SU1696106A1

SU1696106A1 - Method and device for protecting streams of tapped metal

Info

Publication number: SU1696106A1
Application number: SU894733421A
Authority: SU
Inventors: Александр Михайлович Дмитриев; Евгений Александрович Казачков; Андрей Викторович Сущенко; Борис Петрович Крикунов; Владимир Николаевич Щербина; Роман Павлович Олекса; София Моисеевна Грищенкова
Original assignee: Мариупольский металлургический институт; Донецкий Металлургический Завод Им.Ленина
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1991-12-07

Abstract

Изобретение относитс к черной металлургии , а именно к разливке стали сифонным способом или сверху. Цель изобретени - улучшение условий защиты струи металла от окислени . Это осуществл етс коаксиальным потоком инертного га-, за, закрученным вокруг струи металла в направлении ее вращени . Используемый дл этого кольцевой щелевой коллектор снабжен дополнительными соплами, размещенными равномерно по периферии кольцевого щелевого коллектора под углом 60...90&deg; к его радиусу. Причем суммарна площадь выходных сечений дополнительных сопл составл ет 0,3...0,8 площади выходного сечени кольцевого щелевого отверсти . 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл. I 40 ИThe invention relates to ferrous metallurgy, namely, casting steel by siphon method or from above. The purpose of the invention is to improve the protection conditions of the metal jet from oxidation. This is accomplished by a coaxial flow of inert gas, curled around the stream of metal in the direction of its rotation. The annular slotted collector used for this purpose is provided with additional nozzles placed evenly around the periphery of the annular slotted collector at an angle of 60 ... 90 ° amp; to its radius. Moreover, the total area of the output sections of the additional nozzles is 0.3 ... 0.8 area of the output section of the annular slit opening. 2 sec. f-ly, 2 ill., 4 tab. I 40 and

Description

Изобретение относитс к черной металлургии и может быть использовано при разливке металла сифоном или сверху.The invention relates to ferrous metallurgy and can be used when casting metal by siphon or from above.

Цель изобретени - улучшение условий защиты струи металла от окислени .The purpose of the invention is to improve the protection conditions of the metal jet from oxidation.

Согласно способу защиты струи, включающему ее экранирование от окружающей атмосферы коаксиальным потоком инертного газа, осуществл ют закручивание потока инертного газа вокруг струи металла в направлении вращени металла.According to the jet protection method, which includes shielding it from the surrounding atmosphere with a coaxial inert gas flow, the inert gas flow is twisted around the metal jet in the direction of metal rotation.

Закрученный по направлению вращени струи металла (вихревой) поток инертного газа имеет значительно большую устойчивость к внешним воздействи м по сравнению с незакрученной струей из-за наличи вращательной составл ющей продольной скорости газового потока. Это способствует более эффективной защите струи металла от макропотоков (циркул ционных течений) окружающей среды (воздуха).The inert gas flow, twisted in the direction of rotation of the metal jet (vortex), has a much greater resistance to external influences compared to the non-swirling jet due to the presence of the rotational component of the longitudinal velocity of the gas flow. This contributes to a more effective protection of the metal jet from macro flows (circulation flows) of the environment (air).

Известно, что при истечении металла из ковша имеет место вращение струи металла вокруг своей оси. Это свойство вл етс общим дл всех истекающих из резервуаров под действием силы т жести вертикальных струй жидкости.It is known that during the outflow of metal from the ladle, the rotation of the metal jet takes place around its axis. This property is common to all vertical streams of fluid flowing from gravity under the force of gravity.

При совпадении направлени закрутки газового потока с направлением вращени струи происходит поджатие струи, уменьшение возмущений ее внешней поверхности и, как следствие этого, уменьшение суммарной площади боковой поверхности струи. При этом снижаетс инжекционна способность струи (т.е., ее способность поглощать газы и воздух).When the twist direction of the gas flow coincides with the direction of rotation of the jet, the jet is compressed, the disturbance of its external surface is reduced, and, consequently, the total area of the side surface of the jet is reduced. This reduces the injection capacity of the jet (i.e., its ability to absorb gases and air).

При подаче газового потока, закрученного в направлении, противоположном направлению вращени струи металла, за счет взаимодействи в пограничных сло х вихревых структур струй происходит усиление, турбулентности струи металла, рззрыхлеОчWhen a gas stream is swirled in the direction opposite to the direction of rotation of the metal jet, due to the interaction in the boundary layers of the vortex structures of the jets there is an increase in the turbulence of the metal jet,

оabout

ONON

ие и усиление возмущений на ее поверхности , что ведет к повышению газопоглощаельной способности струй металла. Кромеand the strengthening of disturbances on its surface, which leads to an increase in the gas absorption ability of the metal jets. Besides

ого, в последнем случае за счет более сильного торможени пограничного сло защит- 5 ного газового потока происходит снижение его степени закрутки, усиление его продольных колебаний, привод щих к снижению защитных функций газового потока .10In the latter case, due to a stronger deceleration of the boundary layer of the protective gas flow, its twist degree decreases, its longitudinal vibrations increase, leading to a decrease in the protective functions of the gas flow.

Отличительной особенностью закрученных потоков вл етс наличие приосе- вой зоны разрежени (т.е., зоны пониженного статического давлени ), которое пропорционально квадрату вращатель- 15 ной составл ющей скорости потока. Поэтому при использовании закрученного вокруг струи металла потока инертного газа в качестве защитного экрана истечение струи металла происходит при пониженном 20 давлении в околоструйном пространстве и следствием этого будет частична дегазаци разливаемого металла, т.е. его частичное рафинирование.A distinctive feature of swirling flows is the presence of an axial rarefaction zone (i.e., a zone of reduced static pressure), which is proportional to the square of the rotational component of the flow velocity. Therefore, when using an inert gas flow swirled around a metal jet as a protective screen, a metal jet flows out under reduced pressure in the near-blast space and this will result in partial degassing of the metal to be cast, i.e. its partial refining.

На фиг.1 показано предлагаемое уст- 25 ройство, поперечное сечение, перпендикул рное оси кольцевого щелевого сопла; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.Figure 1 shows the proposed device, a cross section perpendicular to the axis of the annular slotted nozzle; figure 2 - section aa in figure 1.

Устройство состоит из кольцевого щелевого отверсти 1, дополнительных сопл 2, 30 выход щих в кольцевое щелевое отверстие. Также на фиг.1 и 2 обозначено направление 3 подвода инертного газа, направление 4 закручивани потока инертного газа, пре- 35 дельна ориентаци 5 сопл (минимальный и максимальный угол а), коллектор 6 с входным патрубком 7, направление 8 вращени струи металла.The device consists of an annular slotted hole 1, additional nozzles 2, 30 extending into an annular slotted hole. Also shown in Figures 1 and 2 are the inert gas supply direction 3, the inert gas flow swirl direction 4, the maximum orientation of the 5 nozzles (the minimum and maximum angle a), the collector 6 with the inlet 7, the direction 8 of rotation of the metal jet.

Устройство работает следующим обра- 40 зом.The device works as follows.

Инертный газ под давлением, обычно используемым на практике (2... 10 ат), подаетс либо непосредственно на каждое из сопл 2, либо через входной патрубок 7 во 45 внутреннюю полость коллектора 6. из которой поступает во входные сечени сопл 2. В общем случае патрубок 7 и коллектор 6 могут отсутствовать. В соплах 2 инертный газ ускор етс и в виде отдельных струй 3, чис- 50 ло которых равно числу этих сопл, истекает в кольцевое щелевое отверстие 1. При равномерном распределении струй -в сопле (т.е., при достаточном числе сопл 2), а такжеInert gas under pressure commonly used in practice (2 ... 10 atm) is supplied either directly to each of the nozzles 2 or through the inlet 7 to 45 into the internal cavity of the collector 6. from which flows into the inlet sections of the nozzles 2. In general In case of pipe 7 and collector 6 may be missing. In the nozzles 2, the inert gas is accelerated and in the form of individual jets 3, the number of which is equal to the number of these nozzles, expires in the annular slotted opening 1. With a uniform distribution of the jets in the nozzle (i.e., with a sufficient number of nozzles 2) , and

при предлагаемых углах ориентации сопл 2 55 относительно радиуса кольцевого щелевого отверсти 1, равных 60...90°, и отношений суммарной площади выходных сечений сопл 2 к площади выходного сечени соплаat the proposed orientation angles of the nozzles 2 55 relative to the radius of the annular slit hole 1, equal to 60 ... 90 °, and the ratio of the total area of the output sections of the nozzles 2 to the area of the output section of the nozzle

1, равном 0,3...0,80, в сопле 1 происходит взаимодействие струй между собой с образованием одного закрученного (вихревого) полого потока инертного газа 4 с равномерным распределением давлени (расхода) по периметру сопла 1. Далее этот поток истекает из кольцевого сопла 1 в виде полого закрученного в направлении вращени струи металла вихревого потока, имеющего высокую устойчивость к воздействию возмущений окружающей среды и струи разливаемого металла.1, 0.3 ... 0.80, in the nozzle 1, the jets interact with each other to form one swirling (vortex) hollow flow of inert gas 4 with a uniform distribution of pressure (flow) around the perimeter of the nozzle 1. Then this flow expires from an annular nozzle 1 in the form of a vortex flow that is hollow in the direction of rotation of a metal jet, having high resistance to environmental disturbances and a jet of cast metal.

П р и м е р. В производственных услови х проведено испытание предлагаемого способа защиты струи металла и устройства дл его реализации при сифонной разливке опытно-промышленной партии подшипниковой стали. Одно устройство размещалось на центровой коаксиально ее оси, а другое такое,же устройство, но перевернутое на 180°, прикрепл лось к ковшу соосно его выпускному отверстию. Таким образом, можно было реализовать два варианта защиты струи с противоположными направлени ми закрутки газового потока.PRI me R. A test of the proposed method of protecting a metal jet and a device for its implementation during siphon casting of an experimental-industrial batch of bearing steel was conducted under production conditions. One device was placed on the center coaxial of its axis, and the other, the same device, but inverted by 180 °, was attached to the ladle coaxially with its outlet. Thus, it was possible to implement two variants of jet protection with opposite swirling directions of the gas flow.

В начале разливки с помощью специальной трубки Пито измер ли тангенциальный перепад давлени вдоль периметра струи в околоструйном пространстве и тем самым определ ли направление вращени струи металла. В зависимости от этого направлени включалось то устройство (подавалс газ), которое обеспечивало закручивание газового, потока в направлении вращени струи. Длина открытого участка струи составл ла по технологической инструкции 250-500 мм.At the beginning of the casting, a tangential pressure drop along the jet perimeter in the near-jetting space was measured using a special Pitot tube, thereby determining the direction of rotation of the metal jet. Depending on this direction, the device was switched on (gas was supplied), which ensured the twisting of the gas flow in the direction of rotation of the jet. The length of the open section of the jet was 250-500 mm according to the technological instruction.

В качестве инертного газа использовалс аргон. Общий расход аргона составл л 0,4 м /т стали при давлении 3-4 ат.Argon was used as inert gas. The total consumption of argon was 0.4 m / t of steel at a pressure of 3-4 at.

С целью уточнени оптимальной конструкции устройства дл максимального снижени вторичного окислени струи при разливке проведено опробование нескольких конструктивных вариантов. При этом внутренний радиус г кольцевого щелевого сопла, исход из размеров верхнего торца примен емых при разливке воронки и центровой , был прин т равным 190 мм, а ширина д кольцевого щелевого сопла 3 мм.In order to clarify the optimal design of the device to maximize the reduction of the secondary oxidation of the jet during casting, several design options were tested. In this case, the inner radius r of an annular slotted nozzle, based on the dimensions of the upper end of the funnel and centering used for casting, was assumed to be 190 mm, and the width d of the annular slot nozzle was 3 mm.

Опробованы устройства с различным числом подвод щих сопл 2, углами их выхода в кольцевое щелевое сопло и с различным отношением суммарной площади выходных их сечений к площади выходного сечени кольцевого щелевого сопла - /FUJ с. Степень закрученности выход щего газового потока регистрировали на холодных модел х с помощью струй дыма, вводимого во входной патрубок 7 коллектора 6, а степень равномерности газового потока - с помощью трубки Пито.Devices have been tested with a different number of inlet nozzles 2, angles of their exit into an annular slot nozzle and with a different ratio of the total area of the output sections to the area of the output section of the annular slot nozzle / FUJ c. The degree of swirling of the outgoing gas flow was recorded on cold models using smoke jets introduced into the inlet 7 of the collector 6, and the degree of uniformity of the gas flow using a Pitot tube.

Степень защиты сгруи от вторичного окислени определ ли как разность между общим содержанием кислорода в струе в начальные моменты разливки и его содержанием в изложнице после наполнени со- ответствующего сифона. Результаты усредн лись по 10-15 плавкам по каждому варианту устройства.The degree of shielding protection against secondary oxidation was determined as the difference between the total oxygen content in the jet at the initial moments of casting and its content in the mold after filling the corresponding siphon. Results were averaged over 10-15 heats for each version of the device.

Минимальный угол Омин ориентации сопл 2 относительно радиуса кольцевого щелевого сопла 1 составил 80°.The minimum angle Omin of the orientation of the nozzles 2 relative to the radius of the annular slotted nozzle 1 was 80 °.

В табл. 1 приведены результаты вли ни угла выхода дополнительных сопл 2 в кольцевое щелевое сопло 1 на степень вторичного окислени металла (число сопл 6). In tab. Figure 1 shows the results of the influence of the angle of emergence of the additional nozzles 2 in the annular slot nozzle 1 on the degree of secondary metal oxidation (the number of nozzles 6).

Vis табл. 1 следует, что оптимальным углом а будет угол, равный 85° ( Оопт 85°). Это значение угла использовано при разработке устройства оптимальной конструкции . Дл уточнени оптимального числа сопл предварительно выбрано отношение |е/Рш.с. 0,6.Vis Table 1 it follows that the optimum angle a will be an angle equal to 85 ° (Oopt 85 °). This angle value is used in the design of the device of optimal design. To clarify the optimal number of nozzles, the ratio | e / Psh.s. 0.6.

Результаты контрол вторичного окислени металла при разливке в зависимости от числа сопл приведены в табл. 2.The results of controlling the secondary oxidation of the metal during casting, depending on the number of nozzles, are given in Table. 2

Из табл. 2 видно, что наилучшие результаты дает устройство, в котором используютс шесть сопл. Это число сопл прин то при анализе вли ни на защиту струи металла от вторичного окислени отношени From tab. 2 that the best results are obtained with a device in which six nozzles are used. This number of nozzles was adopted in the analysis of the effect on the protection of the metal jet against the secondary oxidation

§с/Рш.с. 0,5§С / Рш.с. 0.5

Результаты этого анализа приведены в табл. 3.The results of this analysis are given in table. 3

Таким образом, в качестве оптимальной конструкции выбрано устройство с шестью соплами и отношением FIC/FUI.C. - 0,5 и «опт 85°.Thus, a device with six nozzles and a FIC / FUI.C ratio was chosen as the optimal design. - 0.5 and 85 "opt.

В табл. 4 приведены результаты сравнени содержани кислорода в металле, отлитом по предлагаемому способу и по известному.In tab. 4 shows the results of a comparison of the oxygen content in a metal cast by the proposed method and by the known.

Из табл. 4 видно, что при использовании предлагаемого способа защиты струиFrom tab. 4 that when using the proposed method of protection jet

металла и устройства дл его реализации степень вторичного окислени струи существенно ниже, чем при использовании известного способа, т.е. достигаетс лучша защита струи металла. Причем, как следует из сопоставлени табл. 2 и 3 с табл. 4, дл всех вариантов исследованных опытных устройств достигнуты лучшие показатели по защите струи по сравнению с известным устройством.metal and devices for its implementation, the degree of secondary oxidation of the jet is significantly lower than when using a known method, i.e. better protection of the metal stream is achieved. Moreover, as follows from the comparison table. 2 and 3 with table. 4, for all the variants of the tested devices tested, the best results were achieved in jet protection as compared with the known device.

Использование предлагаемых способа защиты струи металла и устройства дл его реализации позвол ет увеличить на 10-30% количество металла с нормированным содержанием кислорода в прокате, что существенно повысит его потребительские свойства (дл подшипниковой стали нормированное содержание кислорода равно 0,0020 мае. %).Using the proposed method of protecting the metal jet and the device for its implementation allows increasing by 10-30% the amount of metal with the normalized oxygen content in the car, which will significantly increase its consumer properties (for bearing steel, the normalized oxygen content is 0.0020 May%).

Claims

1. A method of protecting streams of metal to be cast, including feeding the metal into the mold and creating a protective inert gas flow around the rotating metal jet, characterized in that. In order to improve the protection conditions of the metal jet against oxidation, a stream of protective inert gas is twisted around the metal jet in the direction of its rotation.

2. A device for protection of cast metal jets containing an annular slotted collector with a slotted outlet located in a plane perpendicular to the axis of the collector, characterized in that, in order to improve the conditions for protecting the metal stream from oxidation, the collector is provided with nozzles evenly spaced along its periphery at an angle of 60 ... 90 ° to the collector radius, with the total area of the nozzle outlets being 0.30 ... 0.80 of the area of the slotted outlet of the collector.

Table 1

The best option

Tabs CAC

Phie.1

HUH

Stitch netom -8