ТЕРМОСТАТ - СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫЙ КОВШ

Полезная модель относится к металлургии, а именно к конструкции сталеразливочных ковшей, используемых при разливке металла в изложницы.
Наиболее близким к предлагаемому термостату - сталеразливочному ковшу, предназначенному для раздивки металла в изложницы, является устройство для утепления верхней части стального слитка, содержащее емкость с жидким металлом, например, изложницу, и теплоизолирующую крышку (см. патент RU 2027539, МКИ B 22 D 7/00, опубл. 27.01.1995 г., "Способ утепления верхней части стального слитка"), выбранное заявителем в качестве прототипа устройства.
В известном устройстве для утепления верхней части стального слитка теплоизолирующая крышка выполнена, например, из каолина с тонкой металлической оболочкой. Изложница снабжена с прибыльной надставкой или теплоизоляционными вкладышами. После наполнения устройство металлом, его закрывают крышкой до конца затвердевания слитка. Спустя 1/3-2/3 полного времени затвердевания слитка крышку на короткое время приоткрывают и в изложницу засыпают компоненты экзотермической смеси. Сначала засыпают слой компонента, который при нагревании разлагается с выделением кислорода, затем слой компонента, при взаимодействии которого с кислородом выделяется тепло. Сразу после этого изложницу снова накрывают крышкой и выдерживают так до конца затвердевания слитка.
Недостатком устройства для утепления верхней части стального слитка является сложность конструкции и трудоемкость
утепления верхней части стального слитка. Сложность конструкции заключается в том, что теплоизоляционный вкладыш, вставляемый в изложницу, изготавливается из мягкого теплоизоляционного материала, не позволяющего при изготовлении вкладыша обеспечить ровную торцевую поверхность. Теплоизоляционная крышка так же изготавливается из теплоизоляционного материала, вследствие чего обеспечить ровную плоскость соприкосновения закрытой крышки с теплоизоляционным вкладышем и с краями емкости устройства трудно. Из выше изложенного следует, что при установке крышки на теплоизоляционный вкладыш будут большие зазоры, через которые будет излучаться тепло от металла. Следовательно, крышка не обеспечит необходимую теплоизоляцию металла.
Другим недостатком является повышение трудоемкости и требований по обеспечению техники безопасности при установки крышки, так как при высокой температуре металла в изложнице необходимо на расстоянии 2-3 метра три раза производить ее закрытие и открывание. Поэтому требуются специальные манипуляторы, в том числе и специальные бункеры для засыпки компонентов экзотермической смеси.
Недостатком также является увеличение потерь тепла металла из-за того, что крышка изготовлена из каолина, т.е. глины, имеющей большую теплопроводность по сравнению с предлагаемой теплоизоляционной смесью, и, как следствие, возможность образования дефектов на поверхности слитков.
Техническим результатом заявленного решения является устранение указанных недостатков прототипа, а именно: снижение потерь тепла металла при его выдержке в ковше, исключение образования "холодного металла" на дне сталеразливочного ковша и
в сталеразливочном стакане, повышение качества поверхности слитка, получаемого при разливке металла в изложницы, за счет поддержания в необходимых пределах заданной температуры металла, упрощение конструкции.
Технический результат полезной модели направлен на устранение указанных недостатков прототипа и достигается следующим решением.
В термостате - сталеразливочном ковше, содержащем емкость с жидким металлом, на поверхности которого помещена теплоизолирующая смесь, емкость снабжена теплоизолирующей крышкой, согласно полезной модели, между крышкой, не касающейся смеси, содержится защитная среда в виде атмосферы с недостатком кислорода, смесь содержит теплоизолирующий порошок, зерна которого состоят из ядер вспученного вермикулита или вспученного перлита, покрытого оболочками сажистого углерода, а высота слоя порошка равна:
h=(0,040-0,045)Н, где:
h - высота слоя порошка;
Н - высота жидкого металла в емкости.
Теплоизолирующая смесь может быть помещена на поверхность жидкого металла в полипропиленовом контейнере.
Высота жидкого металла в емкости может быть равна диаметру сталеразливочного ковша.
Наличие защитной среды в виде атмосферы с недостатком кислорода между крышкой и смесью предотвращает доступ кислорода в верхнюю часть ковша между зеркалом металла и крышкой и создает условия для протекания процесса преобразования смеси на поверхности металла в
теплоизолирующий порошок в виде зерен с ядрами расплавленного вермикулита, покрытыми оболочками сажистого углерода.
Защитная среда - атмосфера с недостатком кислорода между крышкой, не касающейся смеси, и смесью предотвращает взаимодействие кислорода со смесью, благодаря чему образуются зерна теплоизолирующего порошка с ядрами расплавленного вермикулита, покрытыми оболочками сажистого углерода, имеющего низкие теплопроводность 0,16 Вт/м. град. и насыпную плотность 160 кг/куб.м.
Гранулометрический состав исходной теплоизолирующей смеси, помещенной на поверхность жидкого металла в сталеразливочном ковше, следующий:
- фракция более 0,6 мм, т.е. 0,6-2,5 мм, составляет 90% от объема вспученного вермикулита или вспученного перлита, фракция менее 0,6 мм и от 2,5 до 5 мм составляет 10% от объема вспученного вермикулита или вспученного перлита, взятой в пределах 60-70% от общего объема смеси;
- фракция 0,5-5,0 мм составляет 100% от массы древесного опила, взятой в пределах 30-40% от общей массы смеси.
Исходная теплоизолирующая смесь на поверхности жидкого металла в условиях повышенной до 1550-1600°С температуры, при плотно закрытой крышкой емкости, защитной среды - атмосферы с недостатком кислорода между зеркалом металла и крышкой, преобразуется в теплоизолирующий порошок.
Преобразование исходной смеси в порошок заключается в термическом разложении древесных опил в сажистый углерод при температуре 1550-1600°С при недостатке кислорода.
Сажистый углерод обволакивает частички вспученного вермикулита/перлита, образуя порошк, зерна которого содержат
ядра вспученного вермикулита/перлита, покрытые оболочками сажистого углерода.
Теплоизолирующий порошок снижает насыпную плотность смеси до 160 кг/куб.м., увеличивает температуру плавления до 1700°С, снижает теплопроводность при 1000 град. С до 0,16 Вт/м.град.
Для оптимального формирования ядер зерен вспученного вермикулита/перлита и оболочек сажистого углерода, необходимо, чтобы фракции вспученного вермикулита/перлита и фракции древесных опил имели следующие параметры:
- вспученный вермикулит/перлит должен иметь фракции 0,6-2,5 мм для обеспечения минимальной теплопроводности 0,045 Вт/м град;
- древесный опил должен иметь фракции 0,5-5 мм для обеспечения достаточно полного обволакивания вспученного вермикулита/перлита и образования теплоизолирующего порошка.
При содержании в исходной смеси древесных опил от 30% до 40% от общего ее объема происходит оптимальное обволакивание ядер вспученного вермикулита/перлита и оптимальная толщина оболочки вокруг ядер вспученного вермикулита, что повышает температуру плавления и уменьшает теплопроводность смеси.
Высота слоя теплоизолирующего порошка смеси на поверхности жидкого металла в пределах: h=(0,045-0,050)Н, где:
h - высота слоя порошка;
Н - высота жидкого металла в емкости,
выбрана из условий минимальной скорости охлаждения металла в
ковше, равной 0, 20-0,22 град. С/мин.
Теплоизолирующий порошок смеси защищает металл от охлаждения вплоть до окончания разливки металла в изложницы,
не допуская образования "холодного металла" - скрапа на дне ковша.
Помещение теплоизолирующей смеси в полипропиленовый контейнер позволяет упростить технологию загрузки смеси.
В таблице представлены характеристики, полученные при испытании предлагаемого устройства и устройства по прототипу.
Таблица
Характеристики теплоизолирующей смеси
По предлагаемому устройству
По прототипу
Теплопроводность при 1000 град. С, Вт/м, град.
0,16
0,25
Скорость охлаждения металла в ковше, град. С/мин.
0,2
0,31
Насыпная плотность, кг/куб, м
160
280
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан продольный разрез термостата - сталеразливочного ковша.
На фиг.2 показана структурная модель теплоизолирующего порошка, зерна которого содержат ядра вспученного вермикулита/перлита, покрытые оболочками сажистого углерода.
Заявляемое техническое решение состоит в следующем.
Термостат - сталеразливочный ковш 1 содержит емкость с жидким металлом 2 и теплоизолирующую крышку 5. На поверхности металла 2 помещена теплоизолирующая смесь 3.
Устройство работает следующим образом.
Для теплоизоляции жидкого металла подают в емкость термостата - сталеразливочного ковша 1 с жидким металлом 2 теплоизолирующую смесь 3, содержащую 60-70% по объему вспученного вермикулита/перлита и 30-40% по объему древесного опила. Создают в верхней части ковша 1 защитную среду в виде атмосферы 4 с недостатком кислорода. Смесь 3, состоящую из фракций 0,6-2,5 мм вспученных вермикулита или перлита и фракций 0,5-5,0 мм древесного опила, помещают на поверхность металла 2 при температуре 1550-1600°С.
Верхнюю часть емкости закрывают крышкой 5, не соприкасающейся со смесью 3 и создают защитную среду, поддерживая в верхней части термостата 1 атмосферу с недостатком кислорода. Теплоизолирующую смесь, упакованную в полипропиленовый контейнер (на чертеже не показан), помещают на поверхность металла. На поверхности металла 2 образуется теплоизолирующий порошок 6, зерна которого содержат ядра 7 вспученного вермикулита/перлита, покрытые оболочками 8 сажистого углерода. Высоту слоя теплоизолирующего порошка рассчитывают из условия: h=(0.040-0.045)Н, где: h - высота слоя порошка;
Н - высота жидкого металла 2 в емкости, которая быть равна диаметру термостата 1. Полученный теплоизолирующий порошок выдерживают на поверхности металла до окончания разливки его в изложницы.
Пример конкретного осуществления.
В емкость термостата - сталеразливочного ковша 1 с жидким металлом 2 помещали теплоизолирующую смесь 3, содержащую 65% по объему вспученного вермикулита по ГОСТ 12865-67 и 35% по объему древесного опила. Теплоизолирующую смесь 3 помещали на поверхность металла при помощи полипропиленового контейнера, после расплавления которого смесь высыпалась на поверхность металла слоем, высота которого была равна 135-150 мм. Температура на поверхности металла составляла 1560°С. Высота слоя теплоизолирующего порошка была равна 121-140 мм, ее рассчитывали из условия равенства высоты жидкого металла диаметру термостата 1.
Верхнюю часть емкости закрывали крышкой 5, не соприкасающейся со смесью 3, создавали защитную среду в виде атмосферы с недостатком кислорода. Сажистый углерод, обволакивая частички вспученного вермикулита, увеличил температуру плавления смеси до 1700°С. В результате зерна теплоизолирующего порошка представляли собой ядра 7 вспученного вермикулита, покрытые оболочками 8 сажистого углерода.
В составе смеси фракция вспученного вермикулита 1,0 мм составляла 90%, фракция 0,2 мм составляла 10% от массы вермикулита. Древесный опил фракции 0,5-5,0 мм составлял 100% от массы древесного опила.