме нижней части нижнего выступа (угол 30 градусов) газовый поток выходил без завихрений.

Аргон, выходящий через зазор между кольцевым выступом 6 и обечайкой 1, равный 0,5 мм, устранял подсос воздуха к струе металла.

Промышленные испытания устройства для защиты струн металла газом были проведены при разливке плавок массой 150 т из стали марок 10, 20Г2, 60С2Г, 35Г, 45Х на двухручьевой МНЛЗ на заготовки 300х360 мм.

В таблице приведены результаты анализов содержания азота в металле, находящемся в сталеразливочном и промежуточном ковшах по ходу разливки плавок, согласно схеме, приведенной на фиг. 2, с использованием заявленного устройства. Удельный расход аргона составлял 90 или 220 л/мин на каждом ручье МНЛЗ. Наряду с заявленными отличительными характеристиками устройства были испытаны варианты с отличительными характеристиками, выходящими за заявленные пределы.

Как следует из таблицы, максимальный прирост азота в плавках при использовании заявленного устройства (варианты II, III и IV) при расходе аргона 90 л/мин не превышал 5 ррm. Он практически не изменялся при увеличении удельного расхода аргона до 220 л/мин. В обоих случаях процент штанг проката наихудшей 4-й категории качества поверхности не превышал 0,5.

При использовании устройства с характеристиками, выходящими за заявленные пределы (варианты I и V), максимальный прирост азота достигал 14-18 ррm при удельном расходе аргона 90 л/мин. В случае увеличения удельного расхода аргона до 220 л/мин прирост азота в металле в результате взаимодействия с воздухом составил 9-12 ppm. В рассматриваемых вариантах I и V процент штанг проката каждой плавки, имеющих 4-ую категорию качества поверхности, достигал 10-12 при удельном расходе аргона 90 л/мин и 6-7 при удельном расходе аргона 220 л/мин.