Способ защиты струй разливаемого металла и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к черной металлургии , а именно к разливке стали сифонным способом или сверху. Цель 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 0,3...0,8 площади выходного сечения кольцевого щелевого отверстия. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл. I 40 И

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{s»s В 22 D 7/12.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 л

3а

Ва

ЪФ (21) 4733421/02 (22) 01.09.89 (46) 07.12.91. Бюл. М 45 (71) Мариупольский металлургический институт и Донецкий металлургический завод им. Ленина (72) А.M.Äìèòðèåâ, Е.А.Казачков, А.В.Сущенко, Б.П.Крикунов, В.Н.Щербина, P.П.Олекса и С,М.Гришенкова (53) 621.746.552 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 251150, кл. В 22 D 7/12 ° 1966. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТРУЙ РАЗЛИВАЕМОГО МЕТАЛЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. 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)... Ы«1696106 А1 (57) Изобретение относится к черной металлургии, а именно к разливке стали сифонным спосог ом или сверху. Цель 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 0,3...0,8 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 из резервуаров под действием силы тяжести вертикальных струй жидкости.

При совпадении направления закрутки газового потока с направлением вращения струи происходит "поджатие" струи, уменьшение возмущений ее внешней поверхности 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, разрыхле1696106

10 струи металла.

Устройство работает следующим обра- 40 зом.

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 разливаемого металла, т.е. его частичное рафинирование.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство, поперечное сечение., перпендику лярное оси кольцевого щелеаого 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 Q), коллектор 6 с входным патрубком 7, направление 8 вращения

Инертный газ под давлением, обычно используемым на практике (2...10 ат), подается 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 ориентации 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 обра20

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.

Пример. 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

1800, 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 тангенциальный 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 ат. з

С 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 — F /

/Рщ.<. Степень закрученности выходящего газового потока регистрировали на "холодных" моделях с помощью струй дыма, вводимого во входной патрубок 7 коллектора 6, а степень равномерности газового потока —, с помощью трубки Пито.

1696106

Степень защиты сгруи от вторичного окисления определяли как разность между общим -содержанием кислорода в струе в начальные моменты разливки и его содержанием в изложнице после наполнения соответствующего сифона. Результаты усреднялись по 10 — 15 плавкам по каждому варианту устройства.

Минимальный угол амин ориентации сопл 2 относительно радиуса кольцевого щелевого сопла 1 составил 80 .

В табл. 1 приведены результаты влияния угла выхода дополнительных сопл 2 в кольцевое щелевое сопло 1 на степень вторичного окисления металла (число сопл 6).

Иэ табл, 1 следует, что оптимальным углом а будет угол, равный 85 (<>= 85О).

Это значение угла использовано при разработке устройства оптимальной конструкции, Для уточнения оптимального числа сопл предварительно выбрано отношение

F6 /Рш.с. = 0,6.

Результаты контроля вторичного окисления металла при разливке в зависимости от числа сопл приведены в табл. 2, Из табл. 2 видно, что наилучшие результаты дает устройство, в котором испольэу° ются шесть сопл. Это число сопл принято при анализе влияния на защиту струи металла от вторичного окисления отношения

F /Рш.с. = 0,5

Результаты этого анализа приведены в табл.3.

Таким образом, в качестве оптимальной конструкции выбрано устройство с шестью соплами и отношением Fqc/F ., = 0,5 и яопт = 85 .

В табл. 4 приведены результаты сравнения содержания кислорода в металле, отлитом по предлагаемому способу и по известному.

Иэ табл. 4 видно, что при использовании предлагаемого способа защиты струи металла и устройства для его реализации степень вторичного окисления струи существенно ниже, чем при использовании известного способа, т.е. достигается лучшая

5 защита струи металла, Причем, как следует из сопоставления табл. 2 и 3 с табл. 4, для всех вариантов исследованных опытных устройств достигнуты лучшие показатели по защите струи по сравнению с известным

10 устройством.

Использование предлагаемых способа защиты струи металла и устройства для его реализации позволяет увеличить на 10-30 количество металла с нормированным со15 держанием кислорода в прокате, что существенно повысит его потребительские свойства (для подшипниковой стали нормированное содержание кислорода равно

0,0020 мас. g,).

20 Формула изобретения

1. Способ защиты струй разливаемого металла, включающий подачу металла в изложницу и создание вокруг вращающейся струи металла потока защитного инертного

25 газа, отличающийся тем, что, с целью улучшения условий защиты струи металла от окисления, поток защитного инертного газа закручивают вокруг струи металла в направлении ее вращения.

30 2. Устройство для защиты струй разливаемого металла, содержащее кольцевой щелевой коллектор с щелевым выходным отверстием, .расположенным в плоскости, перпендикулярной оси коллектора, о т л и ч35 а ю щ е е с я тем, что. с целью улучшения условий защиты струи металла от окисления, коллектор снабжен соплами, равномерно размещенными по его периферии под углом 60...90 к радиусу коллектора, причем

40 суммарная площадь выходных отверстий сопл составляет 0,30...0,80 площади щелевого выходного отверстия коллектора..1696106

Таблица1

«« (f0) -(0) ) х, мас.Ф Åî3

10»

S f03-x 104

Содержание кислорода в начале. разливки, f0j х 10 мас.3

Угол

0(град

Содержа ние кислорода после раз" ливки сифона, fÎj х х 104 мас.Ф

50 23 35

60 23 33

70 23 30

75 23 27

80 23 26

85 23 25

90 23 28

100 23 37

Оптимальный вариант

Табли ца 2

ВС О»

° « 3

ЛР) = ((О»,- О»,) °

-4 х 10, мас.Ф

Содержание кислорода в начале разливки сифона, IEO»,x х 10, мас.Ж

Содержание кислорода после разли вки си фона, f0)gx 10 мас ° ь

Число сопл

6

10

"Оптимальный вариант

Табли ца3

4 «ЕО 1 Ф

E0»

3C03 = (C03i$03 х 1О

-мас.3

Р сс.

Ъ.с.

Содержание кислорода в начале разливки сифона, у <-4 мас.3

Содержание кислорода после разливки сифо-, на, C03@ х х 104, мас.3

"Оптимальный вариант

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 7

0,8

0,9

19

19

l9

19

16

16

16

16

16

16

16

22

23

22

19

18

19

21

12

4

2

14

11

3

14

3

4

12

52

43

17

13

22

58

16

21

88

3с

19

12,5

19

31

1696106

I 1Q о о о

1 C

I О

1.

I

I ! .1 !

I М

1

) I -1

) С))Ь

I I LJ

° Фф

1

I

1

1 I н,)

1)ь 1

1 4 )P-дФ о х о

I П Cg

)л))X

I OO

I и )

1 ) 1 !

1 A е О

1 C(=У

I 3 5дФ

11 оооо оее

zzz

I У

I Ф

1 Q

Z I)) I) zoo

I М Е а)- х е э, ! K X о . ь

1 CJ d)W

I и ъ»

1 Ф 1 еь

I CELE

1 3

18z о уа

%zo 1 СЕ

I Э 6)

I Z Ig

I Z CL

I Е а ф а е. о

)CKV о е

o Z)C, 1 1

I 1

1 I

1 1

LAI

) )

1 1 ! 1

1 -Ф 1 .)

I I

1 1

Г 1

1 ! СЧ I

fl

1»- I

1 1 ! LAI

l I

) )

I I

1 -4(1 l

) «Т

1 1

I С Ч

1 -1

Г \)

I 1

1 CV!

1 I

3)

l 1

) l

I 1

I I

I i&I ! I

I «) 1

1 1

1 Я, ! 1

I )

1 4 Ч ! 1

) )

I I

I СЧ) I I

1 LAI

I 1

) Л

I I

I I

1 l

) — Т

I 1

I C M

I 1

l. I

):)

1 1

1 СЧ)

1 )

l Л

I )

I l

I l

LA

CV QO

О1

СЧ CV о о о т о о

СЧ л о

0 1 Р Ъ

СО

СЧ

OO

СЧ

СЧ

СЧ

СЧ

СЧ

lo

Ф и >Х

1

1

1

1

I

1

I

1

С Ъ I

1

I в

I

I

1

1

)

I

1

)

1

1

1

I

1

I !

I

I

1

1

1

1

I

I

1

1

I

I

I

) !

1

I !

1

1

I

1

1

«t X

Ф Q а е

С L

1б96106

< 5MJf

Фиг.2

Составитель Е. Скиданова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э.Лончакова

Редактор Н. Тупица

Заказ 4258 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 р. ни газооого

AONOKQ ардя летвиа