ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КОВШ МНЛЗ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО ПОДОГРЕВА МЕТАЛЛА
CONTINUOUS CASTING MACHINE PONY LADLE FOR PLASMA METAL HEATING

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок с нагревом металла.
Известен промежуточный ковш установки непрерывной разливки стали преимущественно высоколегированных марок, содержащий разделенную порогами на приемную и разливочную части емкость, отличающийся тем, что он снабжен расположенными в приемной части дополнительными порогами с образованием промежуточной части, при этом соотношение приемной и промежуточной частей составляет 1:(1,5-2,5), объем промежуточной части составляет 0,07-0,17 объема ковша, а высота порога между разливочной и промежуточной частями составляет 0,3-0,7 высоты порога между промежуточной и приемной частями. [Патент РФ №1631820].
Недостатком этого промежуточного ковша является невозможность его использования при плазменном нагреве металла на установках непрерывного литья заготовок.
Известен промежуточный ковш для непрерывной разливки металла, включающий приемную и разливочную камеры, разделенные перегородкой, в которой выполнены верхний, средний и нижние ряды переливных каналов, приемник гаситель струи заливаемого из защитной трубы металла, установленный на днище ковша и выполненный в виде стакана с заплечиками, в котором переливные каналы в перегородке выполнены конусными, причем каналы нижнего и среднего рядов переливных каналов направлены сужением в сторону разливочной камеры, а переливные каналы верхнего ряда - сужением в сторону приемной камеры, в теле перегородки выполнен газоотводящий канал с горизонтальным щелевидным соплом, выходящим в разливочную емкость. [Патент РФ №2185261].
Недостатком известного промежуточного ковша является то, что он не может быть использован для плазменного нагрева металла на установках непрерывного литья заготовок.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является промежуточный ковш для разливки стали с камерами для плазменного подогрева жидкого металла, содержащий две камеры для плазменного подогрева металла, расположенные между приемным и разливочными отсеками, разделенные перегородками с переливными каналами, и крышку камеры нагрева, в котором внутренние стены промежуточного ковша и перегородки сформированы из огнеупорного материала, а вставка из огнеупорного материала, оборудованная внешней стенкой, которая дополняет по форме верхнюю часть внутренних стенок промежуточного ковша и внутреннюю стенку, обрамляющую пространство, которое постепенно расширяется по мере приближения к днищу ковша, имеет форму усеченного конуса, причем данная вставка должна предусматривать возможность размещения в вышеуказанном пространстве нижней части горелки для нагрева жидкого металла при помощи плазмы, с наличием верхнего и нижнего отверстий в самой вставке. [Патент US №6110416].
Недостатком этого известного промежуточного ковша является недостаточно эффективное перемешивание и, как следствие, неудовлетворительное распределение температуры металла в объеме камеры подогрева.
Задачей настоящего изобретения является определение конструктивных особенностей промежуточного ковша, которые обуславливают наиболее эффективные условия поступления металла в зону высокотемпературной плазмы, что способствует нагреву и более равномерному распределению температуры металла в камере нагрева.
Задача решается следующим образом. Известный промежуточный ковш МНЛЗ для плазменного подогрева металла, включающий две камеры нагрева с крышками, выполненные между приемным и разливочными отсеками, разделенные перегородками с переливными каналами, согласно изобретению дополнительно снабжен отбойником, расположенным в камере нагрева по ширине ковша параллельно перегородкам и смещен в сторону разливочного отсека, переливные каналы в перегородке приемного отсека и камеры подогрева выполнены вверх к горизонтальной плоскости в сторону камеры подогрева.
Согласно изобретению высота отбойника может составлять 0,45-0,85 высоты номинального уровня металла в ковше.
Согласно изобретению, отбойник может быть смещен на 0,55-0,75 расстояния между перегородками.
Согласно изобретению, отбойник может быть выполнен с придонными отверстиями.
Признаки, отличающие заявленный промежуточный ковш от прототипа, не выявлены в известных конструкциях и, следовательно, заявленное решение имеет изобретательский уровень.
При создании настоящего изобретения исходили из положения необходимости повышения эффективности нагрева металла за счет интенсивного перемешивания металла в камере подогрева и, как следствие, обеспечения более равномерного распределения температуры металла в камере подогрева.
Отбойник способствует более интенсивному перемешиванию и поступлению потоков металла в зону высокотемпературной плазмы, где происходит наиболее эффективный нагрев металла. Это обеспечивает более равномерное распределение температуры металла в камере нагрева промежуточного ковша и в конечном итоге улучшает качество литой заготовки.
Ожидаемый технический результат - повышение эффективности нагрева металла плазмой, более равномерное распределение температуры металла в камере нагрева, а в конечном счете, улучшение макро- и микроструктуры литой заготовки и снижение ее дефектов.
Технический результат использования предложенного промежуточного ковша МНЛЗ для плазменного подогрева металла достигается за счет того, что отбойник определенной формы и размера расположен в определенном месте камеры подогрева, а переливные каналы в перегородке приемного отсека и камеры подогрева выполнены определенной направленности. Это обеспечивает более равномерное распределение температуры металла в камере нагрева промежуточного ковша и в конечном итоге улучшает качество литой заготовки.
Сущность предложенной конструкции заключается в том, что на пути потока металла из приемного в разливочный отсек в камере нагрева устанавливается отбойник, который вызывает изменения направленности потоков металла и повышает интенсивность перемешивания. Высота отбойника рекомендуется в пределах 0,45-0,85 высоты номинального уровня металла в ковше. Такая высота отбойника способствует лучшему перемешиванию потоков металла. Отбойник может быть смещен в сторону разливочного отсека на 0,55-0,75 расстояния между перегородками. Такое смещение отбойника организует направленность потоков металла через зону высокотемпературной плазмы и не создаст помех работе плазмотрона. Угол наклона переливных каналов в перегородке приемного отсека и камеры подогрева к горизонтальной плоскости в сторону камеры подогрева обеспечивает целенаправленную подачу потоков металла в зону высокотемпературной плазмы. В отбойнике могут быть выполнены придонные отверстия для снижения потерь металла при разливке последней плавки в серии.
Таким образом, признаки предложенного промежуточного ковша МНЛЗ отличаются от признаков известной конструкции, принятой в качестве прототипа, и позволяют достигнуть нового положительного эффекта. Следовательно, предложенный промежуточный ковш МНЛЗ отвечает критерию изобретения «Новизна».
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана конструкция промежуточного ковша МНЛЗ в разрезе, на фиг.2 приводится перегородка ковша приемного отсека и камеры подогрева, а на фиг.3 приводится отбойник, выполненный в камере подогрева.
Предложенный промежуточный ковш 1 входит в состав МНЛЗ, которая также содержит установку плазменного подогрева стали.
В двухручьевом промежуточном ковше выполнены перегородки 2, разделяющие рабочую полость ковша 1 на приемный отсек 4 и камеру нагрева 5. Перегородки 3 разделяют камеру нагрева 5 и разливочный отсек 6. Приемный отсек 4 сообщается с камерой нагрева 5 через переливные каналы 7. В камере нагрева выполнен отбойник 19, расположенный по ширине ковша параллельно перегородкам и смещенный в сторону разливочного отсека. Камера нагрева 5 и разливочный отсек 6 сообщаются через переливные каналы 8. В перегородке 3 выше номинального уровня металла 12 выполнено перепускное отверстие 14 для рабочего газа. В каждом разливочном отсеке выполнено отверстие 9 для подачи металла в кристаллизатор. Отверстия 9 перекрываются стопором 13, который вводится через отверстия 16 в крышке 17 разливочного отсека. Через отверстия 16 также вводится термопара 18 для непрерывного замера температуры металла в разливочном отсеке. Камера нагрева имеет крышку 10 с отверстиями 11 для ввода плазмотрона 15.
Имеющийся в камере нагрева отбойник вызывает изменения направленности потоков металла и повышает интенсивность перемешивания. Подогрев металла производится двумя плазмотронами, один из которых является анодом, а другой катодом. Подогретый металл поступает в разливочный отсек через переливные каналы и далее через погружной стакан в кристаллизатор.
Работа промежуточного ковша МНЛЗ для плазменного подогрева металла осуществляется следующим образом.
Из сталеразливочного ковша через защитную трубу (не показана) металл подается в приемный отсек 4 промежуточного ковша 1 и далее через переливные каналы 7 в камеру нагрева 5 с отбойником 19, в которой происходит нагрев металла плазмой. Из камеры нагрева жидкий металл поступает через переливные каналы прямоугольной формы 8 в разливочный отсек 6 и далее через погружной стакан металл поступает в кристаллизатор машины непрерывного литья.
Подогрев металла в камере нагрева осуществляется следующим образом. С помощью механизмов перемещения через отверстия 11 в крышках 10 плазмотроны 15 опускают до необходимого положения их торцов от зеркала металла. Оператор через компьютер включает процесс плазменного подогрева стали, подается рабочий газ и включаются источники дуг.
Опробование предложенного промежуточном ковше проводили на МНЛ3-4 ОАО «ММК». Отбойник выполнили в камере нагрева по ширине ковша параллельно перегородкам и смещенным в сторону разливочного отсека на 0,68 расстояния между перегородками. Высота отбойника при этом составила 0,74 высоты номинального уровня металла в промежуточном ковше. Оценку эффективности перемешивания металла в камере нагрева проводили по величине повышения температуры металла при его плазменном подогреве.
В таблице приведены примеры нагрева металла при использовании предложенного промежуточного ковша и известного при плазменном подогреве металла мощностью 500 кВт и длительности 8 минут.
Приведенные в таблице данные показывают, что в предложенном ковше достигнуто повышение температуры на 9°C, против 4°C в известном, что свидетельствует о существенном повышении эффективности перемешивания металла в промежуточном ковше.
Разработанный промежуточный ковш может быть использован при плазменном подогреве металла при непрерывной разливке стали.
Таблица.
Параметры повышения температуры металла при плазменного нагреве
№№ эксперимента
Мощность плазмотрона, МВт
Время нагрева, мин
Температура металла до подогрева, °C
Температура металла после подогрева, °C
Повышение температуры при подогреве, °C
1
0,5 МВт
8
1540
1549
9
2
0,5 МВт
8
1542
1551
9
3
0,5 МВт
8
1541
1550
9
Известный
0,5 МВт
8
1542
1544
4