Распределительное устройство для применения при разливке металла
Изобретение относится к области металлургии. Распределитель (1) содержит выполненные из жесткого материала днище и стенку, содержащую продольные (20, 21) и поперечные (10) секции. В днище и поперечных секциях стенки выполнены выходные отверстия (7, 8, 9, 11, 12). Распределитель (1) снабжен двумя отклоняющими пластинами (17, 18), расположенными между отверстиями днища (7, 8, 9) и продольными секциями стенки (20). Отклоняющие пластины (17, 18) расположены конусообразно с сужением в направлении поперечной секции стенки (10). Отклоняющие пластины (17, 18) образуют канал рядом с зоной входа металла в распределитель, обеспечивающий протекание металла в направлении продольных секций стенки (20, 21), в которых выполнены выходные отверстия (13, 14, 15, 16). На днище установлен дефлектор, расположенный за отверстием днища по направлению потока металла. Достигается улучшение контроля над потоком разливаемого металла. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к распределителю для применения в способе разливки расплавленного металла в металлические слитки, содержащему днище и стенку, как правило, прямоугольной формы, стенка содержит первую и вторую продольные секции стенки и первую и вторую поперечные секции стенки, днище содержит входную зону, к которой при применении подают горячий металл в распределитель и, по крайней мере, одно отверстие днища, а первая и вторая поперечная секции стенки имеют первое фронтальное отверстие и второе фронтальное отверстие соответственно.
Такой распределитель часто применяется в алюминиевой промышленности, когда алюминий в качестве расплавленного металла разливают в слитки желаемой формы. Распределитель помещают внутри изложницы и подают расплавленный металл в распределитель, главным образом, через разливочную трубу. Функция распределителя контролировать скорость и процессы рециркуляции и затвердевания расплавленного металла в изложнице для получения однородного слитка.
Самой распространенной формой распределителя является пакет в форме коробки, выполненной из сотканной стеклоткани. Днище и стенки выполнены из стеклоткани, которая из-за плотности, с которой она была соткана, является непроницаемой для расплавленного металла.
Различные отверстия закрыты неплотной сотканной стеклотканью, которая выполняет функцию фильтра для предотвращения попадания включений в слиток.
Проблема известного распределителя в форме гибкого пакета заключается в том, что из-за гибкости пакета трудно контролировать поток расплавленного металла из распределителя в изложницу. В частности, проблемой является макросегрегация, при которой концентрации добавок и легирующих элементов изменяются по сечению слитка. Причиной макросегрегации являются недостаточное перемешивание горячего металла в изложнице из-за недостаточного контроля потока через различные отверстия в распределителе и неустойчивая форма пакета во время разливки.
Другая проблема, связанная с гибким пакетом, заключается в том, что он может быть использован для разливки только одного слитка, после чего он подлежит выбрасыванию. Это ведет к высоким ценам и загрязнению, что нежелательно с точки зрения сохранения окружающей среды.
Из RU 2168391 С2, 10.06.2001 известен распределитель для использования при разливке расплавленного металла в металлические слитки, содержащий выполненные из жесткого материала днище, имеющее входную зону, в которую при работе подают горячий металл, и стенку в основном прямоугольной формы, которая включает в себя первую и вторую продольные секции и первую и вторую поперечные секции, при этом в днище выполнено по крайней мере одно отверстие, а в первой и второй поперечных секциях выполнены соответственно первое и второе фронтальные отверстия.
Целью настоящего изобретения является создание распределителя, который позволяет осуществлять лучший контроль потока, поступающего в изложницу при разливке горячего металла в слиток.
Другой целью изобретения является создание распределителя, который предотвращает или, по крайней мере, уменьшает нежелательные потоки в изложницу.
Дополнительной целью изобретения является создание распределителя, который может быть использован для разливки множества слитков.
Еще одной дополнительной целью изобретения является создание распределителя, который предотвращает или, по крайней мере, уменьшает макросегрегацию в изложнице.
Эти цели, а также дополнительные цели и преимущества достигнуты в распределителе, который согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что дополнительно содержит первую и вторую отклоняющие пластины, первая отклоняющая пластина расположена между отверстием днища и первой продольной секцией стенки, а вторая отклоняющая пластина расположена между отверстием днища и второй продольной секцией стенки, при этом днище и стенка выполнены из жесткого материала.
Отклоняющие пластины направляют поток расплавленного металла. Выбирая положение и форму отклоняющих пластин, можно контролировать поток через все или через каждое из отверстий днища.
Поскольку днище и стенка выполнены из жесткого материала, форма распределителя устойчива и постоянна во время разливки.
В одном варианте осуществления распределителя согласно настоящему изобретению жестким материалом является огнеупорный материал, усиленный, при желании, стекловолокном.
Распределитель, выполненный из жесткого материала, после разливки может быть легко очищен от остатков алюминия, которые остаются после разливки.
Распределитель может быть использован повторно много раз, что экономит деньги и ограничивает загрязнение окружающей среды.
В другом варианте осуществления изобретения первая и вторая отклоняющие пластины выполнены из жесткого материала.
В этом варианте осуществления отклоняющие пластины не деформируются во время процесса разливки, что дополнительно способствует улучшенному контролю за потоком в изложницу.
Жесткие отклоняющие пластины могут быть также легко очищены после каждой разливки и вновь использованы для последующих разливок.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения первая и вторая отклоняющие пластины располагаются конусообразно с сужением в направлении секции поперечной стенки.
Предпочтительно отклоняющие пластины имеют зазор или щель рядом с секцией поперечной стенки.
Конусообразное положение отклоняющих пластин увеличивает сопротивление потока в направление сужения. Одним из результатов этого является снижение скорости потока расплавленного металла в непосредственной близости от каждого отверстия днища в направлении изложницы. Увеличение сопротивления потоку также вызывает увеличение уровня ванны алюминия, находящегося в распределителе между отклоняющими пластинами в направлении сужения, и, следовательно, также повышение гидростатического давления на уровне днища и в щели между отклоняющими пластинами в суженной части у секции поперечной стенки.
Повышенное гидростатическое давление увеличивает поток через одно или каждое отверстие и количество металла, протекающего через щель, в направлении отверстия в поперечной стенке. Повышенное гидростатическое давление оказывает самостабилизирующее и самоконтролирующее воздействие на количество металла, протекающего через отверстия в распределителе и через щель.
Другой вариант осуществления распределителя согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что первая и вторая отклоняющие пластины выполнены с каналом рядом с зоной входа, чтобы позволить горячему металлу течь в направлении продольной секции стенки, при этом каждая из первой и второй продольных стенок выполнена, по крайней мере, с одним боковым выходным отверстием.
В известном распределителе горячий металл покидает распределитель через отверстия в поперечных секциях стенки и в днище.
Мениск горячего металла в изложнице между боковыми стенками изложницы и стенкой распределителя имеет более низкую температуру, чем температура горячего металла, попадающего в изложницу через отверстие днища распределителя. Этот горячий металл имеет более низкую удельную плотность, чем металл в мениске, и поэтому имеет тенденцию подниматься. Это ведет к потоку горячего металла в изложнице вдоль днища распределителя. Однако, чтобы предотвратить макросегрегацию, желательно, чтобы горячий металл, который попадает в изложницу через отверстие в днище, проникал в расплавленный металл в изложнице и поднимался в так называемую смешанную зону вдоль затвердевшей корки металла в изложнице. В этой ситуации поднимающийся поток увлекает за собой назад, в направлении мениска, затвердевший очень чистый металл, такой как частицы алюминия, которые погрузились до самой нижней точки ванны жидкого алюминия.
В случае, когда существует значительный поток расплавленного металла близко под днищем в направлении мениска, металл высокой чистоты, такой как частицы алюминия, не увлекается в направлении мениска, но остается в центре. Тогда будет существовать большая разница между химическим составом в центре слитка и у боковых стенок слитка. Этот вариант осуществления изобретения предотвращает или сокращает эту сегрегацию.
Поток металла, покидающий распределитель через отверстия в продольной стенке распределителя, направлен к продольной стенке изложницы и нагревает мениск, повышая таким образом температуру последнего и подавляя разницу в удельной плотности между расплавленным металлом в мениске и в центре изложницы. Это подавляет сверхпоток горячего металла вдоль продольной стенки изложницы, чем предотвращает вредную макросегрегацию.
Другой вариант осуществления распределителя согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что днище выполнено с дефлектором, расположенным внизу, при использовании, в отверстии днища.
В частности, в варианте осуществления распределителя, имеющего множество отверстий в днище, в котором отверстия днища расположены один за другим в направлении основного потока металла, скорость потока расплавленного металла вдоль днища в направлении поперечной стенки может быть такой высокой, что горячий металл имеет тенденцию пропустить, по крайней мере, первое отверстие, видимое в направлении потока, и не попасть в это отверстие.
Дефлектор локально тормозит поток расплавленного металла и направляет его в отверстие днища напротив дефлектора. В этом случае дефлектор способствует желаемому профилю потока расплавленного металла из распределителя в изложницу.
Воздействие дефлектора может быть дополнительно улучшено в варианте осуществления изобретения, в котором дефлектор наклонен, при использовании, в верхнем направлении потока горячего металла.
В другом варианте осуществления дефлектор имеет обычно треугольное сечение.
Треугольное сечение придает дефлектору большую прочность, чтобы противостоять силам, возникающим при ударе потока горячего металла, тогда как в то же самое время эта форма создает желаемый поток вокруг дефлектора для направления горячего металла в отверстие днища впереди.
В сечении верхняя часть слитка, который отлит, имеет затвердевшую часть, включающую полость, заполненную расплавленным металлом.
Область перехода в изложнице между затвердевшей частью и ванной расплавленного металла, также называемая смешанной зоной, является смесью твердого металла и расплавленного металла.
Для предотвращения макросегрегации желательно перемешать ванну и металл в смешанной зоне.
Эксперименты показали, что эффективное смешивание может быть достигнуто в варианте осуществления распределителя согласно настоящему изобретению, характеризующегося тем, что днище в зоне входа выполнено, по крайней мере, с одним сквозным отверстием.
Во время разливки некоторых расплавленных металлов, таких как расплавленный алюминий, часть расплавленного металла окисляется за счет контакта с воздухом и часто образует твердые частицы, которые не должны попасть в слиток.
Для предотвращения попадания твердых частиц в слиток дополнительный вариант осуществления изобретения характеризуется тем, что, по крайней мере, одно, предпочтительно все отверстия, входные отверстия или сквозные отверстия в распределителе выполнены с сетчатой крышкой.
Изобретение будет пояснено далее со ссылками на чертежи, не ограничивающими изобретение,
где на фиг.1 показана половина симметричного распределителя согласно предшествующему уровню техники,
на фиг.2 показана схематичная форма половины симметричного распределителя согласно настоящему изобретению,
на фиг.3 показана схематичная форма части распределителя, который согласно варианту осуществления изобретения выполнен с дефлектором,
на фиг.4 показана схематичная форма части распределителя, который согласно варианту осуществления изобретения выполнен с дефлектором одной формы,
на фиг.5 показана схематичная форма части распределителя, который согласно варианту осуществления настоящего изобретения выполнен с дефлектором другой формы.
Одними и теми же цифрами обозначены одинаковые детали или детали, выполняющие те же или идентичные функции.
На фиг.1 позицией 1 обозначен распределитель согласно предшествующему уровню техники. Распределитель выполнен из сотканной стеклоткани. Разливочная труба 2, которая обычно не является частью распределителя, входит в распределитель 1.
На фиг.1 показана только половина распределителя 1 и разливочной трубы 2. Оба элемента являются симметричными относительно плоскости, проходящей через линии 3 и 5. Днище 6 выполнено с множеством отверстий 7, 8 и 9. Первая секция фронтальной стенки 10 выполнена с основными фронтальными отверстиями 11 и 12.
При работе расплавленный металл, такой как расплавленный алюминий, подают, например, из плавильной печи (не показана) через разливочную трубу 2 в распределитель 1. Расплавленный металл покидает распределитель 1 через отверстия 7, 8 и 9 в днище и основные фронтальные отверстия 11 и 12. Поток через основные фронтальные отверстия 11 и 12 направляют к одной из маленьких боковых сторон прямоугольной изложницы и подают расплавленный металл к маленьким боковым сторонам и углам изложницы.
Показано, что на практике трудно контролировать поток расплавленного металла через различные отверстия 7, 8, 9, 11 и 12 распределителя, выполненного из сотканной стеклоткани. В частности, распределение количества расплавленного металла, протекающего через каждое отверстие в днище, является проблемой.
Из-за недостаточного контроля над количествами в разлитом слитке может возникнуть макросегрегация.
На фиг.2 показан распределитель, в котором реализовано настоящее изобретение.
Позиция 1 опять обозначает в общем случае распределитель, пригодный для использования в способе разливки металлических слитков, таких как алюминиевые слитки. Распределитель выполнен из огнеупорного материала и имеет жесткий короб прямоугольной формы.
Распределитель выполнен с отверстиями 7, 8 и 9 в днище и с основными фронтальными отверстиями 11 и 12. Дополнительно распределитель имеет боковые выходные отверстия 13 и 14 в первой продольной стенке 20 и боковые выходные отверстия 15 и 16 на второй продольной стенке 21.
При работе расплавленный металл, такой как расплавленный алюминий, подают, например, из плавильной печи (не показана) через разливную трубу 2 в распределитель 1 в области входа 30. Первая часть расплавленного металла, поступающая в распределитель, течет в пространство между отклоняющими пластинами 17 и 18. Первое воздействие отклоняющих пластин заключается в том, что только часть расплавленного металла, текущая в распределитель, может протекать через отверстия в днище. Вторая часть расплавленного металла, текущая в распределитель, протекает в пространство между первой продольной стенкой 20 и отклоняющей пластиной 17 и в пространство между второй продольной стенкой 21 и отклоняющей пластиной 18. Благодаря конусообразному расположению отклоняющих пластин 17 и 18 уровень расплавленного металла в пространстве между отклоняющими пластинами 17 и 18 увеличивается в направлении сужения.
Поэтому гидростатическое давление на днище увеличивается в направлении от отверстия 7 днища через отверстия 8 днища к отверстию 9 в днище.
Результатом увеличения гидростатического давления является увеличение потока через отверстия 8 и 9 в днище в варианте осуществления изобретения по сравнению с потоком через отверстия 8 и 9 в днище распределителя по предшествующему уровню техники.
Распределитель вследствие этого обеспечивает лучшее распределение потока через отверстия в днище распределителя согласно настоящему изобретению по сравнению с распределителем по предшествующему уровню техники.
Первая часть потока проходит через щель 22 между отклоняющими пластинами 17 и 18 на боковой стороне конуса и покидает распределитель через основные фронтальные отверстия 11 и 12 в направлении короткой стенки изложницы (не показана).
Эксперименты и математические моделирования показали, что поток в изложнице имеет тенденцию быть направленным вдоль днища распределителя, а затем вверх вдоль длинных боковых стенок изложницы (не показано).
Чтобы ограничить этот направленный вверх поток, первая продольная стенка 20 выполнена с боковыми выходными отверстиями 13 и 14, и вторая продольная стенка 21 выполнена с боковыми выходными отверстиями 15 и 16.
Доля второй части потока расплавленного металла, входящего в пространство между отклоняющими пластинами и продольными стенками, покидает распределитель через боковые выходные отверстия 13, 14, 15 и 16 и подавляет направленный вверх поток.
Таким образом, боковые выходные отверстия осуществляют дополнительную стабилизацию и контроль потока расплавленного металла в изложницу.
Днище также выполнено со сквозными отверстиями 26 и 27, которые расположены во входной зоне 30 под разливной трубой 2. Расплавленный металл, покидающий распределитель через сквозные отверстия 26 и 27, попадает в изложницу в основном в вертикальном направлении и оказывает дополнительное смешивающее воздействие на ванну жидкого металла в изложнице, в частности, особенно в «смешанной зоне», которая является областью перехода между жидким и затвердевшим металлом в изложнице.
Как показано, основные фронтальные отверстия 11 и 12 закрыты сеткой 4, например, из стекловолокна. Сетка выполняет функцию фильтра для твердых частиц и сглаживает поток расплавленного металла через отверстия. Аналогично, одно или более отверстий в днище, одно или более боковых выходных отверстий и одно или более сквозных отверстий могут быть закрыты сеткой.
На фиг.3 показана схематичная форма части распределителя, в котором применяется дефлектор 25 в форме плоской отражательной перегородки.
Дефлектор уменьшает горизонтальную скорость расплавленного металла вблизи отверстия 7 днища и отклоняет долю первой части расплавленного металла, попадающую в распределитель в вертикальном направлении, за счет чего увеличивается вертикальная скорость расплавленного металла, протекающего через отверстие 7 днища в изложницу.
На фиг.4 показан вариант осуществления изобретения, в котором дефлектор наклонен в направлении, противоположном направлению горизонтального потока расплавленного металла вдоль днища распределителя. Выбирая угол, под которым наклонен дефлектор, вертикальной скорости может быть задано желаемое значение в зависимости от параметров процесса.
На фиг.5 показан вариант осуществления изобретения, в котором дефлектор имеет в основном треугольное сечение. Этот вариант осуществления изобретения имеет в качестве преимущества механическую прочность и меньшее возмущение горизонтального потока расплавленного металла под дефлектором.
1. Распределитель для использования при разливке расплавленного металла в металлические слитки, содержащий выполненные из жесткого материала днище, имеющее входную зону, к которой при работе подают горячий металл, и стенку в основном прямоугольной формы, которая включает в себя первую и вторую продольные секции и первую и вторую поперечные секции, при этом в днище выполнено, по крайней мере, одно отверстие, а в первой и второй поперечных секциях выполнены соответственно первое и второе фронтальные отверстия, отличающийся тем, что он снабжен первой и второй отклоняющими пластинами, при этом первая отклоняющая пластина расположена между отверстием днища и первой продольной секцией стенки, а вторая отклоняющая пластина расположена между отверстием днища и второй продольной секцией стенки, при этом отклоняющие пластины расположены конусообразно с сужением в направлении поперечной секции стенки.
2. Распределитель по п.1, отличающийся тем, что первая и вторая отклоняющие пластины выполнены из жесткого материала.
3. Распределитель по п.1, отличающийся тем, что первая и вторая отклоняющие пластины расположены с образованием канала рядом с входной зоной, обеспечивающего протекание горячего металла в направлении продольных секций стенки, при этом в каждой продольной секции стенки выполнено, по крайней мере, одно выходное отверстие.
4. Распределитель по п.1, отличающийся тем, что на днище установлен дефлектор, расположенный за отверстием днища по направлению потока металла.
5. Распределитель по п.4, отличающийся тем, что дефлектор наклонен в направлении, противоположном направлению потока металла.
6. Распределитель по п.4 или 5, отличающийся тем, что дефлектор имеет в основном треугольное сечение.
7. Распределитель по п.1, отличающийся тем, что во входной зоне днища выполнено, по крайней мере, одно сквозное отверстие.
8. Распределитель по любому из пп.1, 3 и 7, отличающийся тем, что, по крайней мере, одно отверстие в распределителе, в частности выходное отверстие или сквозное отверстие, закрыто сеткой.
