ПОГРУЖНОЙ СТАКАН

Полезная модель относится к оборудованию для разливки стали, в частности, для использования на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
Назначение огнеупорного фасонного изделия заключается в транспортировке металла из промежуточного сталеразливочного ковша МНЛЗ непосредственно в кристаллизатор. С помощью такого устройства сталь во время разливки надежно защищена от окислительного воздействия окружающей среды за счет погружения нижней части стакана в кристаллизатор.
Погружной стакан представляет собой вертикальный подводящий жидкий расплав канал с воронкой в верхней части, и глуходонный отводящий канал с боковыми круглыми или овальными отверстиями, проекции осей которых смещены относительно вертикальной оси подводящего канала.
Конструкции погружного стакана для подачи закрытой струи металла из промежуточного ковша в кристаллизатор МНЛЗ известны. В [1] приведены сведения о том, что при подаче металла прямоточным стаканом проявляется неоднородность фронта затвердевания металла. Для разливки круглой и квадратной или заготовки с близкими пропорциями это нежелательно. Поэтому предпочтение отдают глуходонному стакану. В том же источнике [1] отмечено, что при использовании погружного стакана с боковыми выходными отверстиями фронт затвердевания выравнивается. Поэтому конструкция погружного глуходонного стакана позволяет обеспечить за счет организации потоков жидкого металла снижение количества неметаллических включений и газовых пузырей, растворенных в стали, по сравнению с прямоточным. Как свидетельствует [1]: мощные струйно-циркуляционные потоки омывают фронт затвердевания, препятствуют образованию жидко-твердой составляющей двухфазной зоны и смывают обогащенный примесями расплав.
Известен глуходонный погружной стакан [2], в котором оси выходных отверстий имеют смещение относительно оси подводящего канала, что приводит к вращению металла при поступлении в кристаллизатор.
Источник [3] приводит пример глуходонного погружного стакана, являющийся прототипом предлагаемого. Угол наклона боковых выходных отверстий представляется неоптимальным, поскольку поступление металла осуществляется из нижней, самой заглубленной части погружного стакана, опасно приближая горизонт и фронт кристаллизации к нижней части кристаллизатора.
Задача полезной модели заключается в создании конструкции стакана, устраняющей вышеперечисленные недостатки.
Задача решается тем, что погружной стакан для непрерывной разливки стали, имеющий подводящий жидкий расплав канал и глуходонный отводящий канал с круглыми или овальными боковыми отверстиями на выходе в стенке стакана, проекции осей которых смещены относительно вертикальной оси подводящего канала, имеет отличительный признак, заключающийся в наклоне в 15°- 20° к горизонту осей боковых отверстий.
Технический результат полезной модели заключается в оптимальном заглублении поступающих порций металла, а наклон отверстий вниз исключит/уменьшит попадание шлаковых включений из верхних слоев расплава, находящегося под шлакообразующейся смесью, в кристаллизующийся металл, что позволит снизить на 10% содержание неметаллических включений и газовых пузырей в готовом металле и, следовательно, повысить качество непрерывнолитой заготовки (табл.1). Кроме того, наклон отверстий обеспечит увеличение скорости разливки до 5% за счет увеличения центральной составляющей эпюры скоростей поступления металла в кристаллизующийся объем заготовки.
Предлагаемая полезная модель (Фиг.1) позволит качественно изменить состояние жидкого металла в кристаллизаторе за счет наклона отверстий погружного глуходонного стакана с сохранением несовпадения осей отверстий по [2], позволяющих осуществить вращение металла в кристаллизаторе. Суммарная площадь отверстий при этом равна или составляет 1,05-1,35 площадь подводящего канала.
Сравнительные показатели брака металла, отлитого с использованием погружного стакана базовой конструкции и предлагаемой полезной модели, %
Табл.1
Угол наклона отверстий, °
Бандажный металл
Колесный металл
Погружной стакан по патенту 2167031
-
0,20
0,32
Полезная
14
0,28
0,35
модель
15
0,20
0,30
16
0,14
0,23
17
0,13
0,27
18
0,20
0,29
19
0,19
0,25
20
0,18
0,30
21
0,24
0,38
Достигается результат за счет того, что порции металла устремляются во вращающийся объем расплава на низком, по сравнению с прототипом, горизонте металла в кристаллизаторе, неметаллические включения и газовые пузыри, растворенные в расплаве, интенсивнее перемещаются к корковой зоне формирующегося близ водоохлаждаемых стенок кристаллизатора слитка и в силу флотации перемещаются в шлаковую фазу.
В частных вариантах выполнения предлагаемого погружного стакана боковые отверстия могут быть размещены попарно на разной высоте. На Фиг.3 представлена компоновка отверстий в стенке стакана, отстоящих друг от друга по высоте на величину, равную высоте отверстия. На Фиг.2 представлен промежуточный вариант компоновки отверстий, верхние и нижние границы которых отстоят друг от друга на часть высоты отверстий, например, на Уа. Предлагаемые варианты полезной модели "Погружной стакан" позволяют осуществить вращение большего объема расплава, а наклон сопел предотвратит захват шлаковых частиц верхних горизонтов стали в кристаллизаторе.
Глухое дно отводящего канала может быть выполнено с цилиндрической выемкой (Фиг.4). Как частный вариант глухое дно отводящего канала может быть выполнено с цилиндрической выемкой, а боковые отверстия могут быть размещены попарно на разной высоте. Назначение цилиндрической выемки - создание "демпферной" подушки для падающей на глухое дно струи металла, что позволит снизить силу ударного воздействия на днище погружного стакана, изменить направление потока расплава и, следовательно, создать растворенным в расплаве шлаковым и газовым включениям, как структурным составляющим потока, условия для их удаления в большей степени.
Заявляемая совокупность отличительных признаков предлагаемой полезной модели позволяет авторам сделать вывод о достаточном техническом уровне и промышленной применимости полезной модели, обладающей новизной.
Источники информации:
1. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Современная технология производства. стали. М., 2007 г.
2. Патент РФ 2167031 "Глуходонный погружной стакан".
3. Патент РФ 2204461 "Глуходонный погружной стакан".