СТАКАН-ДОЗАТОР С ПОДВОДОМ АРГОНА

Полезная модель относится к металлургии, в частности к устройствам для разливки стали.
Известен разливочный огнеупорный стакан для сталеразливочных и промежуточных ковшей, имеющий газопроницаемую кольцевую вставку, размещенную вдоль оси металлопроводящего канала, вклеенную на мертеле в стенку стакана, через которую подается газ для продувки рабочего канала (Патент RU №2092281, 1995.07.05, В22D 41/50). Газопроницаемая вставка в форме кольца размещена на расстоянии от нижнего торца стакана в пределах 1,2-3,0 диаметра его канала, а ширина кольца (газопроницаемого слоя) составляет 0,1-0,4 того же диаметра.
Недостатком этого разливочного стакана является низкая эффективность устройства в части создания слоя газа на стенке стакана (малая длина газопроницаемого слоя, наличие участка мертеля на горизонтальном стыке газопроницаемого слоя с телом стакана), в результате имеет место процесс отложения неметаллических включений на стенке этого стакана и пристыкованного к нему погружаемого стакана, что ведет к прекращению процесса разливки вследствие уменьшения проходного сечения металлопроводящего канала стакана.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является разливочный узел, содержащий огнеупорный стакан, имеющий верхний и нижний участки (Патент RU №2172228, 1996.10.10, В22D 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. Данное изобретение направлено на предотвращение накопления отложений неметаллических включений (оксида алюминия и его соединений - алюминатами) на участке седла стакана, которые препятствуют процессу перекрытия канала стакана стопором при регулировании потока расплава металла в процессе разливки.
Недостатком этого огнеупорного изделия является короткий срок службы в связи с зарастанием рабочего канала оксидом алюминия и алюминатами. Это объясняется наличием участка канала значительной протяженности, где полностью отсутствует подача газа в канал через стенку стакана.
Технический результат при использовании полезной модели заключается в повышение срока службы стакана-дозатора за счет снижения зарастания его канала
оксидом алюминия и алюминатами, а также создание условий для замедления и даже полного прекращения отложения упомянутых неметаллических включений в канале погружаемого стакана, расположенного в разливочном узле ниже стакана, что способствует повышение срока службы всего разливочного узла, снижению частоты замены погружного стакана и снижение дефектности разлитого металла.
Указанный технический эффект достигается тем, что стакан-дозатор для разливки расплавленного металла (черт.1), выполнен в виде усеченного конуса (1), с металлопроводящим каналом (2), стенка стакана дозатора (3) состоит из газоплотного (4) и газопроницаемого слоев (5), разделенных газопроводящим коллектором (6), при этом газопроницаемый и газоплотный слои соединены между собой в верхней и нижней части стакана-дозатора в процессе прессования.
Газопроницаемый слой стакана-дозатора, формирующий стенку вдоль металлопроводящего канала имеет длину, составляющую 70-100% от длины газоплотного слоя, то есть высоты стакана-дозатора. Для случая разливки металла с использованием стопорного механизма верхняя часть, контактирующая со стопором, менее газопроницаемая - более плотная, а для случая разливки с использованием шиберного затвора, менее газопроницаемой и более плотной изготавливается нижняя часть, контактирующая с плитой.
Таким образом, наличие газопроницаемого слоя по всей либо на значительной части длины металлопроводящего канала стакана-дозатора обеспечивает выделение подаваемого инертного газа по поверхности огнеупора, формирующей металлопроводящий канал в зону контакта огнеупор - разливаемый металл и способствует снижению скорости формирования отложений неметаллических включений из стали на внутренней стенке погружаемого стакана, то есть зарастанию канала.
Газопроницаемый слой может быть выполнен с переменной газопроницаемостью по длине (черт.2), причем газопроницаемость верхней части слоя (7), составляющей 15-50% от длины газопроницаемого слоя стакана-дозатора, составляет 1-50% от газопроницаемости нижней газопроницаемой части (8). Газопроницаемый слой в верхней части стакана-дозатора (седло) находится в контакте с головной частью стопора (на чертеже не показан), меньшая газопроницаемость при более высокой плотности материала гарантирует более высокие высокотемпературные прочностные свойства, что необходимо в случае высокой серийности разливки металла по схеме «плавка на плавку».
Газопроницаемый слой может быть выполнен также с переменной газопроницаемостью по длине (черт.3), причем газопроницаемость верхней части слоя (7), составляющей 15-50% и нижней (9), составляющей 5-15% от длины газопроницаемого
слоя стакана-дозатора, составляет 5-50% от газопроницаемости средней части (10) газопроницаемого слоя стакана-дозатора. Газопроницаемый слой в верхней части стакана-дозатора (седло) находится в контакте с головной частью стопора, а нижняя с погружаемым стаканом или верхней огнеупорной плитой шиберного затвора (на чертеже не показаны), меньшая газопроницаемость при более высокой плотности материала гарантирует более высокие высокотемпературные прочностные свойства на участках контакта с другими огнеупорными изделиями (стопор-моноблок, погружаемый стакан или плита шиберного затвора), формирующими металлопроводящий тракт в сталеразливочных и промежуточных ковшах при разливке жидкого металла, что необходимо в случае очень высокой серийности разливки металла по схеме «плавка на плавку».
Нижняя часть стакана-дозатора заключена в металлический бандаж (11), зафиксированный на нижней части изделия. На бандаже закреплена втулка (12) под углом 20-90° к оси металлопроводящего канала, через которую и канал (13), выполненный в газоплотной части стакана-дозатора, осуществляется подача газа в газопроводящий коллектор (6). Угол закрепления втулки определяется конкретным конструктивным исполнением в зависимости от размещения стакана-дозатора в футеровке дна ковша (промежуточного или сталеразливочного). Экспериментальная проверка показала, что угол закрепления втулки в указанных пределах на работоспособность устройства влияния не оказывает.
Нижняя часть стакана-дозатора снаружи может быть выполнена цилиндрической для надежной фиксации металлического бандажа (10).
Устройство работает следующим образом: в стакан-дозатор (1), установленный в футеровке дна сталеразливочного или промежуточного ковша (на чертеже не показаны), через полую металлическую втулку (12), закрепленную на стакане-дозаторе на металлическом бандаже (11) подается инертный газ, обычно под давлением 1 атм., газ через газопроводящий канал (13) в газоплотном слое (наружной стенке) попадает в газопроводящий коллектор (6) и далее с расходом 3-7 литров в минуту «выпотевает» на внутренней газопроницаемой стенке стакана-дозатора (5), обращенной к жидкому металлу. Эта газовая прослойка и препятствует процессу отложения неметаллических включений в канале стакана-дозатора. Выделившийся на поверхности канала газ, в виде пузырьков уносится жидким металлом в расположенный ниже по металлопроводящему тракту погружаемый стакан, способствуя и там меньшему контакту неметаллических включений со стенкой огнеупора, и далее пузырьки аргона, попадая в кристаллизатор или
изложницу всплывают, вынося неметаллические включения к покровному шлаку или в прибыльную часть слитка, способствуя тем самым очистке разливаемого металла.
Экспериментально показано, что газопроницаемость, оцениваемая по величине натекания на установке для определения газопроницаемости сжатым газом для газопроницаемого слоя должна быть в пределах 3-8 тыс. Па/сек., газопроницаемость газоплотного слоя менее 100 Па/сек.
Примеры реализации устройства: стакана-дозатора с подводом аргона, а также результаты применения этих изделий на двухручьевой слябовой МНЛЗ при разливке раскисленной алюминием стали приведены в таблице. Во время испытаний на одном ручье в промежуточный ковш устанавливали обычный (контрольный) стакан корундографитового состава без подачи аргона, на втором ручье корундографитовый стакан-дозатор с подводом аргона, изготовленный согласно рисунков и таблицы, на обоих ручьях стаканы-дозаторы работали в паре с глуходонными (с двумя сталевыпускными отверстиями) корундографитовыми погружными стаканами. Процесс затягивания оценивали количеством замен погружных стаканов во время разливки стали, так как при затягивании канала и/или сталевыпускных отверстий погружного стакана на 40% и более неметаллическими включениями, в первую очередь глиноземистыми, снижается пропускная способность погружного стакана, падает скорость разливки и погружной стакан надо заменять. При каждой замене стакана, при этом скорость разливки близка к нулю, на слябе формируется так называемый «пояс» - участок слитка с аномальной кристаллизационной структурой.
Результаты испытаний подтверждают, что конструкция заявляемого стакана-дозатора с подводом аргона и наличие конструктивных элементов при заявляемом соотношении позволяет получить многослойное изделие, позволяющее разливать жидкую сталь, в том числе раскисленную алюминием, на протяжении длительного времени без затягивания канала стакана-дозатора и погружаемого стакана неметаллическими включениями, что повышает производительность МНЛЗ. Одновременно, снижается количество используемых погружаемых стаканов, а так же количество выбраковываемого металла- меньше удаляется «поясов» слитков.
Примеры исполнения стакана-дозатора с подводом аргона и результаты его применения на МНЛЗ.
№ рис.
№ при мера
Длина газопроницаемого слоя для поз. на рис.1, 2, 3
Газопроницаемость слоя,
Частота замены погружного стакана
2
7
8
9
2
7
8
Ручей
Снижение
мм
%
мм
%
мм
%
мм
%
тыс. Па/сек
тыс. Па/сек
%
тыс. Па/сек
%
Контрольный, шт.
Ст. - дозатор с аргоном, шт.
Шт.
%
1
1
108
30
-
-
-
-
-
-
3
-
-
-
-
65
23
42
65
252
70
-
-
-
-
-
-
0,1
-
-
-
-
2
252
70
-
-
-
-
-
0,1
-
-
44
13
31
71
108
30
-
-
-
-
-
-
8
-
-
-
-
2
3*
-
-
54
15
306
85
-
-
-
1,5
50
3,5
100
16
7
9
56
4*
-
-
54
15
306
85
-
-
-
0,08
1
8
100
20
9
11
55
5*
-
-
180
50
180
50
-
-
-
0,03
1
3
100
14
9
5
36
6*
-
-
180
50
180
50
-
-
-
1,6
50
3,5
100
16
10
6
38
7**
-
-
54
15
306
85
-
-
-
0,04
1
7-8
100
32
10
22
69
9**
-
-
180
50
180
50
-
-
-
3,8
50
7
100
16
9
7
44
3
9*
-
-
54
15
288
80
18
5
-
0,4
5
3,5
50
22
10
12
55
10*
-
-
54
15
288
80
18
5
-
4,0
50
0,4
5
24
10
14
58
11*
-
-
54
15
252
70
54
15
-
0,2
5
1,7
50
19
10
9
48
12*
-
-
54
15
252
70
54
15
-
3,8
5
0,4
50
21
10
11
52
13*
-
-
180
50
162
45
18
5
-
0,4
5
3,5
50
15
10
5
33
14**
-
-
180
50
162
45
18
5
-
4,0
50
0,4
5
16
10
6
38
15**
-
-
180
50
126
65
54
15
-
1,5
50
0,2
5
16
10
6
38
16**
-
-
180
50
126
65
54
15
-
4,0
50
0,5
5
18
10
8
44
17**
-
-
54
15
288
80
18
5
-
1,6-1,7
50
0,2
5
23
10
13
57
18**
-
-
54
15
288
80
18
5
-
0,2
5
1,7
50
21
10
11
52
19**
-
-
54
15
252
70
54
15
-
3,7
50
0,4
5
21
10
11
52
Примечание: длина стакана дозатора во всех примерах 360 мм; газопроницаемость слоя 9 для третьего примера (рис.3) составляет 3-8 тыс. Па/сек; *общая длина газопроницаемого слоя 100% высоты стакана; **общая длина газопроницаемого слоя 70% высоты стакана (газоплотного слоя)