СТАКАН-ДОЗАТОР

Полезная модель относится к металлургии, к устройствам для разливки металла, оснащенных механизмами быстрой замены стаканов.
Из уровня техники известен разливочный узел (Патент RU №2172228, 10.10.1996, B22D 41/58) с распределением инертного газа, содержащий огнеупорный стакан, имеющий верхний газопроницаемый участок и нижний, выполненный из огнеупорного материала с низкой газопроницаемостью, а также металлопроводящий канал.
Недостатком этого стакана является зарастание металлопроводящего канала неметаллическими включениями, в результате чего возникает проблема перекрытия канала стопорным стержнем, регулирующим поток расплава стали. Объясняется это недостаточными размерами газопроницаемого участка.
Известна полезная модель (Патент RU №71575, 25.07.2006, B22D 41/50), согласно которой стакан-дозатор с подводом аргона для машин непрерывного литья заготовок выполнен в виде усеченного конуса с металлопроводящим каналом по оси, при этом стенка стакана-дозатора состоит из газоплотного и газопроницаемого слоев, разделенных коллектором. Длина газопроницаемого слоя составляет 70-100% от длины газоплотного слоя, причем газопроницаемый слой имеет переменную проницаемость.
Недостатком указанного аналога является неравномерная плотность газопроницаемого слоя по высоте и обусловленная этим неравномерная очистка поверхности металлопроводящего канала от неметаллических включений, приводящая, в конечном итоге, к его зарастанию.
Наиболее близким аналогом является изобретение (Евразийский патент №003517, 21.04.2000, B22D 41/56), в котором представлен неразъемный стакан, содержащий трубчатую часть, плиту в виде прямой призмы, в основании которой многоугольник, имеющей верхнее и нижнее основание, а также две боковые поверхности.
Недостаткам аналога является, во-первых, то, что при эксплуатации такого стакана в месте сопряжения трубчатой части с плитой, а также на плите основания образуются микротрещины и трещины, возникающие от термомеханического напряжения, и за счет вибрации поступающей расплавленной стали. Во-вторых, отсутствие газопроницаемого слоя и газопроводящего коллектора, в результате чего на стенках стакана-дозатора и погружного стакана разливочного устройства образуются отложения неметаллических включений.
При непрерывной разливке металла применяются составные огнеупорные изделия, имеющие, по меньшей мере, два слоя: наружный газоплотный, и внутренний, выполненный газопроницаемым с целью предотвращения зарастания канала в процессе разливки.
К внутреннему газопроницаемому слою предъявляются достаточно жесткие требования: обладая необходимой для конкретных условий разливки металла газопроницаемостью, этот слой должен иметь высокую коррозионную и термическую стойкость, а кроме того, должен хорошо связываться с наружным слоем в одно целое.
Технический результат при использовании предлагаемой полезной модели заключается в увеличении срока службы стакана-дозатора без снижения прочностных свойств за счет снижения зарастания внутреннего канала самого стакана-дозатора и погружного стакана, который находится ниже по ходу движения расплавленного металла и, в конечном итоге, повышении стабильности работы всего разливочного узла.
Стакан-дозатор с подводом инертного газа (фиг.1) выполнен в виде трубчатой части (1), имеющей газопроницаемый (2) и газоплотный слои (3), разделяющий их газопроводящий коллектор (4), металлопроводящий канал (5), и плиты (6), имеющей параллельные верхнее (7) и нижнее (8) основания, две противолежащие боковые наклонные опорные поверхности (9, 10), боковые промежуточные поверхности (11, 12). Нижнее основание плиты (8) имеет выточку (13) кольцевого канала для подачи инертного газа. На боковой наклонной опорной поверхности (9) имеется отверстие (14) для подачи инертного газа по каналу (17) в газопроводящий коллектор (4) и отверстие (15) для подачи инертного газа по каналу (18) в выточку (13) кольцевого уплотнительного канала. Отверстия (14, 15) могут быть расположены на одной или на обеих боковых наклонных опорных поверхностях (9, 10). Стакан-дозатор укомплектован металлической обечайкой (16), закрывающей значительную часть плиты и необходимую часть трубы стакана-дозатора. Отверстия (14, 15) на обечайке совпадают с боковыми отверстиями для подводки инертного газа стакана-дозатора.
Как показывает практика эксплуатации стакана, наиболее уязвимым местом является место сопряжения трубчатой части (1) и плиты (6) стакана-дозатора. Возникновение трещин в этой части стакана происходит от постоянных динамических и термических нагрузок, вызванных потоком расплавленного металла. Предлагаемая конструктивная особенность стакана-дозатора, а именно, сопряжение радиусом R1 от 2 мм до 10 мм между трубчатой частью (1) и верхним основанием (7), не вызывает напряжение изгиба. Кроме того, стакан имеет большее сопротивление растрескиванию за счет наличия сопряжении, а именно, сопряжения радиусом R2 не более 15 мм между верхним основанием (7) и боковыми наклонными опорными поверхностями (9, 10), и сопряжения радиусом R3 не более 30 мм между боковыми наклонными опорными поверхностями и промежуточными поверхностями (11, 12) плиты стакана.
При наличии продувки металла инертным газом через стопор, или при разливке стали, менее засоренной оксидом алюминия или алюминатами, можно ограничиться применением стакана-дозатора (на фиг.1) с равноплотным газопроницаемым слоем, составляющим от 24% длины стакана.
Предпочтительный вариант исполнения стакана представлен на фиг.2, в котором газопроницаемый слой (2) выполнен до 95% от длины стакана. В конструкции стакана-дозатора предусмотрен газопроводящий коллектор (4), представляющий собой канал шириной 1-2 мм, по которому подается инертный газ (аргон) под давлением.
Толщина (б) газопроницаемого слоя (2) стакана-дозатора от 25% до 100% толщины (а) газоплотного слоя (3) стакана является оптимальной для достаточного поступления инертного газа в металлопроводящий канал. Если выполнить газопроницаемый слой менее 25%, то флотационной способности пузырьков газа будет недостаточно для удаления неметаллических включений с поверхности металлопроводящего канала стакана, если более 100%, то снижаются прочностные характеристики и эрозионная стойкость стакана.
Гидростатическое формование дает возможность получения указанных изделий с равноплотными по длине стакана слоями. При всестороннем гидростатическом давлении стакан формируется в пресс-форме, обеспечивающей всестороннее сжатие прессовки при подъеме давления. Затем составное неразъемное огнеупорное изделие подвергается обжигу.
В соответствии с предлагаемой полезной моделью инертный газ поступает через отверстие (14), расположенное в составной плите (6). Проходя по газапроводящему коллектору (4) и через газопроницаемый слой (2), газ создает барботаж в струе разливаемого металла и неметаллические включения, находясь в движении, не успевают осесть на стенках металлопроводящего канала (5). Это способствует тому, что повышается срок службы стакана-дозатора, погружного стакана и всего разливочного узла, а также повышается качество разливаемого металла. В составной плите (6) выполнены выточки (13) для подачи инертного газа под давлением в кольцевой уплотнительный канал, который служит для исключения подсоса воздуха в место стыковки элементов разливочного устройства, что снижает возможность загрязнения расплавленного металла кислородом и азотом, содержащимися в воздухе. В случае взаимодействия расплава металла с кислородом и азотом образуются нитридные и оксидные включения, приводящие к браку металла.
Стакан-дозатор выполнен составным неразъемным огнеупорным изделием, в котором газопроницаемый слой и газопроводящий коллектор переходят из трубчатой части в плиту. В этом случае наблюдается наименьшее зарастание канала неметаллическими включениями в единицу времени, так как газопроницаемый слой обеспечивает поступление достаточного количества инертного газа в металлопроводящий канал.
Для усиления конструкции стакана, надежности его крепления в разливочном узле на плите стакана установлена металлическая обечайка, которая закрывает часть трубы и плиты стакана. Отверстия на обечайке совпадают с отверстиями для подводки инертного газа, например: аргона.
Составная плита выполнена таким образом, что ее контактная поверхность имеет состав, отличающийся повышенной износостойкостью, для исключения повреждения стыковочной поверхности при замене нижерасположенного погружного стакана в разливочном устройстве.
В соответствии с настоящей полезной моделью на фиг.3 и фиг.4 представлен стакан-дозатор для разливки металла, конструктивной особенностью которого, является то, что боковые наклонные опорные поверхности (9, 10) плиты (6) выполнены выпуклыми с радиусом R4 не менее 40 мм. Указанный стакан-дозатор для разливки металла представлен (фиг.3 или фиг.4) в виде трубчатой части (1), составной плиты (6) с отверстиями (14, 15) и каналом для подачи инертного газа (4) и (5), металлопроводящего канала (5), причем стакан содержит газоплотный (3), газопроницаемый слои (2) и разделяющий их газопроводящий коллектор (4). Трубчатая часть (1) и верхнее основание (7) плиты имеют сопряжение радиусом R1 не более 10 мм, между верхним основанием (7) и боковыми наклонными опорными поверхностями (9,10) - сопряжение R2 не более 15 мм, между боковыми наклонными опорными поверхностями и промежуточными поверхностями (11, 12) - сопряжение радиусом R3 не более 30 мм. Боковые наклонные опорные поверхности (9,10) выполнены выпуклыми с радиусом R4 равным 63 мм. Составная плита имеет выточки (13) для подачи инертного газа в кольцевой уплотнительный канал. Стакан-дозатор укомплектован металлической обечайкой (16), закрывающей значительную часть плиты и необходимую часть трубы стакана. Отверстия (14,15) на обечайке совпадают с боковыми отверстиями для подводки аргона стакана-дозатора.
В отличие от представленных вариантов исполнения полезной модели стакан-дозатор может быть выполнен как на фиг.5 или фиг.6, причем с возможностью подачи инертного газа в металлопроводящий и кольцевой каналы. Стакан имеет сопряжение трубчатой части (1) и верхнего основания (7) радиусом R1 не более 10 мм, сопряжение R2 не более 15 мм между верхним основанием (7) и боковыми наклонными опорными поверхностями (9, 10). В свою очередь боковые наклонные опорные поверхности (9, 10) выполнены выпуклыми с радиусом R4 не менее 40 мм и соединены промежуточными поверхностями (11, 12) плиты стакана сопряжением радиусом R3 не более 30 мм. Указанный стакан снабжен металлической обечайкой (16), пространство между обечайкой и огнеупором заполняется материалом, обеспечивающим надежную фиксацию обечайки на теле стакана, и способным выдерживать термомеханические напряжения, возникающие в процессе эксплуатации, а имеющиеся на стакане сопряжения препятствуют возникновению трещин на плите стакана.
Вариант осуществления полезной модели заключается в следующем. Стакан-дозатор устанавливается в днище промежуточного ковша МНЛЗ снизу и закрепляется прижимным механизмом (на фигурах не указаны). Снизу к плите стакана-дозатора встык присоединяется погружной стакан. Дозирование жидкого металла через стакан-дозатор производится с помощью стопора-моноблока. Разливаемый металл из промежуточного ковша через совмещенные каналы стакана-дозатора и погружного стакана поступает в кристаллизатор, где затвердевает, и вытягивается в виде заготовки.
Стакан-дозатор укомплектован металлической обечайкой (16), закрывающей значительную часть плиты (6) и часть трубы (1) стакана. Инертный газ подают в отверстие (14), расположенное в плите стакана-дозатора, который под давлением по каналу (17) поступает в газопроводящий коллектор (4), затем в газопроводящий слой (2), проходящий по всей длине трубчатой части (1) стакана и переходящий в плиту. Причем инертный газ по каналу (18) подается в кольцевой уплотнительный канал для исключения подсоса воздуха и, соответственно, для исключения засорения кислородом и азотом разливаемого металла. Вытачки (13) в плите стакана образуют кольцевой уплотнительный канал, служащий для герметизации соединения стакана-дозатора и погружного стакана в разливочном узле. Газ препятствует осаждению неметаллических включений на стенках канала стакана, и разливаемый металл увлекает включения через погружной стакан далее в кристаллизатор.
Использование предлагаемой полезной модели позволило повысить стойкость стакана-дозатора в среднем на 15%. Составной неразъемный стакан-дозатор предлагаемой конструкции с усиленным основанием, газопроводящим слоем позволяет разливать сталь разного сортамента, причем отмечается увеличение пропускной способности погружных стаканов за счет уменьшения зарастания неметаллическими включениями.