PL247808B1 - Podstrumieniowy regulator przepływu - Google Patents

Abstract

Podstrumieniowy regulator przepływu, czyli regulator przepływu (2), którego miejscem osadzenia jest kadź pośrednia stosowana w procesie ciągłego odlewania stali. Podstrumieniowy regulator przepływu wykonany jest z materiału ogniotrwałego na bazie tlenków aluminium, magnezu lub cyrkonu lub innych alternatywnych materiałów ogniotrwałych np. betonów. Ciekła stal wpływa do kadzi pośredniej z kadzi głównej poprzez ceramiczny wylew osłonowy. Natomiast z kadzi pośredniej stal wypływa do poszczególnych krystalizatorów za pomocą wylewów (4) znajdujących się w dnie kadzi pośredniej. Zastosowanie kadzi pośredniej w procesie ciągłego odlewania stali stwarza bufor bezpieczeństwa w postaci ciągłego dopływu ciekłej stali do strefy chłodzenia pierwotnego w chwili, gdy z kadzi głównej wypłynie cała ilość przygotowanej do odlewania stali. Bufor ten jednocześnie zapewnia czas potrzebny na przygotowanie kolejnej porcji stali w następnej kadzi głównej. Przy odlewaniu zaawansowanych gatunków stali do dna kadzi głównej montowany jest wylew osłonowy (4) zapewniający ochronę strumienia stali przed działaniem atmosfery.

Description

Przedmiotem wynalazku jest podstrumieniowy regulator przepływu, zwłaszcza do kadzi pośredniej.

Znana jest z US 5169591 płytka rozbijająca do eliminowania turbulencji powierzchni w kadzi pośredniej do odlewania ciągłego, przy czym podkładka rozbijająca ma podstawę do odbierania napływającego strumienia kadzi oraz jedną lub więcej ścianek bocznych rozciągających się w kierunku do góry wzdłuż obwodu podstawy. Każda rozciągająca się do góry ściana boczna zawiera wewnętrzną powierzchnię mającą podciętą część zwróconą do wchodzącego strumienia kadzi. Każda podcięta część rozciąga się wzdłuż długości wewnętrznej powierzchni i zawiera ukształtowaną powierzchnię do odbierania i odwracania kierunku przepływu płynu generowanego przez napływający strumień kadzi [1].

Znana jest z US 5072916 podkładka udarowa do kadzi pośredniej jest przewidziana do użytku w kadzi pośredniej. Płytka rozbijająca ma pofalowaną górną powierzchnię, która znacznie zmniejsza pole powierzchni poziomej w obszarze uderzenia, w którym stopione żelazo lub stal wchodzi do zbiornika kadzi pośredniej. Ta falista powierzchnia zasadniczo zmniejsza pionowe rozpryskiwanie stopionego żelaza lub stali wchodzącej do naczynia, powodując znaczne zmniejszenie mieszania i turbulencji wewnątrz naczynia. Płytka rozbijająca może istnieć jako oddzielna konstrukcja lub może tworzyć integralną część konstrukcji kadzi pośredniej [2].

Znana jest z US5358551A kadź pośrednia, a dokładniej płyta rozbijająca, jest utworzona z dolną powierzchnią uderzeniową i zawiera zewnętrzną ściankę boczną rozciągającą się od niej do góry, która całkowicie zamyka wewnętrzną przestrzeń lub wnękę mającą górny otwór, do którego kierowany jest stopiony metal z osłony kadzi. Zewnętrzna ścianka boczna wkładki zawiera wewnętrzną powierzchnię rozciągającą się od dolnej powierzchni uderzeniowej do otworu wkładki. Wewnętrzna powierzchnia ścianki bocznej zawiera część pierścieniową, która rozciąga się do wewnątrz i do góry w kierunku otworu wkładki. W korzystnym przykładzie wykonania wewnętrzna powierzchnia ścianki bocznej zakrzywia się w sposób ciągły od dolnej powierzchni uderzającej do pionowej ścianki wyznaczającej otwór wkładki. Podkładka przekierowuje strumień wylewania z powrotem do siebie, powodując wzajemne spowolnienie przepływów przeciwprądowych, minimalizując w ten sposób turbulencje i hamując przepływ z dużą prędkością w kadzi pośredniej. Strumień skierowany w górę jest ponadto korzystnie skierowany od napływającego strumienia wylewania w kierunku powierzchni kąpieli [3].

Znana jest z US6554167B1 podkładka rozpryskowa do odbierania strumienia ciekłego metalu, mająca dolną ściankę z górną powierzchnią, o którą ciekły metal ma uderzać, boczną ściankę rozciągającą się w kierunku do góry wzdłuż obwodu dolnej ścianki i pierścieniową ściankę rozciągającą się do wewnątrz od bocznej ściany. Ściana pierścieniowa wraz ze ścianką dolną i ścianką boczną wyznaczają metalową komorę odbiorczą mającą otwór przechodzący przez ściankę pierścieniową. Wystająca do góry ścianka kołnierza rozciąga się wzdłuż obwodu nakładki rozpryskowej powyżej otworu wlotowego. Ścianka kołnierza ma wyprofilowaną powierzchnię wewnętrzną łączącą się z górną powierzchnią na pierścieniowej ściance [4].

Znana jest z US5861121A komora do odbierania skierowanego w dół strumienia ciekłego metalu zawiera zasadniczo poziomą podstawę mającą zasadniczo płaską powierzchnię uderzeniową. Pierwsza fasetowana ściana boczna mająca wiele uformowanych w niej fasetek, generalnie rozciąga się do góry od płaskiej powierzchni i obejmuje ją, aby zdefiniować przestrzeń wewnętrzną. Przestrzeń wewnętrzna ma górny otwór do odbierania przepływu ciekłego metalu w dół. Druga ścianka rozciąga się do wewnątrz i do góry od pierwszej fasetowanej ścianki w kierunku górnego otworu. Wzdłuż pierwszej fasetowanej ściany rozmieszczonych jest wiele przypór. Każda z przypór rozciąga się pomiędzy powierzchnią uderzenia a drugą fasetowaną ścianą. Przypory tworzą wiele oddzielnych kieszeni zawierających co najmniej jedną ściankę. Kieszenie są określone przez przypory, powierzchnię uderzenia, pierwszą fasetowaną ścianę i drugą ścianę [5].

W procesie ciągłego odlewania stali, w kadziach pośrednich stosowane są różnego rodzaju podstrumieniowe regulatory przepływu, które są przedmiotem badań naukowych [6-14].

Podstawą oceny pracy kadzi pośredniej jest zbadanie układu hydrodynamicznego, w tym ocena udziału procentowego przepływu stagnacyjnego w ogólnej strukturze przepływu oraz weryfikacja jaki jest stosunek przepływu tłokowego do idealnego mieszania w objętości przepływu aktywnego. Ponadto ważna jest ocena homogenizacji chemicznej i cieplnej ciekłej stali w przedmiotowym obiekcie jak i zachowanie się ciekłej stali podczas niestacjonarnych etapów sekwencji odlewniczej tj. podczas startu sekwencji, wymiany kadzi głównych oraz podczas odlewania ostatniego gatunku w sekwencji. W pracy [6] weryfikowano zarówno stopień rafinacji stali jak i zjawisko homogenizacji chemicznej ciekłej stali podczas podawania dodatków stopowych w kadzi pośredniej wyposażonej w różnego rodzaju podstrumieniowe regulatory przepływu. Wykazano, że zastosowanie podstrumieniowego regulatora przepływu nie wpływa negatywnie na poziom czystości ciekłej stali, wytypowanie odpowiedniej konstrukcji regulatora przepływu może znacznie obniżyć czas mieszania niezbędny do uzyskania 95% poziomu homogenizacji chemicznej. Podstrumieniowy regulator przepływu zastosowany w kadzi pośredniej dwu-wylewowej z przegrodami wyposażonymi w okna przelewowe umożliwia 200% wzrost objętości przepływu tłokowego [7] i 100% redukcję objętości przepływu stagnacyjnego [8]. Dobór konstrukcji podstrumieniowego regulatora przepływu zdecydowanie wpływa na ruch ciekłej stali i transport składników się w niej znajdujących, w tym wtrąceń niemetalicznych limitując ich ewentualne usuwanie przez fazę żużlową podczas odlewania. Dlatego dobór konstrukcji podstrumieniowego regulatora przepływu zapewnia chociażby 100% wzrost poziomu rafinacji stali z wtrąceń niemetalicznych w kadzi pośredniej dwu-wylewowej [9]. Podstrumieniowy regulator przepływu zdecydowanie wyhamowuje siłę pędną strumienia zasilającego, co przy odlewaniu z mniejszymi prędkościami i występującym w kadziach pośrednich gradientem temperaturowym powoduje zdecydowaną modyfikację ruchu stali, stymulując przepływ wznoszący i powodując wydłużenie minimalnego czasu przebywania stali w kadzi pośredniej zwiększając potencjał czasowy kadzi pośredniej do wykonywania dodatkowych zabiegów metalurgicznych [10]. Minimalny czas przebywania stali w kadzi pośredniej dwu-wylewowej można zwiększyć nawet 40-krotnie, stosując odpowiedni typ podstrumieniowego regulatora przepływu [10]. Kadzie pośrednie sześcio-wylewowe są jednymi z najtrudniejszych do kontroli ze względu na znaczne oddalenie skrajnych wylewów od strefy zasilania kadzi pośredniej. Jednakże zastosowanie podstrumieniowego regulatora przepływu w kadzi pośredniej sześcio-wylewowej typu korytowego redukuje o 35% objętość przepływu stagnacyjnego i redukuje gradient temperaturowy w kadzi pośredniej podczas wymiany kadzi głównej w odlewaniu sekwencyjnym [11]. W kadzi pośredniej korytowej dwu-wylewowej zastosowanie podstrumieniowego regulatora przepływu w konfiguracji z przegrodami zdecydowanie zmniejsza gradient temperatur w objętości kadzi pośredniej wskutek dopływu stali zarówno cieplejszej jak i chłodniejszej. Jest to ważna funkcja w aspekcie dodatkowego modyfikowania przepływu ciekłej stali przez siły naturalnej konwekcji w trakcie długich sekwencji odlewniczych i odlewaniu różnych gatunków stali [12]. Zastosowanie podstrumieniowego regulatora przepływu w kadzi pośredniej korytowej jedno-wylewowej o 100% zwiększa poziom rafinacji ciekłej stali z wtrąceń niemetalicznych typu AbO3, CaO, MgO i SiO2 w kadzi pośredniej w stosunku do wariantu kadzi pośredniej nie wyposażonej w urządzenia sterujące przepływem [13]. W pracy [14] wykazano, że w przypadku kadzi pośredniej trzy otworowej asymetrycznej typu delta zastosowanie podstrumieniowego regulatora przepływu zwiększa o 100% udział przepływu tłokowego i zmniejsza udział przepływu stagnacyjnego o 13,5%. Ponadto w trakcie odlewania w warunkach przemysłowych ograniczono wtórne rozpuszczanie się azotu w stali w kadzi pośredniej do poziomu 1-2 ppm w skutek oddziaływania regulatora przepływu na układ hydrodynamiczny. Zdiagnozowano również o 50% mniejsze wtrącenia niemetaliczne w stali odlewanej kadzią pośrednią wyposażoną w regulator przepływu [14].

Celem wynalazku jest opracowanie takiego podstrumieniowego regulatora przepływu, który będzie dedykowany dla kadzi pośrednich stosowanych w procesie ciągłego odlewania stali, w celu modyfikacji przepływu. Regulator przepływu montowany jest w osi strumienia zasilającego kadź pośrednią, celem modyfikacji przepływu ciekłej stali i uzyskania homogenizacji chemicznej i cieplnej metalu względem wszystkich otworów wylewowych, zwłaszcza w przypadku kadzi pośrednich wielootworowych. Celem nadrzędnym zastosowania regulatora przepływu jest ochrona i komfort pracy załogi obsługującej urządzenie do ciągłego odlewania stali. Regulator według wynalazku minimalizuje zjawisko rozpryskiwania się stali podczas startu sekwencji i napełniania kadzi pośredniej. Ogranicza zjawisko falowania powierzchni swobodnej lustra ciekłej stali podczas napełniania kadzi zapewniając stabilizacje procesu nanoszenia zasypki kadziowej i formowania się żużla. Zdławienie siły pędnej strumienia stali i zmniejszenie intensywności przepływu stali podczas napełniania kadzi pośredniej, w tym zmniejszenie siły uderzeniowej fali zalewowej stabilizuje chociażby położenie zatyczek w systemach regulacji przepływu stali do krystalizatorów lub innych urządzeń sterujących przepływem montowanych w kadziach pośrednich tj. przegród lub przelewów.

Istotą wynalazku jest podstrumieniowy regulator przepływu, czyli regulator przepływu (2), którego miejscem osadzenia jest kadź pośrednia (1) stosowana w procesie ciągłego odlewania stali. Podstrumieniowy regulator przepływu wykonany jest z materiału ogniotrwałego na bazie tlenków aluminium, magnezu lub cyrkonu lub innych alternatywnych materiałów ogniotrwałych np. betonów. Ciekła stal wpływa do kadzi pośredniej z kadzi głównej poprzez ceramiczny wylew osłonowy (3). Natomiast z kadzi pośredniej stal wypływa do poszczególnych krystalizatorów za pomocą wylewów (4) znajdujących się w dnie kadzi pośredniej (1). Zastosowanie kadzi pośredniej w procesie ciągłego odlewania stali stwarza bufor bezpieczeństwa w postaci ciągłego dopływu ciekłej stali do strefy chłodzenia pierwotnego w chwili, gdy z kadzi głównej wypłynie cała ilość przygotowanej do odlewania stali. Bufor ten jednocześnie zapewnia czas potrzebny na przygotowanie kolejnej porcji stali w następnej kadzi głównej. Przy odlewaniu zaawansowanych gatunków stali do dna kadzi głównej montowany jest wylew osłonowy (4) zapewniający ochronę strumienia stali przed działaniem atmosfery. Ilość otworów wylewowych kadzi pośredniej limituje budowa urządzenia do ciągłego odlewania i ilość odlewanych w tym samym czasie wlewków stalowych. Oś centralna wzdłużna wylewu osłonowego (5), powinna się pokrywać z osią centralną (6) regulatora przepływu podczas odlewania w warunkach stacjonarnych. Regulator przepływu montowany jest w dnie kadzi pośredniej za pomocą masy ceramicznej. Kształt zewnętrzny (2KZ) regulatora (2) opisany jest trzema figurami przestrzennymi, ostrosłupem ośmiokątnym ściętym (2G), graniastosłupem ośmiokątnym (2S) i ostrosłupem ośmiokątnym ściętym odwróconym (2D). Maksymalna odległość (7) pomiędzy długimi ścianami (S1A-S1B i S2A-S2B) graniastosłupa ośmiokątnego (2S) jest iloczynem średnicy podstawy (8) stożka dolnego odwróconego (9) i współczynnika korygującego, którego wartość wynosi 1,05 s 1,2. W każdej ze ścian (S1A), (S1B), (S2A), (S2B) znajduje się zagłębienie (10) w kształcie ostrosłupa ściętego o podstawie prostokąta (10P) i powierzchni równoległej do podstawy (10PP). Głębokość (10G) zagłębienia (10) równa jest wysokości ostrosłupa ściętego, która jest iloczynem grubości dna (11) regulatora (2) i współczynnika korygującego równego 1,3 s 1,6. Odległość (12) od dolnej krawędzi podstawy zagłębienia (10) do podstawy dolnej (2D) regulatora (2) równa jest iloczynowi wysokości (13) regulatora (2) i współczynnika korygującego równego 0,25 s 0,35. Dłuższa krawędź (10K1) podstawy (10P) jak i dłuższa krawędź (10K2) powierzchni równoległej do podstawy (10PP) zagłębienia (10) równa jest iloczynowi długości krawędzi (K1) i współczynnika korygującego równego 0,7 s 0,9. Natomiast krawędź krótsza (10K3) i (10K4) podstawy (10P) i powierzchni równoległej do podstawy (10PP) równe są iloczynowi wysokości (2SH) graniastosłupa ośmiokątnego (2S) i współczynnika korygującego równego odpowiednio 0,35 s 0,45 i 0,15 s 0,25. Maksymalna odległość (7) zapewnia uzyskanie optymalnej grubości (14) pomiędzy powierzchnią zewnętrzną regulatora przepływu (2) a powierzchnią zewnętrzną walca (15) znajdującego się między stożkiem ściętym dolnym odwróconym (9) i stożkiem ściętym górnym (16). Profil naroża zewnętrznego (18) regulatora przepływu (2) opisuje prostokąt (P1-1) i dwa trapezy (T1-1) i (T1-2). Długość krawędzi (K1) i (K2), ścian (S1A), (S1B), (S2A), (S2B) równa jest wartości odległości (7) i współczynnika korygującego równego 0,5 s 0,9. Natomiast długość krawędzi K1-1 i K2-2, równa jest iloczynowi długości jednej z krawędzi (K1), (K2) i wartości współczynnika korygującego równego 0,7 s 0,95. Przy czym każde z czterech naroży (18) regulatora (2) jest takie samo i składa się z dwóch trapezów przedzielonych prostokątem. Regulator przepływu (2) charakteryzuje się jego wysokość (13) jest iloczynem wysokości słupa metalu w kadzi pośredniej (1) w strefie montażu regulatora przepływu i współczynnika korygującego, którego wartość wynosi 0,1 s 0,3. Wysokość słupa ciekłej stali w kadziach pośrednich stosowanych w procesie odlewania ciągłego zawiera się najczęściej w przedziale od 500 do 1200 mm. Przy czym wysokość (2GH), (2SH) i (2DH) poszczególnych figur przestrzennych tj. ostrosłupa ośmiokątnego ściętego (2G), graniastosłupa ośmiokątnego (2S) i ostrosłupa ośmiokątnego ściętego odwróconego (2D) równa jest wartości wysokości (13) i współczynnika korygującego równego 0,1 s 0,6, oddzielnie dla każdej figury przy czym suma trzech współczynników przypisanych do poszczególnych figur ma być równa 1. Regulator przepływu (2) charakteryzuje się tym, że w podstawie górnej (2G) znajduje się zagłębienie opisane dwoma walcami (17) i (15) i dwoma stożkami ściętymi (16) i (9), ułożonymi naprzemiennie tj. walec (17), stożek ścięty (16), walec (15) i stożek ścięty odwrócony (9). Ciekła stal wpływa do zagłębienia przez otwór (19) znajdujący się w górnej podstawie (2G) regulatora. Stożek ścięty górny (16) składa się z podstawy (20) i płaszczyzny (21) równoległej do postawy (20) oraz powierzchni bocznej limitowanej tworzącą (22). Natomiast stożek ścięty dolny odwrócony (9) składa się z podstawy (8) i płaszczyzny (23) równoległej do podstawy (8) oraz powierzchni bocznej limitowanej tworzącą (24). Powierzchnia otworu (19) regulatora jest limitowana wymiarem płaszczyzny (25) walca (17). Walec (17) składa się z podstawy (26) i płaszczyzny (25) równoległej do podstawy (26) oraz powierzchni bocznej limitowanej tworzącą (27). Walec (15) składa się z podstawy (28) i płaszczyzny (29) równoległej do podstawy (28) oraz powierzchni bocznej limitowanej two rzącą (30). Regulator przepływu (2) charakteryzuje się tym, że średnica płaszczyzny (23) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) jest iloczynem średnicy wewnętrznej wylewu osłonowego od strony jego montażu do systemu wylewowego znajdującego się w dnie kadzi głównej i współczynnika korygującego, którego wartość wynosi 0,05 s 0,6. Wartość średnicy wewnętrznej (31) wylewu osłonowego (3) od strony jego montażu do systemu wylewowego znajdującego się w dnie kadzi głównej, zawiera się w przedziale od 50 mm do

400 mm. Regulator przepływu (2) charakteryzuje się tym, że średnica podstawy (8) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) i średnica podstawy (20) stożka ściętego górnego (16) są takie same o wartości będącej iloczynem średnicy płaszczyzny (23) równoległej do podstawy (8) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) i współczynnika korygującego, którego wartość wynosi 2,56 : 204,8. Regulator przepływu (2) charakteryzuje się tym, że średnica płaszczyzny (21) stożka ściętego górnego (16) równoległa do jego postawy (20) równa jest iloczynowi średnicy podstawy (20) stożka ściętego górnego (16) i współczynnika korygującego, którego wartość wynosi 0,7 : 0,9. Równocześnie wymiar płaszczyzny (21) i podstawy (8) są wymiarami odpowiednio podstawy (26) i płaszczyzny (25) walca (17) i podstawy (28) i płaszczyzny (29) walca (15). Regulator przepływu (2) charakteryzuje się tym, że grubość (11) jego dna jest iloczynem wysokości (13) regulatora przepływu (2) i współczynnika korygującego, którego wartość wynosi 0,05 : 0,25. Odległość pomiędzy płaszczyzną (25) walca (17) a płaszczyzną (23) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) tworzy efektywną wysokość (26) regulatora przepływu (2) będącą różnicą pomiędzy wysokością (13) regulatora przepływu (2) a grubością (11) dna regulatora przepływu (2). Efektywna wysokość jest zarazem głębokością (32) otworu (19) na którą składa się wysokość (33) stożka ściętego dolnego odwróconego (9), wysokość (34) walca (15), wysokość (35) stożka ściętego górnego (16) i wysokość (36) walca (17). Regulator przepływu (2) charakteryzuje się tym, że wysokość (33) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) jest iloczynem głębokości (32) otworu (19) regulatora przepływu (2) i współczynnika korygującego, którego wartość wynosi 0,55 : 0,9. Regulator przepływu (2) charakteryzuje się tym, że wysokość (35) stożka ściętego górnego (16) jest iloczynem głębokości (32) otworu (19) regulatora przepływu (2) i współczynnika korygującego, którego wartość wynosi 0,05 : 0,2. Regulator przepływu (2) charakteryzuje się tym, że wysokość (34) walca (15) jest iloczynem głębokości (32) otworu (19) regulatora przepływu (2) i współczynnika korygującego, którego wartość wynosi 0,025 : 0,12. Regulator przepływu (2) charakteryzuje się tym, że wysokość (36) walca (17) jest iloczynem głębokości (32) otworu (19) regulatora przepływu (2) i współczynnika korygującego, którego wartość wynosi 0,025 : 0,2. Suma wszystkich czterech współczynników korygujących dla ww. wysokości poszczególnych brył opisujących przestrzeń wewnętrzną regulatora musi wynosić 1.

Wynalazek został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia podstrumieniowy regulator przepływu osadzony w kadzi, a fig. 2 podstrumieniowy regulator przepływu w widoku ogólnym.

Przykład I

W dnie kadzi pośredniej (1) osadzony jest podstrumieniowy regulator przepływu (2). Ciekła stal przepływa z kadzi głównej do kadzi pośredniej przez ceramiczny wylew osłonowy (3) o kształcie cylindra i średnicy wewnętrznej od strony jego montażu do systemu wylewowego kadzi głównej równej 100 mm. Oś wzdłużna (6) regulatora przepływu (2) pokrywa się z osią centralną wzdłużną (5) wylewu osłonowego (3). Poziom ciekłej stali w miejscu montażu podstrumieniowego regulatora przepływu wynosi 700 mm licząc od dna kadzi pośredniej do menisku ciekłej stali.

Regulator ma kształt o przekroju prostokąta ze ściętymi kątami i ma przelotowy otwór (19), którego oś wzdłużna otworu (19) pokrywa się z osią wzdłużną (6) regulatora. Otwór (19) osadzony jest zatem centralnie.

W regulatorze znajduje się przelotowy otwór (19) o głębokości (32) równej odcinkowi mierzonemu od płaszczyzny (23) do płaszczyzny (25) opisany dwoma stożkami ściętymi (9), (16) i dwoma cylindrami (15), (17). Otwór (19) ma kształt o przekroju stożka ściętego odwróconego a następnie cylindra a następnie stożka ściętego i znów cylindra.

Wartość średnicy płaszczyzny podstawy (23) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) jest iloczynem średnicy wewnętrznej wylewu osłonowego w przykładzie wykonania równej 100 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,1. Natomiast wartość średnicy podstawy (8) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) jest iloczynem wartości średnicy płaszczyzny (23) równej w przykładzie wykonania 10 mm i współczynnika korygującego o wartości 40. Otrzymana wartość jest jednocześnie wartością podstawy (28) i płaszczyzny (29) walca (15) oraz podstawy (20) stożka ściętego (16). Wartość średnicy płaszczyzny (21) stożka górnego (16) równa jest iloczynowi wartości średnicy podstawy (20) równej w przykładzie wykonania 400 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,9. Odległość pomiędzy ścianami S1A-S1B i S2A-S2B jest iloczynem średnicy podstawy (8) stożka (9) równej w przykładzie wykonania 400 mm i współczynnika korygującego o wartości 1,1. Długość krawędzi (K1) i (K2), ścian (S1A), (S1B), równa jest wartości odległości (7) równej w przykładzie wykonania 440 mm i współczynnika korygującego równego 0,9. Natomiast długość krawędzi K1-1, K2-2, równa jest iloczynowi długości krawędzi (K1) równej w przykładzie wykonania 396 mm i wartości współczynnika korygującego równego 0,9.

Wysokość (13) podstrumieniowego regulatora przepływu (2) równa jest iloczynowi wysokości słupa metalu o wartości w przykładzie wykonania 700 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,3. Grubość dna (11) regulatora przepływu (2) jest iloczynem wysokości (13) o wartości w przykładzie wykonania 210 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,15. Stąd efektywna wysokość, będąca głębokością (32) wynosi w przykładzie wykonania 178,5 mm. Wysokość (33) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) równa jest iloczynowi głębokości (32) o wartości w przykładzie wykonania 178,5 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,8. Natomiast wysokość (35) stożka ściętego górnego (16) równa jest iloczynowi wartości głębokości (32) o wartości w przykładzie wykonania 178,5 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,1. Wysokość (34) cylindra (15) równa jest iloczynowi wartości głębokości (32) o wartości 178,5 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,05. Natomiast wysokość (36) cylindra (17) równa jest iloczynowi wartości głębokości (32) o wartości w przykładzie wykonania 178,5 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,05.

Kształt zewnętrzny regulatora (2) opisany jest trzema figurami przestrzennymi, ułożonymi w kolejności o góry: ostrosłupem ośmiokątnym ściętym (2G), graniastosłupem ośmiokątnym (2S) i ostrosłupem ośmiokątnym ściętym odwróconym (2D). Przy czym wysokość (2GH), (2SH) i (2DH) poszczególnych figur przestrzennych tj. ostrosłupa ośmiokątnego ściętego (2G), graniastosłupa ośmiokątnego (2S) i ostrosłupa ośmiokątnego ściętego odwróconego (2D) równa jest wartości wysokości (13) o wartości w przykładzie wykonania 210 mm i odpowiednio współczynnika korygującego równego 0,2, 0,6 i 0,2. Ostrosłup ośmiokątny ścięty (2G) i ostrosłup ośmiokątny ścięty odwrócony (2D) mają identyczne wymiary oraz kąty, i ułożone są względem siebie symetrycznie przy czym pomiędzy nimi znajduje się graniastosłup ośmiokątny (2S), przy czym te trzy figury wspólnie opisują kształt zewnętrzny regulatora (2).

W każdej z czterech ścian bocznych (S1A), (S1B), (S2A) i (S2B) jest zagłębienie (10), jako nieprzelotowy otwór, w kształcie ostrosłupa ściętego o podstawie prostokąta (10P) i powierzchni podstawy zagłębienia równoległej do podstawy(10PP) zagłębienia (10), oraz równoległej do osi wzdłużnej 6. Zagłębienie (10) osadzone jest w każdej ścianie bocznej, przy czym osie wzdłużne naprzeciwległych par zagłębień (10) osadzone są w jednej prostej.

Głębokość (10G) zagłębienia (10) równa jest grubości (11) regulatora (2) równej w przykładzie wykonania 31,5 mm i współczynnika korygującego równego 1,3. Współczynnik jest wartością liczbową ograniczającą wymiaru regulatora. Dla konkretnych elementów regulatora ma zmienną wartość. Odległość (12) od dolnej krawędzi podstawy zagłębienia (10) do dolnej płaszczyzny podstawy dolnej (2D) regulatora (2) równa jest iloczynowi wysokości (13) regulatora (2) równej w przykładzie wykonania 210 mm i współczynnika korygującego równego 0,25. Dłuższa krawędź (10K1) podstawy i krawędź (10K2) to są krawędzie od jednego z czterech zagłębień znajdujących się na zewnątrz regulatora (na rysunku to jest między innymi ta powierzchnia 10P i 10PP), powierzchni, zagłębienia równa jest iloczynowi długości krawędzi (K1) równej w przykładzie wykonania 396 mm i współczynnika korygującego równego 0,7. Natomiast krawędź krótsza podstawy prostokąta (10P) zagłębienia (10) i krawędź krótsza podstawy (10PP) zagłębienia (10) tj. powierzchni zagłębienia równe są iloczynowi wysokości (2SH) graniastosłupa ośmiokątnego (2S) która wynosi w przykładzie wykonania 126 mm i współczynnika korygującego równego odpowiednio 0,35 i 0,15.

P rzykład II

W dnie kadzi pośredniej (1) osadzony jest podstrumieniowy regulator przepływu (2). Ciekła stal przepływa z kadzi głównej do kadzi pośredniej przez ceramiczny wylew osłonowy (3) o kształcie cylindra i średnicy wewnętrznej od strony jego montażu do systemu wylewowego kadzi głównej równej 80 mm. Oś wzdłużna (6) regulatora przepływu (2) pokrywa się z osią centralną wzdłużną (5) wylewu osłonowego (3). Poziom ciekłej stali w miejscu montażu podstrumieniowego regulatora przepływu wynosi 1000 mm licząc od dna kadzi pośredniej do menisku ciekłej stali. W regulatorze znajduje otwór (19) o głębokości (32) opisany dwoma stożkami ściętymi (9), (16) i dwoma cylindrami (15), (17). Wartość średnicy płaszczyzny (23) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) jest iloczynem średnicy wewnętrznej wylewu osłonowego równego 80 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,05. Natomiast wartość średnicy podstawy (8) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) jest iloczynem wartości średnicy płaszczyzny (23) równej 4 mm i współczynnika korygującego o wartości 120. Otrzymana wartość jest jednocześnie wartością długości płaszczyzny (28) i (29) walca (15) oraz podstawy (20) stożka ściętego (16). Wartość średnicy płaszczyzny (21) stożka górnego (16) równa jest iloczynowi wartości średnicy podstawy (20) równej 480 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,7. Odległość pomiędzy ścianami S1A-S1B i S2A-S2B jest iloczynem średnicy podstawy (8) stożka (9) równej 480 mm i współczynnika korygującego o wartości 1,15. Długość krawędzi (K1) i (K2), ścian (S1A), (S1B), równa jest wartości odległości (7) równej 552 mm i współczynnika korygującego równego 0,8. Natomiast długość krawędzi K1-1, K2-2, równa jest iloczynowi długości krawędzi (K1) równej 441,6 mm i wartości współczynnika korygującego równego 0,8. Wysokość (13) podstrumieniowego regulatora przepływu (2) równa jest iloczynowi wysokości słupa metalu o wartości 1000 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,15. Grubość dna (11) regulatora przepływu (2) jest iloczynem wysokości (13) o wartości 150 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,1. Stąd efektywna wysokość, będąca głębokością (32) wynosi 135 mm. Wysokość (33) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) równa jest iloczynowi głębokości (32) o wartości 135 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,7. Natomiast wysokość (35) stożka ściętego górnego (16) równa jest iloczynowi wartości głębokości (32) o wartości 135 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,2. Wysokość (34) cylindra (15) równa jest iloczynowi wartości głębokości (32) o wartości 135 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,05. Natomiast wysokość (36) cylindra (17) równa jest iloczynowi wartości głębokości (32) o wartości 135 mm i współczynnika korygującego o wartości 0,05. Kształt zewnętrzny regulatora opisany jest trzema figurami przestrzennymi, ostrosłupem ośmiokątnym ściętym (2G), graniastosłupem ośmiokątnym (2S) i ostrosłupem ośmiokątnym ściętym odwróconym (2D). Przy czym wysokość (2GH), (2SH) i (2DH) poszczególnych figur przestrzennych tj. ostrosłupa ośmiokątnego ściętego (2G), graniastosłupa ośmiokątnego (2S) i ostrosłupa ośmiokątnego ściętego odwróconego (2D) równa jest wartości wysokości (13) o wartości 150 mm i odpowiednio współczynników korygujących równych 0,2, 0,6 i 0,2. W każdej ze ścian (S1A), (S1B), (S2A), (S2B) znajduje się zagłębienie (10) w kształcie ostrosłupa ściętego o podstawie prostokąta (10P) i powierzchni równoległej do podstawy (10PP). Głębokość (10G) zagłębienia (10) równa jest grubości (11) regulatora (2) równej 15 mm i współczynnika korygującego równego 1,6. Odległość (12) od dolnej krawędzi podstawy zagłębienia do podstawy dolnej (2D) regulatora (2) równa jest iloczynowi wysokości (13) regulatora (2) równej 150 mm i współczynnika korygującego równego 0,25. Dłuższa krawędź (10K1) podstawy jak i krawędź (10K2) powierzchni tworzącej wierzchołek zagłębienia równa jest iloczynowi długości krawędzi (K1) równej 441,6 mm i współczynnika korygującego równego 0,9. Natomiast krawędź krótsza (10P) podstawy i krawędź krótsza (10PP) powierzchni tworzącej wierzchołek zagłębienia równe są iloczynowi wysokości (2SH) graniastosłupa ośmiokątnego (2S) która wynosi 90 mm i współczynnika korygującego równego odpowiednio 0,4 i 0,2.

Zaprojektowany podstrumieniowy regulator przepływu zdecydowanie modyfikuje przepływ stali w rozpatrywanym układzie hydrodynamicznym jakim jest kadź pośrednia wypełniona płynącą dynamicznie ciekłą stalą. W zależności od typu kadzi pośredniej (delta, korytowa, klinowa, T, C lub asymetryczna) jak i typu zastosowanego wylewu osłonowego w kadzi głównej, regulator przepływu w określonym zakresie zmniejsza udział przepływu stagnacyjnego w ogólnej strukturze ruchu stali. Unikatowa wewnętrzna przestrzeń robocza podstrumieniowego regulatora przepływu skutkuje kumulacją siły pędnej strumienia zasilającego i jego deformacją wewnątrz regulatora. W efekcie zastosowania podst rumieniowego regulatora przepływu ograniczone będą rozpryski kropel stali podczas startu sekwencji odlewniczej. Dodatkowo zaprojektowany regulator cechuje się tym, że struktura hydrodynamiczna kształtująca się wewnątrz przestrzeni roboczej regulatora w bezpośredniej bliskości jego ścian, charakteryzuje się 20-krotnie niższymi wartościami prędkości przepływu od wartości prędkości stali strumienia zasilającego w płaszczyźnie równoległej do podstawy stożka górnego. Fakt, ten będzie miał swoje odzwierciedlenie w ograniczeniu zużycia erozyjnego regulatora przepływu wskutek wypłukiwania materiału ogniotrwałego przez ciekłą stal penetrującą przestrzeń wewnętrzną regulatora. Stąd spodziewana jest stabilizacja pracy kadzi pośredniej podczas długich sekwencji odlewnic zych tzn. podczas odlewania w tej samej sekwencji bez wymiany kadzi pośredniej więcej niż 10 wytopów stali.

Zastosowanie zaprojektowanego podstrumieniowego regulatora przepływ ograniczy przepływ stagnacyjny w objętości roboczej kadzi pośredniej i zunifikuje strukturę przepływu ciekłej stali w kontekście odlewania kadzią pośrednią wielootworową. W związku z tym zdynamizowany zostanie transport ciepła w objętości ciekłej stali, ograniczający strefy nadmiernego wychłodzenia metalu jak i wyrównujący temperaturę ciekłej stali wypływającej z poszczególnych wylewów kadzi pośredniej do krystalizatorów. Dodatkowo modyfikacja struktury przepływu stali w objętości roboczej kadzi pośredniej znajdzie swoje odzwierciedlenie również w transporcie masy, ograniczając różnice w składzie chemicznym poszczególnych wlewków przy odlewaniu sekwencyjnym i wielożyłowym kolejno po sobie różnych gatunków stali. Zabudowanie regulatora przepływu w strefie zasilania kadzi pośredniej, spowoduje interakcje strumienia zasilającego wypływającego z kadzi głównej z wewnętrzną powierzchnią roboczą regulatora, co ograniczy zużycie masy roboczej ogniotrwałej zabezpieczającej wyłożenie ogniotrwałe kadzi pośredniej w strefie jej zasilania. Zintensyfikowanie ruchu wznoszącego poprzez interakcje strumienia zasilającego z przestrzenią roboczą regulatora zintensyfikuje procesy transportu składników stali na granicy międzyfazowej ciekła stal-żużel (zasypka kadziowa), stwarzając warunki do skutecznej rafinacji ciekłej stali.

1. Schmidt M., Newmann S.: Impact pad for a continuous caster tundish, US patent No. 5169591,1992. 2. Soofi M.: Tundish impact pad, US patent No. 5072916, 1991.

3. Saylor K.: Turbulence inhibiting tundish and impact pad and method of using, US patent No. 5358551 A, 1993.

4. Barret R.: Impact pad, US patent No. 6554167B1,2001.

5. Heaslip L., Dorricott J.: Chamber for reception, Lateral division and redirection of liquid metal flow, US patent No. 5861121 A, 1997.

6. Madias J., Martin D., Ferreyra M., Villoria R., Garamendy A.: Design and Plant Experience Using an Advanced Pouring Box to Receive and Distribute the Steel in a Six Strand Tundish, ISIJ. Int., 1999, 39, 8, 787-794.

7. Lopez-Ramirez S., Morales R. D., Romero Serrano J. A.: Numerical simulation of the effects of buoyancy forces and flow control devices on fluid flow and heat transfer phenomena of liquid steel in a tundish, Numerical Heat Transfer, 2000, 37, 69-86.

8. Fan C. M., Shie R J., Hwang W. S.: Studies by mathematical and physical modelling of fluid flow and inclusion removal phenomena in slab tundish for casting stainless steel using various flow control device designs, Ironmak. Steelmak., 2003, 30, 5, 341-347.

9. Morales R. D., Diaz-Cruz M., Palafox-Ramos J., Lopez-Ramirez S., Barreto J. de J.: Modelling steel flow in a three-strand billet tundish using a turbulence inhibitor, Steel Res. Int., 2001,72, 1, 11-16.

Claims (1)

1. Podstrumieniowy regulator przepływu znamienny tym, że regulator przepływu (2) osadzony jest w dnie kadzi pośredniej (1) i nad regulatorem przepływu (2) jest wylew osłonowy (3) o kształcie cylindra i oś wzdłużna (6) regulatora przepływu (2) pokrywa się z osią centralną wzdłużną (5) wylewu osłonowego (3), a regulator ma kształt o przekroju prostokąta ze ściętymi kątami i ma przelotowy otwór (19), którego oś wzdłużna otworu (19) pokrywa się z osią wzdłużną (6) regulatora przy czym otwór (19) osadzony jest centralnie oraz w regulatorze jest przelotowy otwór (19) o głębokości równej odcinkowi mierzonemu od płaszczyzny (23) do płaszczyzny (25) opisany dwoma stożkami ściętymi (9), (16) i dwoma cylindrami (15), (17) i otwór (19) ma kształt o przekroju stożka ściętego odwróconego a następnie cylindra następnie stożka ściętego i znów cylindra, ponadto wartość średnicy płaszczyzny podstawy (23) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) jest iloczynem średnicy wewnętrznej wylewu osłonowego i współczynnika korygującego, natomiast wartość średnicy podstawy (8) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) jest iloczynem wartości średnicy płaszczyzny (23) i współczynnika korygującego a otrzymana wartość jest jednocześnie wartością podstawy (28) i płaszczyzny (29) walca (15) oraz podstawy (20) stożka ściętego (16), zaś wartość średnicy płaszczyzny (21) stożka górnego (16) równa jest iloczynowi wartości średnicy podstawy (20) i współczynnika korygującego a odległość pomiędzy ścianami S1A-S1B i S2A-S2B jest iloczynem średnicy podstawy (8) stożka (9) i współczynnika korygującego, oraz długość krawędzi (K1) i (K2), ścian (S1A), (S1B), równa jest wartości odległości (7) i współczynnika korygującego natomiast długość krawędzi K1-1, K2-2, równa jest iloczynowi długości krawędzi (K1) i wartości współczynnika korygującego, oraz wysokość (13) regulatora przepływu (2) równa jest iloczynowi wysokości słupa metalu i współczynnika korygującego a grubość dna (11) regulatora przepływu (2) jest iloczynem wysokości (13) i współczynnika, oraz wysokość (33) stożka ściętego dolnego odwróconego (9) równa jest iloczynowi głębokości (32) i współczynnika korygującego, natomiast wysokość (35) stożka ściętego górnego (16) równa jest iloczynowi wartości głębokości (32) i współczynnika korygującego, oraz wysokość (34) cylindra (15) równa jest iloczynowi wartości głębokości (32) i współczynnika korygującego, natomiast wysokość (36) cylindra (17) równa jest iloczynowi wartości głębokości (32) i współczynnika korygującego, ponadto kształt zewnętrzny regulatora przepływu (2) opisany jest trzema figurami przestrzennymi, ułożonymi w kolejności od góry ostrosłupem ośmiokątnym ściętym (2G), graniastosłupem ośmiokątnym (2S) i ostrosłupem ośmiokątnym ściętym odwróconym (2D), przy czym wysokość (2GH), (2SH) i (2DH) poszczególnych figur przestrzennych ostrosłupa ośmiokątnego ściętego (2G), graniastosłupa ośmiokątnego (2S) i ostrosłupa ośmiokątnego ściętego odwróconego (2D) równa jest wartości wysokości (13) i współczynnika korygującego, ostrosłup ośmiokątny ścięty (2G) i ostrosłup ośmiokątny ścięty odwrócony (2D) mają identyczne wymiary oraz kąty, i ułożone są względem siebie symetrycznie przy czym pomiędzy nimi znajduje się graniastosłup ośmiokątny (2S), ponadto w każdej z czterech ścian bocznych (S1A), (S1B), (S2A) i (S2B) jest zagłębienie (10), jako nieprzelotowy otwór, w kształcie ostrosłupa ściętego o podstawie prostokąta (10P) i powierzchni podstawy zagłębienia równoległej do podstawy (10PP) zagłębienia (10), oraz równoległej do osi wzdłużnej 6 które to zagłębienie (10) osadzone jest w każdej ścianie bocznej, przy czym osie wzdłużne naprzeciwległych par zagłębień (10) osadzone są w jednej prostej, a głębokość (10G) zagłębienia (10) równa jest grubości (11) regulatora (2) i współczynnika korygującego, odległość (12) od dolnej krawędzi podstawy zagłębienia (10) do dolnej płaszczyzny podstawy dolnej (2D) regulatora (2) równa jest iloczynowi wysokości (13) regulatora (2) równej i współczynnika korygującego, dłuższa krawędź (10K1) podstawy i krawędź (10K2) są krawędziami od jednego z czterech zagłębień znajdujących się na zewnątrz regulatora przepływu (2) a powierzchnia zagłębienia równa jest iloczynowi długości krawędzi (K1) i współczynnika korygującego, natomiast krawędź krótsza podstawy prostokąta (10P) zagłębienia (10) i krawędź krótsza podstawy (10PP) zagłębienia (10) równe są iloczynowi wysokości (2SH) graniastosłupa ośmiokątnego (2S) i współczynnika korygującego, przy czym współczynniki korygujące są różne dla poszczególnych elementów.