ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КОВШ ДЛЯ РАЗЛИВКИ СТАЛИ С КАМЕРАМИ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО ПОДОГРЕВА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА
STEEL TEEMING PONY LADLE WITH CHAMBERS FOR LIQUID METAL PLASMA HEATING

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при непрерывной разливке металла на машине непрерывного литья заготовок с подогревом металла в промежуточном ковше.
Известен промежуточный ковш многоручьевой машины непрерывного литья заготовок прямоугольного сечения, емкость которого разделена вертикальными перегородками на раздаточные секции со сливными отверстиями и приемную секцию, в котором емкость ковша разделена вертикальными перегородками по меньшей мере на три раздаточные секции, при этом вертикальные перегородки расположены между сливными отверстиями у одной из продольных стенок ковша и выполнены шириной, равной 0,5-0,8 ширины торцевой стенки ковша [патент РФ №2000165].
Недостатком этого промежуточного ковша является невозможность использовать для плазменного нагрева 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 оборудована 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 низкая скорость перемешивания металла в камере подогрева и как следствие неудовлетворительное распределение температуры металла в объеме камеры подогрева.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы определить конструктивные особенности ковша, позволяющие обеспечить наиболее эффективные условия поступления металла в зону плазменной дуги для обеспечения равномерного распределения температуры в объемах металла камеры нагрева.
Задача решается следующим образом. В известном промежуточном ковше для разливки стали с камерами для плазменного подогрева жидкого металла, содержащем две камеры для плазменного подогрева металла, расположенные между приемным и разливочными отсеками, разделенные перегородками с переливными каналами, и крышку камеры нагрева, согласно изобретению переливные каналы в перегородке камеры подогрева и приемного отсека выполнены конусными, причем каналы, расположенные ниже номинального уровня металла в ковше, направлены под углом к горизонтальной плоскости вверх и сужением в сторону камеры подогрева, а перегородка камеры подогрева и разливочного отсека дополнительно содержит хотя бы одно отверстие для перепуска газа, выполненное выше номинального уровня металла.
Согласно изобретению в перегородке переливные каналы могут быть выполнены в два и более рядов.
Согласно изобретению угол наклона переливных каналов каждого последующего ряда меньше предыдущего на 5-15°.
Согласно изобретению в крышке разливочного отсека может быть выполнено отверстие для ввода стопорного устройства.
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 повысить эффективность нагрева путем целенаправленной подачи потоков металла в зону высокотемпературной плазмы, увеличить скорость перемешивания металла в камере подогрева и, как следствие, обеспечить более равномерное распределение температуры металла в объеме камеры подогрева.
Переливные каналы существенно влияют на тепло- и массообменные процессы в промежуточном ковше. В условиях плазменного нагрева металла необходимо разработать конструкцию переливных каналов, обеспечивающую целенаправленную подачу потоков металла в зону высокотемпературной плазмы, где происходит наиболее интенсивный нагрев металла. Предлагаемое изобретение обеспечивает 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 и повышение качества металлопродукции.
Технический результат от использования предложенного промежуточного ковша с камерами для плазменного подогрева жидкого металла достигается за счет того, что переливные каналы в перегородке камеры подогрева и приемного отсека выполнены определенной формы, направленности и месторасположения, а перегородка камеры подогрева и разливочного отсека дополнительно содержит хотя бы одно отверстие для перепуска газа, выполненное выше номинального уровня металла. Это обеспечивает интенсивный массо- и теплообмен и равномерное распределение температуры металла в камере нагрева и разливочном отсеке промежуточного ковша, что приводит к повышению качества непрерывно-литой заготовки.
Сущность предложенной конструкции заключается в том, что переливные каналы в перегородке камеры подогрева и приемного отсека выполнены конусными, причем каналы, расположенные ниже номинального уровня металла в ковше, направлены под углом к горизонтальной плоскости вверх и сужением в сторону камеры подогрева. Поступление металла через канал конусной формы сужением в сторону камеры подогрева обеспечивает ускорение струи метала на выходе из переливного канала, а угол наклона канала обеспечивает целенаправленную подачу потоков металла в зону высокотемпературной плазмы. Наличие в перегородке камеры подогрева и разливочного отсека выше номинального уровня металла отверстия для перепуска рабочего газа позволяет использовать тепло инертного газа для компенсации теплопотерь в разливочном отсеке.
Каналы, расположенные в перегородке приемного отсека и камеры подогрева, могут быть выполнены в два и более ряда для организации интенсивной подачи металла в камеру нагрева.
Угол наклона каждого последующего ряда переливных каналов может быть выполнен меньше предыдущего на 5-15° для направления потоков металла в определенную область камеры нагрева, где расположена зона высокотемпературной плазмы.
Чем ближе к номинальному уровню металла в ковше находится переливной канал, тем меньше угол его наклона. Расположение переливных каналов предопределяет разницу в 5-15° для соседних рядов каналов, обеспечивающую попадание всех потоков металла в зону высокотемпературной плазмы.
В случае отсечки металла в кристаллизатор стопорным устройством, крышка разливочного отсека выполняется с отверстием для его ввода.
Таким образом, признаки предложенного промежуточного ковша отличаются от признаков известной конструкции, принятой в качестве прототипа, и позволяют достигнуть нового положительного эффекта. Следовательно, предложенный промежуточный ковш отвечает критерию изобретения «Новизна».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция промежуточного ковша в разрезе, на фиг.2 приводится перегородка ковша приемного отсека и камеры подогрева, на фиг.3 приводится перегородка ковша камеры подогрева и разливочного отсека.
Установка плазменного подогрева стали состоит из промковша 1 (фиг.1), двух поворотных консолей с плазмотронами, центрального пульта управления, электрооборудования, систем охлаждения, газоснабжения, электроснабжения и КИПиА (не показаны).
В рабочей полости двухручьевого ковша выполнены перегородки 2, разделяющие рабочую полость ковша 1 на приемный отсек 4 и камеру нагрева 5, а также перегородки 3, разделяющие камеру нагрева 5 и разливочный отсек 6. Приемный отсек 4 сообщается с камерой нагрева 5 посредством переливных каналов конусообразной формы 7. Камера нагрева 5 и разливочный отсек 6 сообщаются посредством переливных каналов прямоугольного сечения 8. В перегородке 3 выше номинального уровня металла 12 выполнено перепускное отверстие для газа 14. В разливочных отсеках имеются отверстия 9 для подачи металла через погружные стаканы в кристаллизатор. Отверстия 9 перекрываются стопором 13. Камеры нагрева накрываются крышками 10 с отверстиями для ввода плазмотрона 11.
В камеру нагрева промежуточного ковша (фиг.1) вводится при помощи поворотной консоли (не показана) плазматрон. Поворотная консоль служит для крепления на ней плазмотрона, подвода к нему энергоресурсов и установки его в камере подогрева в требуемое положение, а также отведения его в исходное положение. При изменении уровня металла в промежуточном ковше высота плазмотрона регулируется автоматически электроприводом поворотной консоли. Перегородки камеры подогрева препятствуют поступлению в нее шлака из приемного и разливочного отсеков. Металл поступает в приемную часть ковша, где происходит всплытие неметаллических включений. Поступление металла в камеру подогрева организовано через переливные каналы конусообразной формы, направленные под углом к горизонтальной плоскости вверх и сужением в сторону камеры подогрева для обеспечения целенаправленной подачи потоков металла в зону высокотемпературной плазмы, где происходит наиболее интенсивный нагрев металла. При прохождении конусных каналов 7 скорость струй переливаемого металла возрастает, что обеспечивает интенсивный массо- и теплообмен и равномерное распределение температуры металла в камере нагрева. Подогрев металла производится двумя плазмотронами, один из которых является анодом, а другой катодом. Подогретый металл поступает в разливочный отсек через переливные каналы прямоугольного сечения и далее через погружной стакан в кристаллизатор.
Работа промежуточного ковша для разливки стали с камерами для плазменного подогрева жидкого металла осуществляется следующим образом.
Жидкая сталь из сталеразливочного ковша через защитную трубу (не показана) подается в приемный отсек 4 промежуточного ковша 1 и далее через переливные каналы конусообразной формы 7 в камеру нагрева 5, 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 плазмотроны 11 опускают через отверстия в крышках до необходимого положения их торцов от зеркала металла. Оператор производит запуск плазматронов и осуществляет процесс нагрева металла в камере нагрева, затем металл через переливные каналы поступает в разливочный отсек и далее через погружные стаканы в кристаллизатор. Оценку эффективности нагрева путем целенаправленной подачи потоков металла в зону высокотемпературной плазмы производили по измерению температуры стали в разливочном отсеке в районе стопора выпускного отверстия промковша.
Пример 1. Испытания предложенной конструкции двухручьевого ковша с камерами для плазменного подогрева металла проводили в 50 т промежуточном ковше МНЛЗ в процессе непрерывной разливки стали. Измерение температуры проводили термопарой Contilance системы непрерывного измерения температуры стали Conti-lab E. Подогрев металла проводили плазмотроном с мощностью 0,3 МВт в течение 10 мин. В результате подогрева температура стали в промковше повысилась с 1545°С до 1553°С, то есть на 8°С. Аналогично примеру 1 провели еще 2 плавки с подогревом металла и разливкой на МНЛЗ.
В качестве сравнения использовали промковш известной конструкции с переливными каналами круглого сечения.
В таблице приведены результаты подогрева стали в предложенном и известном промежуточном ковшах.
Таблица
Результаты подогрева стали в предложенном и известном промежуточном ковшах
№№ эксперимента
Мощность плазмотрона, МВт
Время нагрева, мин
Температура металла до подогрева, °С
Температура металла после подогрева, °С
Повышение температуры при подогреве, °C
1
0,3
10
1545
1553
8
2
0,3
10
1544
1552
8
3
0,3
10
1546
1554
8
Известный
0,3
10
1545
1548
3
Результаты проведенных экспериментов показывают, что на плавках в промковше предложенной конструкции температура металла при плазменном нагреве повысилась в среднем на 8°С, в то время как при использовании промковша известной конструкции - только на 3°С. В предложенной конструкции ковша создаются благоприятные условия подогрева металла в камере нагрева, повышается эффективность нагрева за счет целенаправленной подачи потоков металла в зону высокотемпературной плазмы, увеличивается скорость перемешивания металла в камере подогрева и, как следствие, обеспечивается более равномерное распределение температуры металла в камере подогрева и более высокая температура в разливочном отсеке.