Промежуточный ковш

Полезная модель относится к металлургии и может быть использована в электросталеплавильном производстве при непрерывной разливке металла в оборудовании, предназначенном для металлургических ковшей.
Известна разъемная крышка промежуточного ковша с отверстиями специальной формы для разливки стали (патент CN №213104470, B22D 41/00, B22D 41/02, опубл. 04.05.2021). Крышка выполнена огнеупорной из трех слоев материала и состоит из двух разъемных элементов, в которых выполнены технологические отверстия для стопоров, измерения температуры и установки уловителя шлака. По краям элементов крышки выполнены выемки, образующие при совмещении сторон отверстие специальной формы для разливки стали.
Недостатком крышки является неравномерное деформирование материала слоев крышки при нагреве ввиду различной теплопроводности, что может приводить к разрушению крышки и сокращению срока эксплуатации. Оснащение крышки опорными элементами, крепежными деталями и уловителями шлака затрудняет сборку крышки и монтаж.
Известен промежуточный ковш (патент РФ №2167030, B22D 41/00, опубл. 20.05.2001), принятый в качестве прототипа, содержащий футерованный металлический корпус и футерованную огнеупорной массой крышку. Крышка выполнена из одной и более независимых рам, к каждой из которых при помощи разъемных соединений подвешены раздельные сквозные обечайки с огнеупорной массой в центральной части. Рамы выполнены полыми с возможностью подвода и отвода охлаждающей среды. В крышке выполнены отверстия для размещения стопоров и огнеупорной трубы.
Недостатком промежуточного ковша является его недолговечность, связанная с деформированием крышки ковша при эксплуатации ввиду различной теплопроводности металлического каркаса и огнеупорной массы, которой футерована крышка, что приводит к растрескиванию и разрушению огнеупорной массы, попаданию частиц огнеупора в расплавленный металл и браку металла. Кроме того, крышка не прилегает плотно к корпусу промежуточного ковша, что приводит к потерям тепла во время разогрева и при эксплуатации ковша. В результате снижается стойкость крышки и срок службы промежуточного ковша.
Решаемая техническая проблема - обеспечение равномерного нагрева крышки промежуточного ковша, что обеспечивает повышение срока эксплуатации крышки и промежуточного ковша.
Технический результат, достигаемый с использованием полезной модели, заключается в снижении тепловой нагрузки на элементы крышки ковша за счет равномерного нагрева, что позволяет использовать элементы крышки с обеих сторон и, в результате, повышает срок эксплуатации крышки и промежуточного ковша.
Указанный результат достигается за счет того, что промежуточный ковш для непрерывной разливки металла включает футерованный металлический корпус и крышку, состоящую из нескольких элементов, выполненных с полостями для размещения стопоров. Согласно полезной модели, крышка состоит из центрального и двух боковых металлических элементов, в каждом элементе выполнены полости для размещения горелочных устройств, при этом центральный элемент крышки выполнен с выемкой для заливки металла, расположенной симметрично относительно поперечной оси крышки, и полостями для отвода дымовых газов.
В частном случае выполнения в каждом боковом элементе полость для горелочного устройства расположена между полостями для стопоров.
В частном случае выполнения в центральном элементе полость для стопора расположена между полостями для горелочных устройств.
В частном случае выполнения по краям центрального элемента и по краям боковых элементов, прилегающих к центральному элементу, выполнены выемки, образующие при совмещении центрального с каждым боковым элементом полость для размещения горелочного устройства.
В частном случае выполнения центральный элемент крышки выполнен симметричным относительно поперечной оси крышки, а каждый боковой элемент крышки выполнен симметричным относительно продольной оси крышки.
Полезная модель иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 и фиг. 2 схематично изображен вид сверху промежуточного ковша с различным расположением полостей на элементах крышки, на фиг. 3 показан разрез А-А на фиг. 1.
Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла включает корпус 1 и крышку, состоящую из трех металлических элементов с технологическими отверстиями. Крышка состоит из центрального элемента 2 и двух боковых элементов 3. В центральном элементе выполнены полости 4 для отвода дымовых газов и выемка 5 для заливки металла; в центральном и двух боковых элементах крышки выполнены полости 6 для размещения горелочных устройств и полости 7 для размещения стопоров.
Размещение на корпусе ковша центрального 2 и двух боковых элементов 3 крышки встык позволяет эксплуатировать элементы крышки с обеих сторон, что повышает стойкость крышки и срок службы промежуточного ковша. При этом центральный элемент крышки выполнен предпочтительно симметричным относительно поперечной оси крышки, а боковые элементы крышки выполнены предпочтительно симметричными относительно продольной оси.
Изготовление элементов крышки из одного материала с постоянным коэффициентом термического расширения делает их более устойчивыми к деформации и разрушению в процессе эксплуатации при разогреве промежуточного ковша до достижения температуры предпочтительно 1250÷1300°С, повышает стойкость крышки и срок службы ковша.
Центральный элемент 2 крышки выполнен с полостями 4 для отвода дымовых газов, выемкой 5 для заливки металла из сталеразливочного ковша.
Выполнение в центральном элементе 2 крышки полостей 4 для отвода дымовых газов обеспечивает при сушке и разогреве промежуточного ковша отвод дымовых газов, что снижает тепловую нагрузку на элементы крышки ковша и повышает стойкость крышки.
В выемке 5 для заливки металла, выполненной в центральном элементе 2 крышки, размещают защитную трубу (на рисунке не показана) в процессе разливки стали между сталеразливочным и промежуточным ковшами, которая защищает сталь от вторичного окисления и предотвращает разбрызгивание и перемешивание со шлаком. Выполнение выемки 5 симметрично относительно поперечной оси крышки обеспечивает возможность двустороннего использования центрального элемента крышки и увеличение срока службы.
В каждом элементе крышки выполнены полости 6 для размещения горелочных устройств и полости 7 для размещения стопоров. В центральном элементе полость 7 расположена между двумя полостями 6. В боковых элементах полость 6 расположена между полостями 7.
Выполнение во всех элементах крышки полостей 6 для размещения горелочных устройств позволяет исключить потери тепла при разогреве промежуточного ковша за счет уменьшения зазора между горелочным устройством и полостью, сокращает площадь контакта горелочного устройства и элементов крышки и предотвращает раннее выгорание металла по краям полостей. При этом обеспечивается равномерный разогрев центрального элемента 2 и снижение тепловой нагрузки от горелочных устройств на боковые элементы 3 крышки, что способствует долговременному их использованию, повышает стойкость элементов крышки и срок службы ковша (фиг. 1).
В частном случае выполнения по краям центрального 2 элемента и боковых 3 элементов крышки, прилегающих к центральному элементу, могут быть выполнены выемки 6, образующие при совмещении центрального с каждым боковым элементом полость для размещения горелочного устройства (фиг. 2), что также обеспечивает равномерный разогрев центрального элемента 2 крышки, снижение теплового воздействия на боковые элементы 3, повышает стойкость элементов крышки и срок службы ковша.
Промежуточный ковш работает следующим образом. Футерованный корпус 1 промежуточного ковша после футеровки огнеупорами подвергают сушке на стенде сушки, затем на корпусе размещают встык центральный 2 и боковые 3 элементы крышки и оборудуют промежуточный ковш стопорами. Для нагрева футеровки (рабочего слоя) промежуточный ковш устанавливают на стенд разогрева, оборудованный горелочными устройствами и раструбами для отвода дымовых газов. При этом полости в элементах крышки для размещения горелочных устройств 6 и отвода дымовых газов 4 совпадают с упомянутыми элементами стенда разогрева. Отвод дымовых газов при сушке и разогреве промежуточного ковша осуществляют путем размещения раструбов для отвода дымовых газов в полостях 4.
Основной прогрев промежуточного ковша происходит до достижения футеровкой температуры предпочтительно 1250÷1300°С, затем промежуточный ковш перемещают в позицию разливки и подают сталеразливочный ковш, к шиберному затвору которого присоединяют защитную трубу для заполнения промежуточного ковша металлом через выемку 5, выполненную в центральном элементе 2 крышки. При помощи разливочных стаканов промежуточного ковша (на рисунке не показаны) происходит равномерное распределение жидкого металла по ручьям.
Пример осуществления полезной модели.
Предлагаемый промежуточный ковш для непрерывной разливки металла емкостью, например, 30 т был использован при производстве всего сортамента непрерывно-литой заготовки по действующим режимам разогрева промежуточного ковша. Промежуточный ковш снабжен крышкой, состоящей из трех металлических элементов, выполненных, в частности из листовой стали марки Ст3 толщиной 100 мм. В центральном элементе крышки выполнена выемка для заливки металла, например размером 1230×360 мм и следующие полости: две полости, в частности диаметром 420 мм, для размещения горелочных устройств; две полости, в частности диаметром 280 мм, для размещения раструбов для отвода дымовых газов; полость, например овальной формы, для размещения стопора.
В каждом боковом элементе крышки выполнены следующие полости: две полости, например овальной формы, для размещения стопоров; полость, в частности диаметром 420 мм, для размещения горелочного устройства.
Промежуточный ковш был прогрет до достижения футеровкой температуры предпочтительно 1250÷1300°С и оборудован стопорами, горелочными устройствами и раструбами для отвода дымовых газов.
При непрерывной разливке стали, в частности марки 09Г2С, сталь подавали из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш через погружную огнеупорную трубу под уровень металла. Затем при помощи разливочных стаканов сталь поступала в кристаллизаторы, из которых происходило равномерное распределение жидкого металла по ручьям и формирование непрерывно-литых заготовок.
Также было проведено опытно-промышленное опробование промежуточного ковша, в крышке которого по краям центрального и боковых элементов, прилегающих к центральному элементу, были выполнены выемки, образующие полости, например диаметром 420 мм, для размещения горелочных устройств при совмещении сторон элементов крышки.
В процессе работы промежуточного ковша происходил равномерный износ элементов крышки в зонах с наибольшим разогревом, а также прогиб элементов крышки вовнутрь промежуточного ковша с образованием зазоров и потерям тепла при эксплуатации ковша. Наибольшему тепловому воздействию, в основном, был подвержен центральный элемент крышки. После разливки, в частности пяти серий плавок металла, была произведена кантовка элементов крышки на 180 градусов и их последующее размещение на промежуточном ковше.
По результатам промышленного использования были достигнуты следующие показатели:
средняя стойкость элементов крышки промежуточного ковша составила:
318 плавок металла выдержал центральный элемент крышки, что превысило его стойкость на 260 плавок по сравнению с действующими огнеупорными крышками;
по 380 плавок металла выдержали боковые элементы крышки, что превысило их стойкость на 269 плавок по сравнению с действующими огнеупорными крышками;
исключены случаи аварийного вывода элементов крышки промежуточного ковша из эксплуатации,
срок эксплуатации центрального и боковых элементов крышки повышается соответственно центральных - на 82÷85%, боковых - на 71÷73%.
При использовании предлагаемого промежуточного ковша для непрерывной разливки металла повышается стойкость крышки ковша за счет снижения тепловой нагрузки на боковые элементы крышки и возможности двустороннего использования элементов крышки ковша и увеличивается срок службы промежуточного ковша.