EA020982B1 - Металлоприемник промежуточного ковша для непрерывной разливки металла - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, в частности, в установках для непрерывной разливки металла. Металлоприемник промежуточного ковша для непрерывной разливки металла, содержащий емкость, выполненную одним изделием или из отдельных частей, имеющую дно в форме многоугольника и замкнутую боковую стенку с проемами, дополнительно имеет в горизонтальном сечении переходные части между зоной поступления металла в металлоприемник и проемами шириной не более 2,0 максимальной ширины проема и длиной 1,0-6,0 длины проема, равной толщине боковой стенки в месте проема.

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, в частности, в установках для непрерывной разливки металла.

Известен металлоприёмник промежуточного ковша для непрерывной разливки металла, содержащий стаканообразную ёмкость, имеющую дно и замкнутую боковую стенку воронкообразной формы. Внешняя поверхность боковой стенки состоит из частей, отличающихся между собой углами наклона, а внутренняя поверхность - из частей, отличающихся между собой углами наклона и выступающих навстречу друг другу частей, замкнутая боковая стенка сделана трапециеподобной формы в горизонтальном разрезе части внешней и соответствующей ей части внутренней поверхностей, на противоположных частях боковой стенки сделаны проемы. При этом все соединённые части внутренней боковой поверхности расположены относительно друг друга под углом 90° (ИЛ 51118 от 15.05.2008 г., МПК Β22Ό 41/00).

Известен также металлоприемник промежуточного ковша для непрерывной разливки металла, который содержит огнеупорную емкость, образованную опорной плитой (дном) и стенкой с проемами, при этом толщина стенки равна 0,25-0,5 толщины дна, а прорези расположены симметрично, оси симметрии в горизонтальной плоскости составляют угол 45-180° (ИЛ 51522 от 14.12.2009 г., МПК Β22Ό 41/00).

Известен также металлоприемник (приемный колодец) для непрерывной разливки металла, состоящий из опорной плиты, имеющей верхнюю ударную поверхность, и боковых стенок, хотя бы одна из которых выполнена с возможностью полного прилегания к огнеупорной футеровке одной из боковых стен промежуточного ковша. Опорная плита и стенки могут быть выполнены одним изделием или из отдельных частей. Опорная плита может быть выполнена в форме многоугольника. Суммарная площадь наружных поверхностей металлоприемника, прилегающих к футеровке промковша, составляет не менее 30% от общей наружной поверхности металлоприемника, а хотя бы в одной из боковых стенок имеется отверстие. Одна из боковых стен имеет высоту не менее 75% от высоты рабочего пространства промковша (КИ 2400327 от 27.04.2009 г., МПК Β22Ό 41/00).

Известные модели металлоприемника не рассматривают и не учитывают характер истечения металла в горизонтальной плоскости. Стаканообразная (ведрообразная) форма металлоприемника обусловливает непрямолинейный в горизонтальном сечении характер истечения металла из металлоприемника в разливочную зону промковша. При ударе о дно металлоприемника струя металла, разливаемого из сталеразливочного ковша, отражается равномерно во все стороны (360°) относительно оси падения струи, а не только (и не столько) в направлении проемов металлоприемника. Отражаясь от задней (трапециевидной) и передней (противоположной ей) частей боковой стенки, потоки металла закручиваются в горизонтальном сечении навстречу друг другу и сталкиваются вблизи проемов. Проемы, имея низкое соотношение толщины и ширины, не способны придать выходящим из проемов потокам металла заданное направление (вдоль осей проемов, лежащих в горизонтальной плоскости). При внезапном сужении русла на входе в проемы создаются пространства с завихрениями жидкого металла, которые образуются в пристенном пространстве широкой части русла (внутри металлоприемника). Такие же завихрения образуются в начале узкой части русла за счёт того, что при входе в неё (узкую часть) металл продолжает некоторое время двигаться по инерции в направлении центра проема, и основное русло потока ещё некоторое время продолжает сужаться. Вследствие этого потоки металла, выходящие из проемов, приобретают разнонаправленные в горизонтальном сечении, в т.ч. расходящиеся, направления, что приводит к образованию завихрений в непосредственной близости от огнеупорной футеровки длинных стен промковша и ее повышенному износу, преимущественно на участках футеровки, граничащих с частями боковой поверхности металлоприемника, направленными к торцам промковша. Отсутствие дополнительных граней боковой поверхности металлоприемника, закрывающих участки футеровки длинных стен промковша, непосредственно примыкающие к дельте (трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены) промковша, обусловливает повышенный износ футеровки промковша в этих зонах.

Описываемая в патенте ИЛ 51118 модель металлоприемника, у которого две противоположные части боковой стенки, обращенные к длинным стенам промковша (в т.ч. к так называемой дельте - трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены промковша), примыкают к ним (закрепляются в футеровке промежуточного ковша), фактически разделяет пространство разливочной зоны промковша на две изолированные части, что затрудняет выравнивание температур по длине промковша и, соответственно, способствует возникновению застойных зон и перепадов скоростей разливки по разным ручьям. Кроме того, образование двух изолированных пространств в промковше может послужить причиной образования значительного остатка металла в одной из изолированных половин промковша по окончании разливки, в случае не одновременного прекращения разливки из ручьев (закрытия ручьев), расположенных в изолированных половинах промковша.

В металлоприемнике, описанном в патенте ИЛ 51522, низкое соотношение толщины боковой стенки по отношению к толщине дна обусловливает опережающий износ стенок с их последующим разрушением, либо, в случае значительных абсолютных величин толщины боковой стенки, приводит к удорожанию себестоимости стальной продукции по причине низкой степени выработки ресурса стойкости донной части металлоприемника и перерасхода огнеупорного материала при его изготовлении. Кроме того, в процессе износа тонких стенок проемов происходит смещение потоков расплавленного металла, вследствие чего создаются неблагоприятные условия для снижения степени турбулентности потоков металла,

- 1 020982 что негативно отражается на качестве металла.

Описываемая в патенте КИ 2400327 модель металлоприемника не обеспечивает равномерного распределения потоков расплавленного металла с локализацией турбулентности и формированием струи в заданном направлении в зависимости от конструкции промежуточного устройства.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании металлоприемника промежуточного ковша для непрерывной разливки металла, обеспечивающего достижение технического результата.

Технический результат, достигаемый в заявляемом изобретении, заключается в снижении вихреобразования потоков металла в объеме промежуточного ковша и увеличении стойкости огнеупорной футеровки промежуточного ковша.

Указанный технический результат достигается тем, что металлоприемник промежуточного ковша для непрерывной разливки металла, содержащий емкость, выполненную одним изделием или из отдельных частей, имеющую дно в форме многоугольника и замкнутую боковую стенку с проемами, согласно изобретению, дополнительно имеет в горизонтальном сечении переходные части между зоной поступления металла в металлоприемник и проемами шириной не более 2,0 максимальной ширины проема и длиной 1,0-6,0 длины проема, равной толщине боковой стенки в месте проема.

По меньшей мере три смежные грани боковой стенки металлоприемника прилегают к трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены и граничащим с ней участкам задней стенки промежуточного ковша.

Толщина боковой стенки металлоприемника составляет 0,5-1,0 толщины его дна.

Ширина проема составляет 0,5-3,0 длины проема, равной толщине боковой стенки в месте проема.

Грани боковой стенки металлоприемника сопрягаются между собой с помощью скруглений с радиусом 0,1-1,0 от толщины стенки в зоне сопряжения.

Угол между наружными поверхностями граней боковой стенки металлоприемника, в которых располагаются проемы, составляет в горизонтальной плоскости 0-60°.

Угол наклона боковых стенок в проемах составляет 0-45° по отношению к вертикальной оси.

Углы наклона боковых стенок одного или всех проемов по отношению к вертикальной оси отличаются на величину не более 30°.

Внезапное сужение сечения на входе потока металла в проем металлоприемника, которое имеет место в существующих аналогах металлоприемников, всегда вызывает гидравлические потери энергии, обусловленные трением потока при входе в узкий проем и потерями на вихреобразование. Потери на вихреобразование вызываются тем, что поток не обтекает входной угол, а срывается с него, что приводит к сужению потока в проеме металлоприемника, при этом пространство вокруг суженной части потока заполняется завихренным металлом. Создание в заявляемом металлоприемнике переходных частей с указанными параметрами (шириной не более 2,0 максимальной ширины проема и длиной 1,0-6,0 длины проема, равной толщине боковой стенки в месте проема) направлено на достижение технического результата. Достигаемая в заявляемом металлоприемнике степень сужения (отношение площади сечения переходной части к площади сечения проема) позволяет почти в 2 раза снизить гидравлическое сопротивление и вихреобразование на входе потоков металла в проемы металлоприемника, по сравнению с существующими аналогами металлоприемников, в которых степень сужения велика, т.е. сечение проема по сравнению с сечением металлоприемника в зоне поступления металла пренебрежимо мало.

Отсутствие дополнительных граней боковой поверхности металлоприемника, закрывающих участки футеровки длинных стен промежуточного ковша, непосредственно примыкающих к трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены промежуточного ковша, приводит к повышенному износу футеровки в этих зонах.

Боковая стенка металлоприемника выполнена толщиной 0,5-1,0 толщины его дна. Указанное соотношение толщин обеспечивает равностойкость дна и стен металлоприемника: низкое соотношение толщины боковой стенки по отношению к толщине дна обусловливает опережающий износ стенок с их последующим разрушением, либо, в случае значительных абсолютных величин толщины боковой стенки, приводит к удорожанию себестоимости стальной продукции по причине низкой степени выработки ресурса стойкости донной части металлоприемника и перерасхода огнеупорного материала при его изготовлении. Кроме того, в процессе износа тонких стенок проемов происходит смещение потоков расплавленного металла, вследствие чего создаются неблагоприятные условия для снижения степени турбулентности потоков металла, что негативно отражается на качестве металла.

Ширина проема составляет 0,5-3,0 длины проема, равной толщине боковой стенки в месте проема. Данное соотношение ширины и длины проема обеспечивает допустимый износ стенок проема при достижении равномерного поля скоростей потоков металла в выходном сечении проема. Слишком узкий проем может послужить причиной опережающего износа стенок проема и преждевременного их разрушения, а слишком широкий проем, т.е. с относительно низкой длиной, не обеспечивает достаточной степени выравнивания скоростей и направлений потоков металла в выходном сечении.

Грани боковой стенки сопрягаются между собой с помощью скруглений с радиусом 0,1-1,0 от толщины стенки в зоне сопряжения. Создание плавных сопряжений дополнительно снижает сопротивление

- 2 020982 движению металла и сопутствующее вихреобразование, т.е. способствует снижению степени турбулентности потоков металла.

Угол между наружными поверхностями граней боковой стенки, в которых располагаются проемы, составляет в горизонтальной плоскости 0-60°. Расположение граней боковой стенки, в которых находятся проемы, по отношению друг к другу определяет направление выходящих из металлоприемника потоков металла и варьируется в зависимости от конструкции промежуточного ковша (его длины, количества и расположения ручьев). При угле более 60° значительно снижается конструктивная прочность металлоприемника.

Угол наклона боковых стенок в проемах составляет 0-45° по отношению к вертикальной оси. Увеличение ширины проема по его высоте способствует тому, что в верхней части проема имеет место минимальная скорость истечения металла из металлоприемника, что препятствует захвату металлом неметаллических включений из шлака, а также снижает нагрузку на верхнюю часть боковой стенки металлоприемника, подверженную опережающему износу.

Углы наклона боковых стенок одного или всех проемов по отношению к вертикальной оси отличаются на величину 0-30°. Разный угол наклона боковых стенок проемов позволяет регулировать (выравнивать) скорость износа стенок в зависимости от конструкции металлоприемника и места падения струи металла в металлоприемник.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1б показана конкретная форма выполнения металлоприемника, не исключающая другие варианты в пределах формулы предлагаемого изобретения. На фиг. 1а показано расположение металлоприемника и направление потоков металла, выходящих из проемов металлоприемника в объеме промежуточного ковша.

Металлоприемник 1 устанавливается на дно промежуточного ковша 2 таким образом, что, по меньшей мере, три смежные грани боковой стенки металлоприемника 1 прилегают к дельте (трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены) и граничащим с ней участкам задней стенки промежуточного ковша 2. Часть боковой стенки, диаметрально противоположная части, прилегающей к дельте, не прилегает к стенке промежуточного ковша 2, образуя свободное пространство между металлоприемником 1 и (передней) боковой стенкой промежуточного ковша 2, соединяющее пространство в противоположных концах промежуточного ковша 2 по всей его длине. Металл поступает в металлоприемник 1 через огнеупорный металлопровод (на чертеже не показан). В объеме металлоприемника 1 истечение металла происходит в переходные части 3 по направлению к проемам 5 в горизонтальной плоскости. Переходные части 3 формируют заданное направление выходящих из металлоприемника 1 потоков металла 4 в объем промежуточного ковша 2, снижая вихреобразование потоков металла 4 в объеме промежуточного ковша и способствуя увеличению стойкости огнеупорной футеровки промежуточного ковша.

В целом, предлагаемая конструкция металлоприемника способствует выравниванию температур по длине промежуточного ковша и, соответственно, препятствует возникновению застойных зон и перепадов скоростей разливки по разным ручьям. Кроме того, в случае не одновременного прекращения разливки из ручьев, предлагаемая конструкция позволяет завершать серию разливки с минимальным остатком металла в промежуточном ковше.

Наличие в конструкции металлоприемника переходных частей между зоной поступления металла в металлоприемник и проемами шириной не более 2,0 максимальной ширины проема и длиной 1,0-6,0 длины проема, равной толщине боковой стенки в месте проема, способствует значительному снижению вихреобразования потоков металла и увеличению стойкости огнеупорной футеровки промежуточного ковша, таким образом, обеспечивая достижение заявленного технического результата.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Металлоприемник промежуточного ковша для непрерывной разливки металла, содержащий емкость, выполненную одним изделием или из отдельных частей, имеющую дно в форме многоугольника и замкнутую боковую стенку с проемами, отличающийся тем, что дополнительно имеет в горизонтальном сечении переходные части между зоной поступления металла в металлоприемник и проемами шириной не более 2,0 максимальной ширины проема и длиной 1,0-6,0 длины проема, равной толщине боковой стенки в месте проема.
2. 2. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере три смежные грани боковой стенки металлоприемника прилегают к трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены и граничащим с ней участкам задней стенки промежуточного ковша.
3. 3. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что толщина боковой стенки металлоприемника составляет 0,5-1,0 толщины его дна.
4. 4. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что ширина проема составляет 0,5-3,0 длины проема, равной толщине боковой стенки в месте проема.
5. 5. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что грани боковой стенки металлоприемника сопрягаются между собой с помощью скруглений с радиусом 0,1-1,0 от толщины стенки в зоне сопряжения.

   - 3 020982
6. 6. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что угол между наружными поверхностями граней боковой стенки металлоприемника, в которых располагаются проемы, составляет в горизонтальной плоскости 0-60°.
7. 7. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что угол наклона боковых стенок в проемах составляет 0-45° по отношению к вертикальной оси.
8. 8. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что углы наклона боковых стенок одного или всех проемов по отношению к вертикальной оси отличаются на величину не более 30°.