УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА В ВАЛКОВЫЙ КРИСТАЛЛИЗАТОР ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ
DEVICE FOR FEEDING METAL MELT INTO ROLL CRYSTALLIZER AT CONTINUOUS CASTING OF STEEL

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано как устройство для непрерывной подачи расплава металла в кристаллизатор при двухвалковой разливке стали.
Известны различные конструкции механизмов, аппаратов и систем, обеспечивающих подачу расплавленного металла в валковые машины при помощи механических шиберных затворов (патенты JP 2014008512 (А) от 20.01.2014 и СА 2969198 (А1) от 01.09.2016). Недостатком указанных устройств является то, что они пригодны для формирования лишь массивных полос толщиной от 15 до 30 мм, и практически не приспособлены для изготовления тонких полос.
Известно также устройство, в котором для регулирования потока расплава в валки применяют подачу расплава из сопла под давлением газа (патент СА 2986347 (А1) от 16.03.2017). Недостатком данного устройства является то, что для оптимизации скорости подачи расплавленного металла с помощью газового давления необходимо учитывать колебания параметров расплава и поддерживать оптимальное значение вязкости. Необходимость контроля вязкости расплава значительно усложняет построение систем регулирования. Кроме этого, при создании газового давления надо принимать дополнительные меры для обеспечения надежности литейных печей и повышение уровня техники безопасности обслуживающего персонала.
Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому изобретению являются конструкции электромагнитных насосов для транспортировки расплавленных металлов, в которых использован физический эффект возбуждения электромагнитной силы Лоренца (патенты US 4818185 (А) от 04.04.1989, US 5209646 (А) от 11.05.1993 и ЕР 0586732 (А1) от 16.03.1994). Недостатком данных конструкций насосов является нестабильность подачи потока расплава металла и узкий диапазон регулирования его параметров. Кроме этого, в этих насосах применяются электрические магниты больших габаритов, через которые необходимо пропускать электрический ток очень высоких значений. Так, для перекачки легкого расплава металла с расходом 7570 л/мин., например, требуется электрический ток силой около 100000 А.
Техническим результатом является устранение указанных недостатков и создание устройства для подачи расплава металла в разливочные машины с расширенными функциональными возможностями.
Технический результат достигается тем, что металлопровод выполнен по схеме замкнутого гидравлического контура для рециркуляции расплава в тигле при помощи индукционного двигателя, а для поддержания стабильного рабочего давления потока расплава в горизонтальном щелевом сопле на транспортном металлопроводе установлена напорная труба.
Подача расплава в валковый кристаллизатор разливочной машины осуществляется путем его нагнетания прямо из тигля реакторной печи через горизонтальное щелевое сопло, при котором индукционным двигателем обеспечивается рециркуляция жидкого металла и создается необходимый металлостатический напор для поддержания стабильного рабочего давления в сопле. Кроме этого, в процессе подачи расплава в валковый кристаллизатор осуществляют регулирование его объемного расхода в зависимости от скорости разливки металла.
Проблему снижения стоимости устройства и уменьшения габаритов электрических индукционных систем частично решается за счет использования высокоэнергетических постоянных магнитов, содержащих редкоземельные элементы, например, такие, как неодим. Расчеты показали, что индукционные катушки, имеющие эквивалентную таким магнитам мощность, будут занимать объем примерно в 105-125 раз больше, чем они. Более того, постоянные магниты не выделяют побочного тепла, в то время как электромагниты рассеивают значительное количество тепловой энергии за счет прохождения тока через электрическое сопротивление его обмоток.
м
м
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором показана схема устройства для подачи расплава металла в валковый кристаллизатор машины непрерывного литья стали (фиг. 1). Базовыми узлами устройства являются реакторная печь 1, индукционный нагреватель 2, реверсивный индукционный двигатель 3, металлопровод 4 для транспортировки расплава 5 и быстросъемный перенастраиваемый узел для формирования и подачи плоского потока расплава в горизонтальное щелевое сопло 6. Для возможности рециркуляции расплава 5 в тигле 7 конструкция металлопровода 4 выполнена по схеме замкнутого гидравлического контура. Гидравлический контур включает напорную трубу 8, которая обеспечивает нагнетание расплава в горизонтальное щелевое сопло 6 и сливную трубу 9 со сбрасывающим патрубком 10. На сливную трубу 9, благодаря тому, что при монтаже ее поднимают на высоту Н относительно горизонтальной оси металлопровода, возлагают еще и функцию стабилизации давления в щелевом сопле 6. Металлостатическое давление Р столба расплава металла высотой Н рассчитывается по формуле: Р=ρН, где ρ - плотность жидкого металла.
Формирование плоского потока при подаче расплава металла обеспечивается наличием в устройстве щелевого сопла 6. Конструкция сопла 6 (фиг. 2) включает огнеупорную трубу 11, в которой проделано щелевое отверстие 12, через которое расплав 5 имеет возможность вытекать, формируя при этом плоский поток 13.
Рециркуляция расплава в тигле 7 обеспечивается реверсивным индукционным двигателем 3, который установлен в зоне тройникового узла металлопровода. Конструкция индукционного двигателя 3 состоит из магнитопровода 14, на котором установлена электрическая катушка 15 (фиг. 1). Принцип работы реверсивного индукционного двигателя основан на использовании эффекта возникновения в расплавленном металле электромагнитной силы при прохождении через него электрического тока (фиг. 3). В зависимости от векторного направления магнитного потока движущая электромагнитная сила может действовать как в прямом направлении, как показано на фиг. 3, так и в обратном.
Для расширения функциональных возможностей устройства на щелевом сопле 6 установлен второй кондукционный двигатель жидкого металла 16 и реверсивный регулятор постоянного тока (РРПТ) 17 (фиг. 1), который осуществляет подачу электрического тока через расплав на участке щелевого сопла. По концам огнеупорной трубы 11 установлены кольцевые электроды 18, контактирующие с расплавом (фиг. 2). Поперечный магнитный поток создают набором постоянных магнитов 19, используемое количество которых зависит от требуемой длины щелевого отверстия. Подключение регулятора к кольцевым электродам осуществляется с помощью переходных плоских медных шин 20 (фиг. 1).
Предлагаемое устройство для непрерывной подачи расплава металла в валковый кристаллизатор работает следующим образом (фиг. 1). Подачу расплава металла 5 в литейную машину 21 осуществляют путем его нагнетания индукционным двигателем 3 из тигля 7 реакторной печи 1 по напорной трубе 8 в горизонтальное щелевое сопло 6. В процессе этого обеспечивают рециркуляцию расплава металла в тигле 7 и одновременно поддерживают стабильное рабочее давление в горизонтальном щелевом сопле 6 металлостатическим напором, который создают разницей высот Н между горизонтальной осью отверстия щелевого сопла и уровнем поверхности расплава (фиг. 1). Для согласования скоростей подачи потока расплава и скорости вращения валков литейной машины дополнительно регулируют объемный расход плоского потока 13, вытекающего из щелевого сопла. Процесс истечения потока расплава из щелевого сопла 6 регулируют, меняя электрический ток I в прямом или в обратном направлении в кондукционном двигателе при помощи реверсивного регулятора 17. Перед началом рабочего процесса индукционным двигателем проводят цикл рециркуляционной прокачки каналов металлопровода расплавом металла, а кондукционным двигателем устанавливают режим электродинамического торможения потока расплава в зоне расположения отверстия в щелевом сопле (фиг. 4). Процесс электродинамического торможения истечения расплава из щелевого отверстия происходит с момента возникновения электрического моста между кольцевыми электродами 18 (фиг. 2).
Таким образом, совершенствование подачи расплава в литейные машины обеспечивается совмещением операций рециркуляции расплава в тигле и создания необходимого металлостатического напора. Наличие новых технических решений в конструкции устройства для подачи расплавов значительно расширяет его функциональные возможности как для литья низкотемпературных, так и для литья высокотемпературных сплавов.