Стакан-дозатор с подводом аргона
Полезная модель относится к металлургии, в частности к устройствам для разливки стали. Технический результат заключается в повышении срока службы стакана-дозатора, а также всего разливочного узла при снижении частоты замены погружного стакана и снижении дефектности разлитого металла. Указанный технический результат достигается тем, что стакан-дозатор с подводом аргона выполнен в виде усеченного конуса с металлопроводящим каналом, при этом стенка стакана-дозатора состоит из газоплотного и газопроницаемого слоев, разделенных газопроводящим коллектором. Газопроницаемый и газоплотный слои соединены между собой в верхней и нижней части изделия, и длина газопроницаемого слоя составляет 70-100% от длины газоплотного слоя. Газопроницаемый слой может быть выполнен с переменной газопроницаемостью по длине стакана-дозатора с распределением слоев по величине газопроницаемости. Стакан-дозатор имеет металлический бандаж, зафиксированный на нижней части изделия. На бандаже закреплена втулка под углом 20-90° к оси металлопроводящего канала, через которую осуществляется подача газа в газопроводящий коллектор. 4 з.п. ф., 3 черт.
Полезная модель относится к металлургии, в частности к устройствам для разливки стали.
Известен разливочный огнеупорный стакан для сталеразливочных и промежуточных ковшей, имеющий газопроницаемую кольцевую вставку, размещенную вдоль оси металлопроводящего канала, вклеенную на мертеле в стенку стакана, через которую подается газ для продувки рабочего канала (Патент RU №2092281, 1995.07.05, В22D 41/50). Газопроницаемая вставка в форме кольца размещена на расстоянии от нижнего торца стакана в пределах 1,2-3,0 диаметра его канала, а ширина кольца (газопроницаемого слоя) составляет 0,1-0,4 того же диаметра.
Недостатком этого разливочного стакана является низкая эффективность устройства в части создания слоя газа на стенке стакана (малая длина газопроницаемого слоя, наличие участка мертеля на горизонтальном стыке газопроницаемого слоя с телом стакана), в результате имеет место процесс отложения неметаллических включений на стенке этого стакана и пристыкованного к нему погружаемого стакана, что ведет к прекращению процесса разливки вследствие уменьшения проходного сечения металлопроводящего канала стакана.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является разливочный узел, содержащий огнеупорный стакан, имеющий верхний и нижний участки (Патент RU №2172228, 1996.10.10, В22D 41/58). Верхний участок корпуса стакана выполнен с высокой газопроницаемостью для подачи инертного газа в металлопроводящий канал стакана. Нижний участок выполнен из прессованного огнеупора с низкой газопроницаемостью. Данное изобретение направлено на предотвращение накопления отложений неметаллических включений (оксида алюминия и его соединений - алюминатами) на участке седла стакана, которые препятствуют процессу перекрытия канала стакана стопором при регулировании потока расплава металла в процессе разливки.
Недостатком этого огнеупорного изделия является короткий срок службы в связи с зарастанием рабочего канала оксидом алюминия и алюминатами. Это объясняется наличием участка канала значительной протяженности, где полностью отсутствует подача газа в канал через стенку стакана.
Технический результат при использовании полезной модели заключается в повышение срока службы стакана-дозатора за счет снижения зарастания его канала
оксидом алюминия и алюминатами, а также создание условий для замедления и даже полного прекращения отложения упомянутых неметаллических включений в канале погружаемого стакана, расположенного в разливочном узле ниже стакана, что способствует повышение срока службы всего разливочного узла, снижению частоты замены погружного стакана и снижение дефектности разлитого металла.
Указанный технический эффект достигается тем, что стакан-дозатор для разливки расплавленного металла (черт.1), выполнен в виде усеченного конуса (1), с металлопроводящим каналом (2), стенка стакана дозатора (3) состоит из газоплотного (4) и газопроницаемого слоев (5), разделенных газопроводящим коллектором (6), при этом газопроницаемый и газоплотный слои соединены между собой в верхней и нижней части стакана-дозатора в процессе прессования.
Газопроницаемый слой стакана-дозатора, формирующий стенку вдоль металлопроводящего канала имеет длину, составляющую 70-100% от длины газоплотного слоя, то есть высоты стакана-дозатора. Для случая разливки металла с использованием стопорного механизма верхняя часть, контактирующая со стопором, менее газопроницаемая - более плотная, а для случая разливки с использованием шиберного затвора, менее газопроницаемой и более плотной изготавливается нижняя часть, контактирующая с плитой.
Таким образом, наличие газопроницаемого слоя по всей либо на значительной части длины металлопроводящего канала стакана-дозатора обеспечивает выделение подаваемого инертного газа по поверхности огнеупора, формирующей металлопроводящий канал в зону контакта огнеупор - разливаемый металл и способствует снижению скорости формирования отложений неметаллических включений из стали на внутренней стенке погружаемого стакана, то есть зарастанию канала.
Газопроницаемый слой может быть выполнен с переменной газопроницаемостью по длине (черт.2), причем газопроницаемость верхней части слоя (7), составляющей 15-50% от длины газопроницаемого слоя стакана-дозатора, составляет 1-50% от газопроницаемости нижней газопроницаемой части (8). Газопроницаемый слой в верхней части стакана-дозатора (седло) находится в контакте с головной частью стопора (на чертеже не показан), меньшая газопроницаемость при более высокой плотности материала гарантирует более высокие высокотемпературные прочностные свойства, что необходимо в случае высокой серийности разливки металла по схеме «плавка на плавку».
Газопроницаемый слой может быть выполнен также с переменной газопроницаемостью по длине (черт.3), причем газопроницаемость верхней части слоя (7), составляющей 15-50% и нижней (9), составляющей 5-15% от длины газопроницаемого
слоя стакана-дозатора, составляет 5-50% от газопроницаемости средней части (10) газопроницаемого слоя стакана-дозатора. Газопроницаемый слой в верхней части стакана-дозатора (седло) находится в контакте с головной частью стопора, а нижняя с погружаемым стаканом или верхней огнеупорной плитой шиберного затвора (на чертеже не показаны), меньшая газопроницаемость при более высокой плотности материала гарантирует более высокие высокотемпературные прочностные свойства на участках контакта с другими огнеупорными изделиями (стопор-моноблок, погружаемый стакан или плита шиберного затвора), формирующими металлопроводящий тракт в сталеразливочных и промежуточных ковшах при разливке жидкого металла, что необходимо в случае очень высокой серийности разливки металла по схеме «плавка на плавку».
Нижняя часть стакана-дозатора заключена в металлический бандаж (11), зафиксированный на нижней части изделия. На бандаже закреплена втулка (12) под углом 20-90° к оси металлопроводящего канала, через которую и канал (13), выполненный в газоплотной части стакана-дозатора, осуществляется подача газа в газопроводящий коллектор (6). Угол закрепления втулки определяется конкретным конструктивным исполнением в зависимости от размещения стакана-дозатора в футеровке дна ковша (промежуточного или сталеразливочного). Экспериментальная проверка показала, что угол закрепления втулки в указанных пределах на работоспособность устройства влияния не оказывает.
Нижняя часть стакана-дозатора снаружи может быть выполнена цилиндрической для надежной фиксации металлического бандажа (10).
Устройство работает следующим образом: в стакан-дозатор (1), установленный в футеровке дна сталеразливочного или промежуточного ковша (на чертеже не показаны), через полую металлическую втулку (12), закрепленную на стакане-дозаторе на металлическом бандаже (11) подается инертный газ, обычно под давлением 1 атм., газ через газопроводящий канал (13) в газоплотном слое (наружной стенке) попадает в газопроводящий коллектор (6) и далее с расходом 3-7 литров в минуту «выпотевает» на внутренней газопроницаемой стенке стакана-дозатора (5), обращенной к жидкому металлу. Эта газовая прослойка и препятствует процессу отложения неметаллических включений в канале стакана-дозатора. Выделившийся на поверхности канала газ, в виде пузырьков уносится жидким металлом в расположенный ниже по металлопроводящему тракту погружаемый стакан, способствуя и там меньшему контакту неметаллических включений со стенкой огнеупора, и далее пузырьки аргона, попадая в кристаллизатор или
изложницу всплывают, вынося неметаллические включения к покровному шлаку или в прибыльную часть слитка, способствуя тем самым очистке разливаемого металла.
Экспериментально показано, что газопроницаемость, оцениваемая по величине натекания на установке для определения газопроницаемости сжатым газом для газопроницаемого слоя должна быть в пределах 3-8 тыс. Па/сек., газопроницаемость газоплотного слоя менее 100 Па/сек.
Примеры реализации устройства: стакана-дозатора с подводом аргона, а также результаты применения этих изделий на двухручьевой слябовой МНЛЗ при разливке раскисленной алюминием стали приведены в таблице. Во время испытаний на одном ручье в промежуточный ковш устанавливали обычный (контрольный) стакан корундографитового состава без подачи аргона, на втором ручье корундографитовый стакан-дозатор с подводом аргона, изготовленный согласно рисунков и таблицы, на обоих ручьях стаканы-дозаторы работали в паре с глуходонными (с двумя сталевыпускными отверстиями) корундографитовыми погружными стаканами. Процесс затягивания оценивали количеством замен погружных стаканов во время разливки стали, так как при затягивании канала и/или сталевыпускных отверстий погружного стакана на 40% и более неметаллическими включениями, в первую очередь глиноземистыми, снижается пропускная способность погружного стакана, падает скорость разливки и погружной стакан надо заменять. При каждой замене стакана, при этом скорость разливки близка к нулю, на слябе формируется так называемый «пояс» - участок слитка с аномальной кристаллизационной структурой.
Результаты испытаний подтверждают, что конструкция заявляемого стакана-дозатора с подводом аргона и наличие конструктивных элементов при заявляемом соотношении позволяет получить многослойное изделие, позволяющее разливать жидкую сталь, в том числе раскисленную алюминием, на протяжении длительного времени без затягивания канала стакана-дозатора и погружаемого стакана неметаллическими включениями, что повышает производительность МНЛЗ. Одновременно, снижается количество используемых погружаемых стаканов, а так же количество выбраковываемого металла- меньше удаляется «поясов» слитков.
Примеры исполнения стакана-дозатора с подводом аргона и результаты его применения на МНЛЗ. | ||||||||||||||||||
№ рис. | № при мера | Длина газопроницаемого слоя для поз. на рис.1, 2, 3 | Газопроницаемость слоя, | Частота замены погружного стакана | ||||||||||||||
2 | 7 | 8 | 9 | 2 | 7 | 8 | Ручей | Снижение | ||||||||||
мм | % | мм | % | мм | % | мм | % | тыс. Па/сек | тыс. Па/сек | % | тыс. Па/сек | % | Контрольный, шт. | Ст. - дозатор с аргоном, шт. | Шт. | % | ||
1 | 1 | 108 | 30 | - | - | - | - | - | - | 3 | - | - | - | - | 65 | 23 | 42 | 65 |
252 | 70 | - | - | - | - | - | - | 0,1 | - | - | - | - | ||||||
2 | 252 | 70 | - | - | - | - | - | 0,1 | - | - | 44 | 13 | 31 | 71 | ||||
108 | 30 | - | - | - | - | - | - | 8 | - | - | - | - | ||||||
2 | 3* | - | - | 54 | 15 | 306 | 85 | - | - | - | 1,5 | 50 | 3,5 | 100 | 16 | 7 | 9 | 56 |
4* | - | - | 54 | 15 | 306 | 85 | - | - | - | 0,08 | 1 | 8 | 100 | 20 | 9 | 11 | 55 | |
5* | - | - | 180 | 50 | 180 | 50 | - | - | - | 0,03 | 1 | 3 | 100 | 14 | 9 | 5 | 36 | |
6* | - | - | 180 | 50 | 180 | 50 | - | - | - | 1,6 | 50 | 3,5 | 100 | 16 | 10 | 6 | 38 | |
7** | - | - | 54 | 15 | 306 | 85 | - | - | - | 0,04 | 1 | 7-8 | 100 | 32 | 10 | 22 | 69 | |
9** | - | - | 180 | 50 | 180 | 50 | - | - | - | 3,8 | 50 | 7 | 100 | 16 | 9 | 7 | 44 | |
3 | 9* | - | - | 54 | 15 | 288 | 80 | 18 | 5 | - | 0,4 | 5 | 3,5 | 50 | 22 | 10 | 12 | 55 |
10* | - | - | 54 | 15 | 288 | 80 | 18 | 5 | - | 4,0 | 50 | 0,4 | 5 | 24 | 10 | 14 | 58 | |
11* | - | - | 54 | 15 | 252 | 70 | 54 | 15 | - | 0,2 | 5 | 1,7 | 50 | 19 | 10 | 9 | 48 | |
12* | - | - | 54 | 15 | 252 | 70 | 54 | 15 | - | 3,8 | 5 | 0,4 | 50 | 21 | 10 | 11 | 52 | |
13* | - | - | 180 | 50 | 162 | 45 | 18 | 5 | - | 0,4 | 5 | 3,5 | 50 | 15 | 10 | 5 | 33 | |
14** | - | - | 180 | 50 | 162 | 45 | 18 | 5 | - | 4,0 | 50 | 0,4 | 5 | 16 | 10 | 6 | 38 | |
15** | - | - | 180 | 50 | 126 | 65 | 54 | 15 | - | 1,5 | 50 | 0,2 | 5 | 16 | 10 | 6 | 38 | |
16** | - | - | 180 | 50 | 126 | 65 | 54 | 15 | - | 4,0 | 50 | 0,5 | 5 | 18 | 10 | 8 | 44 | |
17** | - | - | 54 | 15 | 288 | 80 | 18 | 5 | - | 1,6-1,7 | 50 | 0,2 | 5 | 23 | 10 | 13 | 57 | |
18** | - | - | 54 | 15 | 288 | 80 | 18 | 5 | - | 0,2 | 5 | 1,7 | 50 | 21 | 10 | 11 | 52 | |
19** | - | - | 54 | 15 | 252 | 70 | 54 | 15 | - | 3,7 | 50 | 0,4 | 5 | 21 | 10 | 11 | 52 | |
Примечание: длина стакана дозатора во всех примерах 360 мм; газопроницаемость слоя 9 для третьего примера (рис.3) составляет 3-8 тыс. Па/сек; *общая длина газопроницаемого слоя 100% высоты стакана; **общая длина газопроницаемого слоя 70% высоты стакана (газоплотного слоя) |
1. Стакан-дозатор с подводом аргона для машин непрерывного литья заготовок, выполненный в виде усеченного конуса с металлопроводящим каналом по оси, при этом стенка стакана-дозатора состоит из газоплотного и газопроницаемого слоев, разделенных газопроводящим коллектором, отличающийся тем, что длина газопроницаемого слоя составляет 70-100% от длины газоплотного слоя, причем газоплотный и газопроницаемый слои соединены между собой в верхней и нижней части стакана-дозатора в процессе прессования.
2. Стакан-дозатор по п.1, отличающийся тем, что газопроницаемый слой выполнен с переменной газопроницаемостью по длине, причем газопроницаемость верхней части этого слоя, составляющей 15-50% от длины газопроницаемого слоя стакана-дозатора, составляет 1-50% от газопроницаемости нижней части этого слоя.
3. Стакан-дозатор по п.1, отличающийся тем, что газопроницаемый слой выполнен с переменной газопроницаемостью по длине, причем газопроницаемость верхней части, составляющей 15-50% и нижней части, составляющей 5-15% от общей длины стакана-дозатора, составляет 5-50% от газопроницаемости средней части газопроницаемого слоя стакана-дозатора.
4. Стакан-дозатор по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть стакана-дозатора, имеющего снаружи форму усеченного конуса, выполнена цилиндрической на высоту равную, по меньшей мере, высоте металлического бандажа.
5. Стакан-дозатор с подводом аргона для машин непрерывного литья заготовок, выполненный в виде усеченного конуса с металлопроводящим каналом по оси, при этом стенка стакана-дозатора состоит из газоплотного и газопроницаемого слоев, разделенных газопроводящим коллектором, отличающийся тем, что нижняя часть стакана-дозатора заключена в металлический бандаж с полой втулкой, расположенной под углом 20-90 градусов к оси металлопроводящего канала, а полость втулки соединена каналом с газопроводящим коллектором.
6. Стакан-дозатор по п.5, отличающийся тем, что газопроницаемый слой выполнен с переменной газопроницаемостью по длине, причем газопроницаемость верхней части этого слоя, составляющей 15-50% от длины газопроницаемого слоя стакана-дозатора, составляет 1-50% от газопроницаемости нижней части этого слоя.
7. Стакан-дозатор по п.5, отличающийся тем, что газопроницаемый слой выполнен с переменной газопроницаемостью по длине, причем газопроницаемость верхней части, составляющей 15-50% и нижней части, составляющей 5-15% от общей длины стакана-дозатора, составляет 5-50% от газопроницаемости средней части газопроницаемого слоя стакана-дозатора.
8. Стакан-дозатор по п.5, отличающийся тем, что нижняя часть стакана-дозатора, имеющего снаружи форму усеченного конуса, выполнена цилиндрической на высоту равную, по меньшей мере, высоте металлического бандажа.