ITRM960869A1 - UNLOADER FOR LINGOTTERY IN CONTINUOUS CASTING MACHINES - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIZIONE dell'Invenzione industriale dal titolo : DESCRIPTION of the industrial invention entitled:
"SCARICATORE PER LINGOTTIERA IN MACCHINE DI COLATA CONTINUA" "UNLOADER FOR INGOT MILL IN CONTINUOUS CASTING MACHINES"
La presente invenzione si riferisce ad uno scaricatore per lingottiera in macchine di colata continua e, più precisamente, ad uno scaricatore di metallo fuso in lingottiera per macchine di colata continua che presenta le proprie luci di scarico orientate. The present invention refers to an unloader for an ingot mold in continuous casting machines and, more precisely, to an unloader of molten metal in an ingot mold for continuous casting machines which has its own oriented unloading ports.
È nota l'applicazione di scaricatori per trasferire il metallo liquido da un ripartitore, comunemente chiamato paniera, alla rispettiva lingottiera. Durante il trasferimento del metallo liquido, la velocità con cui viene alimentata la lingottiera ha una influenza marcata sulla qualità del prodotto finale. Infatti, un problema che si presenta è quello della distribuzione non omogenea del metallo in termini di velocità e/o temperatura. Tale problema può dar luogo a problemi di superficie del bagno troppo fredda o troppo agitata. In tal caso, la solidificazione procede in modo irregolare e possono essere inglobate nel bagno le polveri di copertura che normalmente ricoprono la superficie del bagno stesso. The application of unloaders to transfer the liquid metal from a divider, commonly called tundish, to the respective ingot mold is known. During the transfer of the liquid metal, the speed at which the mold is fed has a marked influence on the quality of the final product. In fact, a problem that arises is that of the non-homogeneous distribution of the metal in terms of speed and / or temperature. This problem can give rise to problems with the surface of the bath that is too cold or too agitated. In this case, the solidification proceeds in an irregular way and the covering powders which normally cover the surface of the bath itself can be incorporated into the bath.
Un altro problema si presenta quando i getti provenienti dallo scaricatore impattano troppo energicamente sulle facce laterali della lingottiera, dando origine al fenomeno .di rifusione della pelle che, se esasperato, può compromettere la regolarità del processo. Another problem arises when the jets coming from the unloader impact too strongly on the lateral faces of the mold, giving rise to the phenomenon of recasting of the hide which, if exasperated, can compromise the regularity of the process.
Date le elevate produttività comunemente richieste alle macchine di colata continua, i suddetti problemi sono molto sentiti nello smaltimento delle grandi portate, poiché le eventuali irregolarità nello scambio termico nonché la possibilità di catturare delle polveri di copertura superficiale possono inficiare sia la qualità superficiale che quella interna del prodotto. Given the high productivity commonly required of continuous casting machines, the aforementioned problems are strongly felt in the disposal of large flow rates, since any irregularities in the heat exchange as well as the possibility of capturing surface covering powders can affect both the surface and internal quality. of the product.
Per risolvere i suddetti problemi sono state adottate varie metodologie. Una metodologia nota è quella di adottare un dispositivo esterno alla lingottiera noto con il nome di freno elettromagnetico il quale, attraverso un campo elettromagnetico indotto nel bagno, influenza il moto del metallo, riducendo così l'agitazione del bagno. Lo svantaggio di un dispositivo del genere è quello di presentare costi molto elevati e, come per tutti i dispositivi esterni ad un impianto, l'impegno aggiuntivo della relativa manutenzione e controllo . Various methodologies have been adopted to solve the aforementioned problems. A known methodology is that of adopting a device external to the mold known as the electromagnetic brake which, through an electromagnetic field induced in the bath, influences the motion of the metal, thus reducing the agitation of the bath. The disadvantage of such a device is that it has very high costs and, as for all devices external to a plant, the additional effort of the relative maintenance and control.
Un altro modo per cercare di risolvere i suddetti problemi è stato quello di curare le caratteristiche geometriche dello scaricatore. Con quest'ottica, la pratica più comune è quella di realizzare scaricatori con i propri fori di uscita orientati verso il basso. Another way to try to solve the above problems was to take care of the geometric characteristics of the trap. With this in mind, the most common practice is to make unloaders with their outlet holes oriented downwards.
Inoltre, vi è una ulteriore forma di realizzazione in cui lo scaricatore presenta quattro fori orizzontali e non solamente due, in modo da diminuire l'energia del getto di metallo. Furthermore, there is a further embodiment in which the trap has four horizontal holes and not only two, so as to decrease the energy of the metal jet.
Tali soluzioni però risolvono parzialmente i suddetti problemi poiché hanno per oggetto l'effetto del fenomeno e cioè, per esempio, la superficie troppo agitata, e non la causa che è l'eccessiva energia del metallo da smaltire. Inoltre, si hanno miglioramenti a portate contenute ma non all'aumentare della portata e, quindi, della produttività della macchina. However, these solutions partially solve the aforesaid problems since they have as their object the effect of the phenomenon, that is, for example, the excessively agitated surface, and not the cause which is the excessive energy of the metal to be disposed of. Furthermore, there are improvements at low flow rates but not as the flow rate and, therefore, the productivity of the machine increase.
Scopo quindi della presente invenzione è risolvere i suddetti problemi fornendo uno scaricatore che presenti una disposizione delle proprie luci di scarico tale da indurre uno smorzamento dell'energia del getto di metallo attraversante le dette luci e che detto smorzamento aumenti proporzionalmente con l'aumentare della portata, diminuendo con ciò l'agitazione del bagno in lingottiera. Therefore, the object of the present invention is to solve the aforementioned problems by providing a trap which has an arrangement of its exhaust ports such as to induce a dampening of the energy of the metal jet passing through said ports and that said damping increases proportionally with the increase in flow rate. , thereby decreasing the agitation of the bath in the mold.
Altro scopo della presente invenzione è fornire uno scaricatore per lingottiere di semplice realizzazione, di grande affidabilità e che presenti una manutenzione ordinaria. Another object of the present invention is to provide an unloader for ingot molds that is simple to manufacture, highly reliable and has routine maintenance.
Secondo la presente invenzione, quindi, viene fornito uno scaricatore per lingottiera di macchine di colata continua comprendente: According to the present invention, therefore, an unloader is provided for an ingot mold of continuous casting machines comprising:
- un corpo principale di forma sostanzialmente cilindrica; - a main body having a substantially cylindrical shape;
- un condotto di efflusso ricavato all'interno di detto corpo principale; - an outflow duct obtained inside said main body;
almeno due prime luci di efflusso disposte sostanzialmente in maniera simmetrica lungo il perimetro esterno di detto corpo principale l'una rispetto all'altra e ricavate in corrispondenza dell'estremità inferiore di detto corpo principale ed in modo tale da mettere in comunicazione con l'esterno detto condotto di efflusso; at least two first outflow ports arranged substantially symmetrically along the outer perimeter of said main body with respect to each other and obtained at the lower end of said main body and in such a way as to communicate with the outside said outflow duct;
- almeno due seconde luci di efflusso disposte sostanzialmente in maniera simmetrica lungo il perimetro esterno di detto corpo principale l'una rispetto all'altra e superiormente a dette almeno due prime luci ed in modo tale da mettere in comunicazione con l'esterno detto condotto di efflusso; - at least two second outflow ports arranged substantially symmetrically along the outer perimeter of said main body with respect to each other and above said at least two first outlets and in such a way as to put said outlet duct in communication with the outside outflow;
caratterizzato dal fatto che ciascuna luce di detta almeno due prime luci presenta un orientamento prevalentemente verso l'alto e dal fatto che ciascuna luce di dette almeno due seconde luci presenta un orientamento prevalentemente verso il basso, e detto condotto di efflusso essendo eventualmente di forma rastremata verso il basso. characterized in that each port of said at least two first ports has a predominantly upward orientation and by the fact that each port of said at least two second ports has a predominantly downward orientation, and said outflow duct possibly being tapered in shape downward.
La presente invenzione verrà meglio illustrata in appresso dalla descrizione di una sua forma di realizzazione, data a titolo esemplificativo e non limitativo, e facendo riferimento ai disegni annessi, in cui: The present invention will be better illustrated below by the description of an embodiment thereof, given by way of non-limiting example, and with reference to the attached drawings, in which:
la figura 1 è una vista schematica in prospettiva di uno scaricatore della tecnica precedente; e Figure 1 is a schematic perspective view of a prior art trap; And
la figura 2 è una vista schematica in sezione longitudinale di uno scaricatore secondo la presente invenzione. Figure 2 is a schematic longitudinal sectional view of a discharger according to the present invention.
Con riferimento alla figura 1, essa mostra schematicamente uno scaricatore della tecnica precedente . With reference to Figure 1, it schematically shows a prior art arrester.
Lo scaricatore presenta un corpo 1 sostanzialmente di forma cilindrica all'interno del quale è ricavato un condotto 2 di efflusso del metallo liquido. Inizialmente, detto condotto 2 presenta una sezione trasversale costante fino ad una determinata lunghezza, in corrispondenza della quale sono ricavate due luci 3 di efflusso (una sola delle quali è mostrata in figura). A partire da detta lunghezza, la sezione del condotto 2 diventa minore e si estende per un'altra lunghezza determinata ove, analogamente a quanto sopra, sono ricavate due luci 4 di efflusso (una sola delle quali è mostrata in figura), di maggior grandezza rispetto alle due luci 3. The discharger has a substantially cylindrical body 1 inside which an outflow conduit 2 for the liquid metal is formed. Initially, said duct 2 has a constant cross section up to a certain length, in correspondence with which two outflow ports 3 are formed (only one of which is shown in the figure). Starting from said length, the section of the duct 2 becomes smaller and extends for another determined length where, similarly to the above, two outflow ports 4 are obtained (only one of which is shown in the figure), of greater size than the two lights 3.
Le luci 3 e le luci 4 sono disposte con un orientamento orizzontale, e cioè, in modo ortogonale alla lunghezza dello scaricatore. The ports 3 and the ports 4 are arranged with a horizontal orientation, that is, orthogonal to the length of the arrester.
Facendo ora riferimento alla figura 2, essa mostra una sezione longitudinale dello scaricatore secondo la presente invenzione. Referring now to Figure 2, it shows a longitudinal section of the trap according to the present invention.
Lo scaricatore presenta un corpo 5 di forma sostanzialmente cilindrica all'interno del quale è ricavato un condotto di efflusso 6. The trap has a substantially cylindrical body 5 inside which an outflow duct 6 is formed.
In questa forma di realizzazione, in corrispondenza dell'estremità superiore di detto corpo 5, il condotto 6 presenta una filettatura 7 atta ad impegnarsi con il condotto di alimentazione dello scaricatore (non mostrato in figura) nella maniera già nota. In this embodiment, at the upper end of said body 5, the duct 6 has a thread 7 able to engage with the supply duct of the discharger (not shown in the figure) in the already known manner.
È da notare che il condotto 6 è rastremato nella sua lunghezza, e cioè, presenta una sezione trasversale che si restringe conformemente con l'avanzamento di detto condotto. It should be noted that the duct 6 is tapered in its length, that is, it has a cross section which narrows in accordance with the advancement of said duct.
In corrispondenza a circa un terzo della lunghezza del condotto 6 e a partire dall'estremità inferiore del corpo 5, sono ricavate due luci di efflusso 8 di eguali dimensioni e disposte una diametralmente opposta all'altra. Dette luci 8 sono orientate verso l'alto in modo tale che il loro asse longitudinale X formi un angolo a con l'asse longitudinale Y dello scaricatore. At approximately one third of the length of the duct 6 and starting from the lower end of the body 5, two outflow ports 8 of equal size and arranged diametrically opposite to the other are formed. Said ports 8 are oriented upwards in such a way that their longitudinal axis X forms an angle a with the longitudinal axis Y of the unloader.
Superiormente a dette luci di efflusso 8 ed in corrispondenza a circa due terzi della lunghezza del condotto a partire dall'estremità inferiore, sono ricavate due luci di efflusso 9 di eguali dimensioni, ma di dimensioni maggiori rispetto alle luci 8, e disposte una diametralmente opposta all'altra. Dette luci 9 sono orientate verso il basso ed in modo tale che il loro asse longitudinale W formi un angolo β con l'asse longitudinale Y dello scaricatore. Above said outflow ports 8 and in correspondence to approximately two thirds of the length of the duct starting from the lower end, two outflow ports 9 of equal size, but larger than the ports 8, and arranged diametrically opposite are obtained. to the other. Said ports 9 are oriented downwards and in such a way that their longitudinal axis W forms an angle β with the longitudinal axis Y of the unloader.
L'orientamento di dette luci superiori 9 ed inferiori 8 è tale da imprimere al flusso di metallo che le attraversa una direzione che tende ad unire i due flussi, e cioè, in modo tale che il flusso superiore incontri il flusso inferiore, imponendo con ciò uno smorzamento all'energia cinetica dei flussi che aumenta proporzionalmente con l'aumentare della portata e, quindi, durante l'impiego ad alte produttività. The orientation of said upper 9 and lower 8 ports is such as to give the flow of metal passing through them a direction which tends to join the two flows, that is, in such a way that the upper flow meets the lower flow, thereby imposing a damping to the kinetic energy of the flows which increases proportionally with the increase of the flow rate and, therefore, during use at high productivity.
Per il dimensionamento ottimale delle sezioni, e cioè, delle luci di efflusso e quelle del condotto, sono stati condotti calcoli per mezzo di simulazioni numeriche con un codice di calcolo commerciale (più precisamente il codice PHOENICS) . Quindi, ottenuto il dimensionamento ottimale, è stato realizzato un modello in scala 1:1 in plexiglas e provato con acqua in lingottiera come fluido di lavoro. For the optimal sizing of the sections, that is, of the outflow ports and those of the duct, calculations were carried out by means of numerical simulations with a commercial calculation code (more precisely the PHOENICS code). Then, having obtained the optimal sizing, a 1: 1 scale model was made in Plexiglas and tested with water in the mold as a working fluid.
Nella scelta delle dimensioni si è tenuto conto della dissipazione di energia al menisco ed alle facce laterali della lingottiera, nonché la temperatura delle stesse. In choosing the dimensions, the dissipation of energy at the meniscus and the lateral faces of the mold, as well as the temperature of the same, was taken into account.
Quindi, sono state confrontate le prestazioni dello scaricatore così ottenuto con uno standard a due fori. Tali prestazioni riguardano: Then, the performance of the resulting arrester was compared with a two-hole standard. These services concern:
1) la velocità e la profondità d'impatto del getto sulle facce laterali della lingottiera; 1) the speed and impact depth of the casting on the lateral faces of the mold;
2) la predisposizione a generare una superficie ondosa e/o vorticosa; 2) the predisposition to generate a wavy and / or swirling surface;
3) il grado di omogeneità termica in superficie; e 4) l'indice di buon ricambio di metallo nella parte alta della lingottiera. 3) the degree of thermal homogeneity on the surface; and 4) the index of good metal exchange in the upper part of the mold.
Qui di seguito, vengono illustrate due tabelle rappresentative del dimensionamento ottimale di un modello di scaricatore secondo i calcoli effettuati ed i risultati sperimentali ottenuti . Two tables representing the optimal sizing of a SPD model according to the calculations carried out and the experimental results obtained are illustrated below.
La tabella 1 illustra i vari parametri di dimensionamento ottimale dello scaricatore espressi in maniera adimensionale e con riferimento alla figura 2 della presente invenzione. Table 1 illustrates the various parameters of optimal sizing of the arrester expressed in a dimensionless manner and with reference to Figure 2 of the present invention.
La tabella 2 illustra i parametri di merito, espressi come indici normalizzati, risultati dal confronto tra lo scaricatore dell'invenzione ed uno scaricatore standard a due fori. Table 2 illustrates the parameters of merit, expressed as normalized indices, resulting from the comparison between the drain of the invention and a standard two-hole drain.
Tabella 1 Table 1
Tabella 2 Table 2
Come si può notare, con lo scaricatore dimensionato come da tabella 1 e secondo i risultati ottenuti ed illustrati nella tabella 2, il responso è stato ampiamente positivo. As can be seen, with the arrester sized as in table 1 and according to the results obtained and illustrated in table 2, the response was largely positive.
In particolare, la velocità d'impatto sulle facce laterali della lingottiera è diminuita del 40% circa, il grado di ondosità del 10% e l'indice di formazione di vortici del 50%. Solo il grado di disuniformità termica al menisco è risultato lievemente peggiore ma, sulla base dell'esperienza di qualunque tecnico esperto nel ramo, i valori globali sono decisamente indicativi di un sostanziale miglioramento. In particular, the impact speed on the side faces of the mold decreased by about 40%, the degree of waviness by 10% and the vortex formation index by 50%. Only the degree of thermal non-uniformity at the meniscus was slightly worse but, on the basis of the experience of any technician skilled in the art, the overall values are definitely indicative of a substantial improvement.
La presente invenzione non è limitata all'esempio di realizzazione precedentemente descritto, ma ne comprende qualsiasi variante di esecuzione . The present invention is not limited to the exemplary embodiment described above, but includes any variant of execution thereof.
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