Устройство для разливки металла

(71) Научно-и роизвопо механизации, рвершенствованиюния на предприятия лов, Б С, Цы (56) А М 383а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ СВИ 37дственное обьединение ботизации труда и соремонтного оборудовах черной металлургии М, Пасальский, А, И, Харин, В. С, КозМ. Климковский, О. Л, Гончарова,Ю, кин и А. Л. Сонкинтарское свидетельство СССР522, кл. В 22 О 11/10, 1970.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА 19) Ы в 1766599 А 1(57) Сущность изобретения; у ит из футерованной огнеуп лом воронки 1, установленн подшипникового узла 2 на ф стко связанной с полым рото статор которого установлен н воронке 1 выполнено выпуск ось которого не совпадает с воронки и направлена от в выпускного отверстия к выхо противоположную направл воронки и под углом не боле тальной плоскости, над вор лен разливочный ковш 6, отверстия которого совпада щения воронки, 2 ил,строиство состоорным материаой посредством ундаменте и жером двигателя 3, а фундаменте, В ное отверстие 4, осью 5 вращения ходного сечения дному в сторону, ению вращения е 700 к горизононкой 1 установось выпускного ет с осью 5 враИзобретение относится к металлургии, в частности к разливке металла.Известно устройство разливки металла, содержащее воронку с выпускным отверстием и привод ее вращения (патент США Р 3756806, кл, С 22 В 9/02, 1973),Недостатком данного устройства является то, что не обеспечивается равномерного подвода металла в изложницу, что вызывает образование неравномерной по толщине оболочки слитка и способствует возникновению в нем дефектов.Известно устройство разливки металла через выпускное отверстие воронки, вращающейся вокруг оси, не совпадающей с осью выпускного отверстия, не погружающееся в металл (Э, Герман "Непрерывное литье", М., Металлургия, 1961, с. 384, рис, 1122 и 1123).Недостатком данного устройства разливки металла является опасность получения слитков с большим количством газовых включений, Струя металла насыщается газами, содержащимися в воздухе, металл частично окисляется.Известно устройство для разливки металла в изложницу (кристаллизатор), состоящее из огнеупорной воронки, стакана. С целью центрирования воронки устройство снабжено приводной рабочей площадкой и приводной платформой, соединенной с опорной площадкой через полусферу, обра-. щенную сферической частью в сторону платформы (а.с. СССР ЬЬ 383522 В 22 О 11/00).Недостатком данного устройства разливки металла является низкое качество слитков из-за попадания в изложницы вместе с металлом большого количества растворенных в нем газов и других неметаллических включений.При разливке металла металл в ковше и во вращающейся воронке энергично перемешивается, в результате чего скорость перемещения газовых пузырьков, частиц шлака и неметаллических включений определяется этими потоками. Так, например, расчетная скорость всплытия частицы Я 0 диаметром 50 мкм от разности в плотности Я 02 и стали равна 0,125 см/с, При вращения воронки с гравитационным коэффициентом К = 30-100 скорость всплытия возрастает до 0,685-1,25 см/с, что ниже возможной скорости потоков в воронке во время выпуска стали в 2-50 раз. В зоне высокого давления во вращающейся воронке, растворимость газов повышается и растворенные в металле газы иэ него не выделяются, Наличие длинного футерованного канала, подводящего металл к выпускному отверстию, усложняет конструкцию устройства, снижает надежность его в работе.Целью изобретения является повышение качества металла за счет его рафиниро вания, а также повышение надежностиустройства для разливки металла.Для этого выпускное отверстие воронкирасположено со смещением относительно оси ее вращения и с наклоном его оси в 10 сторону, противоположную направлениювращения воронки под углом не более 70 к горизонтальной плоскости.При вращении воронки вокруг оси, несовпадающей с осью выпускного отверстия, 15 возникаетобласть повышенногодавления сдавлением220где в- скорость вращения воронки;р- плотность металла;Й - расстояние от оси вращения воронки до выпускного отверстия;25 г - радиус свободной поверхности металла во вращающейся воронке в плоскостирасположения выпускного отверстия.Струя металла, выходя через выпускноеотверстие, попадает из области высокого30 давления в среду с нормальным давлениеми распадается на капли. Это происходит засчет того, что растворенные в металле газы,а также неметаллические включения, размер которых зависит от давления, при выхо 35 де из выпускного отверстия резкорасширяются. Струя металла распадаетсяна капли и потому, что скорость струи металла направлена под углом к скорости газа,окружающего воронку, относительно ворон 40 ки, Так как струя металла распадается накапли, то увеличивается поверхность дегазации, а следовательно, процесс дегазацииулучшается и ускоряется,45 Дегазация осуществляется также засчет того, что парциальное давление газов,растворенных в металле на входе в выпускное отверстие, достигает больших величин,а на выходе из выпускного отверстия - рав 50 но О, так как в зону между воронкой и промежуточным ковшом подаетСя инертныйгаз,Газы, растворенные в металле, переходят в инертный газ до тех пор, пока парци 55 альные давления растворенных в металлегазов не достигнут состояния равновесия ссодержанием их в инертном газе, определяемым по закону СивертсаРн. = Н /(Кн); Рсо = КсС)0,Ч = Члин+ Чотн,Линейная скорость выпускного отверстия равна Члин = СО В,где в - угловая скорость вращения воронки;В - расстояние от оси вращения воронки до выпускного отверстия. Скорость струи металла относительноворонки составляет(2) где К - константа равновесия реакции растворения газа г ри данной температуре;Р - парциальное давление удаляемого газа в смеси инертного и удаляемого газов;Н 1, С 1, О - процентное содержание растворенных в инертном газе удаляемых газов.В зависимости от марки разливаемого металла может использоваться не только инертный газ, но и другие газы, например азот.Таким образом осуществляемая по данному способу дегазация металла провоцится за счет; развитой поверхности дегазации; отсутствия ферростатического давления в расплаве, перехода растворенных в расплаве газов в инертный газ,С удалением кислорода из расплава тесно связано и уменьшение неметаллических включений в разливаемом металле, т,е, переходе их в шлак /Батизманский В, И. и др, Повышение выхода годного металла в сталеплавильном производстве. - КТехника, 1984, стр. 113/.При вращении воронки вокруг оси, не совпадающей с осью выпускного отверстия, металл вырывается из воронки с большой скоростью, что может привести к повышенному износу футеровки промежуточного ковша. Для снижения скорости металла относительно стенок промежуточного ковша ось выпускного отверстия в направлении от входного сечения к выходному направлена под углом 110-180 к линейной скорости выпускного отверстия.Скорость струи металла Ч относительно промежуточного ковша складывается из линейной скорости Члин выпускного отверстия и их скорости Чотн. струи металла относительно воронки за счет разности давлений в выходном сечениях выпускного отверстия где Р - давление на входе в выпускное отверстие, равное давлению от действия центробежных сил и определяемое по формуле;5 Р - плотность жидкого металла,Давление на выходе из выпускного отверс 1 ия равно атмосферному давлению и его можно учитывать, так как оно уравновешивается атмосферным давлением над па раболой, образованной жидким металломпри вращении воронки.Подставив в формулу /2/ значение Р изформулы /1/ получимЧ = вР-г.Если основание параболы, образованной вращающимся жидким металлом, лежит в горизонтальной плоскости, проходящей 20 через выпускное отверстия, то г = О, аЧотн, =ЖВ,При г = 0 Чотн = Члин = в В и всегда 25 направлена по касательной к траекториидвижения выпускного отверстия и в сторону вращения воронки.Направление Чотн. может быть произвольным и зависит от направления оси вы пускного отверстия воронки, Если осьвыпускного отверстия в направлении от входного сечения к выходному направлена под углом 60 к Члин, то скорость струи металла относительно промежуточного ковша 35 равна О.Ч = Члин. + Чотн.,Ч = Чотн. - Члин. = й) й - й В = О,40Конкретное расположение выпускногоотверстия выбирается иэ технических требований, предъявляемых к воронке. Так, например, что минимальный перепад дав лений, при котором возникает эффектрафинирования металла за счет его разбрызгивания - 0,2 МПа.При этом50Члин, = Чотн. = 7,45 м/с.Приняв за основу обычную разливку металла, считают, что износ футеровки проме жуточного ковша будет в допустимыхпределах при скорости струи металла относительно него до 5 м/с. Такую скорость можно получить если направить струю металла под углом 110 к Члин., так кака = агссоя= 70.7,45 При увеличении угла а больше 70 происходит повышенный износ футеровки промежуточного ковша, что приведет кзагрязнению металла неметаллическимивключениями,При повышении перепада давлений навходе и выходе выпускного отверстия угол а 10необходимо уменьшить, Излишнее уменьшение угла а выполнять нецелесообразно,так как разбрызгивания струи металла накапли происходит и потому, что скоростьструи металла направлена под углом к скорости газа, окружающего воронку. Приуменьшении угла а этот угол уменьшаетсяи ухудшается разбрызгивание металла газом,Выполнение выпускного отверстия с 20осью; не совпадающей с осью вр: щенияворонки; позволит отказаться от выполнения длинного футерованного канала, подводящего металла к выпускному отверстию,Это упростит конструкцию устройства для 25разливки металла и повысит надежность егов работе.Отличительные признаки устройствадля разливки метагла:1. Ось выпускного отверстия не совпадает с осью вращения воронки;2. Ось выпускного отверстия направлена от входного сечения выпускного отверстия к выходному в сторону,противоположную направлению вращения 35воронки и под углом не более 70 к касательной к окружности, проходящей через центрвыходного сечения выпускного отверстия,центр которой расположен на оси вращенияворонки. 40Отличительные признаки устройстваразливки металла обладают новизной, необходимы и достаточны для достижения поставленной цели и поэтому являютсясуществен н ыми. 45На фиг, 1 показано устройство для разливки металла; на фиг. 2 - разрез А-А нафиг. 1,Устройство для разливки металласодержит футерованную огнеупорным материалом воронку 1, установленную посредством подшипникового узла 2 нафундаменте и жестко связанную с полымротором двигателя 3, статор которого установлен на фундаменте, В воронке 1 выпал нено выпускное отверстие 4, ось которого не совпадает с осью 5 вращения воронки и направлена от входного сечения выпускного отверстия к выходному в сторону, противоположную направлению вращения воронки и под углом не более 70 к касательно к окружности, проходящей через центр выходного сечения выпускного отверстия, центр которой расположен на оси 5 вращения воронки.Над воронкой 1 установлен разливочный ковш 6, ось выпускного отверстия которого совпадает с осью 5 вращения воронки, Под воронкой 1 размещен промежуточный ковш 7, жестко связанный с кристаллизатором 8, установленным на фундаменте,Устройство работает следующим образом;Металл из разливочного ковша 6 поступает во вращающуюся воронку 1 и через выпускное отверстие 4 выбрасывается в промежуточный ковш 7. При выходе из выпускного отверстия 4 струя металла разбрызгивается в потоке аргона, поступающего в зону между вращающейся воронкой 1 и промежуточным ковшом 7.В зависимости от марки разливного металла может использоваться не только аргон, но и другой газ, например азот. Растворенные в металле газы смешиваются с аргоном и вместе с ним выходят в зазор между воронкой 1 и промежуточным ковшом 7, а очищенный металл поступает из промежуточного ковша 7 в кристаллизатор 8,При отливке крупных слитков металл может подаваться непосредственно из воронки 1 в кристаллизатор 8. Формула изобретения Устройство для разливки, металла, содержащее воронку с заливочным и выпускным отверстиями, установленную с возможностью вращения вокруг оси, не совпадающей с осью выпускного отверстия и заглушенную в полость разливочного ковша, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества металла за счет увеличения степени его рафинирования, выпускное отверстия воронки выполнено со смещением относительно оси ее вращения и с наклоном его оси в сторону, противоположную направлению вращения воронки, под углом не более 70 к горизонтальной плоскости,176 б 599 4 5 оставитель В,Пасальськийехред М,Моргентал Корректор С.П Редактор каз 3504 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10