МЕТАЛЛОПРИЕМНИК ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОВША

Полезная модель относится к металлургии, в частности, к непрерывной разливке, и может быть использована в промежуточных ковшах установок непрерывной разливки стали.
В настоящее время металлоприемники повсеместно применяются при непрерывной разливке стали для защиты футеровки промежуточных ковшей от воздействия потоков жидкой стали и организации потоков металла в промежуточном ковше.
Производительность современных установок непрерывной разливки заготовок составляет от 300 тыс. до 3,15 млн т/год. Так как время разливки одной плавки массой от 30 до 400 т не может превышать 45-55 мин при современной организации сталеплавильного производства, массовая скорость разливки должна составлять от 700 до 7300 кг/мин [Смирнов А.Н., Куберский С.В., Штепан Е.В. Непрерывная разливка стали. / Учебник. - Донецк: ДонНТУ, 2011. - 482 с.]. Для обеспечения скоростей разливки в указанном диапазоне в сталеразливочных ковшах используют огнеупорный припас с диаметром выпускного отверстия от 38 до 100 мм [ГОСТ Р 52707-2007. Огнеупоры для разливки стали. Изделия огнеупорные для шиберных затворов. М.: Стандартинформ. - 2007]. Длина струи металла от шиберного затвора сталеразливочного ковша до поверхности ванны в промежуточном ковше составляет от 1,0 до 1,5 м. Таким образом, на поверхность ванны промежуточного ковша поступает струя металла диаметром от 80 до 200 мм, так как струя увеличивается в диаметре в процессе истечения из выпускного отверстия (раскрытие струи).
В соответствии с современной технологией разливки, в большом количестве случаев металл из сталеразливочного ковша выпускают через защитную керамическую трубу под уровень ванны в промежуточном ковше. Диаметр канала трубы должен несколько превышать диаметр сталевыпускного отверстия для обеспечения необходимой массовой скорости разливки. В этом случае диаметр струи, поступающей в ванну металла в промежуточном ковше, равен диаметру канала защитной трубы и составляет 40-110 мм.
Высота уровня металла в промковше составляет 700-800 мм и не зависит от массы разливаемой плавки и скорости разливки. При поступлении струи металла из сталеразливочного ковша в ванну промковша, она увлекает за собой близлежащие массы металла и дна промежуточного ковша достигает поток, диаметр которого, в соответствии с результатами физического и математического моделирования [Смирнов А.Н. и др. Непрерывная разливка сортовой заготовки: Монография. / А.Н. Смирнов, С.В. Куберский, А.Л. Подкорытов, В.Е. Ухин, А.В. Кравченко, А.Ю. Оробцев - Донецк: Цифровая типография, 2012. - 417 с.] составляет уже 100-250 мм.
Для предотвращения разрушения футеровки дна промковша и перенаправления потоков металла в сторону выпускных отверстий промковша в месте падения струи устанавливают металлоприемник. Металлоприемник состоит из основания с ударной поверхностью и боковых стенок. Высота боковых стенок металлоприемника, в зависимости от решаемых задач, может быть как более высоты металла в промковше, так и ниже его. Кроме того, для организации потоков жидкого металла в промежуточном ковше, в боковых стенках предусматривают отверстия, расположение и размеры которых зависят от конструкции промежуточного ковша и решаемых технологических задач при непрерывной разливке. Конструкция металлоприемника также зависит от скорости разливки и расположения выпускных отверстий в промежуточном ковше, а также конфигурации промежуточного ковша.
Таким образом, конструкция металлоприемника определяется массовой скоростью разливки и конфигурацией промежуточного ковша.
Известен металлоприемник промежуточного ковша (патент US5358551), состоящий из основной приемной части, которая является ударной поверхностью и позволяет выдерживать ударное воздействие падающей струи металла, и боковой стенки, полностью окружающей основную приемную часть. Недостатком известной конструкции является повышенный износ футеровки промковша в приемной зоне. Отсутствие у металлоприемника отверстий в боковых стенках, перенаправляющих поток металла, ограничивает серийность разливки из-за размытия футеровки промковша в приемной зоне и, соответственно повышает удельный расход огнеупоров.
Известен металлоприемник (ударная накладка разливочного устройства), используемая для защиты футеровки разливочного устройства, а также для управления потоком металла и турбулентностью. Например, ударная накладка разливочного устройства, содержащая опорную плиту, имеющую верхнюю ударную поверхность, окруженную, по меньшей мере, частично боковой стенкой. В стенке выполнены проходы. Сводчато-ступенчатые конструкции, окружающие проходы и/или подобные водосливу стенки, разделяют и распределяют выходящий поток (патент РФ №2280535 от 22.05.2002, МПК B22D 41/00).
Недостатком изобретения является то, что наличие отверстий во всех боковых стенках приводит к размытию футеровки прилежащих стенок промковша и связанная с этим низкая серийность разливки. Также конструкция не позволяет перераспределять потоки металла между ручьями, что приводит к преждевременному износу стаканов-дозаторов в центральных ручьях. Кроме того, не определены оптимальные размеры отверстий в стенках металлоприемника.
Задачей полезной модели является повышение стойкости футеровки промковша.
Технический результат, достигаемый в заявляемой полезной модели, заключается в повышения стойкости металлоприемника и футеровки промковша благодаря перенаправлению потоков металла вдоль большей оси промежуточного ковша и за счет этого, в повышении серийности разливки и снижении удельного расхода огнеупоров.
2
Указанный технический результат достигается за счет того, что металлоприемник промежуточного ковша для непрерывной разливки стали, содержащий изготовленные из огнеупорного материала основание с ударной поверхностью, выполненное в виде восьмиугольника, имеющего большую и малую оси симметрии, и наклонные боковые стенки с углублениями сводчатой формы на их внутренних поверхностях, в соответствии с полезной моделью площадь основания составляет 0,15-0,25 м, его толщина составляет от 60 до 120 мм, при этом в двух боковых стенках, симметричных относительно малой оси симметрии основания, выполнены отверстия, угол между осями которых составляет 60-180°, а площадь каждого из них составляет 0,1-0,2 площади основания.
2
2
2
Площадь основания зависит от массовой скорости разливки и выбиралась на основании математического моделирования. Результаты моделирования показали, что для диапазона скоростей разливки от 700 до 3500 кг/мин оптимальная площадь основания (ударной поверхности) металлоприемника составляет от 0,15 до 0,25 м Выполнение основания площадью менее 0,15 м приведет к тому, что внутреннего объема металлоприемника будет недостаточно для гашения кинетической энергии турбулентности струи металла, что приведет к размытию футеровки промковша в приемной зоне, что не позволит достичь технического результата. Увеличение основания более 0,25 м приведет перерасходу огнеупорного материала, что также не позволит достичь технического результата.
Расположение отверстий в двух боковых стенках, симметричных относительно малой оси симметрии основания металлоприемника выбрано исходя из геометрии промежуточных ковшей и расположения ручьев. При данном расположении отверстий часть потока металла перенаправляется к крайним ручьям промковша, что позволяет снизить износ футеровки в приемной зоне. Наличие отверстий в других стенках приведет к размытию футеровки промковша в приемной зоне и преждевременному износу стаканов-дозаторов центральных ручьев, что не позволит достичь технического результата.
Угол между осями отверстий выбирается исходя из типа и геометрии промежуточного ковша. Расположение отверстий под углом меньшим 60° или больше 180° также приведет к преждевременному износу футеровки промковша в приемной зоне, что не позволит достичь технического результата.
Размеры отверстий в передних боковых стенках металлоприемника выбраны исходя из оптимизации распределения потоков металла с учетом массовой скорости поступающего металла. Математическое моделирование потоков металла при разливке показало, что при меньшей площади сечения проемов большая часть металла будет поступать в промежуточный ковш, переливаясь через боковые стенки металлоприемника, отражаясь от ударной поверхности, что приведет к повышенному износу футеровки промковша в приемной зоне и противолежащей стенки. При большей площади сечения, отверстия ослабят конструкцию стенки, что приведет к преждевременному разрушению металлоприемника и не позволит достичь технического результата.
Толщина основания выбирается в зависимости от массовой скорости поступающего в промковш металла, с учетом фактора стойкости металлоприемника. Чем выше скорость, тем больше следует выполнять толщину основания, и наоборот. Минимальная толщина основания 60 мм определялась на основании расчета напряжений, возникающих в металлоприемнике при воздействии струи металла. При толщине основания металлоприемника меньше 60 мм повышается вероятность разрушения металлоприемника в месте падения струи металла из сталеразливочного ковша, что не позволит достичь технического результата, и может вызвать аварийную ситуацию (проход металла). Повышение толщины основания более 120 мм приведет к перерасходу огнеупорного материала без заметного увеличения стойкости, т.к. она будет лимитироваться стойкостью рабочей футеровки шлакового пояса промковша.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на фиг. 1, где изображена изометрическая проекция, фиг. 2, где изображен вид сверху, и фиг. 3, где изображен разрез предлагаемой полезной модели. Металлоприемник состоит из основания 1 и боковых стенок 2 со сводчато-ступенчатой конструкцией 3 на внутренней поверхности. Основание 1 приемной емкости имеет форму восьмиугольника. Стенки металлоприемника имеют наклон для более плотного встраивания в футеровку и предотвращения всплытия. Толщина основания Н составляет от 60 до 120 мм. В боковых стенках 2 имеются отверстия 4, площадь сечения каждого из которых составляет 0,1-0,2 площади основания. Угол а между осями отверстий составляет от 60 до 180°.
Металлоприемник устанавливается основанием на арматурную футеровку промковша, таким образом, чтобы струя металла из сталеразливочного ковша попадала точно в центр основания металлоприемника, после чего производится нанесение рабочего слоя футеровки промковша. При этом металлоприемник надежно закрепляется в рабочей футеровке за счет наклонных стенок и сил адгезии.
Металл поступает в промежуточный ковш из сталеразливочного ковша открытой или закрытой струей. Струя металла попадает в приемную емкость металлоприемника, где ее кинетическая энергия гасится благодаря сводчато-ступенчатой конструкции внутренней поверхности стенок металлоприемника. После этого часть металла из металлоприемника через отверстия в боковых стенках направляется к ручьям промежуточного ковша, а другая часть отражаясь от ударной поверхности, идет вверх к поверхности раздела металл/шлак. При этом потоки металла, выходящие из отверстий, также сначала направляются вверх, к границе раздела металл/шлак, после чего отражаются от нее и направляются к ручьям. Благодаря наибольшей траектории потока при этом происходит усреднение температуры и химического состава металла, а также всплытие неметаллических включений и ассимиляция их шлаком. Перенаправление потока металла к крайним ручьям также минимизирует контакт новых порций горячего металла из сталеразливочного ковша с футеровкой приемной зоны промежуточного ковша, что позволяет повысить стойкость футеровки.