Устройство для защиты струи металла при непрерывной разливке сортовой заготовки сечением до 150 мм

Полезная модель относится к металлургии, конкретнее, к устройствам для защиты струи металла от вторичного окисления при непрерывной разливке стали.
Известен способ обработки струи металла при разливке, включающий выпуск металла в виде струи из отверстия в донной части разливочного ковша в металлоприемник и изоляцию струи металла от окружающей атмосферы огнеупорной трубой, при котором одновременно с выпуском металла из разливочного ковша производят обдув инертным газом наружного периметра огнеупорной трубы в зоне соединения огнеупорной трубы с ковшом, при этом подачу инертного газа осуществляют равномерно по периметру соединения со скоростью 1-4 нм/с (Патент №1806036, МПК B22D 7/00, опубл. 30.03.1993 г.).
Недостаток устройства в том, что возможны заметалливание места стыка стакана дозатора с защитной трубой и присос воздуха в месте стыка, что приводит к вторичному окислению металла и снижению его качества. При такой технологии невозможно получить металл сложных марок с высокими требованиями по чистоте и его окисленности. Разливка с применением стопорных стаканов не подходит для мини заводов неполного металлургического цикла или машиностроительных заводов, объем производства металла на которых на порядки ниже, чем на металлургических заводах полного цикла. Применение такого способа является экономически нецелесообразным, т.к. возрастают затраты на производство металла вследствие малых объемов его производства.
Известно устройство для защиты струи металла при сифонной разливке, содержащее кольцевой распределительный коллектор с патрубком для подачи инертного газа и щелевым соплом для его выхода, соединенный с коллектором кожух, выполненный из соосно расположенных неподвижного и подвижного цилиндров с фланцами, в котором в средней части цилиндра выполнено окно диаметром 0,2-0,3 внутреннего диаметра сопла, закрытое прозрачным термостойким материалом, при этом цилиндры соединены между собой гофрированным патрубком из термостойкого материала, а отношение внутреннних диаметров подвижного цилиндра и щелевого сопла составляет 1,1-1,2 (Патент №1774896, МПК B22D 7/12, опубл. 07.11.1992 г.).
Недостатком устройства является его сложность и высокая вероятность заклинивания устройства в результате заметалливания, что может привести к нарушению герметичности устройства и необеспечению заданной окисленности металла.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для защиты струи металла при разливке, содержащее наружный и внутренний экраны, выполненные из термостойкой газонепроницаемой ткани и прикрепленные к верхнему и нижнему металлическим фланцам, уплотнительные кольца и газоподводящий штуцер, в котором экраны выполнен гофрированными из двух частей, между которыми установлена несущая рамка с газораспределительным каналом, сообщающимся с газоподводящим штуцером, выполненная с двумя цапфами и размещенными на них внутренней и внешней поворотными рамками, при этом рамки соединены между собой пружинами, а с верхним и нижнем фланцами - подвижно посредством выполненных на боковых частях поворотных рамок фигурных прорезей и неподвижно закрепленных на фланцах штифтов (А.с. №1502173, МПК B22D 7/12, опубл. 23.08.1989 г.).
Недостатком устройства является его сложность, низкая технологичность в эксплуатации вследствие возможности заклинивания пружин в результате заметалливания системы разжатия при наезде промковша с подтеканием металла.
Технический результат полезной модели заключается в упрощении конструкции, повышении надежности работы устройства и технологичности его в эксплуатации, снижении затрат, повышении качества металла за счет защиты струи.
1
2
Технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты струи металла при непрерывной разливке сортовой заготовки сечением до 150 мм, содержащем защитный кожух с подводом к нему инертного газа, гофрированный по всей высоте защиты струи металла, причем защитный кожух выполнен из термостойкого материала и вшитых в него полых стальных колец и с возможностью закрепления на верхнем фланце и нижнем металлическом фланце, при этом имеет механизм складывания/развертывания, полые стальные кольца выполнены различных диаметров D и D и расположены в защитном кожухе с чередованием между собой, механизм складывания/развертывания защитного кожуха выполнен в виде гибкого элемента, одним концом соединенного с нижним подвижным металлическим фланцем, а другим - с ручкой-держателем, прикрепленной к верхнему полому стальному кольцу, причем в верхней части защитного кожуха вшито полое стальное кольцо с отверстиями, обеспечивающими подачу через них внутрь кожуха инертного газа с расходом 2-6 л/мин, причем отношение диаметра одного упомянутого отверстия к диаметру поперечного сечения кольца составляет 0,4-0,6, при этом устройство выполнено с возможностью крепления на защитном экране устройства для замены разливочных стаканов под днищем промковша посредством выполненного на верхнем полом стальном кольце крепления. Защитный кожух может быть выполнен в виде сменного узла с возможностью крепления на упомянутых нижнем и верхнем фланцах с помощью стальной нити, а также отношение высоты защитного кожуха в развернутом состоянии к его высоте в сложенном состоянии составляет 4-8. Защитный кожух выполнен из огнеупорной ткани на основе кремнеземного волокна с рабочей температурой более 1200°С.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображено крепление устройства к днищу промежуточного ковша, на фиг. 2 - внешний вид устройства, установленного на один ручей, на фиг. 3 - узел ввода инертного газа (аргона) в защитный кожух через отверстия в полом кольце (вид Б), на фиг. 4 - патрубок подключения рукава подвода инертного газа в полое кольцо (вид А), на фиг. 5 - установка защитного устройства на защитный экран (вид В), на фиг. 6 - внешний вид защитного экрана от брызг, на фиг. 7 - внешний вид полого кольца с элементами крепления и держателем, на фиг. 8 показано устройство защиты металла от вторичного окисления в разложенном состоянии, на фиг. 9 показан металлический каркас защитного кожуха, на фиг. 10 показаны защитный кожух и нижний подвижный фланец, на фиг. 11 показан верхний фланец, состоящий из полого кольца, отверстий для подвода инертного газа и элементов крепления к защитному экрану.
1
2
Устройство содержит защитный кожух 1, выполненный из термостойкого материала, систему подвода инертного газа 2. В защитный кожух 1 вшиты полые стальные кольца 3 для обеспечения его формы в виде гофры, которые имеют различный диаметр D и D и чередуются по высоте между собой один и тот же диаметр через один другой один и тот же диаметр. Кожух 1 крепится к верхнему 4 и нижнему 5 фланцам. Механизм складывания/развертывания кожуха 1 выполнен в виде гибкого элемента 6, один конец которого соединен с нижним подвижным фланцем 5, а другой с ручкой-держателем 7, которая прикреплена к верхнему полому кольцу 8. Система подвода инертного газа 2 выполнена в виде патрубка 9, подсоединенного к полому кольцу 8, в котором имеется не менее двух отверстий 10 для подачи через них инертного газа внутрь кожуха 1 в объеме от 2 до 6 л/мин. Полое кольцо 8 снабжено креплением 11, с помощью которого оно крепится к защитному экрану 12 устройства замены разливочных стаканов под днищем промковша 13. Защитный кожух 1 крепится на нижнем 5 и вернем 4 фланцах с помощью, например, стальной нити 14. Отношение высоты защитного кожуха 1 в развернутом виде Н1 к его высоте в сложенном виде составляет от 4 до 8.
Устройство работает следующим образом.
До начала разливки устройство в развернутом виде прикрепляют к защитному экрану 12 с помощью крепления 11, при этом подвижный нижний фланец 5 соединен с кристаллизатором 15. Затем к патрубку 9 подсоединяют газопровод. Через патрубок 9, полое кольцо 8 и отверстия в кольце 10 внутрь кожуха 1 подают инертный газ, например, аргон и начинается процесс разливки металла. Поток газа образует вокруг струи металла сплошной экран из защитного газа. После окончания разливки отключают подачу инертного газа, затем, нажимая вниз ручку - держатель 7, с помощью гибкого элемента 6 нижний подвижный фланец 5 поднимается вверх, складывая защитный кожух 1 в «гармошку». Устройство собирается в исходное положение. Перед началом следующей разливки в обратном направлении подвижный фланец 5 опускается вниз и соединяется с кристаллизатором 15, устройство готово к разливке. Цикл повторяется.
При выходе устройства из строя по причине прогорания термостойкого материала, из которого выполнен защитный кожух 1, производят замену устройства на новое, отсоединяя старое устройство от защитного экрана 12, а затем присоединяя новое.
3
4
3
2
Отношение диаметра отверстия для выхода газа в кожух D к диаметру поперечного сечения кольца D составляет 0,4-0,6. При соотношении менее 0,4 возникает пульсирующая подача инертного газа внутрь кожуха, что не обеспечивает качественную газовую завесу вокруг струи разливаемого металла. При соотношении более 0,6 возникает нехватка инертного газа, подаваемого через подводящее кольцо к выходным отверстиям, что приводит также к некачественной защите струи металла. Подача через отверстия в верхнем кольце внутрь кожуха инертного газа в размере от 2 до 6 л/мин. обусловлена качественной защитой струи заданного размера, которая, в свою очередь, зависит от размера сечения получаемой сортовой заготовки в кристаллизаторе, не превышающей 150 мм. Конструкция устройства обеспечивает защиту на всем протяжении участка разливки от промежуточного ковша МНЛЗ до кристаллизатора МНЛЗ. Отношение высоты защитного кожуха в развернутом состоянии к его высоте в сложенном состоянии составляет от 4 до 8. Такое соотношение обусловлено расстоянием между днищем промежуточного ковша и столом кристаллизатора. В качестве термостойкого материала защитного кожуха применяется, например, огнеупорная ткань на основе кремнеземного волокна с рабочей температурой более 1200°С. Она должна выдерживать тепловое и световое воздействие струи жидкой стали на расстоянии, например, диаметр струи металла - = Материал при попадании расплавленного металла должен оставаться мягким, обеспечивать низкую воздухопроницаемость (до 100 дм/м с), противостоять механическим воздействиям.
1
2
3
4
Устройство реализовано в АО «Северсталь-Сортовой Завод Балаково». Производили разливку стали марки 20 ГС на пятиручьевой сортовой МНЛЗ, внутренний диаметр стакана - дозатора составлял 20 мм. Масса плавки составляла 127 тн, скорость разливки от 2,7 до 2,9 м/мин. Защитный кожух изготовлен из ткани IZOLTEX-121. В развернутом состоянии высота кожуха составляла 500 мм, в свернутом 100 мм. Защитный кожух был выполнен из полых стальных колец диаметрами D=310 мм в количестве 8 штук и D=360 мм в количестве 7 штук, которые чередовались один через один, создавая гофру из термостойкого материала, в который они были вшиты. Диаметр отверстия для выхода газа в кожух D=12 мм, количество отверстий было равно двум, они были расположены диаметрально противоположно в кольце. Диаметр трубы кольца, в который подавался инертный газ аргон давлением 0,15 МПа составлял D=21 мм. Расход аргона через отверстия во время разливки составлял 6 л/мин. на один ручей.
Использование предлагаемого устройства позволило обеспечить качественную обработку стали и хорошую защиту ее аргоном от вторичного окисления кислородом, находящимся в атмосфере, исключить вредный для качества металла прирост содержания азота (прирост азота при разливке составляет не более 0,001%), что позволило не применять вакууматор и сократить расходы на производство. Устройство позволяет производить разливку без использования шлакообразующих смесей. Применение устройства позволяет оперативно его заменять при разливке различных высоколегированных марок сталей, имеющих малый объем производства, а также обеспечивает возможность смены разливочного стакана без снятия данного устройства. Использование полезной модели позволяет упростить и повысить надежность работы устройства, т.к. оно обладает простотой монтажа и демонтажа без остановки разливки на ручье. При его эксплуатации не требуется применение специальных механизмов, его вес не превышает 20 кг, стойкость не менее 1200 тн. Применение устройства позволяет получить качество сортовой заготовки малого сечения аналогично качеству заготовки большого сечения, при котором используется погружной стакан для защиты металла от вторичного окисления. При обеспечении одного и того же качества металла предложенное устройство позволяет сделать процесс получения сортовой заготовки диаметром до 150 мм менее затратным по сравнению с применением погружных стаканов.