Устройство для защиты струи металла газом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 5 В 22 07/1 Т повышение качестстроистводля,зана фиг.2, - разрез иты струи металла а 1, по оси которого дачи расплавленновномерно по окружсовпадает с осью ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Уральский научно-исследовательскийинститут черных металлов, Ленинградскиймеханический институт им. Маршала Советского Союза Д,Ф,Устинова и Карагандинский металлургический комбинат(56) Авторское свидетельство СССРМ 229755, кл. В 22 О 7/12, 1967.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТРУИМЕТАЛЛА ГАЗОМ57) Изобретение относится к металлургии,в частности к устройствам для защиты струиметалла нейтральным газом при его разливИзобретение относится к металлургии в частности, к устройствам для защиты струи металла нейтральным газом при его разливке. Цель изобретения - ва слитков,На фиг,изображено щиты струи металла газо А-А на фиг.1,Устройство для защ газом состоит из корпус выполнен канал а для по го металла. В корпусе ра ности, центр которой ке. Цель изобретения - повышение качества слитков, Устройство содержит корпус, по оси симметрии которого выпонен канал для подачи расплавленного металла, корпус с помощью газопровода соединен с источником нейтрального газа, в корпусе на окружности, центр которой совпадает с его осью симметрии, ра" положены сопла, часть которых расположена равномерно чрез 15-60 и выполнена с диаметром критического сечения, равным 1,5 - 3,0 диаметра остальных сопл, со стороны выходных сечений сопл выполнена кольцевая прямоугольная канавка, плоскость днища которой совпадает с плоскостью выходных сечений сопла, струи газа взаимодействуют друг с другом и со стенками канавки, при этом образуется результирующая струя газа со сложной ударно-волновой структурой, которая препятствует развитию изгибных колебаний результирующей струи. 4 з,п. ф-лы, 2 ил,симметрии корпуса, расположены сопла 2 и 3 для подачи нейтрального газа, Сопла 3 расположены через 15 - 60 и их диаметр критического сечения равен 1,5 - 3,0 диаметра критического сечения остальных сопл 2. Корпус 1 устройства с помощью газопровода 4 соединен с источником нейтрального газа. В корпусе 1 со стороны выходного сечения Ь сопл 2 и 3 выполнена кольцевая прямоугольная канавка 5. Плоскость днища с кольцевой прямоугольной канавки 5 совпадает с плоскостью выходных сечений Ь сопл 2 и 3, При этом плоскость днища с и плоскость среза б кольцевой канавки 5 перпендикулярны осям сопл 2 и 3.Кольцевая прямоугольная канавка 5 выполнена симметрично относительно окружности, на которой расположены сопла 2 и 3,Ширина канавки 5 равна 1,1-4,0 диаметрам выходного сечения доминирующих сопл 3 Щ, т,е. сопл, ,лежащих на окружности через 15-600, а ее глубина равна 1,0-3,0 разности между шириной кольцевой канавки 5Л) и диаметром выходного сечения основнь 1 х сопл б 1), т,е, сопл лежащих между доминирующими сопламиОси сопл 2 и 3 наклогены под углом не более 10 к оси корпусав сторону канала а для подачи расплавленноо металла.В газопроводе 4 установлен генератор звуковых колебаний 6;Выполнение в корпусе 1 со стороны выходного сечения Ь сопл 2 и 3 кольцевой канавки 5 при выполнении диаметра критического сечения сопл 3 равным 1,5-3,0 диаметра критического сечения сопл 2 позволяет эа срезом кольцевой канавки 5 получить сплошную (без разрывов) длинную струю газа, в которой присутствуют доминирующие течения газа вдоль осей доминирующих сопл, Эта струя газа притягивается к струе металла, обволакивает ее и защищает металл от вторичного окисления при разливке на большей длине по сравнению прототипом, Отсутствие иэгибных колебаний струи уменьшает ее эжеквионную способность., что приводит к уменьшени . ;.онцентрации воздуха в изложни,е,При выполнении угла меньше 15 в результирующей струе возникает нестабильность течения, вызванная случайным взаимодействием доминиру.ощих струй друг с другом. В результате в результирующей струе возникают разрывы. Сплошность зевесы нарушается, Метали окисляется.При выполнении угла расположения сопл более 60 уменьшается стабилизирующее влияние доминирующих струй на результирующую струю. В промежутках между доминирующими струями образуется нестабильность течения, вызванная колебаниями основных струй газа. Кроме того, для получения результирующей струи, заполняющей все поперечное сечение канавки, необходимо поднять давление газа в гаэоподводящем тракте до 23-28 атм, что вызывает снижение эффективности завесы иэ-за возрастания расхода газа,Выполнение плоскости днища с кольцевой прямоугольной канавки 5 перпендикулярно осям сопл 2 и 3 приводит к тому, что в струях газа, втекающих в полость канавки 5, отсутствуют неупорядоченные колебания ,труктуры стоуи, вызванные кососрезаннотью сопл 2 и 3. Отсутствие укаэанйых коле 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 баний предотвращает появление разрывов в результирующей струе газа, которые могут появиться в результате неупорядоченноговзаимодействия отдельных струй газа между собой внутри кольцевой канавки 5.Выполнение плоскости среза б кольцевой прямоугольной канавки 5 перпендикулярно осям сопл 2 и 3 приводит к организации такого режима истечения результирующей струи газа, при котором направление истечения этой струи по мереудаления от торца корпуса 1 искривляется в сторону струи,Выполнение плоскости среза б кольцевой канавки 5 не перпендикулярно осямсопл 2 и 3 приводит к прилипанию результирующей струи газа к торцовой поверхности корпуса 1 из-эа эффекта Коанда) и истечению этой струи в сторону от струи металла. В этом случае защита металла отсутствует,Расположение кольцевой прямоугольной канавки 5 симметрично относительно окружности, на которой расположены сопла 2, приводит к тому, что газовые струи, вте кающие в полость канавки 5 из сопл 2, взаимодействуют друг с другом и с обеими стенками канавки 5. В результате такоговзаимодействия образуется плотная газовая струя., занимающая все сечение кольцевой канавки 5. Газодинамические параметры (давление, плотность) в результирующей струе выравниваются по ее поперечному сечению в результате чегоувеличивается устойчивость струи в пространстве и, следовательно, надежность защиты струи металла при разливке.При несимметричном расположении кольцевой канавки 5 относительно окружности, на которой расположены сопла 2, приводит к неравномерному распределениюгазодинамических параметров по поперечному сечению результирующей струи. Устойчивость струи в пространстве снижается. При определенных условиях возможнопоявление в струе разрывов, т,е. ухудшение защиты.Размер ширины прямоугольной кольцевой канавки 5, равной 1,3 - 5,0, определялся из условия получения устойчивой дальнобойной струи за срезом кольцевой канавки5 при сверхкритическом перепаде давления на соплах 2 и 3,При сверхкритическом перепаде давления в указанном диапазоне в канавке образуется сложная система скачков уплотнения. При этом при ширине канавки 5,меньше 1,3 О велико значение пространственных эффектов и при взаимодействии соседних струй между собой не исчезаютсверхзвуковые ядра, направление истечения которых имеет случайный характер. Это препятствует стабилизации течения в суммарной струе и способствует образованию. разрывов в завесе, 5При выполнении ширины канавки 5 более 5 0 для создания устойчивой ударно- волновой структуры требуется давление газа перед соплами 2 и 3 порядка 25 - 28 атм. В результате резко возрастает расход нейт рального газа, что приводит к снижению экономической эффективности. При этом, как показало промышленное использование устройства-аналога, не происходит повышение качества металла при простом увеличении расхода газа.Величина глубины кольцевой канавки 5, равная 1 - 3 разности между Ь и б 1, определялась из следующих соображений. 20 При взаимодействии отдельных струй газа, истекающих в полость кольцевой канавки 5 из сопл 2 и 3, образуется единая донная область, границами которой является плоскость днища с кольцевой канавки 5,25 цилиндрическая стенка канавки 5 и граница отдельной струи. На размеры донной области существенным образом влияет величина ступеньки, т,е. половина разности между Ли б 1. При выполнении глубины кольцевой канавки 5 меньше 1 ( Ь - б 1) струи газа взаимодействуют другс другом за срезом б кольцевой канавки 5. Кольцевая канавка 5 в этом случае не выполняет своего назначения, Не происходит формирования сплош 30 ной кольцевой струи газа за срезом б 35 канавки 5. В результирующей струе, таким образом, присутствуют разрывы, что снижает эффективность работы устройства.Выполнение глубины кольцевой канавки 5, равной 3 ( Л- б 1), приводит к тому, что струя газа внутри канавки 5 уже сформулировалась. Газодинамические параметры по сечению струи выравнены, Дальнейшее увеличение глубины канавки 5 приводит к 40 45 тому, что увеличивается та часть энергии струи, которая тратится на преодоление сопротивления трения, падает газодинамический КПД струи. Кроме того, в этом случае неоправданно увеличиваются габариты уст 50 ройства и соответственно его масса, что выуменьшить обьем донной области, ограниченной торцовой поверхностью устройств и внутренней границей кольцевой результи- рующей струи. В этом случае газ быстрее зывает дополнительные неудобства приэксплуатац и устройства.Выполнение осей сопл 2 и 3 под угломк оси корпуса.1 в сторону канала а для по- .дачи расплавленного металла позволяет 55 достигает струи металла и меньше смешива-,.ется с окружающим воздухом. Однако вы-полнение угла между осями сопл 2 и 3 и осьюкорпуса 1 больше 10 приводит к возникновению брызгообразования в месте взаимодействия струи газа с металлом. Этопроисходит из-за возрастания угла встречигазовой струи со струей металла. При углах,меньших 10 О, натекающая струя газа как быобволакивает струю металла, взаимодействие происходит без образования брызг. Приуглах, больших 10 О, происходит столкновение струи газа со струей разливаемого металла. Образуются дополнительные брызги.Установка в газопроводе 4, соединяющем корпус 1 устройства с источником нейтрального газа, генератора звуковыхколебаний 6 приводит к образованию в результирующей струе, истекающей со срезаканавки 5, когерентных вихревых структур,резко увеличивающих устойчивость струи.Таким образом, повышается эффективностьгазовой завесы,Установка генератора звуковых колебаний в устройстве-прототипе приводит к ин-.тенсификации смешения отдельных струй сокружающим воздухом и попаданию последнего в струю металла, Качество металлападает,Устройство работает следующим образом.Нейтральный газ от источника газа через газопровод 4 поступает в корпус 2 устройства, При истечении газа через сопла 2и 3 в полость кольцевой прямоугольной канавки 5 происходит следующее,При сверхкритическом перепаде давления в результате взаимодействия сверхзвуковых струй, истекающих из сопл 2 и 3,между собой и со стенками кольцевой канавки 5 образуется сложная ударно-волновая структура, Эта структура состоит изестественной ударно-волновой системыкаждой струи и множества конических скачков уплотнения. индуцированных взаимодействием струй со стенками канавки. Такаяструктура струи препятствует развитию изгибных колебаний результирующей струигаза. Наличие доминирующих течений препятствует разрыву струи.Истекающая со среза кольцевой канавки 5 струя газа притягивается к струе металла, захватывается этой струей и внедряетсяв пасплав. Попавший в расплав газ допол- .нительно рафинирует расплав, удаляя водород и неметаллические включения.Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет повысить качество металла путем улучшения его защитыот вторичного окисления при разливке и в1616767 то же время сократить расход инертного газа, Кроме того, газ, использующийся для защиты струи металла, при попадании в расплав рафинирует его, что также способствует повышению качества получаемого металла. с 5Фиг.йоставитель Е.Скидановаехред М.Моргентал Корректор С.Шевк 1 едактор К.Крупки Заказ 4087 Тираж 630 Подписное ВНИИЙИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 . роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 ф о р мул а изобретен ия 1. Устройство для защиты струи металла газом, содержащее корпус, по оси симметрии которого выполнен канал для подачи расплавленного металла, газопровод для подачи нейтрального газа, сопла, расположенные на оКружности, центр которой размещен на оси симметрии корпуса, и со стороны выходного сечения сообщенные кольцевой канавкой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества слитков, сопла выполнены с разным диаметром критического сечения; причем часть сопл с диаметром критического сечения, равным 1,5-3,0 диаметра критического сечения остальных сопл, расположена равномерно по окружности через каждые 15-60, а кольцевая канавка имеет в поперечном сечении прямоугольную форму.5 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что ширина кольцевой прямоугольной канавки равна 1,1-1,4 диаметром выходного сечения сопл с большим критическим сечением.10 3. Устройство. по пп.1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что глубина кольцевой прямоугольной канавки равна 1,0-3,0 разности между шириной кольцевой прямоугольной канавки и диаметром выходного сечения 15 сопл с меньшим критическим сечением.4, Устройство по пп. 1-3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что все сопла наклонены под углом не более 10 к оси корпуса в сторону канала для подачи расплавленного металла, 20 5. Устройство по пп. 1-4, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что газопровод снабжен генератором акустических колебаний.