RU2085329C1

RU2085329C1 - Apparatus for in-line vacuumizing of metal during continuous pouring process

Info

Publication number: RU2085329C1
Application number: RU95106157A
Authority: RU
Inventors: В.И. Уманец; В.И. Лебедев; И.В. Сафонов; А.Ф. Копылов; С.М. Чиграй
Original assignee: Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1995-04-19
Publication date: 1997-07-27
Also published as: RU95106157A

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: apparatus has pouring ladle joined with vacuumizer, which has cylindrical working cavity with throat and discharge pipe in its bottom. Discharge branch pipe is inserted into working cavity of intermediate ladle provided with pouring cups. Auxiliary branch pipe mounted in vacuumizer bottom is provided with supplying pipeline connected to branch pipe side wall. Space between branch pipe axes is 4-10 diameters of auxiliary branch pipe channel. Throat is formed as cylindrical channel with length equal to 0.2-0.6 of vacuumizer working cavity height and diameter equal to space between inner generatrices of branch pipes channels. Throat channel is positioned in symmetry between these generatrices. Conical lower part of vacuumizer working cavity has height equal to 0.15-0.3 of vacuumizer working cavity height. EFFECT: increased efficiency, simplified construction and improved quality of metal. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к поточному вакуумированию металла при непрерывной разливке. The invention relates to metallurgy, and more particularly to continuous evacuation of metal during continuous casting.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке, включающее разливочный ковш, установленный на корпусе вакуумной камеры и состыкованный с ней через уплотнения. В днище вакуум-камеры установлен сливной патрубок, входящий в рабочую емкость промежуточного ковша, в днище которого установлены разливочные стаканы, входящие в кристаллизаторы. Вакуумная камера снабжена вакуумпроводом, соединенным с вакуум-насосом. В процессе разливки в вакуум-камере создается остаточное давление и производится струйное вакуумирование разливаемого металла. Камера выполнена цилиндрической формы (авт.свид. СССР N 295607, B B 22 D 11/10, 1971). The closest in technical essence is a device for continuous metal evacuation during continuous casting, including a casting ladle mounted on the housing of the vacuum chamber and docked with it through seals. A drain pipe is installed in the bottom of the vacuum chamber, which is included in the working capacity of the intermediate ladle, in the bottom of which casting glasses are installed, which are included in the molds. The vacuum chamber is equipped with a vacuum pipe connected to a vacuum pump. During the casting process, a residual pressure is created in the vacuum chamber and jet evacuation of the cast metal is performed. The chamber is cylindrical in shape (ed. Certificate of the USSR N 295607, B B 22 D 11/10, 1971).

Недостатком известного устройства является недостаточная производительность и качество непрерывнолитых слитков, разливаемых из вакуумированного металла. Это объясняется недостаточной интенсивностью углеродного раскисления разливаемой стали только в вакуум-камере. При этом увеличивается брак непрерывнолитых слитков по повышенному содержанию в металле кислорода и качеству макроструктуры. Кроме того, процессу поточного вакуумирования подвергается не весь металл, находящийся в промежуточном ковше до герметизации сливного патрубка и начала процесса струйного вакуумирования. A disadvantage of the known device is the lack of performance and quality of continuously cast ingots cast from a vacuum metal. This is due to the insufficient intensity of carbon deoxidation of cast steel only in a vacuum chamber. At the same time, the marriage of continuously cast ingots increases due to the increased oxygen content in the metal and the quality of the macrostructure. In addition, not all of the metal in the tundish is exposed to the inline evacuation process prior to sealing the drain pipe and the start of the jet evacuation process.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении интенсивности и производительности процесса поточного вакуумирования металла, а также в улучшении качества непрерывнолитых слитков. The technical effect when using the invention is to increase the intensity and productivity of the process of continuous metal evacuation of the metal, as well as to improve the quality of continuously cast ingots.

Указанный технический эффект достигается тем, что устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке включает разливочный ковш, состыкованный с вакуумной камерой с цилиндрической формой рабочей полости, имеющей горловину и снабженной сливным патрубком в ее днище, входящим в рабочую полость промежуточного ковша, снабженного разливочными стаканами, входящими в кристаллизаторы. The specified technical effect is achieved by the fact that the device for continuous metal evacuation during continuous casting includes a casting ladle docked with a vacuum chamber with a cylindrical shape of the working cavity having a neck and equipped with a drain pipe in its bottom, which is included in the working cavity of the intermediate ladle equipped with casting glasses, entering into crystallizers.

В днище вакуум-камеры установлен дополнительный патрубок, снабженный подводящим трубопроводом в его боковой стенке. Расстояние между осями патрубков составляет 4-10 диаметров канала дополнительного патрубка, горловина выполнена в виде цилиндрического канала длиной 0,2-0,6 высоты рабочей полости вакуум-камеры с диаметром, равным расстоянию между внутренними образующими каналов патрубков и расположенного симметрично между этими образующими. Профиль ниже расположенной части рабочей полости вакуум-камеры выполнен конусной формы с высотой, равной 0,15-0,3 высоты рабочей полости вакуум-камеры. An additional nozzle is installed in the bottom of the vacuum chamber, equipped with a supply pipe in its side wall. The distance between the axes of the nozzles is 4-10 diameters of the channel of the additional nozzle, the neck is made in the form of a cylindrical channel with a length of 0.2-0.6 of the height of the working cavity of the vacuum chamber with a diameter equal to the distance between the internal generators of the channels of the nozzles and located symmetrically between these generators. The profile below the part of the working cavity of the vacuum chamber is made conical in shape with a height equal to 0.15-0.3 of the height of the working cavity of the vacuum chamber.

Повышение интенсивности и производительности процесса поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке будет происходить вследствие обеспечения возможности осуществления одновременного вакуумирования металла двух типов: струйного в вакуум-камере и циркуляционного в промежуточном ковше. При этом циркуляционное вакуумирование обеспечивается за счет подачи инертного газа, как транспортирующего, по трубопроводу в один из патрубков. В условиях совмещения двух видов вакуумирования обеспечивается более полное углеродное раскисление стали, что приводит к улучшению качества непрерывнолитых слитков по содержанию в металле кислорода и по макроструктуре. При этом возможность осуществления циркуляционного вакуумирования позволяет подвергать вакуумированию первых порций металла в промежуточном ковше при начале разливки, что невозможно при осуществлении только струйного вакуумирования. An increase in the intensity and productivity of the process of continuous metal evacuation during continuous casting will occur due to the possibility of simultaneous evacuation of two types of metal: jet in a vacuum chamber and circulating in an intermediate ladle. In this case, the circulation evacuation is ensured by supplying an inert gas, as transporting, through the pipeline into one of the nozzles. Under the conditions of combining the two types of evacuation, a more complete carbon deoxidation of steel is ensured, which leads to an improvement in the quality of continuously cast ingots by the oxygen content in the metal and by the macrostructure. Moreover, the possibility of circulating evacuation allows you to vacuum the first portions of the metal in the intermediate ladle at the beginning of casting, which is impossible with only jet evacuation.

Выполнение рабочей полости вакуум-камеры с цилиндрическим каналом в горловине и ниже лежащей конусной частью объясняется необходимостью защиты днища разливочного ковша и шиберного затвора от брызг и капель металла, образующихся над дополнительным патрубком при подаче в него инертного газа по подводящему трубопроводу. При этом конусная часть рабочей полости вакуум-камеры является экраном от жидкого металла над каналом дополнительного патрубка. The implementation of the working cavity of the vacuum chamber with a cylindrical channel in the neck and below the lying conical part is explained by the need to protect the bottom of the casting ladle and slide gate from splashes and metal droplets formed above the additional pipe when inert gas is supplied into it through the supply pipe. The conical part of the working cavity of the vacuum chamber is a screen from liquid metal above the channel of the additional pipe.

Диапазон значений расстояний между осями дополнительного и сливного патрубков в пределах 4-10 диаметров канала дополнительного патрубка объясняется закономерностями процесса вакуумирования с поверхности слоя металла на днище вакуум-камеры, а также условиями перемешивания металла в промежуточном ковше в объеме между сливным и дополнительным патрубками. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимая интенсивность перемешивания металла в промежуточном ковше, а также интенсивность вакуумирования металла с поверхности его слоя на днище вакуум-камеры. При больших значениях будет увеличиваться площадь зеркала металла в промежуточном ковше, что приведет к увеличению теплопотерь металла и его переохлаждению. The range of distances between the axes of the additional and drain pipes within 4-10 diameters of the channel of the additional pipe is explained by the laws of the process of evacuation from the surface of the metal layer on the bottom of the vacuum chamber, as well as by the conditions of mixing of the metal in the intermediate ladle in the volume between the drain and additional pipes. At lower values, the necessary intensity of mixing of the metal in the intermediate ladle, as well as the intensity of the metal evacuation from the surface of its layer on the bottom of the vacuum chamber, will not be provided. At large values, the area of the metal mirror in the intermediate ladle will increase, which will lead to an increase in the heat loss of the metal and its supercooling.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от диаметра канала дополнительного патрубка. The specified range is set in direct proportion to the diameter of the channel of the additional pipe.

Диапазон значений длины цилиндрического канала горловины в пределах 0,2-0,6 высоты рабочей полости вакуум-камеры объясняется закономерностями раскрытия струи металла в процессе струйного вакуумирования, вытекающего из разливочного ковша. При больших значениях разливаемый металл будет оседать и застывать на стенках канала. При меньших значениях будет происходить попадание и застывание капель и брызг металла на днище разливочного ковша и на его шиберном затворе, образующихся над дополнительным патрубком при подаче в него инертного газа. The range of lengths of the cylindrical channel of the neck in the range of 0.2-0.6 of the height of the working cavity of the vacuum chamber is explained by the laws of the opening of the metal jet in the process of jet evacuation flowing from the casting ladle. At high values, the spilled metal will settle and solidify on the walls of the channel. At lower values, drops and splashes of metal will get on and solidify on the bottom of the casting ladle and on its slide gate, which are formed above the additional nozzle when inert gas is supplied to it.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от высоты рабочей полости вакуум-камеры. The specified range is set in direct proportion to the height of the working cavity of the vacuum chamber.

Диапазон значений высоты конусного участка рабочей полости вакуум-камеры в пределах 0,15-0,3 от ее высоты объясняется закономерностями распространения капель металла над дополнительным патрубком при подаче в него инертного газа. При больших значениях возможно проникновение капель и брызг металла и его застывание на днище и шиберном затворе разливочного ковша. При меньших значениях возможно налипание металла на стенках конусного участка. The range of height values of the conical section of the working cavity of the vacuum chamber within 0.15-0.3 of its height is explained by the patterns of distribution of metal droplets over an additional nozzle when inert gas is supplied to it. At large values, droplets and splashes of metal can penetrate and solidify on the bottom and slide gate of the casting ladle. At lower values, metal sticking to the walls of the conical section is possible.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого устройства с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень". На чертеже показано устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке, продольный разрез. Analysis of scientific, technical and patent literature shows the lack of coincidence of the distinctive features of the claimed device with the signs of known technical solutions. Based on this, it is concluded that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step". The drawing shows a device for continuous metal evacuation during continuous casting, longitudinal section.

Устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке состоит из разливочного ковша 1 с шиберным затвором 2, уплотнения 3, вакуумной камеры 4 с горловиной 5, канала 6, конусного участка 7, цилиндрического участка 8, днища 9, патрубка 10 с трубопроводом 11, патрубка 12, промежуточного ковша 13, разливочных стаканов 14, кристаллизаторов 15, вакуумпровода 16. Позицией 17 обозначен жидкий металл, 18 и 19 струи металла, 20 и 21 уровни металла, 22 непрерывнолитые слитки, L длина канала горловины, l высота конусного участка, D диаметр цилиндрической части рабочей полости вакуум-камеры, d₁ и d₂ диаметры каналов патрубков, M высота рабочей полости вакуум-камеры, N диаметр канала горловины, K расстояние между осями патрубков.A device for continuous metal evacuation during continuous casting consists of a casting ladle 1 with a slide gate 2, a seal 3, a vacuum chamber 4 with a neck 5, a channel 6, a conical section 7, a cylindrical section 8, a bottom 9, a pipe 10 with a pipe 11, a pipe 12 , intermediate ladle 13, casting nozzles 14, molds 15, vacuum conduit 16. Position 17 denotes liquid metal, 18 and 19 jets of metal, 20 and 21 metal levels, 22 continuously cast ingots, L length of the channel of the neck, l height of the conical section, D diameter of the cylindrical h Part of the working cavity of the vacuum chamber, d ₁ and d _{2 are the} diameters of the channels of the nozzles, M the height of the working cavity of the vacuum chamber, N is the diameter of the neck channel, K is the distance between the axes of the nozzles.

Устройство для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке работает следующим образом. A device for continuous metal evacuation during continuous casting works as follows.

Пример. В процессе непрерывной разливки из разливочного ковша 1 подается нераскисленная сталь 17 марки ст3 в рабочую полость вакуум-камеры 4. Расход металла 17 из разливочного ковша 1 регулируется при помощи шиберного затвора 2. Из рабочей полости вакуум-камеры 4 металл 17 через сливной патрубок 12 направляется в промежуточный ковш 13 под уровень металла 19. Из промежуточного ковша 13 металл 17 через разливочные стаканы 14 направляется в кристаллизаторы 15, из которых вытягиваются непрерывнолитые слитки 22 сечением 250х1600 мм со скоростью в пределах 0,6-1,2 м/мин. Днище разливочного ковша 1 состыковано с торцом горловины 5 вакуум-камеры 4 через уплотнение 3. Example. In the process of continuous casting from the casting ladle 1, un-milled steel 17 of the st3 grade is fed into the working cavity of the vacuum chamber 4. The flow of metal 17 from the casting ladle 1 is controlled by a slide gate 2. From the working cavity of the vacuum chamber 4, the metal 17 is directed through the drain pipe 12 into the intermediate ladle 13 below the level of metal 19. From the intermediate ladle 13, the metal 17 is fed through casting nozzles 14 to the molds 15, from which continuously cast ingots 22 with a cross section of 250x1600 mm are drawn at a speed in the range of 0.6-1.2 m / min. The bottom of the casting ladle 1 is docked with the end of the neck 5 of the vacuum chamber 4 through the seal 3.

В днище 9 вакуум-камеры 4 установлены два патрубка 10 и 12. Патрубок 10 снабжен трубопроводом 11, соединенным через стенку этого патрубка с его каналом диаметром d₁. Диаметр канала патрубка 12 составляет d₂. В общем случае значения диаметров d₁ и d₂ могут быть одинаковыми или различными.Two nozzles 10 and 12 are installed in the bottom 9 of the vacuum chamber 4. The nozzle 10 is provided with a pipe 11 connected through the wall of this nozzle to its channel with a diameter of d ₁ . The diameter of the channel of the pipe 12 is d ₂ . In the general case, the diameters d ₁ and d ₂ may be the same or different.

В процессе непрерывной разливки после герметизации патрубков 10 и 12 уровнем металла 2 начинается откачка воздуха из рабочей полости вакуум-камеры 4 при помощи вакуумпровода 16, соединенного с вакуум-насосом (на чертеже не показан) и создается в вакуум-камере остаточное давление в пределах 0,5-1,2 КПа. In the process of continuous casting after sealing the nozzles 10 and 12 with a metal level 2, air is pumped out from the working cavity of the vacuum chamber 4 using a vacuum pipe 16 connected to a vacuum pump (not shown in the drawing) and a residual pressure of 0 is created in the vacuum chamber , 5-1.2 kPa.

В днище 9 вакуум-камеры 4 установлен дополнительный патрубок 10, снабженный подводящим трубопроводом 11 в его боковой стенке. Расстояние K между осями патрубков 10 и 12 составляет 4-10 диаметров d₁ канала дополнительного патрубка 10. Горловина 5 вакуум-камеры 4 выполнена в виде цилиндрического канала 6 длиной L, равной 0,2-0,6 высоты M рабочей полости вакуум-камеры 4. Диаметр N канала 6 равен расстоянию между внутренними образующими каналов патрубков 10 и 12 с диаметром соответственно d₁ и d₂. Ось канала 6 расположена симметрично между внутренними образующими диаметров d₁ и d₂ каналов патрубков 10 и 12. Профиль нижерасположенной части 7 рабочей полости вакуумкамеры 4 выполнен конусной формы с высотой M, равной 0,15-0,3 высоты M рабочей полости вакуум-камеры.In the bottom 9 of the vacuum chamber 4, an additional pipe 10 is installed, equipped with a supply pipe 11 in its side wall. The distance K between the axes of the nozzles 10 and 12 is 4-10 diameters d _{1 of the} channel of the additional nozzle 10. The neck 5 of the vacuum chamber 4 is made in the form of a cylindrical channel 6 of length L equal to 0.2-0.6 of the height M of the working cavity of the vacuum chamber 4. The diameter N of the channel 6 is equal to the distance between the internal generatrices of the channels of the nozzles 10 and 12 with a diameter of d ₁ and d _2, respectively. The axis of the channel 6 is located symmetrically between the internal components of the diameters d ₁ and d _{2 of the} channels of the nozzles 10 and 12. The profile of the lower part 7 of the working chamber of the vacuum chamber 4 is made conical in shape with a height M equal to 0.15-0.3 of the height M of the working chamber of the vacuum chamber .

В процессе поточного вакуумирования по трубопроводу 11 подается под давлением 6-8 кг/см² инертный газ аргон с расходом 6-40 м³/час через стенку патрубка 10 в его канал. При этом пузырьки газа поднимаются вверх, уменьшая при этом удельный вес металла и транспортируют его в цилиндрическую часть 8 рабочей полости вакуум-камеры 4. В этих условиях над патрубком 10 образуются струи 18 жидкого металла 17, направленные вверх. Наличие конусного участка 7 рабочей полости вакуум-камеры 4 препятствует проникновению капель жидкого металла 17 к днищу разливочного ковша 1 и к шиберному затвору 2. При этом повышается стойкость днища разливочного ковша 1 и его шиберного затвора 2.In the process of in-line evacuation through the pipe 11, an inert argon gas is supplied under a pressure of 6-8 kg / cm ² with a flow rate of 6-40 m ³ / hour through the wall of the pipe 10 into its channel. In this case, the gas bubbles rise up, while reducing the specific gravity of the metal and transport it to the cylindrical part 8 of the working cavity of the vacuum chamber 4. Under these conditions, jets 18 of molten metal 17 are formed above the nozzle 10. The presence of the conical section 7 of the working cavity of the vacuum chamber 4 prevents the penetration of drops of liquid metal 17 to the bottom of the casting ladle 1 and to the slide gate 2. This increases the resistance of the bottom of the casting ladle 1 and its slide gate 2.

При подаче инертного газа в дополнительный патрубок 10 осуществляется процесс циркуляционного вакуумирования металла при одновременном его струйном поточном вакуумировании в виде струй 19 в рабочей полости вакуум-камеры 4. Подъем металла через патрубок 10 в вакуум-камеру 4 приводит к барботажу слоя металла на ее днище 9 в цилиндрическом участке 8 и увеличению интенсивности процесса вакуумирования с уровня 20. Диаметр канала 6 позволяет беспрепятственно проходить металлу 17 в рабочую полость вакуум-камеры 4. When inert gas is supplied to the additional nozzle 10, the process of circulating evacuation of the metal is carried out while its stream jet evacuation in the form of jets 19 in the working cavity of the vacuum chamber 4. The rise of metal through the nozzle 10 into the vacuum chamber 4 leads to the bubbling of the metal layer on its bottom 9 in the cylindrical section 8 and an increase in the intensity of the evacuation process from level 20. The diameter of the channel 6 allows the metal 17 to freely pass into the working cavity of the vacuum chamber 4.

В таблице приведены примеры осуществления работы устройства для поточного вакуумирования металла при непрерывной разливке. The table below shows examples of the operation of the device for in-line evacuation of metal during continuous casting.

В первом примере, вследствие малого расстояния K, не обеспечивается необходимая интенсивность перемешивания металла в промежуточном ковше между патрубками. Кроме того, вследствие малого значения величины L, струи 18 металла 17 попадают через канал 6 на днище и шиберный затвор разливочного ковша. In the first example, due to the small distance K, the necessary intensity of mixing of the metal in the intermediate ladle between the nozzles is not provided. In addition, due to the small value of L, the jets 18 of the metal 17 fall through the channel 6 to the bottom and the slide gate of the casting ladle.

В пятом примере, вследствие большого расстояния K, образуется застойная зона металла между патрубками в промежуточном ковше. Кроме того, из-за большой длины L струи 19 намерзают на стенках канала 6 горловины. In the fifth example, due to the large distance K, a stagnant metal zone is formed between the nozzles in the tundish. In addition, due to the large length L of the jet 19 freeze on the walls of the channel 6 of the neck.

В шестом примере, прототипе, вследствие отсутствия конусного участка рабочей полости вакуумной камеры брызги металла от струй 18 попадают на днище и шиберный затвор разливочного ковша. Из-за отсутствия дополнительного патрубка 10 не обеспечивается необходимая интенсивность и производительность процесса поточного вакуумирования разливаемого металла. In the sixth example, the prototype, due to the lack of a conical portion of the working cavity of the vacuum chamber, metal sprays from the jets 18 fall on the bottom and slide gate of the casting ladle. Due to the lack of an additional pipe 10, the necessary intensity and productivity of the process of in-line evacuation of the cast metal is not provided.

В примерах 2-4, вследствие наличия дополнительного патрубка с подводящим трубопроводом и конусного участка рабочей полости вакуумкамеры, обеспечивается процесс совмещенного вакуумирования: циркуляционного и струйного. При этом обеспечивается защита днища, разливочного стакана и шиберного затвора разливочного ковша от брызг металла. In examples 2-4, due to the presence of an additional nozzle with a supply pipe and a conical section of the working chamber of the vacuum chamber, a combined evacuation process is provided: circulating and jet. At the same time, the bottom, pouring cup and slide gate of the pouring ladle are protected from metal splashes.

Применение устройства позволяет повысить производительность и интенсивность процесса поточного вакуумирования при непрерывной разливке металла на 10-15% а также повысить стойкость разливочных ковшей с шиберными затворами на 5-8% The use of the device allows to increase the productivity and intensity of the process of continuous evacuation during continuous casting of metal by 10-15% and also to increase the resistance of casting ladles with slide gates by 5-8%

Claims

A device for continuous metal evacuation during continuous casting, comprising a casting ladle docked with a vacuum chamber and an intermediate ladle with casting nozzles buried in the molds, the vacuum chamber having a cylindrical working cavity, a neck and a drain pipe in its bottom, mounted in the working cavity of the intermediate ladle , characterized in that in the bottom of the vacuum chamber has an additional pipe with a supply pipe in its side wall, while the distance between the axis The number of nozzles is 4 10 diameters of the channel of the additional nozzle, the neck of the vacuum chamber is made in the form of a cylindrical channel with a length of 0.2 0.6 of the height of the working cavity of the vacuum chamber and a diameter equal to the distance between the internal generatrices of the channels of the nozzles located symmetrically between these generators, and the profile of the lower part of the working the vacuum chamber cavity is made conical in shape with a height of 0.15 0.3 the height of the working chamber of the vacuum chamber.