Способ защиты струй разливаемого металла и устройство для его осуществления

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСК 610 РЕСПУБЛИК С 51)5 В ИЗО ЕТЕН САН ТЕЛЪСТ К АВТОРСКОМ ий инсй завод В,субина,ИВАЕ Я ЕГО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 251150, кл. В 22 О 7/12, 1966.(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТРУЙ РАМОГО МЕТАЛЛА И УСТРОЙСТВООСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при разливке металла сифоном или сверху,Цель изобретения - улучшение условий защиты струи металла от окисления.Согласно способу защиты струи, включающему ее экранирование от окружающей атмосферы коаксиальным потоком инертного газа, осуществляют закручивание потока инертного газа вокруг струи металЛа в направлении вращения металла.Закрученный по направлению враще-, ния струи, металла (вихревой) поток инертного газа имеет значительно большую устойчивость к внешним воздействиям по сравнению с незакрученной струей из-за наличия вращательной составляющей про-. дольной скорости газового потока.,Это способствует более эффективной защите струи металла от макропотоков (циркуляционных течений) окружающей среды (воздуха).(57) Изобретение относится к черной металлургии, а именно к разливке стали сифонн ым с посо гом или сверху. Цел ь изобретения - улучшение условий защиты струи металла от окисления. Это осуществляется коаксиальным потоком инертного га-, за, закрученным вокруг струи металла в направлении ее вращения. Используемый для этого кольцевой щелевой коллектор снабжен дополнительными соплами, размещенными равномерно по периферии кольцевого щелевого коллектора под углом 60,90 к его радиусу. Причем суммарная площадь выходных сечений дополнительных сопл составляет 0,30,8 площади выходного сечения кольцевого щелевого отверстия. 2 с.п. ф-лы, 2 ил 4 табл. Известно, что при истечении металла из ковша имеет место вращение струи металла вокруг своей оси. Это свойство является общим для всех истекающих изрезервуаров под действием силы тяжести вертикальных струй жидкости.При совпадении направления закрутки газового потока с направлением вращения струи происходит "поджатие" струи, уменьшение возмущений ее внешней поверхно. сти и, как следствие этого, уменьшение суммарной площади боковой поверхности струи. При этом снижается инжекционная способность струи (т.е., ее способность поглощать газы и воздух).При подаче газового потока, закрученного в направлении, противоположном направлению вращения струи металла, за счет взаимодействия в пограничных слоях вихревых структур струй происходит усиление турбуЛентности струи металла, разрыхле 169610610 струи металла.Устройство работает следующим образом. 45 50 55 ние и усиление возмущений на ее поверхности, что ведет к повышению газопоглощательной способности струй металла. Кроме того, в последнем случае за счет более сильного торможения пограничного слоя защитного газового потока происходит снижение его степени закрутки, усиление его продольных колебаний, приводящих к снижению защитных функций газового потока.Отличительной особенностью закрученных потоков является наличие приосевой эоны разрежения (т.е., зоны пониженного статического давления), которое пропорционально квадрату вращательной составляющей скорости потока. Поэтому при использовании закрученного вокруг струи металла потока инертного газа в качестве защитного экрана истечение струи металла происходит при пониженном давлении в околоструйном пространстве и следствием этого будет частичная дегаэация рэзливаемого металла, т,е. его частичное рафинирование.На фиг.1 показано предлагаемое устройство, поперечное сечение, перпендику лярное оси кольцевого щелевого сопла; на фиг,2 - сечение А - А на фиг.1.Устройство состоит из кольцевого щелевого отверстия 1, дополнительных сопл 2, выходящих в кольцевое щелевое отверстие. Также на фиг,1 и 2 обозначено направление 3 подвода инертного газа, направление 4 закручивания потока инертного газа, предельная ориентация 5 сопл (минимальный и максимальный угол а), коллектор 6 с входным патрубком 7, направление 8 вращения Инертный газ под давлением, обычно используемым на практике Р 10 ат), пода" ется либо непосредственно на каждое из сопл 2, либо через входной патрубок 7 во внутреннюю полость коллектора 6, иэ которой поступает во входные сечения сопл 2. В общем случае патрубок 7 и коллектор 6 мо гут отсутствовать, В соплах 2 инертный гаэ ускоряется и в виде отдельных струй 3, число которых равно числу этих сопл, истекает в кольцевое щелевое отверстие 1, При равномерном распределении струй в сопле (т.е., при достаточном числе сопл 2), а также при предлагаемых углах ориен 1 эции сопл 2 относительно радиуса кольцевото щелевого отверстия 1, равных 60.90", и отношений суммарной площади выходных сечений сопл 2 к площади выходного сечения сопла .1, равном 0,3.0,80, в сопле 1 происходит взаимодействие струй между собой с обра 20 25 30 зованием одного закрученного (вихревого) полого потока инертного газа 4 с равномерным распределением давления (расхода) по периметру сопла 1, Далее этот поток истекает из кольцевого сопла 1 в виде полого закрученного в направлении вращения струи металла вихревого потока, имеющего высокую устойчивость к воздействию возмущений окружающей среды и струи разливаемого металла.П р и м е р. В производственных условиях проведено испытание предлагаемого способа защиты струи металла и устройства для его реализации при сифонной разливке опытно-промышленной партии подшипниковой стали, Одно устройство размещалось на центровой коаксиально ее оси, а другое такое,же устройство, но перевернутое на 180, прикреплялось к ковшу соосно его выпускному отверстию. Таким образом, можно было реализовать два варианта защиты струи с противоположными направлениями закрутки газового потока.В начале разливки с помощью специальной трубки Пито измеряли тэнгенциальный перепад давления вдоль периметра струи в околоструйном пространстве и тем самым определяли направление вращения струи металла, В зависимости от этого направления включалось то устройство (подавался газ). которое обеспечивало закручивание газового. потока в направлении еращения струи. Длина открытого участка струи составляла по технологической инструкции 250 - 500 мм.В качестве инертного газа использовался аргон, Общий расход аргона составлял 0,4 м /т стали при давлении 3 - 4 эт.зС целью уточнения оптимальной конструкции устройства для максимального снижения вторичного окисления струи при разливке проведено опробование нескольких конструктивных вариантов. При этом внутренний радиус г кольцевого щелевого сопла, исходя из размеров верхнего торца применяемых при разливке воронки и центровой, был принят равным 190 мм, а ширина д кольцевого щелевого сопла 3 мм.Опробованы устройства с различным числом подводящих сопл 2, углами их выхода в кольцевое щелевое сопло и с различным отношением суммарной площади выходных их сечений к площади выходного сечения кольцевого щелевого сопла - Р / /Ещ Степень закрученности выходящего газового потока регистрировали на "холодных" моделях с помощью струй дыма, вводимого во входной пэтрубок 7 коллектора 6, а степень равномерности газового потока - , с помощью трубки Пито.Степень защиты сгруи от вторичногоокисления определяли как разность междуобщим содержанием кислорода в струе вначальные моменты разливки и его содержанием в изложнице после наполнения соответствующего сифона. Результатыусреднялись по 10 - 15 плавкам по каждомуварианту устройства.Минимальный угол амин ориентациисопл 2 относительно радиуса кольцевогощелевого сопла 1 составил 80.В табл. 1 приведены результаты влияния угла выхода дополнительных сопл 2 вкольцевое щелевое сопло 1 на степень вторичного окисления металла (число сопл 6).Иэ табл, 1 следует, что оптимальнымуглом а будет угол, равный 85 ( аоп= 85 О).Это значение угла использовано при разработке устройства оптимальной конструкции, Для уточнения оптимального числасопл предварительно выбрано отношениеЕ /Еш,с. =0,6,Результаты контроля вторичного окисления металла при разливке в зависимостиот числа сопл приведены в табл, 2,Из табл, 2 видно, что наилучшие результаты дает устройство, в котором испольэу ются шесть сопл, Это число сопл принятопри анализе влияния на защиту струи металла от вторичного окисления отношенияЕ/Еш.с. = 0,5Результаты этого анализа приведены втабл.3.Таким образом, в качестве оптимальнойконструкции выбрано устройство с шестьюсоплами и отношением Ес/Еш,с, = 0,5 ияопт =85 .В табл. 4 приведены результаты сравнения содержания кислорода в металле, отлитом по предлагаемому способу и поизвестному.Иэ табл. 4 видно, что при использовании предлагаемого способа защиты струи металла и устройства для его реализациистепень вторичного окисления струи существенно ниже, чем при использовании известного способа, т.е. достигается лучшая5 защита струи металла, Причем, как следуетиз сопоставления табл. 2 и 3 с табл. 4, длявсех вариантов исследованных опытных устройств достигнуты лучшие показатели позащите струи по сравнению с известным10 устройством,Использование предлагаемых способазащиты струи металла и устройства для егореализации позволяет увеличить на 10-30количество металла с нормированным со 15 держанием кислорода в прокате, что существенно повысит его потребительскиесвойства (для подшипниковой стали нормированное содержание кислорода равно0,0020 мас.%).20 Формула изобретения1. Способ защиты струй разливаемогометалла, включающий подачу металла в изложницу и создание вокруг вращающейсяструи металла потока защитного инертного25 газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюулучшения условий защиты струи металла отокисления, поток защитного инертного газазакручивают вокруг струи металла в направлении ее вращения.30 2. Устройство для защиты струй разливаемого металла, содержащее кольцевойщелевой коллектор с щелевым выходнымотверстиеМ, расположенным в плоскости,перпендикулярной оси коллектора, о т л и ч 35 а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшенияусловий защиты струи металла от окисления, коллектор снабжен соплами, равномерно размещенными по его периферии подуглом 6090 к радиусу коллектора, причем40 суммарная площадь выходных отверстийсопл составляет 0,300,80 площади щелевого выходного отверстия коллектора., мас.Ф е ае в а а иЕоЗ10 Л ЕО 1= х 10 Содержаниекислорода вначале разали вки03 х 10 ,мас.3 УголСодержа ние кислорода после раз" ливки сифона, 0 х х 10"мас.Ф 50 23 35 60 2370 23 30 75 23 27 80 23 26 85 23 25 90 23 28 100 23 37 Оптимальный вариант Т а б л и ц а 2 ВС ОЭвава3О ф аГОЗ = (СО 3 - ОЭ 1) -4 х 10, мас.Ж Содержание кислорода в начале разливки сифона,СОЗх х 10 ф, мас.Ж Содержаниекислородапосле разливки сифона,ГО 3 дх 10,мас. ь Числосопл 4681 О 30 20 22 23 26"Оптимальный вариант Табли ца 3 Лало 3С 01 ф ЛОЗ = СОЭ,- СОЗ х 1 О мас.3 Рсс.Ъ.с. Содержание кислорода в начале разливкисифона,ЕОЗ х 1 О 4,мас.3 Содержаниекислородапосле разливки сифо-,на, 03 хх 10-4 ,мас.Ж.О Ужузос еэфзз ез а феафЭ Еос о еизх 11 ОЧ1 3 11 3-1М 1 1.3 З 1 1 1 Ч 11 Л1111- о 11696106 г ь Е, СкидановаМор гентал Корректор Э,Лончаков Тупи едакто 258 Тираж Подписное ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 остав ехред газооОгОООЛЭОЮ 2 аруя летвиа 8