СТАКАН-ДОЗАТОР ДЛЯ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Полезная модель стакана-дозатора относится к черной металлургии, конкретно к устройствам для разливки металлов и сплавов, оснащенных механизмами быстрой замены стаканов.
Стакан-дозатор устанавливается в днище ковша и обеспечивает равномерную дозированную подачу жидкой стали из этого ковша в кристаллизатор в течение всего процесса разливки и формирование компактной струи без брызг металла. Необходимый внутренний диаметр стакана-дозатора определяется удельным расходом металла и зависит от сечения заготовки, скорости вытяжки слитка, высоты налива металла в ковше, марки стали и т.п. [1].
Из уровня техники известна полезная модель (Патент RU №71575, B22D 41/50) в соответствии с которой стакан-дозатор с подводом аргона для машин непрерывного литья заготовок в виде усеченного конуса, металлопроводящим каналом по оси, при этом стенка стакана дозатора состоит из газоплотного и газопроницаемого слоев, разделенных коллектором, в котором длина газопроницаемого слоя составляет 70-100% от длины газоплотного слоя, причем газопроницаемый слой выполнен с переменной проницаемостью.
Недостатком указанного стакана-дозатора является неравномерная плотность газопроницаемого слоя по высоте, что приводит к неравномерному предотвращению налипания на стенки металлопроводящего канала неметаллических включений, что вызывает его зарастание.
Известен разливочный узел, содержащий огнеупорный стакан, имеющий верхний и нижний участки (Патент RU №2172228, 1996.10.10, B22D 41/58). Верхний участок корпуса стакана выполнен с высокой газопроницаемостью для подачи инертного газа в металлопроводящий канал стакана. Нижний участок выполнен из прессованного огнеупора с низкой газопроницаемостью. Недостатком этого огнеупорного изделия является нарушение работы системы дозирования металла из-за отложений в рабочем канале стакана оксидов алюминия и алюминатов, затрудняющих перекрытие канала стопором, регулирующим расход истекающего из ковша металла, вызванного недостаточными размерами газопроницаемого участка.
Известен неразъемный стакан (Евразийский патент №003517, B22D 41/56), содержащий трубчатую часть и плиту в виде прямой многоугольной призмы с верхним и нижним основаниями. В процессе эксплуатации такого изделия, в виду отсутствия системы подачи инертного газа, на стенках стакана-дозатора и погружного стакана оседают неметаллические включения, что может стать причиной остановки процесса разливки.
Известен стакан-дозатор с подводом инертного газа (полезная модель RU №133762, B22D 41/50), принятый в качестве прототипа, который изготовлен в виде трубчатой части с металлопроводящим каналом и стенкой с газопроницаемым и газоплотным слоями, разделенными газопроводящим коллектором и плиты имеющей параллельные верхнее и нижнее основания, причем трубчатая часть и плита сопрягаются с радиусом от 2 до 10 мм, а верхняя и боковая наклонная поверхности сопрягаются с радиусом не более 15 мм. Боковая же наклонная опорная поверхность, которая может быть выпуклой радиусом не менее 40 мм, и промежуточная поверхность (стенка плиты) сопрягаются с радиусом не более 30 мм. Толщина газопроницаемого слоя стакана-дозатора составляет 25-100% от толщины газоплотного слоя, длина газопоницаемого слоя составляет 24-95% от длины стакана, а толщина газопроводящего коллектора составляет 1-2 мм. Нижнее основание плиты имеет кольцевую выточку для распределения инертного газа в сопряжении стакана-дозатора и погружного стакана. На боковой наклонной поверхности имеются отверстия для подвода инертного газа в коллектор и в выточку. Стакан-дозатор выполнен неразъемным огнеупорным изделием и снабжен металлической обечайкой, закрывающий значительную часть плиты и необходимую часть трубы стакана-дозатора. Два отверстия на боковой поверхности стакана-дозатора совпадают с отверстием на обечайке.
Прототипу присущи такие же недостатки, как и другим ранее известным решениям. В частности, длина газопроницаемого слоя указанного выше изделия не позволяет организовать эффективную защиту канала стакана-дозатора от зарастания в месте сопряжения с погружным стаканом. Кроме того, расположение отверстий для подвода инертного газа непосредственно на боковых наклонных поверхностях может привести к разрушению или деформации газоподводящей арматуры в процессе монтажа стакана-дозатора.
Технический результат при использовании предлагаемой полезной модели заключается в увеличении срока службы стакана дозатора за счет снижения скорости зарастания металлопроводящих каналов, как самого стакана-дозатора, так и сопряженного с ним огнеупорного изделия, а также создание условий для безаварийного процесса установки стакана в ковш.
Указанный технический эффект достигается тем, что стакан-дозатор (фиг. 1) для непрерывной разливки металла и сплавов, выполненный в виде цельного огнеупорного изделия, содержащего трубчатую часть (1) и плиту (2), с металлопроводящим каналом (5), расположенным по вертикальной оси стакана-дозатора, и двумя независимыми каналами (15, 16) подвода инертного газа, причем металлопроводящий канал (5) выполнен с газоплотным (6) и газопроводящим (7) слоями, разделенными коллектором (8) для подвода газа.
Газопроводящий слой (7) стакана-дозатора формирует стенку вдоль металлопроводящего канала (5) и составляет 20-100% от длины стакана. Наличие газопроводщего слоя (7) по всей, либо по значительной части длины металлопроводящего канала организовывает эффективное газовыделение по внутренней поверхности огнеупорного изделия и способствует флотации неметаллических включений пузырьками вдуваемого инертного газа, а также препятствует зарастанию канала. Кроме того, наличие газопроводящего слоя по всей длине канала стакана-дозатора затрудняет формирование отложений у поверхности его сопряжения с погружным стаканом, что обеспечивает максимальную компактность струи и равномерную скорость движения жидкости в литниковой системе. Вместе с этим, наличие такого газового барьера исключает подсос воздуха в месте сопряжения огнеупорных изделий и предупреждает вторичное окисление компонентов расплава.
Плита состоит из верхнего (9) и нижнего (10) параллельных оснований, между которыми располагаются цилиндрическая часть (3) высотой, составляющей от 5 до 90% от высоты плиты и усеченный конус (4), образованный верхним основанием плиты (9) и верхним основанием цилиндрической части (11). Плита несимметрична (фиг. 2). Несимметричность плиты обеспечивается за счет ее усечения (12) плоскостью, параллельной вертикальной оси стакана, на расстоянии 0,85-0,95 радиуса от центра нижнего основания плиты (фиг. 3, 12). Такая несимметричная конструкция плиты обеспечивает правильность и точность установки огнеупорного изделия в прижимном устройстве и препятствует его вращению вокруг вертикальной оси. При этом боковая поверхность конусообразной составляющей плиты (13) образует с верхним основанием цилиндрической части плиты (11) угол α от 5 до 75°, а в частности угол 50°, с целью равномерного распределения напряжений в огнеупорном изделии, вызванных прижимающей силой прижимного устройства и, соответственно, снижения вероятности образования в нем трещин. Угол 50° также гарантирует простоту изготовления стакана-дозатора. Для удобства установки погружного стакана в рабочее положение и исключения механических повреждений сопрягаемых огнеупорных изделий на нижнем основании плиты, со стороны приложения усилия перемещения, изготовлена фаска (14) под углом β от 5 до 15° к нижнему основанию плиты (10).
В соответствии предлагаемой полезной моделью (фиг. 1) инертный газ поступает через два независимых канала (15, 16), а отверстия для подачи инертного газа (17, 18) в газопроводящие каналы стакана-дозатора (15, 16) находятся в углублениях (19, 20), выполненных в боковой поверхности верхней конической части плиты (13). Такое решение позволят исключить вероятность разрушения или деформации газоподводящей арматуры в процессе установки стакана.
Отверстия для подачи инертного газа (17, 18) в газопроводящие каналы стакана-дозатора (15, 16) находятся друг напротив друга в горизонтальной плоскости перпендикулярной направлению перемещения погружного стакана при его быстрой замене и образуют с вертикальной осью металлопроводящего канала угол γ от 60 до 120°, а в частности угол 90°, что позволяет автоматически подключать подачу аргона при фиксации стакана-дозатора в механизме быстрой замены.
Инертный газ по одному из отверстий (18) поступает в газопроводящий коллектор (8) и через газопроницаемый слой (7) подается к поверхности раздела огнеупор-металл (21), барботирует расплав и таким образом препятствует осаждению неметаллических включений в канале стакана-дозатора. Через другое отверстие (17) инертный газ подается в кольцевое проточенное углубление (22), находящееся в нижнем основании плиты (10) и имеющее форму полусферы, с целью дополнительной защиты места стыковки элементов разливочного канала от эжекции воздуха и, следовательно, предотвращения растворения в металле кислорода и азота.
Чтобы увеличить прочность конструкции стакана-дозатора и надежно закрепить его в прижимном устройстве, стакан-дозатор укомплектован металлической обечайкой (23) закрывающей 85-95% высоты плиты и 5-15% высоты его трубчатой. Отверстия на обечайке совпадают с боковыми углублениями, в которых расположены отверстия для подвода инертного газа.