CZ279996A3 - Nozzle for supplying liquid metal into a mould during continuous casting of metals - Google Patents

Description

Vynález se týká kontinuálníHo TItt kovťr;—nrtášLě ucele. Přesněji řečeno, týká se trub, vyráběných z žáruvzdorného materiálu, známých jako „hubice, které jsou obyčejně svým horním koncem spojeny s nádržkou, použitou jako zásobní nádoba pro kapalný kov, a jejichž dolní konec je ponořen do roztaveného kovu obsaženého ve formě, kde má dojít k tuhnutí kovového výrobku.

Dosavadní stav techniky

Prvořadou úlohou těchto hubic je chránit proud kapalného kovu před atmosférickou oxidací na jeho cestě mezi nádržkou a formou. Vhodným uspořádáním jejich dolního konce je také možno příznivě orientovat tok kapalného kovu do formy tak, aby tuhnutí výrobku probíhalo za nej lepších možných podmínek.

Lití se může uskutečňovat ve formě, která udělí výrobku velmi protáhlý pravoúhlý tvar, který se obvykle vyjadřuje výrazem „plochý výrobek. V železárně a ocelárně je to případ, kdy je ocel ve tvaru desek, jak se nazývají výrobky, které mají přibližně šířku od 1 do 2 m a tloušťku řádově 20 cm, ale která může jít níže k několika málo cm, odlévána na současných zařízeních, známých jako „licí stroje pro tenké desky”. V těchto případech je forma sestavena z pevných stěn, které jsou účinně chlazeny na své vnější straně, která není ve styku s kovem. Také byly vykonány pokusy se zařízeními, která umožňovala získat přímo při tuhnutí kapalného kovu pásovou ocel v tloušťce několika málo mm . K realizaci tohoto způsobu se používá forem, ve kterých je odlévací prostor ohraničen na svých delších stranách párem vnitřně chlazených válců s rovnoběžnými horizontálními osami, rotujících kolem těchto os v opačných směrech, a na svých kratších stranách uzavíracími deskami (zvanými „ postranní stěny), vyrobenými z žáruvzdorného materiálu, uloženými u konců válců. Válce mohou být nahrazeny také nekonečnými chlazenými pásy.

U forem těchto typů se považuje za výhodné orientovat tok kapalného kovu primárně do směru kratších stran odlévacího prostoru. Byl vykonán pokus dosáhnout především termální homogenizace kovu a tím snížit variabilitu tloušťky ztuhlého kovu podél obvodu formy. Tato termální homogenizace a míchání kapalné taveniny, které vyžaduje, je zejména rozhodující v případě lítí tenkých pásů, protože má význam pro použití žáruvzdorných postranních stěn. Skutečně, kdyby nebyla zajištěna v sousedství těchto postranních stěn nucená obnova kovu, chladil by se tento kov abnormálně intensivně, a na postranních stěnách by bylo vidět se objevovat nežádoucí tuhnuti kovu.

K získání požadované homogenizace se někdy používají dvoudílné hubice ( viz dokument JP-A-60021171 ), zvláště k lití mezi válci. První část je vyrobena z válcové trubky, jejíž horní konec je spojen s hrdlem, které je vytvořeno ve spodní části rozdělovače, který vytváří rezervu kapalné ocele, zásobující formu, hrdlo, které může být uzavřeno rozhodnutím obsluhy buď částečně nebo úplně, působením zátky nebo systému uzavíracího šoupátka, zajišťujícího řízení rychlosti toku kovu. Maximální rychlost toku kovu, kterou může proudit kov uvnitř hubice, závisí na průřezu této hubice. Druhá část, upevněná u dolního konce shora zmíněné trubky například sroubením, je určena k ponoření do taveniny kapalného kovu, přítomného ve formě. Je zhotovena z duté součásti, do jejíhož vnitřku vyúsťuje dolní hrdlo shora zmíněné trubky. Vnitřní prostor této duté součásti má celkově protáhlý tvar a svými koncovými částmi je orientován v podstatě kolmo k trubce. Při provozním použití hubice je dutá součást v rovnoběžné poloze s delšími stranami formy a toky kapalného kovu, se uskutečňují skrze dvě hrdla každého z konců prodloužené koncové části duté součásti, které se nazývají „ vyústění hubice .

Protéká-li ocel uvnitř hubice velkou rychlostí, řádově například 60 t/h, dosáhne rychlost kovu ve trubkovité části hubice snadno hodnoty několika metrů za sekundu. Za těchto podmínek je pozorováno jen částečné zaplnění průřezu trubkové části hubice kapalným kovem. Toto chabé plnění má řadu nevýhod. Zaprvé vzhledem k sacímu efektu pumpy má sklon k nasávaní vnějšího vzduchu porozitami v žáruvzdorném materiálu a možnými vadami ve štěrbinové těsnosti spojení mezi hubicí a rozdělovačem, což zhoršuje jakost kovu. Zadruhé, především když zařízení, uzavírající spodní část rozdělovače, je jen částečně otevřeno, nastává virové a nestejnorodé proudění. Z toho vyplývá velká nestabilita proudění kovu, opouštějícího vyústění hubice, nestabilita, která se dále stupňuje, když je do hubice přiváděn inertní plyn, aby se zeslabila první popsaná nevýhoda. Je tedy možno pozorovat asymetrie v tocích, které se projevují v pravé a levé části formy. Tato nestabilita a tato asymetrie má za následek to, že se uvnitř taveniny kapalného kovu objeví vlny, které kontinuálně mění úroveň jeho hladiny, což je velice nevýhodné pro pravidelnost tuhnutí výrobku. Tyto vlny působí na zařízení zajišťující detekci úrovně hladiny a řízení její polohy, které bez důvodu reaguje a pokouši se kompenzovat to, co považuje za změny v průměrné hodnotě hladiny kovu, nastavením rychlých a opakovaných změn ve stupni otevření zátky nebo šoupátka. Tyto neustálé změny ve skutečnosti zhorší nestability úrovně hladiny kovu. Konečně velké rychlosti kapalného kovu v hubici iniciují opotřebení žáruvzdorného materiálu, ze kterého je vyrobena, především v místě, kde proud naráží na spodek horizontální duté součásti.

Cílem tohoto vynálezu je poskytnout metalurgům hubice, které zajistí klidnější a stejnoměrnější podmínky vtékání kovu do formy než běžně používané hubice pro kontinuální odlévání metalurgických výrobků.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle se dosahuje hubicí pro přivádění kapalného kovu do formy při kontinuálním, lití kovů, která zahrnuje trubkovitý první díl, jehož jeden konec je určen ke spojení s nádržkou, obsahující kapalný kov, a druhý jeho konec vyúsťuje do dutého druhého dílu, ve kterém alespoň jedna část vnitřtního prostoru je orientována v podstatě kolmo k trubkovitému prvnímu dílu, přičemž část má na každém konci alespoň jedno hrdlo pro zaústění do odlévacího prostoru formy, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje překážku, umístěnou v dráze kapalného kovu uvnitř trubkovitého prvního dílu, nebo v jeho prodloužení a tato překážka zahrnuje alespoň jednu perforovanou součást pro odchýlení toku kovu z jeho přednostní dráhy uvnitř hubice

Podle prvního výhodného provedení vynálezu je překážka tvořena alespoň jedním diskem, perforovaným několika otvory.

Podle druhého provedení vynálezu je překážka tvořena dutou součástí s dnem, která zasahuje do vnitřního prostoru druhého dílu hubice, přičemž dutá součást je opatřena otvory v boční stěně.

V dalším provedení vynálezu má vnitřní prostor celku hubice tvar T.

Jak je zřejmé, spočívá vynález ve vložení překážky do cesty kapalného kovu za tím účelem, aby rušila jeho přirozené proudění náhlým odchýlením od jeho teoretické přednostní dráhy při místním zmenšení průřezu prostoru použitelného k protékání kovu. Ta přispívá k dosažení rovnoměrné rychlosti prouděni kovu omezením rychlosti toku a zlepšením plnění vnitřního prostoru formy jako celku. Nestálé změny v podmínkách toku kovu z hubice se tím zmenší a symetrie toků do pravé a levé poloviny formy a pravidelnost těchto toků v čase se znatelně zlepší.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude lépe vysvětlen pomocí výkresů, na kterých:

Obr. la znázorňuje schématicky pohled na první příklad provedení vynálezu v podélném řezu, v němž je překážka tvořena sloupkem perforovaných disků, které samotné jsou zobrazeny v půdorysném pohledu v obr. lb, íc, a ld.

Obr. 2 znázorňuje schématicky druhý příklad provedení vynálezu v podélném řezu, v němž je překážka tvořena dutou součástí, prodlužující trubkovitý první díl hubice a směrující kov směrem k postraním stěnám druhého dílu hubíce.

Příklady provedení vynálezu

V prvním příkladu provedení vynálezu, znázorněném na obr. la - ld, je hubice 1. zhotovená ze dvou hlavních dílů, vyrobených ze žáruvzdorného materiálu, jako grafitovaného oxidu hlinitého, které jsou v tomto případě spojeny dohromady sroubením. První díl je tvořen válcovitou, nebo v podstatě válcovitou trubkou 2, jejíž vnitřní prostor 3 tvoří průchod pro kapalný kov. U této trubky 2 se normálně počítá se svislou polohou. Její horní díl, nezakreslený, je určen ke spojení s nádržkou, sloužící jako zásobní nádoba pro kapalný kov, jakou je například rozdělovač kontinuálno lití s hrdlem, kterým může protékat kapalný kov rychlostí proudění, kterou reguluje operátor prostředky, jako je například zátka nebo zařízení s kluzným šoupátkem. Dolní konec £ trubice 2 je na své vnější stěně opatřen závitem 5 pro její spojení s druhým dílem hubice 2- Tento druhý díl ]e tvořen dutým členem 6, který má zvenčí v popsaném a zobrazeném příkladu tvar obráceného T. Vnitřní prostor 7 dutého členu 6, také sám ve tvaru obráceného T, tak zahrnuje válcovitou část 2' rozšiřující vnitřní prostor 2 trubky 2. Horní oblast této válcovité části 2 zahrnuje rozšíření 9, jehož stěna je opatřena závitem tak, aby bylo možno do ní zašroubovat dolní konec 4 trubky 2. Válcovitá část 2 vyúsťuje do trubkovité části 22' která sama je v podstatě kolmá, a přibližně kruhového, oválného nebo pravoúhlého průřezu. Každý konec této trubkovité části 29 zahrnuje hrdlo 11,11', nazývané vyústění hubice, kterým může vytékat kapalný kov z hubice. Předpokládá se, že během lití tato vyústění 10, 11 hubice budou udržována stále pod hladinou kapalného kovu, plnícího odlévací prostor.

Podle vynálezu zahrnuje válcovitá část 8 vnitřního prostoru 7 dutého členu 6 uvnitř rozšíření 9, a pod závitem na jeho stěně uložení 12, ve kterém může být umístěn sloupek tří disků z žáruvzdorného materiálu dříve než se spojí dva díly 2, 6 hubice 1. Sloupek disků tvoří horní disk 22' prostřední disk 14 a dolní disk 22· Vzájemné rozměry uložení

12, a disků 22' AA' 15 jsou vybrány tak, že po zkompletováni hubice 2' dolní konec trubice 2 přiléhá právě k hornímu disku

13. Horní disk 13 je opatřen určitým počtem otvorů 22' rozdělených po části jeho povrchu se záměrem, aby byly situovány vertikálně v jedné linii s vnitřním prostorem 3 trubice 2. Prostřední disk 14 je opatřen jedinou perforací 17, například čtvercového nebo kruhového tvaru s velikostí otvoru alespoň rovnou vnitřnímu prostoru 3 trubice 2. Prostřední disk 14 vlastně slouží jako rozpěrka k oddělení horního disku 13 a dolního disku 15.

Ί

Dolní disk 15 má také určitý počet otvorů, které mohou být co do počtu i rozměrově rozdílné od otvorů 16 horního disku 13. Pro získání požadovaných výsledků je důležité, aby otvory 16 a 18 byly navzájem přesazeny, takže část kapalného kovu, tak malá jak je možné, je teoreticky schopna projít překážkou, složenou z kombinace disků 13, 14, 15, aniž by do ní narazila. Pro lepší účinnost překážky je také výhodné, aby horní disk 13 neměl žádný otvor uprostřed, kde je pravděpodobnost přítomnosti kovu největší, takže může účinné zpomalit proud odlévaného kovu.

Obecně platí, že celkový průřez otvorů daného disku nesmí být menší než průřez výstupního hrdla rozdělovače, aby bylo vždy možno odlévat maximální rychlostí toku kovu, která je tak vysoká jako při nepřítomnosti překážky.

Spodní část 19 dutého členu 6. je možno opatřit otvory 20, zvanými výtokové otvory. Úkolem těchto výtokových otvorů 20 jsou odklonit část proudu kovu směrem ke spodní části formy. Tento odklon omezuje rychlost toku ve vyústěni 11, 11^J hubice a tím zabraňuje prudkému narážení kovu na kratší strany formy a rušení podmínek jeho tuhnutí. V případě lití mezi válci to také umožňuje vyhnout se přílišnému poškozování žáruvzdorných postranních stěn. Navíc tyto výtokové otvory 20 zajišťují pravidelný přítok horkého kovu do spodní části odlévacího prostoru, zvláště v linii s hubicí 1, což zlepšuje podmínky tuhnutí. Použití překážek podle tohoto vynálezu umožňuje získat maximální prospěch z výhod způsobených výfukovými otvory 20. Tyto výtokové otvory 2 ΰ jsou úměrně účinnější čím pravidelnější jsou toky uvnitř hubice 1 a zvláště v dutém členu 6. To umožňuje zeslabit přednostní tok kovu skrze ty výtokové otvory 20, které jsou nejblíže ose hubice.

Například může být u hubíce 1, která má vnitřní průměr trubky 2 60 mm a hrdla li, 11' dutého členu mají kruhový průřez a průměr 30 mm, použita překážka, sestavená ze tří disků _1_3, 14, 15, vnějšího průměru 100 mm a tloušťky 25 mm, které mají tyto charakteristiky:

horní disk 13 má osm otvorů 16 o průměru 13 mm, rozdělených do dvou řad po třech otvorech, oddělených řadou se dvěma otvory,

- prostřední disk 14 má jedinný otvor 17 se čtvercovým průřezem o straně čtverce 60 mm nebo s kruhovým průřezem o průměru 60 mm,

- spodní disk 15 má pět otvorů 18 s průměrem 19 mm, jmenovitě středový otvor, obklopený čtyřmi otvory, uspořádanými do čtverce.

Pokud není použita překážka dochází při výše uvedených rozměrech hubice při lití roztavené ocele rychlostí toku 60 t/h pouze k částečnému zaplnění vnitřního prostoru trubky 2 roztaveným kovem.

Použije-li se však překážka výše uvedených parametrů dojde ke zpomalení toku kapalné ocele na rychlost přibližně 1 m/s a docílí se tak jednak dobrého plnění trubky 2 tekutým kovem a jednak stálé a rovnoměrné výtokové rychlosti kovu v celém průřezu hrdel 11, 11' hubice se stejnou rychlostí toku kovu 60 t/h. Z toho vyplývá uspokojivá stabilita úrovně hladiny kovu ve formě, když rychlost toku, proudícího hubicí 1_ se nemění.

Disky musí být vyrobeny ze žáruvzdorného materiálu, například zirkonu, kompatibilního s odlévaným kovem, aby se zabránilo jejich nadměrnému chemickému namáhání odlévaným kovem.

Popsaný typ překážky s disky je samozřejmě pouze příkladem, z kterého nemůže vyplývat žádné omezení. Je možné si představit například použití disku s jedním otvorem, jestliže se shledá postačujícím k získání přijatelných výsledků za obvyklých podmínek odlévání nebo naopak použití více než tří disků ke zdůraznění účinku tlumení odlévacího toku. Podobně přítomnost prostředního disku 14 s jedním širokým otvorem 17, který slouží jako rozpěrka mezi disky 13 a 15 s vícenásobnými malými otvory není podstatná. Umožňuje však omezit opotřebení dolního disku 15 tím, že se zabrání výlučnému soustředění toku kovu na celistvé oblasti tohoto disku, které lícují s otvory v horním disku 13 .

V druhém příkladu provedení vynálezu, zobrazeného na obr.2 (na kterém jsou prvky shodné s prvky na obr. la označeny stejnými vztahovými značkami) sestává překážka, vložená do hubice ý, z trubkovité součásti 21, opatřené dnem 22 na jednom z jejích konců. Na otevřeném konci této trubkovité součásti 21 je rameno 23, které může být vloženo do uložení 12, uspořádaného v dutém členu 6, a které obsahuje disky 13, 14, 15 podle předchozího příkladu provedení vynálezu. Na své boční stěně 24 má trubkovitá součást 21 otvory 25, 2 6, 27, které umožňují kapalnému kovu procházet vnitřním prostorem 28 trubkovité součásti 21 do vnitřního prostoru 1_ dutého členu 6, poté co kov ztratil větší část své potenciální energie. V příkladu, zobrazeném na obr. 2, je šest otvorů 25, 2 6, 27, rozdělených do tři úrovní po výšce trubkovité součásti 21 a majících přibližně oválný tvar. To umožňuje přednostně směrovat kapalný kov na boční stěnu válcovité části ý vnitřního prostoru 7 dutého členu 6. Tímto způsobem způsobí náraz kovu proti boční stěně absorpci energie, která se přičítá k té, která se pohltila ve trubkovité součásti 21. Podobně je pro co nejdelší zdržení kovu uvnitř hubice 1. výhodné, aby směr těchto otvorů byl kolmý na směr vyústění 11, 11' hubice.

Podle příkladu má trubkovitá součást 21 vnitřní prostor 28 s délkou 84 mm, průměrem 30 mm a otvory 25, 26, 27 o rozměrech 10 x 20 mm, přičemž účinek na rychlost a praví delnost toku kovu je v podstatě srovnatelný s účinkem disků 13, 14, 15 překážky, popsané a zobrazené na obr. la až ld, kdyby byla trubkovitá součást 21 zasunuta do stejné hubice 1.

Shora popsané příklady nejsou ovšem omezující. Lze si představit vsunutí překážky do skutečného vnitřku trubky 2 a nikoli pouze do jejího prodloužení. Bylo by také možné vsunout do hubice více překážek, podobných těm, které byly popsány, nebo změnit jejich tvar, ale způsobilých plně zastávat tytéž funkce.

Vynález není omezen ve svých aplikacích na obor kontinuálního lití plochých produktů vyráběných z ocele (desky, tenké desky, tenké pásy), ačkoli právě především v něm nalezne použiti. Může být aplikován v mnoha jiných příkladech hubic pro kontinuální lití některých kovů ve všech formátech, v případě kde se požaduje dosáhnout tlumení toků, způsobující lepší plnění hubíce a v důsledku toho, z něho vyplývající větší stability toku kapalného kovu.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Hubice (1) pro přivádění kapalného kovu do formy při kontinuálním lití kovů, zahrnující trubkovitý první díl (2), jehož jeden konec je určen ke spojení s nádržkou, obsahující kapalný kov, a druhý jeho konec (4) vyúsťuje do dutého druhého dílu (6), ve kterém alespoň jedna část (29) vnitřtního prostoru (7) je orientována v podstatě koLmo k trubkovitému prvnímu dílu (2), přičemž část (29) má na každém konci alespoň jedno hrdlo (10,11) pro zaústění do odlévacího prostoru formy, vyznačující se tím, že zahrnuje překážku, umístěnou v dráze kapalného kovu uvnitř trubkovitého prvního dílu (2) , nebo v jeho prodloužení a tato překážka zahrnuje alespoň jednu perforovanou součást pro odchýlení toku kovu z jeho přednostní dráhy uvnitř hubice.
2. 2. Hubice podle nároku 1, vyznačující se tím, že překážka sestává alespoň z jednoho disku perforovaného více otvory.
3. 3. Hubice podle nároku 1, vyznačující se tím, že překážka sestává z více disků (13,15), perforovaných více otvory (16,18) a navzájem oddělenými jinými disky (14), perforovanými jediným otvorem (17) o průřezu, který přibližně odpvídá vnitřnímu průřezu trubkovitého prvního dílu (2).
4. 4. Hubice podle nároku 1, vyznačující se tím, že překážka je tvořena trubkovitou součástí (21), opatřenou dnem (22), pro přijetí kapalného kovu do jejího vnitřku, přičemž trubkovitá součást (21) zahrnuje ve své boční stěně (24) otvory (25,26,27) pro vtékání kovu do vnitřního prostoru (7) druhého dílu (6) hubice (1).
5. 5. Hubice podle nároku 4, vyznačující se tím, že otvory (25,26,27) jsou orientovány směrem k vnitřní stěně druhého dílu (6) hubice (1) .
6. 6. Hubice podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že první díl (2} a druhý díl (6} hubice (1) jsou spojeny zašroubováním prvního dílu (2) do druhého dílu (6), a že překážka je vsunuta do uložení (12), uspořádaného ve vnitřní stěně druhého dílu (6).
7. 7. Hubice podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že část (29) vnitřního prostoru (7) druhého dílu (6), která je orientována v podstatě kolmo k prvnímu dílu (2) má protáhlý tvar, dávající vnitřnímu prostoru celé hubice obecný tvar T.
8. 8. Hubice podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že spodní část (19) dutého členu (6) zahrnuje alespoň jeden výtokový otvor (20).