SE431722B - Sett och anordning att skydda en strale av smelt metall - Google Patents

Description

78 09921- ~ 5 10 15 20 25 30 35 2 storlek. Dessa undersökningar har också visat att infalls- vinkeln i mellan den förvätskade gasen och metallen, dvs den vinkel som vätskeskiktet bildar när det möter metall- strömmen, motsvaras av en reflektionsvinkel r < i. Som ett resultat härav måste, om man skall förhindra droppar från att studsa tillbaka och skapa tillfredsställande skydd för metallen, de betingelser varunder den förvät- skade gasen åstadkommer skydd för gjutströmmen styras av diametern d och höjden H hos metallströmmen.

I princip har föreliggande_uppfinning till ändamål att undanröja eller minimera nackdelarna hos de kända metoderna för att skydda metallströmmar så att tillfreds-* ställande skydd kan åstadkommas för sådana strömmar t o m när deras diameter och höjd av avsevärda.

För detta ändamål föreslås enligt uppfinningen, när d > 40 mm och H > 900 mm, ett sätt vid vilket vätskefasen fördelas i form av minst tvâ skikt, varvid det övre skiktet möter metallströmmen på ett avstånd ha 4 300 mm från bot- ten hos den övre förrådsbehâllaren, varvid varje skikt med metallströmmen bildar en vinkel Y 5 300 och är avsett att i vertikal riktning skydda en andel av strömmen h S 600 mm.

Användningen av ett flertal vätskeskikt i stället för endast ett vätskeskikt och det faktum att infallsvinkeln hos varje skikt inte uppgår till 300 gör det möjligt att bilda ett skikt av förvätskad gas som strömmar oavbrutet över hela metallströmmens höjd och som runt metallström- _men bildar ett vätskehölje, som skyddar strömmen från in- verkan av omgivande luft. j I enlighet med ett annat utmärkande drag hos uppfin- ningen är vinkeln Y företrädesvis väsentligen lika med 2o° .

Uppfinningen avser också en anordning för att genom- föra den ovannämnda metoden, vilken anordning är av det 'slag, som inbegriper ett ringformigt fasseparationsorgan, vilket omger metallströmmen och är försett med munstycken, som å ena sidan tillför gasfasen, vilken bildar en inert atmosfär som omsluter den övre delen av strömmen, och å 10 15 20 25 30 35 7809921~n5 3 andra sidan tillför vätskefasen, vilken bildar ett vä- sentligen koniskt skikt som konvergerar mot strömmen. och möter denna vid en vinkel Y.

I enlighet med uppfinningen har fasseparationsorga- net, när d > 40 mm och H > 900 mm, minst två ovanför var- andra anordnade rader av munstycken, varvid varje rad är belägen i ett och samma horisontalplan och munstyckena i den övre raden med vertikalplanet bildar en vinkel ab som är sådan att skiktet som emanerar från den övre ra- den möter strömmen vid en höjd hg 5 300 mm från botten av den övre förrâdsbehâllaren, medan var och en av de undre raderna med vertikalplanet bildar en vinkel al, dz, etc, som är sådan att varje skikt möter strömmen vid en vinkel Y <30°.

Förekomsten av ett flertal munstycksrader med förut- bestämd orientering gör det möjligt att erhålla ett fler- tal vätskeskikt, som möter metallströmmen vid en vinkel, som förhindrar återstudsning i form av små droppar, var- vid skikten sålunda i praktiken svarar för bildning av ett enhetligt och kontinuerligt skyddshölje.

Andra kännetecken och fördelar med uppfinningen kom- mer att framgå av den följande beskrivningen med hänvis- ning till de bifogade ritningarna, som endast är avsedda att vara exemplifierande. På ritningarna visar fig l en schematisk vy i vertikalsektion av en känd skyddsanord- ning. Fig 2 är en schematisk vy i vertikalsektion-av en skyddsanordning enligt uppfinningen.

I fig l visas en övre förrådsbehållare, som t ex _ kan vara en gjutskänk, vars botten 1 innehåller en smält metall, som utströmmar genom en öppning la i botten till ett undre mottagningskärl, som t ex kan vara en kokill, vars övre del visas vid 2. Metallen utströmmar i form av en ström eller vertikal pelare 3. Skydd för strömmen eller pelaren 3 âstadkommes medelst en anordning, som in- begriper en ringformig fasseparator 4, vilken omger ström- men. Separatorn 4 är försedd med en inloppskanal 5, som mottager en tvåfasblandning av förvätskad inert gas och är försedd med undre öppningar 6 och övre öppningar 6a, i. 7809921-5 Ln 10 15 20 25 '30 35 4 -vilka utsläpper vätskefasen respektive gasfasen av bland- ningen. Gäsfasen bildar en atmosfär, som omsluter ström- mens övre del, medan vätskefasen bildar ett väsentligen koniskt skikt, som möter den vertikala strömmen 3 vid en infallsvinkel i, som är en funktion av vinkeü1a mellan - axeln OX _hos var och en av öppningarna 6 och vertikal- planet. - - Med hjälp av fotografier tagna med höghastighets- film har man funnit att när infallsvinkeln i är stor strömmar skiktet av förvätskad gas inte längs med metall-I strömmen under bildning av ett hölje, som omger strömmen.

Som ett resultat av den sfäroidiserande effekten, som uppstår vid kontakt med den flytande metallen, studsar den förvätskade gasen tillbaks från metallströmmen och bryts i små droppar med större eller mindre storlek inom en kon med en topp A' och en halvkonsvinkel r, som kan anses som reflektionsvinkeln för den förvätskade gasen, som träffar metallströmmen under infallsvinkeln i. Genom experiment har man funnit att vinkelnr är mindre än vin- keln i.aI genomsnitt är r lika med É eller t o m å , åt- minstone för flytande kväve. _ Man har också funnit att som ett resultat av från- varon av ett kontinuerligt skikt av förvätskad gas runt metallströmmen, bubblor av atmosfärsluft indrages i me- tallen i kärlet 2 genom en sifoneffekt, såsom visas i fig 1. ' Erfarenheten-har också visat att den förvätskade gasen, även om den träffar metallströmmen vid en lämplig vinkel för att förhindra spridning i små droppar och U sålunda bildar ett hölje runt omkring strömmen, endast skyddar strömmen effektivt längs en höjd, som inte över- stiger 600 mm, vilket beror på den förângning av den förvätskade gasen som inträffar efter en viss tidsperiod.

Slutligen har erfarenheten visat att strömmens tvärdimension, dvs dess medeldiameter, är en viktig fak- tor, och att kända separatorer, som är konstruerade för strömmar med liten diameter (14-20 mm), blir ineffektiva vid strömar med en diameter av mer än 40 mm. 10 15 20 25 30 35 7809921-5 5 För att undanröja dessa nackdelar föreslås därför enligt föreliggande uppfinning att vätskefasen utspru- tas i form av ett flertal skikt, som möter metallström- men vid olika nivåer vid vinklar Y, som man har funnit måste vara mindre än 30°, företrädesvis av storleksord- ningen 20°. Enligt uppfinningen föreslås också att det övre skiktet möter strömmen vid en höjd, som är mindre än eller lika med 300 mm från botten av behållaren 1, och att det skyddar strömmen utmed en höjd, som inte överstiger 600 mm. O I fig 2, vari samma hänvisningsbetecknar avser mot- svarande delar som i fig l, visas en fördelare 7, som har formen av en toroid anordnad koncentriskt med ström- men 3 samt som har en kanal 8 för tillförsel av tvåfasbland- ning och runt omkretsen fördelade munstycken, som är an- ordnade på den undre delen av toroiden och som levererar vätskefasen, vilka munstycken är anordnade i två ovan- på varandra belägna rader, med en övre rad 9 och en undre rad 10, samt munstycken ll, som är belägna i toroidens övre del och levererar gasfasen.

I fig 2 används vidare följande betecknar: d är medeldiametern hos strömmen 3, D är diametern hos den cirkel som genererar toroiden, vilken bildar separatorn 7, 0 är cirkelns centrum, A är radien till toroidens axel, ab är den vinkel som axeln OX hos munstyckena 9 bildar med vertikalplanet, är den vinkel som axeln OY hos munstyckena 10 bildar med vertikalplanet, _ är den vinkel som skiktet från munstyckena 9 bildar med strömmen 3, ' Yl är den vinkel som skiktet från munstyckena lO bildar med strömmen 3, H är totalhöjden hos strömmen 3, h är avståndet mellan botten på behållaren l och träff- punkten för skiktet från munstyckena 9, 10 15 20 25 30 35 6 hl är avståndet mellan träffpunkterna för skikten från munstyckena 9 och 10, och hz är avståndet mellan träffpunkten för skiktet från mun- styckena l0 och vätskeytan i kärlet 2.

Diametern D och radien A hos toroiden styrs av dia- metern d hos strömmen, medan antalet munstycksrader och munstyckenas vinkel till vertikalplanet är en funktion av höjden H.

Toroidens dimensioner _ Med beaktande av de ovan angivna villkoren, som hän- för sig till den önskade vertikala utsträckningen hos det skydd som åstadkommas för strömmen med den gasformiga atmosfären och som hänför sig till infallsvinkeln hos vätskefasen mot strömmen, har följande formler framtagits,_ vilka ger diametern D respektive radien A: A (mm) = 120 + 2 d (mm) D (mm) = 180 + d (mm) 3 Det framgår att dessa toroider har en genererande cirkel, vars diameter är i huvudsak lika med hälften av radien till axeln.

Antal munstycksrader Detta antal är i princip en funktion av höjden H.

Det är också känt att den gasformiga atmosfären skyddar strömmen under en höjd av 300 mm och att dessutom en munstycks- rad inte kan skydda strömmen under mer än en höjd av 600 mm.

I) H <900 mm.

Man kan skriva: Hñax = ho + hl = 300 + 600 = 900 mm.

Det är tillräckligt med en enda munstycksrad.

II) 900 $_H $ 1500 Man kan skriva: Hmax = ho + hl + h2 = 300 + 600 + 500 = 1500 Två munstycksrader erfordras. ' III) 1500 $ H S 2100.

Man kan skriva: Hmax = ho + hl' + hz + h3=300+600+600+60O= 2100.

Tre munstycksrader erfordras. 10 l5 20 25 30 35 ?809921~5 7 Infallsvinklar och munstycksvinklar db: Denna vinkel kan vara sådan att ho är mindre än eller lika med 300 mm.

I praktiken göres db lika med 450 oberoende av toro- idens natur, vilket betyder ett värde av cirka 230 mm för ho.

Gl: Denna vinkel bestäms på basis av ho och hl, uttryckta i meter, med hjälp av följande formel: 4 - zo 3 çh°"+ nl) ai = arc. sin 8 - 80 (ho + hl) G2: Denna vinkel bestäms på samma sätt på basis av ho, hl och hz uttryckta i meter, och erhålles enligt: 4 - 20 \/3 (ho + hl + hz) 8 - 80 (ho + hl + hz) d = arc. sin 2 Utföringsexempel Nedan ges ett exempel på kännetecknen hos en fas- separatortoroid för skydd av en metallström med en medeldiameter d = 16 mm och en höjd H = 1,5 m.

Dessa kännetecken, av vilka flera erhålles genom de ovannämnda formlerna, är följande: D 86mm A 160 mm Antal munstycksrader: 2 ab = 459 (ho lika med zao mm) _a = 2s° 35-. l _ Antal munstycken per rad: 36 Diameter (öppning) hos ett munstycke: 2 mm Munstyckslängd: 15 mm. '- Beräkningar visar och erfarenheten bekräftar att värdena på infallsvinklarna för de båda skikten av för- vätskad gas mot metallströmmen är Yo = 23° 12' respek- tive vl = 11° 5o'. j Sättet och anordningen enligt uppfinningen är till- lämpliga för skydd av en ström, vars medeldiameter är lo' ?ßß9921-5 8 större än 40 mm och kan vara så stor som 120 mm och vars höjd är större än 900 mm och kan vara mer än-2 m. Upp- finningen medger skydd av toppgjutet eller bottengjutet stål mellan skänken och kokillen eller för stränggjutet stål speciellt mellan skänken och tapplådan, isynnerhet vid stränggjutning av plâtämnen. Slutligen kan sättet och anordningen enligt uppfinningen tillämpas vid gjutning av plåtämnen med hjälp av ett roterande gjutmunstycke, var- vid den ringformiga fördelaren är fast anordnad inuti munstycket.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 ?80992'! "5 PATENTKRAV

1. l. Sätt att skydda en ström av smält metall med väsentligen cirkulär tvärsektion och en medeldiameter d, vilken ström rör sig vertikalt över en höjd H mellan en övre förrådsbehållare och ett undre mottagningskärl, med hjälp av en förvätskad inert gas, som fördelas med en anordning, som inbegriper ett ringformigt fassepara- tionsorgan, vilket omger strömmen och är avsett att å ena sidan tillföra gasfasen till bildning av en atmosfär, som omsluter den övre delen av strömmen, och å andra sidan tillföra vätskefasen till bildning av ett väsent- ligen koniskt skikt, som konvergerar mot strömmen och möter denna vid en vinkel Y, k ä n n e t e c k n a t därav, att, när d är större än 40 mm och H är större än 900 mm, vätskefasen fördelas i form av minst två skikt, varvid det övre skiktet möter metallströmmen vid ett avstånd ho, som är högst 300 mm från botten av den övre förrâdsbehållaren, varvid varje skikt med strömmen bil- dar en vinkel Y, som är mindre än 30° och är avsett att i vertikal riktning skydda en andel h av strömmen av högst 600 mm. H

2. Sätt enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att vinkekxy är väsentligen lika med 200.

3. ,3. Anordning för att med en förvätskad inert gas skydda en ström av smält metall med väsentligen cirkulär tvärsektion och en medeldiameter d, vilken ström rör sig vertikalt över en höjd H mellan en övre förrådsbehållare och ett undre mottagningskärl, vilken anordning inbegriper ett ringformigt fasseparationsorgan, som omger strömmen och är försett med munstycken,'vilka å ena sidan tillför gasfasen, som bildar en inert atmosfär som omsluter den övre delen av strömmen, och å andra sidan tillför vätske- fasen som bildar ett väsentligen koniskt skikt, vilket konvergerar mot strömmen och möter denna vid en vinkel Y, k ä n n e t e c k n a d därav, att, när d är större än 40 mm och H är större än 900 mm, fasseparationsorganet (7) '180-9921-5 10 15 20 25 30 10 har minst två munstycksrader (9, 10) för insprutning av vätskefasen, vilka munstycksrader är regelbundet förde- lade i tvâ ovanpå varandra anordnade cirklar, som var' och en är belägen i ett enda horisontalt plan, varvid munstyckena (9) i den övre raden bildar en vinkel do med vertikalplanet så att skiktet från den övre munstycks- raden möter metallströmmen (3) vid en höjd ho, som är högst 300 mm från botten på den övre behållaren (1), medan den undre munstycksraden bildar en vinkel al, dz, etc med vertikalplanet så att varje skikt möter strömmen vid en vinkel Yl, Y2, etc, som är mindre än 300.

4. ; Anordning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k - n'a d därav, att vinkeh1u1 är sådan att V1 är av stor- leksordningen 20°.

5. Anordning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k - in a d därav, att den har formen av toroid med radien A (mm) till axeln = 120 + šg mm, varvid den cirkel som gene- rerar toroiden har en diameter D = å (mm).

6. Anordning enligt kravet 5, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den övre munstycksraden (9) bildar en vinkel db = 450 med vertikalplanet, och att ho = 230 mm.

7. Anordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k - n a d därav, att var och en av de undre munstycksraderna (10) med vertikalplanet bildar en vinkel: . ,4 - zok \/3 (h +(h ) dl = arc. sin ° 1

8. - 80 (ho + hl) 4-20 \/3(h+h+hu) az = arc. sin ° 1' 2 8-80 (h°+hl+h2) varvid ho + nl + hz = á.