ОГНЕУПОРНЫЙ РАЗЛИВОЧНЫЙ СТАКАН ДЛЯ ОТЛИВКИ СЛИТКОВ И НЕПРЕРЫВНОЛИТНЫХ ЗАГОТОВОК В ВАКУУМЕ

Предлагаемая полезная модель относится к металлургическому производству и предназначена для отливки слитков и непрерывнолитых заготовок в вакууме.
В промышленных условиях при вакуумной отливке слитков применяют разливочные стаканы традиционной круглой формы, предназначенные обычно для получения компактной и стабильной струи при разливке металла на воздухе, что препятствует развитию процессов вторичного окисления металла. Известна конструкция разливочного стакана для отливки стали в слитки на воздухе, в которой внутренняя полость выполнена в виде продольных лепестковых каналов, что обеспечивает наибольшую степень нестабильности (разбрызгивания ) падающей струи (Гребенюк В.Н., Стаханов Э.М., Ефимов В.А. и др. Исследование на гидравлической модели процесса истечения струи из разливочных стаканов с различной конструкцией канала // Проблемы стального слитка. Сб. трудов VI конференции по слитку, М.: «Металлургия», 1976. С.211-215).
Недостатком данного устройства (при его использовании в условиях вакуумной разливки) является недостаточная степень раздробления струи, как основного условия выделения газов из металла в вакууме. В соответствии с приведенным выше описанием, количество брызг, образующихся при падении
струи на воздухе с использованием стакана данной конфигурации составляет 20%
Технический результат - усиление перемешивания потока металла в полости разливочного стакана, приводящее к возрастанию межфазной поверхности металл - газ, и повышению эффективности процесса выделения газов из струи при ее падении в вакуумном пространстве.
o
o
Поставленный технический результат достигается тем, что в огнеупорном разливочном стакане для отливки слитков и непрерывных заготовок в вакууме, включающее в себя полость, на внутренней цилиндрической поверхности которой имеются каналы полукруглого сечения, сообщающуюся с одной стороны с промежуточной емкостью с жидким металлом, а с другой - с вакуумным пространством, каналы выполнены в форме винтовых спиралей с наклоном витков под углом 20...30° к оси стакана и расстоянием между витками S=H/(0,5D), где Н - высота стакана, D - наружный диаметр спиралей в горизонтальной плоскости, при этом диаметр сечения каналов должен составлять d/7, где d - диаметр внутренней полости стакана.
Предлагаемое устройство отличают спиральные каналы во внутренней полости разливочного стакана, выполненные в соответствии с указанными выше параметрами.
Эффект интенсификации процесса дегазации обеспечивается за счет создания в полости разливочного стакана дополнительных участков разрежения, вследствие прохождения газожидкостного потока металла через насадку со
сложной внутренней конфигурацией. При проведении лабораторных исследований на холодной модели было установлено, что степень дегазации струи в случае использования стакана предлагаемой формы приближается к 100%, а фото- и видео-съемка зафиксировали изображение падающей в вакууме струи в виде распыленной мелкодисперсной газожидкостной массы.
o
o
Выбор диаметра сечения спирального канала, равной отношению d/7, обусловлен зависимостью возмущающих воздействий в потоке от величины его сечения и размеров впадин на внутренней полости разливочного стакана, которые вызывают завихрения, что способствует распылению струи при выходе ее из разливочного стакана в вакуумное пространство. Исследованиями было установлено, что при внутреннем диаметре разливочного стакана 30...50 мм (стаканы таких размеров используются для отливки крупных слитков в вакууме) с целью получения оптимального режима перемешивания потока металла, ширина спиралей должна составлять 4...7 мм. Увеличение ширины спирали по отношению к d/7 приведет к сильной дестабилизации струи и ее распаду на отдельные макронесплошности. Уменьшение ширины спирали не обеспечит эффекта распылен и я струи.
Уменьшение расстояния S между витками по сравнению с рекомендуемым приведет к резкому увеличению газовой составляющей в двухфазном потоке и сильному охлаждению разливаемого металла. Возрастание параметра S, приводящее к уменьшению числа спиралей, не обеспечит прогнозируемого эффекта интенсификации дегазации при вакуумной разливке металла.
Выбор угла наклона витков 20...30° обусловлен особенностями формирования газожидкостного потока в разливочном стакане, так как именно при таких параметрах формируется пузырьково-пленочная структура струи, характеризующаяся большим значением межфазной поверхности металл-газ и обеспечивающая интенсивное выделение газов.
При увеличении угла наклона витков более 30° они вытягиваются в продольные каналы и струя испытывает минимальные возмущающие воздействия и существенного эффекта дегазации жидкого металла не достигается. При угле наклона витков менее 20° газожидкостный поток теряет свою устойчивость и струя распадается, превращаясь в конгломерат отдельных объемов падающего металла.
o
o
Сущность поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция огнеупорного разливочного стакана со спиральной внутренней конфигурацией, а на фиг.2 схема устройства для отливки слитков и непрерывнолитых заготовок в вакууме с использованием разливочного стакана данной конструкции. Стакан состоит из внутренней полости (фиг.1) на цилиндрической поверхности которой имеются каналы 2 полукруглого сечения диаметром d/7, где d - диаметр внутренней полости стакана, выполненные в форме винтовых спиралей с углом наклона витков 20...30° к оси стакана и расстоянием между витками S=H/(0,5D), где Н - высота стакана, D - наружный диаметр спиралей в горизонтальной плоскости.
Разливочный стакан со спиральной внутренней полостью 1, сообщается с одной стороны с жидким металлом промежуточной емкости 3, а с другой с пространством вакуумной камеры 4. Расход жидкого металла в промежуточной емкости 3 регулируется стопором 5.
Стакан используется для отливки слитков и непрерывнолитых заготовок в вакууме следующим образом. На входе в разливочный стакан (при уровне металла в промежуточной емкости 3 около 1 м) давление составляет 161 кПа, в объеме разливочного стакана, сообщающегося вакуумной камерой 4, давление падает до 0,13 кПа. За счет резкого перепада давления на коротком участке (до 100 мм) в объеме стакана образуется газожидкостный поток с активным выделением газов из разливаемого металла. Наличие на внутренней цилиндрической поверхности стакана винтовых спиральных каналов 2 приводит к образованию дополнительных зон разрежения на пути двухфазного потока, усилению перемешивания металла, возрастанию межфазной поверхности металл - газ и повышению эффективности дегазации вакуумируемого металла.