PL179731B1

PL179731B1 - Dysza wlewowa PL PL PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL179731B1
Application number: PL95317025A
Authority: PL
Inventors: Lawrence John Heaslip; James Derek Dorricott
Original assignee: Vesuvius Crucible Co
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 2000-10-31
Also published as: AU2252095A; US5785880A; WO1995029025A1; ES2153479T3; PL317025A1; RU2176576C2; EP0804309B1; BR9507849A; CA2188764A1; CA2188764C; AU696557B2; CN1155858A; JPH10506054A; JP3779993B2; KR970702113A; CZ292263B6; ATE197685T1; CZ311196A3; EP0804309A1; DE69519480D1

Abstract

1 . Dysza wlewowa do przeplywu przez nia plynnego metalu, w której sklad wchodza pionowa, wlotowa sekcja rurowa, sekcja wylotowa oraz czesc korpusowa umieszczo- na pomiedzy wlotowa sekcja rurowa oraz sekcja wylotowa przy czym czesc korpusowa jest polaczona przeplywowo z wlotowa sekcja rurowa znamienna tym, ze wlotowa sekcja rurowa (30b) posiada pierwsze pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia 1 zasadniczo symetrie osiow a a czesc korpusowa zawiera sekcje przejsciowa (34) o zmiennym polu powierzchni przeplywu, w której pole powierzchni przeplywu jest zmienne od pierwszego pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia do drugiego pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia, które jest wieksze pod wzgledem pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia niz pierwsze pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia 1 w sekcji przejscio- wej (34) dysza ma zmienna symetrii od symetrii w przy- blizeniu osiowej do symetrie w przyblizeniu planarnej, zas sekcja dzielaca jest polaczona przeplywowo z sekcja przejsciowa (34) i jest umieszczona w poblizu sekcji wylotowej, dzielac strumien plynnego metalu wyplywa- jacego z sekcji przejsciowej (34) na dwa strumienie odchylone katowo od pionu w przeciwnych kierunkach FIG. 2 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest dysza wlewowa, a zwłaszcza zanurzona dysza wlewowa, przez którą przepływają płynne metale.

W procesach ciągłego odlewania płaskich kęsisk stalowych o grubości, na przykład 50 do 60 mm i szerokości 975 do 1625 mm, stosuje się zanurzone dysze wlewowe o typowych wymiarach wylotów 25 do 40 mm szerokości i 150 do 250 mm długości. We wlewach tego

179 731 typu znajdują się dwa przeciwległe skierowane okna wylotowe odchylające strumienie stopionej stali pod pozornymi kątami od 10 do 90 stopni w stosunku do pionu. Stwierdzono, że znane dotychczas wlewy nie zapewniają właściwych pozornych kątów odchylenia. W rzeczywistości kąty te są znacznie mniejsze. Ponadto profile strumienia w oknach wylotowych są mocno niejednorodne i cechują się małymi prędkościami wypływu w górnych częściach okien i dużymi prędkościami wypływu w ich częściach dolnych. Wlewy tego typu wytwarzają stosunkowo dużą falę stojącą w menisku lub na powierzchni stopionej stali, pokrytą topnikiem lub zasypką do wlewnic w celu smarowania. Wlewy tego typu wywołują również oscylacje fali stojącej, w wyniku których menisk w pobliżu jednego końca wlewnicy na przemian podnosi się i opada, a menisk w pobliżu drugiego końca wlewnicy na przemian opada i podnosi się. Znane wlewy wytwarzają również nieciągłe wiry powierzchniowe. Skutkiem tych wszystkich zjawisk jest wnikanie topnika do rdzenia płaskiego kęsiska stalowego, co zmniejsza jakość stali. Skutkiem oscylacji fali stojącej jest niestabilny przepływ ciepła przez wlewnicę w menisku lub w jego pobliżu. Zjawisko to wpływa również szkodliwie na jednorodność powstawania powłoki na powierzchni stali, smarowanie zasypką do wlewnic oraz powoduje naprężenia w wierzchu formy. Zjawiska te przybierają bardziej intensywny charakter w miarę wzrostu szybkości odlewania; w rezultacie warunkiem uzyskania stali o odpowiedniej jakości jest ograniczanie szybkości odlewania.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego nr 0403808 znana jest dysza zawierająca okrągłą wlotową sekcją rurową oraz główny obszar przejściowy z przekroju kołowego na prostokątny, poniżej którego są umieszczone dwa okna wylotowe. W skład dyszy wchodzi ponadto dzielnik strumienia w kształcie płaskiej płyty. Jednakże dolna płyta nie ma faktycznie żadnego wpływu na kierunek przepływu, a w konsekwencji strumień wypływający z dyszy będzie skierowany prosto w dół lub pionowo.

W niemieckim zgłoszeniu patentowym nr 4142447 przedstawiono dyszę zawierającą rurę wlotową, obszar przejściowy posiadający rozbiegające się ściany boczne oraz krótki trójkątny dzielnik strumienia. Jednakże, w rozwiązaniu tym główna część strumienia w środku ma pomijalne odchylenie, wyłącznie przepływ w pobliżu ścianek bocznych jest odchylany o plus minus 20 stopni. '

Dysza wlewowa według wynalazku charakteryzuje się tym, że wlotowa sekcja rurowa posiada pierwsze pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia i zasadniczo symetrię osiową, a część korpusowa zawiera sekcję przejściową o zmiennym polu powierzchni przepływu, w której pole powierzchni przepływu jest zmienne od pierwszego pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia do drugiego pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia, które jest większe pod względem pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia niż pierwsze pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia i w sekcji przejściowej dysza ma zmienną symetrię od symetrii w przybliżeniu osiowej do symetrii w przybliżeniu planarnej, zaś sekcja dzieląca jest połączona przepływowo z sekcją przejściową i jest umieszczona w pobliżu sekcji wylotowej, dzieląc strumień płynnego metalu wypływającego z sekcji przejściowej na dwa strumienie odchylone kątowo od pionu w przeciwnych kierunkach.

Korzystnie sekcja dzieląca zawiera parę sekcji odchylających oraz dzielnik strumienia umieszczony pomiędzy sekcjami odchylającymi i usytuowany za sekcją przejściową.

Korzystnie sekcje odchylające mają boczne ścianki, które są odchylone od pionu pod pewnym kątem, przy czym boczne ścianki są zasadniczo równoległe do bocznych ścianek utworzonych przez dzielnik strumienia.

Korzystnie sekcja przejściowa posiada przednie ścianki, które są zbieżne pod całkowitym kątem zbieżności wynoszącym od około 2,0 do 8,6 stopni.

Korzystnie sekcja przejściowa posiada boczne ścianki, które są rozbieżne pod całkowitym kątem rozbieżności wynoszącym około 16,6 do 6,0 stopni.

Korzystnie sekcje odchylające są odchylone od pionu od około 10 do 80 stopni w każdą stronę.

Korzystnie sekcje odchylające są odchylone od pionu od około 20 do 40 stopni w każdą stronę.

179 731

Korzystnie całkowity kąt zbieżności wynosi w przybliżeniu 5,3 stopnia.

Korzystnie całkowity kąt rozbieżności wynosi w przybliżeniu 10,4 stopnia.

Korzystnie pierwsze pole powierzchni przekroju poprzecznego w sekcji przejściowej jest zasadniczo okrągłe.

Korzystnie sekcja przejściowa posiada boczne ścianki, które są odchylone pod pewnym kątem od pionu, a sekcje odchylające posiadają ścianki odpowiadające bocznym ściankom sekcji przejściowej oraz sekcje odchylające mają odpowiednie końcowe części, na których odpowiednie ścianki są odchylone pod kątem od pionu większym niż kąt odchylenia bocznych ścianek.

Korzystnie dzielnik strumienia zawiera zaokrągloną krawędź prowadzącą.

Korzystnie dzielnik strumienia zawiera część noskową o konturze zbliżonym do półeliptycznego.

Korzystnie dzielnik strumienia zawiera część noskową o konturze zbliżonym do przekroju, jaki ma symetryczne skrzydło przed punktem cięciwy, w którym profil ma maksymalną grubość.

Korzystnie sekcje odchylające są odchylone od pionu około 30 stopni w każdą stronę.

Korzystnie sekcja dzieląca zawiera parę w przybliżeniu prostokątnych i zasadniczo prostoliniowych sekcji.

Korzystnie prostoliniowe sekcje są umieszczone pod pewnym kątem do pionu, przy czym prostoliniowe sekcje mają okna wylotowe usytuowane pod kątem do poziomu, który jest mniejszy niż kąt pochylenia do pionu prostoliniowych sekcji.

Korzystnie sekcja dzieląca zawiera parę zasadniczo prostokątnych i zakrzywionych sekcji.

Korzystnie zakrzywione sekcje mają wewnętrzne ścianki posiadające promień krzywizny nie mniejszy niz połowa promienia zewnętrznych ścianek.

Korzystnie prostoliniowe sekcje są umieszczone za zakrzywionymi sekcjami.

Korzystnie sekcja przejściowa jest sekcją zasadniczo zmniejszającą prędkość strumienia.

Korzystnie sekcja przejściowa zawiera co najmniej dwie przednie ścianki i co najmniej dwie boczne ścianki, przy czym przednie ścianki są zbiezne w pierwszej płaszczyźnie pionowej, zaś boczne- ścianki są rozbieżne w drugiej płaszczyźnie pionowej prostopadłej do pierwszej płaszczyzny pionowej.

Korzystnie przednie ścianki są zbieżne pod całkowitym kątem zbieżności, zaś boczne ścianki są rozbieżne pod całkowitym kątem rozbieżności, przy czym różnica pomiędzy całkowitym kątem rozbieżności ścianek bocznych i całkowitym kątem zbieżności ścianek przednich jest mniejsza niż około 8 stopni.

Korzystnie przed sekcją przejściową jest umieszczona pierwsza sekcja przejściowa.

Korzystnie przed sekcją przejściową jest umieszczony dyfuzor.

Korzystnie w skład sekcji przejściowej wchodzą dwie rozbiegające się ścianki boczne, dwie przecinające się przednie ścianki o kątach rozwarcia nieco mniejszych niż 180° oraz dwie przecinające się tylne ścianki o kątach rozwarcia nieco mniejszych niż 180°, przy czym ścianki przednie i ścianki tylne są zbieżne.

Korzystnie dwa strumienie mają zasadniczo równe pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia.

Korzystnie w sekcji przejściowej dysza ma symetrię zasadniczo sześciokątną.

Korzystnie, wynalazek zapewnia zanurzoną dyszę wlewową, w której skład wchodzi główny obszar przejściowy pomiędzy okrągłym przekrojem poprzecznym, w którym przepływ jest osiowo symetryczny, a wydłużonym przekrojem poprzecznym o grubości mniejszej od średnicy kołowego przekroju poprzecznego i szerokości większej od średnicy kołowego przekroju poprzecznego zawierającego przepływ o symetrii płaskiej z w zasadzie równomiernym rozkładem prędkości w obszarze przejściowym, z pominięciem tarcia o ścianki.

179 731

Dzięki dyszy wlewowej o sześciokątnym przekroju poprzecznym w głównej sekcji przejściowej uzyskano zwiększenie sprawności odchylania przepływu wewnątrz głównej sekcji przejściowej.

Dysza wlewowa według wynalazku, która jest rozbieżna w strefie pomiędzy rurą wlotową a oknami wylotowymi zapewnia zmniejszenie prędkości strumienia płynącego od okien i zmniejszenie turbulencji.

Dysza wlewowa według wynalazku, która rozszerza lub opóźnia przepływ w głównym obszarze przejściowym przekroju poprzecznego zapewnia zmniejszenie prędkości strumienia płynącego od okien i poprawę stabilności i równomierności prędkości linii prądu w oknach.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy przykład wykonania dyszy wlewowej w osiowym przekroju poprzecznym wzdłuż linii 1-1 na fig. 2, w widoku w kierunku tyłu, fig. la - dzielnik strumienia we fragmentarycznym przekroju poprzecznym, w widoku w kierunku do tyłu, fig. Ib - drugi przykład wykonania dyszy wlewowej w przekroju osiowym poprowadzonym płaszczyzną lb - Ib na fig. 2a, fig. 2 - pierwszy przykład wykonania dyszy wlewowej, w przekroju osiowym wzdłuż linii 2-2 na fig. 1 patrząc w prawo od tego przekroju, fig. 2a drugi przykład wykonania dyszy wlewowej, w przekroju osiowym poprowadzonym płaszczyzną 2a-2a na fig. Ib, fig. 3 - dysza wlewowa w przekroju poprzecznym poprowadzonym płaszczyzną 3-3 na fig. 1 i 2, patrząc ku dołowi, fig. 3a - dysza wlewowa w przekroju płaszczyzną 3a-3a na fig. Ib i 2a, fig. 4 - dysza wlewowa w przekroju poprzecznym płaszczyzną 4-4 na fig. 1 i 2, patrząc ku dołowi, fig. 4a - dysza wlewowa w przekroju poprzecznym płaszczyzną 4a-4a na fig. lb i 2a, fig. 5 - dysza wlewowa w przekroju płaszczyzną 5-5 na fig. 1 i 2, patrząc ku dołowi, fig. 5a - dysza wlewowa w przekroju płaszczyzną 5a-5a na fig. lb i 2a, fig. 6 - dysza wlewowa w przekroju płaszczyzną 6-6 na fig. 1 i 2, patrząc ku dołowi, fig. 6a - dysza wlewowa w przekroju płaszczyzną 6-6 na fig. 1 i 2, patrząc ku dołowi, fig. 6b - dysza wlewowa w przekroju płaszczyzną 6-6 na fig. 13 i 14 oraz na fig. 15 i 16, patrząc ku dołowi, fig. 6c - dysza wlewowa w przekroju płaszczyzną6c-6c na fig. lb i 2a, fig. 7 - trzeci przykład wykonania dyszy wlewowej w przekroju osiowym, patrząc ku tyłowi, fig. 8 - trzeci przykład wykonania dyszy wlewowej, w przekroju osiowym, patrząc w prawo od osi dyszy z fig. 7, fig. 9 - czwarty przykład wykonania dyszy wlewowej w osiowym przekroju poprzecznym, patrząc ku tyłowi, fig. 10 - czwarty przykład wykonania dyszy wlewowej w przekroju osiowym patrząc w prawo od osi dyszy z fig. 9, fig. 11 - piąty przykład wykonania dyszy wlewowej w osiowym przekroju poprzecznym, patrząc ku tyłowi, fig. 12 - piąty przykład wykonania dyszy wlewowej, w przekroju osiowym patrząc w prawo od osi dyszy z fig. 11, fig. 13 - szósty przykład wykonania dyszy wlewowej podobnej do dyszy z fig. 1, ale o prostokątnej głównej sekcji przejściowej, w osiowym przekroju poprzecznym, patrząc ku tyłowi, fig. 14 - szósty przykład wykonania dyszy wlewowej, w przekroju osiowym patrząc w prawo od osi dyszy z fig. 13, fig. 15 - siódmy przykład wykonania dyszy wlewowej w przekroju osiowym, patrząc ku tyłowi, fig. 16 - siódmy przykład wykonania dyszy wlewowej, w przekroju osiowym patrząc w prawo od osi dyszy z fig. 15, fig. 17 - przykład wykonania znanej dyszy wlewowej, w przekroju osiowym, patrząc ku tyłowi, fig. 17a - modele strumieni przepływu we wlewnicy wytwarzane przez dyszę z fig. 17, w przekroju poprzecznym, patrząc ku tyłowi, fig. 17b - powierzchniowe modele przepływu wytwarzane przez dyszę z fig. 17, w przekroju poprzecznym w krzywoliniowej powierzchni menisku, patrząc w dół oraz fig. 18 - drugi przykład wykonania znanej dyszy, w przekroju osiowym, patrząc ku tyłowi.

Podobnymi numerami identyfikacyjnymi oznaczono podobne części na różnych figurach.

Dla wyjaśnienia, poniżej opisano znane dotychczas dysze wlewowe. Na fig. 17 przedstawiono dyszę 30 podobną do opisanej w europejskim zgłoszeniu patentowym 0403808. Jak wiadomo, stopiona stal płynie z garnca przez zawór lub żerdź zatyczkową do okrągłej wlotowej sekcji rurowej 30b. Dysza 30 zawiera główny obszar przejściowy 34 z przekroju kołowego na prostokątny. W skład dyszy 30 wchodzi ponadto dzielnik 32 strumienia w

179 731 kształcie płaskiej płyty, który kieruje dwa strumienie pod pozornymi kątami plus minus 90 stopni względem pionu. Jednakże, w praktyce, kąty odchylenia wynoszą tylko plus minus 45 stopni. Ponadto prędkość wypływu z okien wylotowych 46 i 48 nie jest równomierna. W pobliżu prawej zbieżnej ścianki bocznej 34c obszaru przejściowego 34 prędkość wypływu z okna wylotowego 48 jest stosunkowo mała, jak wskazano wektorem 627.

Maksymalna prędkość wypływu z okna wylotowego 48 występuje bardzo blisko dzielnika 32 strumienia, co wskazano wektorem 622. Wskutek tarcia prędkość wypływu w pobliżu dzielnika 32 jest nieco mniejsza, co wskazano wektorem 621. Skutkiem nierównomiernego wypływu strumienia z okna wylotowego 48 jest turbulencja. Ponadto wypływ z okien wylotowych 46 i 48 oscyluje z małymi częstotliwościami rzędu plus minus 20 stopni z okresem od 20 do 60 sekund. Maksymalną prędkość wypływu z okna wylotowego 46 wskazano wektorem 602, który odpowiada wektorowi 622 z okna wylotowego 48. Wektor 602 oscyluje pomiędzy dwiema wartościami ekstremalnymi, z których jedną jest wektor 602a, przesunięty o 65 stopni od pionu, a drugą wektor 602b, przesunięty o 25 stopni od pionu.

Jak widać na fig. 17a, strumienie wypływające z okien wylotowych 46 i 48 wykazują skłonność pozostawania w zakresie 90 stopni względem siebie tak, ze kiedy wylot z okna wylotowego 46 reprezentuje wektor 602a, który jest odchylony o 65 stopni od pionu, to wylot z okna wylotowego 48 reprezentuje wektor 622a, który jest odchylony od pionu o 25 stopni. Na jednym ekstremalnym krańcu ruchu oscylacyjnego pokazanym na fig. 17a, menisk Ml na lewym końcu wlewnicy 54 jest znacznie podwyższony, natomiast menisk M2 na prawym końcu wlewnicy jest podniesiony tylko nieznacznie. Dla lepszego zrozumienia zjawisko to pokazano w znacznej przesadzie. Generalnie, najniższy poziom menisku występuje w pobliżu dyszy 30. Przy prędkości odlewania rzędu trzech ton na minutę, w menisku powstają fale stojące o wysokościach 18 do 30 mm. W pokazanym ekstremalnym stanie oscylacji, w lewym końcu wlewnicy pojawia się wirująca w kierunku zegarowym cyrkulacja Cl o dużym natężeniu i małej głębokości, a w prawym końcu wlewnicy wirująca w kierunku przeciwnym do zegarowego cyrkulacja C2 o mniejszym natężeniu i większej głębokości.

Jak widać na fig. 17a i 17b, w pobliżu dyszy 30 jest obszar wybrzuszenia B, gdzie szerokość wlewnicy jest większa ze względu na konieczność uformowania dyszy 30, która ma zazwyczaj ścianki ogniotrwałe o grubości rzędu 19 mm. W ekstremalnym stanie oscylacji pokazanym na fig. 17a, występuje silny przepływ powierzchniowy FI od strony lewej ku prawej do obszaru wybrzuszenia, przed i za dyszą 30. Istnieje również słaby przepływ powierzchniowy F2 od strony prawej ku lewej ku obszarowi wybrzuszenia. W menisku, w obszarze wybrzuszenia wlewnicy, w pobliżu prawej strony dyszy 30 występują nierównomierne wiry powierzchniowe V. Rezultatem nierównomiernego rozkładu prędkości w oknach wylotowych 46 i 48, dużych fal stojących w menisku, oscylacji w falach stojących oraz wirów powierzchniowych jest przenoszenie zasypki wlewnicowej i topnika do odlewanej stali, co pogarsza jej jakość. Ponadto powoduje to niestabilność i nierównomiemość powstawania zewnętrznej skorupy stali, wpływa niekorzystnie na smarowanie oraz wywołuje naprężenia wewnątrz wierzchu wlewnicy w menisku lub w jego pobliżu. Wszystkie te zjawiska intensyfikują się przy wyższych prędkościach odlewania. Tego typu znane dysze wymagają zmniejszenia prędkości odlewania.

Wracając do fig. 17, w skład dzielnika strumienia może alternatywnie wchodzić trójkątny klin 32c o kącie rozwartym z krawędzią natarcia o kącie rozwarcia 156 stopni, której ściany boczne tworzą kąty 12 stopni z poziomem, jak ujawniono w niemieckim zgłoszeniu patentowym DE 3709188, w którym zapewnia się pozorne kąty odchylenia plus minus 78 stopni. Jednakże rzeczywiste kąty odchylenia są ponownie w przybliżeniu plus i minus 45 stopni; a dysza ma te same wady jak przedtem.

Na fig. 18 pokazano dyszę 30 podobną do dyszy ujawnionej w drugim niemieckim zgłoszeniu patentowym DE 4142447, w którym ujawniono, ze pozorne kąty odchylenia mieszczą się w przedziale wartości od 10 do 22 stopni. Strumień wypływający z rury wlotowej 3Ob wpływa do głównego obszaru przejściowego 34, który pokazano jako obszar o

179 731 pozornych kątach odchylenia plus minus 20 stopni, tworzonych przez jego rozbiegające się ściany boczne 34c i 34f oraz trójkątny dzielnik 32 strumienia. Przy braku dzielnika 32 strumienia, pokazano powierzchnię ekwipotencjalną 50 wynikającą z sumarycznego przepływu w pobliżu okien wylotowych 46 i 48. Powierzchnia ekwipotencjalna 50 ma zerową krzywiznę w obszarze centralnym w pobliżu osi S rury 3 Ob i maksymalną krzywiznę w swoim ortogonalnym przekroju z prawej i lewej strony 34c i 34f dyszy. Główna część strumienia w środku ma pomijalne odchylenie; wyłącznie przepływ w pobliżu ścianek bocznych jest odchylany o plus minus 20 stopni. Przy nieobecności dzielnika strumienia, średnie odchylenia w oknach wylotowych 46 i 48 byłyby mniejsze niż 1/4, a być może 1/5 lub 20% pozornego odchylenia o plus minus 20 stopni.

Pomijając na chwilę tarcie o ściankę, 64a jest kombinacją wektora i linii prądu obrazującą strumień w pobliżu lewej strony 34f dyszy, a 66a jest kombinacją wektora i linii prądu obrazującą strumień w pobliżu prawej strony 34c dyszy. Punkt początkowy i kierunek linii prądu odpowiadają punktowi początkowemu i kierunkowi wektora, a długość linii prądu odpowiada długości wektora. Oczywiście linie prądu 64a i 66a znikają w obszarze turbulentnym pomiędzy cieczą we wlewnicy a cieczą wypływającą z dyszy 30. Po wprowadzeniu krótkiego dzielnika 32 strumienia, działa on w zasadzie jak element w kształcie stożka ściętego w przepływie dwuwymiarowym. Wektory-linie prądu 64 i 66 w pobliżu tego elementu odpowiadają większym prędkościom niż wektory- linie prądu 64a i 66a. Oczywiście linie prądu 64 i 66 znikają w niskociśnieniowym śladzie za dzielnikiem 32 strumienia. Ten niskociśnieniowy ślad kieruje strumień w pobliżu dzielnika 32 ku dołowi. W drugim z niemieckich zgłoszeń mówi się o trójkątnym dzielniku 32 stanowiącym tylko 21% długości głównego obszaru przejściowego 34. Nie wystarcza to do osiągnięcia wszędzie w pobliżu pozornych odchyleń, co wymagałoby znacznie dłuższego trójkątnego dzielnika z odpowiednim zwiększeniem długości głównego obszaru przejściowego 34. Bez odpowiedniego odchylenia bocznego, stopiona stal wykazuje skłonność do gwałtownego wpływania do wlewnicy. Powoduje to zwiększenie amplitudy fali stojącej, nie poprzez zwiększenie wysokości menisku na końcach wlewnicy, ale poprzez zwiększenie zapadnięcia się menisku w tej części wybrzuszenia przed i za dyszą, gdzie wypływający z niej strumień wpływa do cieczy z tej części wybrzuszenia i wywołuje ciśnienia ujemne.

Znane dotychczas dysze usiłują odchylać strumienie dzięki ciśnieniom dodatnim pomiędzy strumieniami, wytwarzanym za pomocą dzielnika strumienia.

Wskutek pewnych niedociągnięć podczas produkcji dysz, braku dyfuzorowości strumienia przed jego podziałem oraz oscylacji o małej częstotliwości w strumieniach wypływających z okien wylotowych 46 i 48, centralna linia prądu strumienia na ogół nie uderza w ostrze trójkątnego dzielnika 32 strumienia z fig. 18, natomiast punkt spiętrzenia znajduje się na ogół z jednej lub drugiej strony dzielnika 32. Przykładowo, jeżeli punkt spiętrzenia znajduje się z lewej strony dzielnika 32, to z prawej strony dzielnika 32 pojawia się laminame oderwanie strumienia. Towarzyszący oderwaniu pęcherzyk zmniejsza odchylenie kątowe strumienia z prawej strony dzielnika 32 i powoduje dodatkową turbulencję strumienia wypływającego z okna 48.

Na fig. Ib i 2a pokazano zanurzoną dyszę wlewową 30 według wynalazku. Górny koniec dyszy zawiera dyszę wlewową 30a kończącą się wlotową sekcją rurową 3Ob biegnącą ku dołowi. Oś wlotowej sekcji rurowej 3Ob jest uważana za oś S dyszy. Wlotowa sekcja rurowa 30b kończy się w płaszczyźnie 3a-3a, która, jak widać na fig. 3a, ma kołowy przekrój poprzeczny. Następnie strumień wpływa do głównej sekcji przejściowej 34, ograniczonej, korzystnie, czterema ściankami 34a do 34d. Każda z bocznych ścianek 34a i 34b odchyla się pod pewnym kątem od pionu. Przednia ścianka 34d zbiega się z tylną ścianką 34c. Rozumie się samo przez się, że sekcja przejściowa 34 może mieć dowolny kształt lub przekrój poprzeczny o symetrii planarnej i nie powinna ograniczać się do kształtu z wieloma ściankami (czterema lub sześcioma) lub do ustalonych tu pól przekrojów poprzecznych tak długo, dopóki sekcja przejściowa 34 zmienia się od obszaru o kołowym przekroju poprzecznym do obszaru o w przybliżeniu wydłużonym przekroju poprzecznym o symetrii planarnej, patrz fig. 3a, 4a, 5a, 6c. Korzystnie, obszar przejściowy zapewnia zmniejszenie

179 731 prędkości strumienia przepływającego przez ten obszar oraz obszar przejściowy zmienia się zwiększając swoje pole powierzchni przekroju poprzecznego o około 38%.

W stożkowym dyfuzorze dwuwymiarowym zazwyczaj ogranicza się kąt rozwarcia stożka do około 8 stopni w celu uniknięcia niepożądanych strat ciśnienia w wyniku rozwijającego się odrywania strumienia. Odpowiednio, w przypadku jednowymiarowego dyfuzora prostokątnego, w którym jedna para przeciwległych ścian bocznych jest równoległa, druga para przeciwległych ścian powinna zbiegać się pod kątem nie większym niż 16 stopni; to jest, jedna ściana powinna biec pod kątem plus 8 stopni od osi, a druga, przeciwległa ściana pod kątem minus 8 stopni od osi. Przykładowo, w dyfuzorowej głównej sekcji przejściowej 34 z fig. Ib, średnia zbieżność ściany przedniej o wartości 2,65 stopnia oraz zbieżność ścian bocznych 5,2 stopnia daje równoważną zbieżność wymiarową ścian bocznych wynoszącą w przybliżeniu 10,4 - 5,3 = 5,1, co stanowi mniej niż graniczna wartość 8 stopni.

Na fig. 4a, 5a i 6c przedstawiono przekroje poprzeczne poprowadzone płaszczyznami 4a-4a, 5a-5a i 6c-6c na fig. Ib i 2a, leżącymi poniżej płaszczyzny 3a-3a. Na fig. 4a widać cztery wypukłe naroża o dużym promieniu, na fig. 5a pokazano cztery wypukłe naroża o średnim promieniu, a na fig. 6c cztery wypukłe naroża o małym promieniu.

Dzielnik 32 strumienia znajduje się poniżej sekcji przejściowej 34, gdzie zatem powstają dwa wyloty 35 i 37. Kąt rozwarcia dzielnika 32 strumienia jest w zasadzie równoważny kątowi zbieżności wylotowych bocznych ścian 38a' i 39a'.

Pole powierzchni w płaszczyźnie 3a-3a jest większe niż,pole powierzchni dwóch biegnących pod pewnymi kątami wylotów 35 i 37 oraz strumień z wylotów 35 i 37 płynie z mniejszą prędkością niz strumień w okrągłej sekcji rurowej 3Ob. To zmniejszenie średniej prędkości strumienia zmniejsza turbulencję wywoływaną przez ciecz wypływającą z dyszy wpadającej do wlewnicy.

Całkowite odchylenie jest sumą odchylenia powstającego wewnątrz głównej sekcji przejściowej 34 oraz odchylenia wymuszanego zbieżnością wylotowych bocznych ścian 38a' i 39a'. Stwierdzono, że prawie optymalny całkowity kąt odchylenia dla ciągłego odlewania cienkich kęsisk stalowych o szerokościach w zakresie 975 do 1625 mm lub 38 do 64 cali, i grubościach w zakresie 50 do 60 mm, wynosi około 30 stopni. Optymalny kąt odchylenia zależy od szerokości kęsiska i w pewnym stopniu od długości, szerokości i głębokości wybrzuszenia B wlewnicy. Zazwyczaj wybrzuszenie to może mieć długość 800 do 1100 mm, szerokość 150 do 200 mm, a głębokość 700 do 800 mm.

Na fig. 1 i 2 pokazano alternatywną zanurzoną dyszę wlewową 30. Na górnym końcu dyszy znajduje się dysza wlewowa 30a kończąca się biegnącą ku dołowi wlotową sekcją rurową 30b o średnicy wewnętrznej 76. Oś sekcji rurowej 30b uważa się za oś S dyszy. Sekcja rurowa 30b kończy się w płaszczyźnie 3-3, która, jak można zobaczyć na fig. 3, ma kołowy przekrój poprzeczny o polu powierzchni 4536 mm². Następnie strumień wpływa do głównej sekcji przejściowej 34 mającej, korzystnie, sześć ścianek 34a do 34f. Każda z bocznych ścianek 34c i 34f zbiega się pod pewnym kątem, korzystnie pod kątem 10 stopni, do pionu. Przednie ścianki 34d i 34e biegną pod małymi kątami względem siebie, podobnie biegną tylne ścianki 34a i 34b. Przednie ścianki 34d i 34e zbiegają się z tylnymi ściankami 34a i 34b, każda pod średnim kątem wynoszącym z grubsza 3,8 stopnia od pionu.

W stożkowym dyfuzorze dwuwymiarowym zazwyczaj ogranicza się kąt rozwarcia, stożka do około 8 stopni w celu uniknięcia niepożądanych strat ciśnienia w wyniku rozwijającej się strefy odrywania strumienia. Odpowiednio, w przypadku jednowymiarowego dyfuzora prostokątnego, w którym jedna para przeciwległych ścian bocznych jest równoległa, druga para przeciwległych ścian powinna zbiegać się pod kątem nie większym niż 16 stopni; to jest jedna ściana powinna biec pod kątem plus 8 stopni od osi, a druga, przeciwległa ściana pod kątem minus 8 stopni od osi. W dyfuzorowej głównej sekcji przejściowej 34 z fig. 1, średnia zbieżność ściany przedniej i tylnej o wartości 3,8 stopnia, daje równoważną zbieżność wymiarową ścian bocznych wynoszącą w przybliżeniu 10 - 3,8 = 6,2, co stanowi mniej niż graniczna wartość 8 stopni.

Na fig.4, 5 i 6 przedstawiono przekroje poprzeczne poprowadzone płaszczyznami 4-4, 5-5 i 6-6 na fig. 1 i 2, leżącymi odpowiednio 100, 200 i 351,6 mm poniżej płaszczyzny 3-3.

179 731

Kąt pomiędzy przednimi ściankami 34e i 34d jest nieco mniejszy od 180 stopni, podobnie jak kąt zawarty pomiędzy tylnymi ściankami 34a i 34b. Na fig. 4 widać cztery wypukłe naroża o dużym promieniu, na fig. 5 pokazano cztery wypukłe naroża o średnim promieniu, a na fig. 6 cztery wypukłe naroża o małym promieniu. Przecięcie tylnych ścianek 34a i 34b może być zaokrąglone promieniem przejściowym lub zwykłym, podobnie jak przecięcie przednich ścianek 34d i 34e. Długość kanału przepływowego wynosi 111,3 mm na fig. 4, 146,5 mm na fig. 5 oraz 200 mm na fig. 6.

Alternatywnie, jak pokazano na fig. 6a, przekrój poprzeczny płaszczyzną 6-6 może mieć cztery wypukłe naroża o promieniu wynoszącym w przybliżeniu zero. Przednie ścianki 34e i 34d oraz tylne ścianki 34a i 34b biegną wzdłuż ich linii przecięcia ku dołowi w odległości 17,6 mm poniżej płaszczyzny 6-6 do końcówki 32a dzielnika 32 strumienia. Zatem powstają dwa wyloty 35 i 37, odpowiednio rozmieszczone pod kątem plus minus 10 stopni względem poziomu. Zakładając, że sekcja przejściowa 34 ma w płaszczyźnie 6-6 ostre wypukłe naroża, jak widać na fig. 6a, każdy z pochylonych pod pewnym kątem wylotów 35, 37 byłby prostokątem, o długości części skośnej 101,5 mm i szerokości 28,4 mm, co daje łączne pole powierzchni 5776 mm².

Stosunek pola powierzchni w płaszczyźnie 3-3 do pola powierzchni dwóch kątowych wylotów 35 i 37 wynosi π/4-0,785; a prędkość wypływu z wylotów 35a i 37a wynosi 78,5% prędkości w kołowej sekcji rurowej 30b. To zmniejszenie średniej prędkości wypływu zmniejsza turbulencję wy woły waną przez ciecz płynącą z dyszy wlotowej do wlewnicy. Strumień z wylotów 35a i 37a wpływa w odpowiednie krzywoliniowe prostokątne sekcje rurowe 38 i 40. Można następnie pokazać, że strumień w głównej sekcji przejściowej 34 jest w zasadzie dzielony na dwa strumienie o większych prędkościach cieczy w pobliżu bocznych ścianek 34c i 34f i mniejszych prędkościach w pobliżu osi. Skutkiem tego strumień zakrzywia się w dwóch przeciwległych kierunkach w głównej sekcji przejściowej 34 dochodząc do plus minus 10 stopni. Zakrzywione sekcje 38 i 40 odchylają strumienie o dalsze kąty rzędu 20 stopni. Zakrzywione sekcje 38, 40 kończą się na liniach 39 i 41. Dalej znajdują się odpowiednie prostoliniowe sekcje 42 i 44 rur prostokątnych, które prawie wyrównują rozkład prędkości strumieni wypływających z zakrzywionych sekcji 38 i 40. Okna wylotowe 46 i 48 są wylotami odpowiednich prostoliniowych sekcji 42 i 44. Pożądane jest, żeby wewnętrzne ścianki 38a i 40a odpowiednich zakrzywionych sekcji 38, 40 miały odpowiedni znaczący promień krzywizny, korzystnie nie mniejszy niż połowa promienia zewnętrznych ścianek 38b i 40b. Promień wewnętrznych ścianek 38a i 40a może wynosić 100 mm, natomiast promień zewnętrznych ścianek 38b i 40b mógłby wynosić 201,5 mm. Ścianki 38b i 40b wyznacza dzielnik 32 strumienia, który ma ostrą krawędź natarcia o kącie rozwarcia 20 stopni. Dzielnik 32 wyznacza również ścianki 42b i 44b.prostoliniowych sekcji 42 i 44.

Rozumie się samo przez się, że w pobliżu ścianek 38a i 40a istnieje niskie ciśnienie, a tym samym wysoka prędkość, podczas gdy w pobliżu zewnętrznych ścianek 38b i 40b istnieje wysokie ciśnienie, a tym samym mała prędkość. Należy zauważyć, że tego typu profil prędkości w zakrzywionych sekcjach 38 i 40 jest przeciwny do profilu występującego w znanych dotychczas dyszach pokazanych na fig. 17 i 18. Prostoliniowe sekcje 42 i 44 umożliwiają szybki, niskociśnieniowy przepływ w pobliżu wewnętrznych ścianek 38a i 40a zakrzywionych sekcji 38 i 40 na odcinku wzdłuż ścianek 42a i 44a pozwalający na wyhamowanie strumienia do mniejszej prędkości i wyższego ciśnienia.

Całkowite odchylenie wynosi plus minus 30 stopni, na które składa się 10 stopni wytwarzane w głównym obszarze przejściowym 34 i 20 stopni będące skutkiem działania zakrzywionych sekcji 38 i 40. Stwierdzono, że taki całkowity kąt odchylenia jest prawie optymalny dla ciągłego odlewania kęsisk stalowych o szerokościach w zakresie od 975 do 1625 mm lub 38 do 64 cali. Optymalny kąt odchylenia zależy od szerokości kęsiska i w pewnym stopniu od długości, szerokości i głębokości wybrzuszenia B wlewnicy. Typowo, długość wybrzuszenia może wynosić 800 do 1100 mm, jego szerokość 150 do 200 mm, a głębokość 700 do 800 mm.

Oczywiście, rozumie się samo przez się, że tam, gdzie przekrój w płaszczyźnie 6-6 jest taki jak pokazano na fig. 6, rurowe sekcje 38, 40, 42 i 44 nie mogą być nadal doskonale

179 731 prostokątne, ale tylko zbliżone do tego kształtu. Rozumie się również samo przez się, że na fig. 6 ścianki boczne 34c i 34f mogą być w zasadzie półokrągłe bez części prostoliniowej. Dla uwypuklenia problemu, na rysunku pokazano, że przecięcie ścianek tylnych 34a i 34b jest bardzo ostre, jak wzdłuż linii. Na fig. 2 przedstawiono przecięcie 340b i 340d bocznej ścianki 34c z odpowiednią przednią i tylną ścianką 34b i 34d, zakładając, że wypukłe naroża są kwadratowe, jak na fig. 6a. Jednakże, wskutek zaokrąglenia czterech wypukłych naroży przed płaszczyzną 6-6, linie 340b i 340d znikają. Tylne ścianki 34a i 34b są wygięte w przeciwległe strony względem siebie, przy czym wygięcie to jest równe zeru w płaszczyźnie 3-3 i jest prawie maksymalne w płaszczyźnie 6-6. W podobny sposób są wygięte przednie ścianki 34d i 34e. Ścianki 38a i 42a oraz ścianki 40a i 44a można traktować jak kielichowe przedłużenia odpowiednich bocznych ścianek 34f i 34c głównej sekcji przejściowej 34.

Na fig. la pokazano w powiększeniu dzielnik 32 strumienia mający zaokrągloną krawędź natarcia. Każda z zakrzywionych ścianek 38b i 40b ma promień zmniejszony o 5 mm, na przykład z 201,5 do 196,5 mm. Skutkiem tego, w tym przykładzie, istnieje obszar o grubości ponad 10 mm, w zakresie którego może powstać zaokrąglona krawędź natarcia o, promieniu krzywizny wystarczającym do jej przystosowania się do odpowiedniego zakresu punktów spiętrzenia bez odrywania laminarnego. Końcówka 32b dzielnika 32 może być półeliptyczna z pionową półosią dużą. Korzystnie, końcówka 32b ma kształt profilu lotniczego, na przykład symetrycznego profilu skrzydłowego NACA 0024 o maksymalnej grubości w odległości 30% długości cięciwy. Odpowiednio, szerokość wylotów 35 i 37 można zwiększyć o 1,5 mm do 29,9 mm w celu zachowania pola powierzchni wylotu 5776 mm².

Na fig. 7 i 8 pokazano odciętą górną cześć kołowej sekcji rurowej 30b dyszy. W płaszczyźnie 3-3 przekrój jest okrągły. Płaszczyzna 16-16 leży 50 mm pod płaszczyzną 3-3. Przekrój poprzeczny w tym miejscu jest prostokątem o długości 76 mm i szerokości 59,7 mm, tak, że całkowite pole powierzchni wynosi znowu 4536 mm². Obszar przejściowy 52 z okręgu na prostokąt pomiędzy płaszczyznami 3-3 i 16-16 może być stosunkowo krótki, ponieważ nie występuje tu żadne rozpraszanie przepływu. Obszar przejściowy 52 łączy się z prostokątną sekcją przejściową 54 o wysokości 25 mm, kończącą się w płaszczyźnie 17-17 w celu ustabilizowania strumienia na odcinku od obszaru przejściowego 52 przed jego wpłynięciem do dyfuzorowej głównej sekcji przejściowej 34, która w tym miejscu jest w całości prostokątem. Wysokość głównej sekcji przejściowej 34 pomiędzy płaszczyznami 17-17 i 6-6, gdzie przekrój poprzeczny może być dokładnie sześciokątny, jak widać na fig. 6a, wynosi ponownie 351,6 mm. Boczne ścianki 34c i 34f rozbiegają się pod kątem 10 stopni od pionu, a ścianki przednie i tylne zbiegają pod średnim kątem, w tym przypadku około 2,6 stopnia od pionu. W tym przypadku kąt ścianek ekwiwalentnego dyfuzora jednowymiarowego wynosi w przybliżeniu 10-2,6 = 7,4 stopni, co jest nadal znacznie niniej niz powszechnie stosowana maksymalna wartość 8 stopni. W razie konieczności można zrezygnować z prostokątnej sekcji przejściowej 54, tak, ze obszar przejściowy 52 jest bezpośrednio połączony z główną sekcją przejściową 34. W płaszczyźnie 6-6 długość wynosi ponownie 200 mm, a szerokość w pobliżu ścianek 34c i 34f wynosi ponownie 28,4 mm. Na osi dyszy szerokość jest nieco większa. Przekroje poprzeczne w płaszczyznach 4-4 i 5-5 są podobne do pokazanych na fig. 4 i 5 z tym wyjątkiem, że cztery wypukłe naroża są ostre a nie zaokrąglone. Tylne ścianki 34a i 34b oraz przednie ścianki 34d i 34e przecinają się wzdłuż linii spotykających się w końcówce 32a dzielnika 32 strumienia w punkcie leżącym 17,6 mm poniżej płaszczyzny 6-6. Również w tym przypadku długość pochyłej części kątowych prostokątnych wylotów 35 i 37 wynosi 101,5 mm, a szerokość 28,4 mm, co daje całkowite pole powierzchni wylotu 5776 mm². Na fig. 8 wyraźnie widać skręcenie przedniej ścianki 34d i tylnej ścianki 34b.

Na fig. 7 i 8, podobnie jak na fig. 1 i 2, strumienie z wylotów 35 i 37 sekcji przejściowej 34 przepływają przez odpowiednie prostokątne zakrzywione sekcje 38 i 40, gdzie odpowiednie strumienie są odchylane o dodatkowe 20 stopni w stosunku do pionu, a następnie przez odpowiednie prostokątne prostoliniowe sekcje 42 i 44. Strumienie z sekcji 42 i 44 również w tym przypadku mają całkowite odchylenie plus minus 30 stopni od pionu. Krawędź natarcia dzielnika 32 strumienia znowu ma kąt rozwarcia 20 stopni.

179 731

Ponownie, korzystne jest, żeby dzielnik 32 strumienia miał zaokrągloną krawędź natarcia i końcówkę 32b o zarysie półeliptycznym lub w kształcie płata jak na fig. la. Na fig. 9 i 10 pokazano, że pomiędzy płaszczyznami 3-3 i 19-19 jest dyfuzorowy obszar przejściowy 56 z przekroju kołowego na kwadratowy. Pole powierzchni w płaszczyźnie 19-19 wynosi 76² = 5776 mm². Odległość pomiędzy płaszczyznami 3-3 a 19-19 wynosi 75 mm, co jest równoważne stożkowemu dyfuzorowi, w którym ścianki tworzą kąt 3,5 stopnia z osią, a całkowity kąt pomiędzy ściankami wynosi 7,0 stopni. Każda z bocznych ścianek 34c i 34f sekcji przejściowej 34 rozbiega się pod kątem 20 stopni w stosunku do pionu, natomiast tylne ścianki 34a-34b i przednie ścianki 34d-34e zbiegają się w taki sposób, żeby powstała para prostokątnych okien wylotowych 35 i 37 leżących pod kątami 20 stopni względem poziomu. Płaszczyzna 20-20 leży 156,6 mm poniżej płaszczyzny 19-19. Odległość pomiędzy ściankami 34c i 34f w tej płaszczyźnie wynosi 190 mm. Linie przecięcia tylnych ścianek 34a-34b i przednich ścianek 34d-34e biegną 34,6 mm poniżej płaszczyzny 20-20 ku końcówce 32a dzielnika 32. Długość skośnej części każdego z dwóch kątowych prostokątnych wylotów 35 i 37 wynosi 101,1 mm, a szerokość 28,6 mm, co daje pole powierzchni wylotu 5776 mm², dokładnie równe polu powierzchni wlotu w sekcji przejściowej w płaszczyźnie 19-19. W sekcji przejściowej 34 nie ma rozpraszania strumienia. W wylotach 35 i 37 znajdują się prostokątne zakrzywione sekcje 38 i 40, odchylające, w tym przypadku', oba strumienie tylko o dodatkowy kąt 10 stopni. Krawędź natarcia dzielnika 32 strumienia ma kąt rozwarcia 40 stopni. Za zakrzywionymi sekcjami 38 i 40 znajdują się odpowiednie prostokątne prostoliniowe sekcje 42 i 44. Również w tym przypadku wewnętrzne ścianki 38a i 40a sekcji 38 i 40 mogą mieć promień rzędu 100 mm, co stanowi prawie połowę promienia zewnętrznych ścianek 38b i 40b, wynoszącego 201,1 mm. Również w tym przypadku całkowite odchylenie wynosi plus minus 30 stopni. Korzystnie, dzielnik 32 strumienia ma zaokrągloną krawędź natarcia oraz końcówkę 32b o zarysie półeliptycznym lub w kształcie profilu płata, powstałą dzięki zmniejszeniu promieni ścianek 38b i 40b, oraz, w razie konieczności, odpowiedniemu zwiększeniu szerokości wylotów 35 i 37.

Na fig. Hil2 pokazano, że przekrój poprzeczny w płaszczyźnie 3-3 jest znowu okrągły, a w płaszczyźnie 19-19 kwadratowy. Pomiędzy płaszczyznami 3-3 a 19-19 jest dyfuzorowy obszar przejściowy 56 z przekroju kołowego na kwadratowy. I znowu, wyeliminowano możliwość odrywania strumienia w obszarze przejściowym 56, stosując odległość pomiędzy płaszczyznami 3-3 a 19-19 równą 75 mm. Również w tym przypadku pole powierzchni w płaszczyźnie 19-19 wynosi 76² = 5 7 76 mm². Pomiędzy płaszczyzną 19-19 a płaszczyzną 21-21 jest jednowymiarowy dyfuzor przejściowy z przekroju kwadratowego na prostokątny. Długość przekroju poprzecznego w płaszczyźnie 21-21 wynosi (4/π)76 = 96,8 mm, a szerokość 76 mm, co daje pole powierzchni 7354 mm². Wysokość dyfiizora 58 również wynosi 75 mm, a jego ścianki boczne rozbiegają się pod kątami 7,5 stopnia od pionu. W głównej sekcji przejściowej 34 rozbieżność każdej bocznej ścianki 34c i 34f wynosi teraz 30 stopni w stosunku do pionu. W celu zapobiegnięcia odrywaniu się strumienia przy tak dużych kątach, sekcja przejściowa 34 zapewnia korzystny gradient ciśnienia, gdzie pole powierzchni wylotów 35 i 37 jest mniejsze niż pole powierzchni w płaszczyźnie wlotowej 21-21. Odległość pomiędzy ściankami 34c i 34f w płaszczyźnie 22-22, leżącej 67,8 mm poniżej płaszczyzny 21-21 wynosi 175 mm. Długość skośnej części kątowych wylotów 35 i 37 wynosi 101,0 mm a szerokość 28,6 mm, co daje pole wylotu 5776 mm². Linie przecięć tylnych ścianek 34a-34b i przednich ścianek 34d-34e biegną 50,5 mm poniżej płaszczyzny 22-22 ku końcówce 32a dzielnika 32. W wylotach 35 i 37 sekcji przejściowej 34 znajdują się dwie prostokątne prostoliniowe sekcje 42 i 44. Sekcje 42 i 44 są znacznie wydłużone dla odzyskania strat związanych z odchylaniem w obszarze przejściowym 34. Nie ma ingerujących zakrzywionych sekcji 38 i 40 oraz odchylenie jest ponownie prawie plus minus 30 stopni, w wyniku działania głównej sekcji przejściowej 34. Dzielnik 32 strumienia jest trójkątnym klinem z krawędzią natarcia o kącie rozwarcia 60 stopni. Korzystnie, dzielnik 32 ma zaokrągloną krawędź natarcia z końcówką 32b w kształcie półeliptycznym lub zbliżonym do profilu płata, co uzyskano przemieszczając ścianki 42a i 42b na zewnątrz, a tym samym zwiększając długość podstawy dzielnika 32. Wzrost ciśnienia w dyfuzorze 58,

179 731 pomijając tarcie, jest równy spadkowi ciśnienia występującemu w głównej sekcji przejściowej 34. Zwiększając szerokość wylotów 35 i 37, można dodatkowo zmniejszyć prędkość, uzyskując nadal korzystny gradient ciśnienia w sekcji przejściowej 34.

Na fig. 11 oznaczono przepływ ekwipotencjalny 152 w pobliżu wylotów 35 i 37 z głównej sekcji przejściowej 34. Należy zauważyć, że przepływ ekwipotencjalny 152 biegnie prostopadle do ścianek 34c i 34f, i w tym miejscu krzywizna jest równa zeru. W miarę zbliżania się przepływu ekwipotencjalnego 52 do środka sekcji przejściowej 34, krzywizna coraz bardziej rośnie, osiągając wartość maksymalną w środku sekcji przejściowej 34, odpowiadającym osi S. Zatem sześciokątny przekrój poprzeczny sekcji przejściowej 34 skręca linie prądu strumienia wewnątrz samej sekcji przejściowej 34. Uważa się, że średnia skuteczność odchylania sześciokątnej sekcji przejściowej 34 wynosi powyżej 2/3, a być może 3/4 lub 75% odchylenia pozornego powodowanego przez ścianki boczne.

Na fig. 1-2 i 7-8, 2,5 stopniowe straty z 10 stopni zyskanych w głównej sekcji przejściowej odzyskuje się prawie całkowicie w sekcji zakrzywionej 38, 40 i prostoliniowej 42, 44. Na fig. 9-10, 5 stopniowe straty z 20 stopni zyskanych w głównej sekcji przejściowej 34 odzyskuje się prawie w całości w sekcji zakrzywionej 38, 40 i prostoliniowej 42, 44. Na fig. 11-12, 7,5 stopniowe straty z 30 stopni zyskanych w głównej sekcji przejściowej odzyskuje się w większości w podłużnych sekcjach prostoliniowych 42, 44.

Na fig. 13 i 14 pokazano wariant dyszy z fig. 1 i 2, w którym główna sekcja przejściowa 34 jest ograniczona tylko czterema ściankami, tylną 34ab i przednią 34de. Przekrój poprzeczny w płaszczyźnie 6-6 może być zbliżony do prostokąta, jak pokazano na fig. 6b. Alternatywnie, przekrój poprzeczny może mieć ostre naroża o zerowym promieniu zaokrąglenia. Alternatywnie, boczne ścianki 34c i 34f mogą mieć w przekroju poprzecznym kształt półokrągły bez części prostoliniowej, jak pokazano na fig. 17b. Przekroje poprzeczne w płaszczyznach 4-4 i 5-5 są w zasadzie zbliżone do pokazanych na fig. 4 i 5, oczywiście z tym wyjątkiem, że zarówno tylne ścianki 34a i 34b, jak i przednie ścianki 34e i 34d, są współliniowe. Oba wyloty 35 i 37 leżą w płaszczyźnie 6-6. Na fig. 13 przedstawiono kątowy wlot 35a do zakrzywionej sekcji 38 oraz kątowy wlot 37a do zakrzywionej sekcji 40. Dzielnik 32 strumienia ma ostrą krawędź natarcia o kącie rozwarcia 20 stopni. Odchylenia strumienia w lewej i prawej części sekcji przejściowej 34 stanowią być może 20% z kątów o wartości 10 stopni, jakie tworzą boczne ścianki 34c i 34f, albo średnie odchylenia plus minus 2 stopnie. Kątowe wloty 35a i 37a zakrzywionych sekcji 38 i 40 stosuje się przy załbżeniu, że odchylenie strumienia w sekcji przejściowej 34 wynosi 10 stopni. W zakrzywionych sekcjach 38 i 40, jak również w następujących po nich prostoliniowych sekcjach 42 i 44 odzyskuje się większość z 8 stopniowej straty odchylania w sekcji przejściowej 34, ale nie należy oczekiwać, że odchylenia w oknach wylotowych 46 i 48 osiągną tak dużą wartość jak plus minus 30 stopni. Korzystnie, dzielnik 32 ma zaokrągloną krawędź natarcia i końcówkę 32b w kształcie półeliptycznym lub zbliżonym do profilu płatowego, jak pokazano na fig. la.

Na fig. 15il6 pokazano następną dyszę wlewową podobną do pokazanej na fig. 1 i 2. Również i w tym przypadku sekcja przejściowa 34 ma tylko cztery ściany, w tym tylną ściankę 34ab i przednią ściankę 34de. Przekrój poprzeczny w płaszczyźnie 6-6 może mieć zaokrąglone naroża, jak pokazano na fig. 6b, albo, alternatywnie, może być prostokątem z ostrymi narożami. Przekroje poprzeczne w płaszczyznach 4-4 i 5-5 są w zasadzie takie, jakie pokazano na fig. 4 i 5, z tym wyjątkiem, że tylne ścianki 34a-34b są współliniowe, podobnie jak przednie ścianki 34d-34e. Oba wyloty 35 i 37 leżą w płaszczyźnie 6-6. W tym przykładzie wykonania według wynalazku zakłada się, że kąty odchylenia w wylotach 3537 są równe zero stopni. Każda z zakrzywionych sekcji 38 i 40 odchyla swoje odpowiednie strumienie o kąt 30 stopni. W tym przypadku, jeżeli dzielnik 32 strumienia ma mieć ostrą krawędź natarcia, to powinien mieć charakter ostrza o kącie rozwarcia zero stopni, ale konstrukcja taka jest niepraktyczna. W związku z tym, ścianki 38b i 40b mają mniejszy promień, tak, że krawędź natarcia dzielnika 32 strumienia jest zaokrąglona, a końcówka 32b jest półeliptyczna łub, korzystnie, ma kształt profilu płata. Całkowite odchylenie wynosi plus minus 30 stopni i uzyskuje się je w całości za pomocą zakrzywionych sekcji 38 i 40.

179 731

Okna wylotowe 46 i 48 prostoliniowych sekcji 42 i 44 są umieszczone pod kątem do poziomu wynoszącym poniżej 30 stopni, co stanowi odchylenie strumienia od pionu.

Długość ścianek 42a i 44a jest znacznie większa niż ścianek 42b i 44b. Ponieważ gradient ciśnienia w pobliżu ścianek 42a i 44a nie jest korzystny, to w celu osiągnięcia dyfuzorowości zwiększa się długość. Prostoliniowe sekcje 42 i 44 z fig. 15-16 można stosować na fig. 1-2, 7-8, 9-10 i 13-14. Tego typu sekcje prostoliniowe można również stosować na fig. 11-12, ale wynikająca z tego korzyść nie jest tak duża. Należy zauważyć, że na początkowym odcinku w zakresie jednej trzeciej długości zakrzywionych sekcji 38 i 40, ścianki 38a i 40a zapewniają mniejsze odchylenie pozorne niż odpowiednie boczne ścianki 34f i 34c. Jednakże na dalszym odcinku, kielichowe ścianki 38a i 40a oraz kielichowe ścianki 42a i 44a zapewniają większe pozorne odchylenie niż boczne ścianki 34f i 34c.

We wstępnej konstrukcji, podobnej do pokazanej na fig. 13 i 14, którą wykonano i z powodzeniem przebadano, każda boczna ścianka 34c i 34f ma kąt rozbieżności od pionu rzędu 5,2 stopni, natomiast każda tylna ścianka 34ab i przednia ścianka 34de zbiegają się pod kątem 2,65 stopni od pionu. W płaszczyźnie 3-3 przekrój poprzeczny strumienia był kołowy i miał średnicę 76 mm. W płaszczyźnie 4-4, długość przekroju poprzecznego strumienia wynosiła 95,5 mm, szerokość 66,5 mm, a promienie zaokrągleń czterech naroży 28,5 mm. W płaszczyźnie 5-5 długość przekroju poprzecznego wynosiła 115 mm, szerokość 57,5 mm, a promienie zaokrągleń naroży po 19 mm. W płaszczyźnie 6-6, która znajdowała się poniżej płaszczyzny 5-5 w odległości 150 mm od niej zamiast 151,6 mm, długość przekroju poprzecznego wynosiła 144 mm, szerokość 43,5 mm, a promienie zaokrągleń każdego naroża 5 mm; pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia wynosiło 6243 mm². Nie było zakrzywionych sekcji 38 i 40. Ścianki 42a i 44a prostoliniowych sekcji 40 i 42 przecinały odpowiednie boczne ścianki 34f i 34c w płaszczyźnie 6-6.

Również w tym przypadku ścianki 42a i 44a rozbiegały się pod kątami 30 stopni od pionu i biegły w dół 95 mm poniżej płaszczyzny 6-6 do siódmej płaszczyzny poziomej. W tej siódmej płaszczyźnie leżała ostra krawędź natarcia trójkątnego dzielnika 32 strumienia o kącie rozwarcia 60 stopni (jak na fig. 11). Podstawa dzielnika 32 biegła 110 mm poniżej siódmej płaszczyzny. Długość skośnej części każdego z okien wylotowych 46 i 48 wynosiła 110 mm. Stwierdzono, że górne części okien wylotowych 46 i 48 powinny być zanurzone na głębokość co najmniej 150 mm poniżej menisku. W przypadku odlewania kęsisk o szerokości 1384 z szybkością 3,3 tony na minutę wysokość fal stojących wynosiła tylko 7 do 12 mm; na menisku nie powstawały żadne wiry powierzchniowe, nie ujawniły się żadne oscylacje przy szerokościach wlewnic poniżej 1200 mm, natomiast we wlewnicach o większej szerokości od podanej, oscylacje były minimalne. Sądzi się, ze takie minimalne oscylacje we wlewnicach o dużej szerokości mogą wynikać z odrywania się strumienia na ściankach 42a i 44a, ze względu na gwałtowne odchylenie końcowe oraz ze względu na odrywanie się strumienia za ostrą krawędzią natarcia dzielnika 32 strumienia. W tej wstępnej konstrukcji zbieżność przednich ścianek 34ab i tylnych ścianek 34de pod kątem 2,65 stopnia utrzymano w podłużnych prostoliniowych sekcjach 42 i 44. Zatem sekcje te nie były prostokątne z narożami o promieniach zaokrąglenia 5 mm, ale lekko trapezowe, przy czym górna część okien wylotowych 46 i 48 miała szerokość 35 mm, a dolna część okien wylotowych 46 i 48 miała szerokość 24,5 mm. Przyjmujemy, że sekcja lekko trapezowa jest w zasadzie prostokątna.

Widać, że zrealizowano cele wynalazku. Dzięki dyfuzorowości i zwalnianiu prędkości strumienia na odcinku pomiędzy rurą wlotową a oknami wylotowymi zmniejszono prędkość wypływu strumienia z okien, wyrównano rozkład prędkości wzdłuż długości i szerokości okien oraz zmniejszono oscylacje fali stojącej we wlewnicy. Odchylanie dwóch przeciwnie skierowanych strumieni zrealizowano za pomocą dzielnika strumienia znajdującego się poniżej sekcji przejściowej z symetrii osiowej na symetrię planarną. Dzięki rozpraszaniu i zwalnianiu strumienia w sekcji przejściowej można osiągnąć całkowite odchylenie strumienia rzędu około plus minus 30 stopni od pionu, z równoczesnym zapewnieniem stabilnych, równomiernych pod względem prędkości strumieni wylotowych.

179 731

Ponadto, odchylanie dwóch przeciwnie skierowanych strumieni można częściowo zrealizować wytwarzając ciśnienia ujemne na zewnętrznych częściach strumieni. Takie ciśnienia ujemne wytwarza się częściowo zwiększając kąty rozbieżności ścianek bocznych za główną sekcją przejściową. Odchylanie można zrealizować za pomocą krzywoliniowych odcinków, na których promień wewnętrzny stanowi znaczący ułamek promienia zewnętrznego. Odchylenie strumienia w samej głównej sekcji przejściowej można zrealizować zapewniając obszar przejściowy o sześciokątnym przekroju poprzecznym, mający odpowiednie pary ścianek przednich i tylnych, które przecinają się pod kątami mniejszymi od 180 stopni. Dzielnik strumienia ma zaokrągloną krawędź natarcia o promieniu krzywizny wystarczającym do uniemożliwienia punktowi spiętrzenia, powstającemu spontanicznie wskutek niedociągnięć produkcyjnych lub niewielkich oscylacji strumienia, odrywanie strumienia na krawędzi natarcia, która biegnie na znaczącym odcinku z prądem.

Rozumie się samo przez się, że pewne cechy i kombinacje wynikają ze względów użytkowych i można je wykorzystywać bez konieczności powoływania się na inne cechy kombinacji. Takie cechy uważa się za ujęte w wynalazku i znajdujące się w jego zakresie. W związku z tym, rozumie się samo przez się, że nasz wynalazek nie ogranicza się do konkretnych opisanych i ujawnionych tu rozwiązań szczegółowych, ale jego jedynym ograniczeniem są towarzyszące mu zastrzeżenia patentowe.

179 731

F I 0. 1b

F I G 2α

179 731 b

341

179 731

d

179 731

F i G. 6α

F I G 6b

179 731

F I G 9 F I G 1O

179 731

F 1 G 15 Fl G 16

179 731

FIG 1α

F 8 G. 17b

179 731

F l G 1 F I G 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Dysza wlewowa do przepływu przez nią płynnego metalu, w której skład wchodzą pionowa, wlotowa sekcja rurowa, sekcja wylotowa oraz część korpusowa umieszczona pomiędzy wlotową sekcją rurową oraz sekcją wylotową, przy czym część korpusowa jest połączona przepływowo z wlotową sekcją rurową, znamienna tym, że wlotowa sekcja rurowa (30b) posiada pierwsze pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia i zasadniczo symetrię osiową, a część korpusowa zawiera sekcję przejściową (34) o zmiennym polu powierzchni przepływu, w której pole powierzchni przepływu jest zmienne od pierwszego pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia do drugiego pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia, które jest większe pod względem pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia niż pierwsze pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia i w sekcji przejściowej (34) dysza ma zmienną symetrię od symetrii w przybliżeniu osiowej do symetrii w przybliżeniu planarnej, zaś sekcja dzieląca jest połączona przepływowo z sekcją przejściową (34) i jest umieszczona w pobliżu sekcji wylotowej, dzieląc strumień płynnego metalu wypływającego z sekcji przejściowej (34) na dwa strumienie odchylone kątowo od pionu w przeciwnych kierunkach.
2. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, że sekcja dzieląca zawiera parę sekcji odchylających (35, 37, 38, 42, 40, 44) oraz dzielnik (32) strumienia umieszczony pomiędzy sekcjami odchylającymi (35, 37, 38, 42, 40,44) i usytuowany za sekcją przejściową (34).
3. Dysza według zastrz. 2, znamienna tym, że sekcje odchylające (35, 37, 38, 42, 40, 44) mają boczne ścianki (38a', 39a’, 38a, 42a, 38b, 42b, 40a, 44a, 40b, 44b), które są odchylone od pionu pod pewnym kątem, przy czym boczne ścianki (38a’, 39a', 38a, 42a, 40a, 44a) są zasadniczo równoległe do bocznych ścianek (38b, 42b, 40b, 44b) utworzonych przez dzielnik (32) strumienia.
4. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, że sekcja przejściowa (34) posiada przednie ścianki (34d, 34e), które są zbieżne pod całkowitym kątem zbieżności wynoszącym od około 2,0 do 8,6 stopni.
5. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, ze sekcja przejściowa (34) posiada boczne ścianki (34c, 34f), które są rozbieżne pod całkowitym kątem rozbieżności wynoszącym około 16,6 do 6,0 stopni.
6. Dysza według zastrz. 2, znamienna tym, że sekcje odchylające (35, 37, 38, 42, 40, 44) są odchylone od pionu od około 10 do 80 stopni w każdą stronę.
7. Dysza według zastrz. 2, znamienna tym, że sekcje odchylające (35, 37, 38, 42, 40, 44) są odchylone od pionu od około 20 do 40 stopni w każdą stronę.
8. Dysza według zastrz. 4, znamienna tym, że całkowity kąt zbieżności wynosi w przybliżeniu 5,3 stopnia.
9. Dysza według zastrz. 5, znamienna tym, że całkowity kąt rozbieżności wynosi w przybliżeniu 10,4 stopnia.
10. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwsze pole powierzchni przekroju poprzecznego w sekcji przejściowej (34) jest zasadniczo okrągłe.
11. Dysza według zastrz. 3, znamienna tym, że sekcja przejściowa (34) posiada boczne ścianki (34a, 34b, 34c, 34f), które są odchylone pod pewnym kątem od pionu, a sekcje odchylające (35, 37, 38, 42, 40, 44) posiadają ścianki (38a', 39a', 38a, 42a, 40a, 44a) odpowiadające bocznym ściankom (34a, 34b, 34c, 34f) sekcji przejściowej (34) oraz sekcje odchylające (35, 37, 38, 42, 40, 44) mają odpowiednie końcowe części, na których odpowiednie ścianki (42a, 44a) są odchylone pod kątem od pionu większym niż kąt odchylenia bocznych ścianek (34a, 34b, 34c, 34f).
12. Dysza według zastrz. 2, znamienna tym, że dzielnik (32) strumienia zawiera zaokrągloną krawędź prowadzącą.

179 731
13. Dysza według zastrz. 2, znamienna tym, że dzielnik (32) strumienia zawiera część noskową (32b) o konturze zbliżonym do półeliptycznego.
14. Dysza według zastrz. 2, znamienna tym, że dzielnik (32) strumienia zawiera część noskową (32b) o konturze zbliżonym do przekroju, jaki ma symetryczne skrzydło przed punktem cięciwy, w którym profil ma maksymalną grubość.
15. Dysza według zastrz. 2, znamienna tym, że sekcje odchylające (35, 37, 38, 42, 40, 44) są odchylone od pionu około 30 stopni w każdą stronę.
16. Dysza według zastrz. 2, znamienna tym, że sekcja dzieląca zawiera parę w przybliżeniu prostokątnych i zasadniczo prostoliniowych sekcji (42, 44).
17. Dysza według zastrz. 16, znamienna tym, że prostoliniowe sekcje (42, 44) są umieszczone pod pewnym kątem do pionu, przy czym prostoliniowe sekcje (42, 44) mają okna wylotowe (46, 48) usytuowane pod kątem do poziomu, który jest mniejszy niż kąt pochylenia do pionu prostoliniowych sekcji (42, 44).
18. Dysza według zastrz. 2, znamienna tym, że sekcja dzieląca zawiera parę zasadniczo prostokątnych i zakrzywionych sekcji (38, 40, 42, 44).
19. Dysza według zastrz. 18, znamienna tym, że zakrzywione sekcje (38, 40) mają wewnętrzne ścianki (38a, 40a) posiadające promień krzywizny nie mniejszy niż połowa promienia zewnętrznych ścianek (38b, 40b).
20. Dysza według zastrz. 18, znamienna tym, ze prostoliniowe sekcje (42, 44) są umieszczone za zakrzywionymi sekcjami (38, 40).
21. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, że sekcja przejściowa (34) jest sekcją zasadniczo zmniejszającą prędkość strumienia.
22. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, że sekcja przejściowa (34) zawiera co najmniej dwie przednie ścianki (34d, 34e) i co najmniej dwie boczne ścianki (34c, 34f), przy czym przednie ścianki (34d, 34e) są zbieżne w pierwszej płaszczyźnie pionowej, zaś boczne ścianki (34c, 34f) są rozbieżne w drugiej płaszczyźnie pionowej prostopadłe do pierwszej płaszczyzny pionowej.
23. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, ze przednie ścianki (34d, 34e) są zbieżne pod całkowitym kątem zbieżności, zaś boczne ścianki (34c, 34f) są rozbieżne pod całkowitym kątem rozbieżności, przy czym różnica pomiędzy całkowitym kątem rozbieżności ścianek bocznych (34c, 34f) i całkowitym kątem zbieżności ścianek przednich (34d, 34e) jest mniejsza niż około 8 stopni.
24. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, ze przed sekcją przejściową (34) jest umieszczona pierwsza sekcja przejściowa (54).
25. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, że przed sekcją przejściową (34) jest umieszczony dyfuzor (56).
26. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, ze w skład sekcji przejściowej (34) wchodzą dwie rozbiegąjące się ścianki boczne (34d, 34e), dwie przecinające się przednie ścianki (34d, 34e) o kątach rozwarcia nieco mniejszych niz 180° oraz dwie przecinające się tylne ścianki (34a, 34b) o kątach rozwarcia nieco mniejszych niż 180°, przy czym ścianki przednie (34d, 34e) i ścianki tylne (34a, 34b) są zbieżne.
27. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, ze dwa strumienie mają zasadniczo równe pola powierzchni przekroju poprzecznego strumienia.
28. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, że w sekcji przejściowej (34) dysza (30) ma symetrię zasadniczo sześciokątną.

* * *