Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПОГРУЖАЕМЫЙ СТАКАН ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ
ПОГРУЖАЕМЫЙ СТАКАН ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ

ПОГРУЖАЕМЫЙ СТАКАН ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к металлургии. В погружаемом стакане, имеющем выпускное диффузорное отверстие щелевой формы, длина которого составляет 1,5-4,5 его начальной ширины, угол раскрытия широких стенок диффузора выполнен равным 30...60°С, а выпускное отверстие дополнено расположенными перед диффузором участком постоянной ширины, при этом длина участка составляет 1-6 его ширины. 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2030958
Класс(ы) патента: B22D11/10
Номер заявки: 4946662/02
Дата подачи заявки: 17.06.1991
Дата публикации: 20.03.1995
Заявитель(и): Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии; Оскольский электрометаллургический комбинат
Автор(ы): Писарский С.Н.; Дюдкин Д.А.; Клачков А.А.; Хренов Е.Б.; Ярыгин Ю.В.; Новиков О.И.; Просвиров С.Н.; Науменко В.А.; Коростелев В.А.; Анищенко Н.Ф.
Патентообладатель(и): Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии
Описание изобретения: Изобретение относится к металлургии, конкретно к непрерывной разливке стали на МНЛЗ.
Известен погружаемый стакан (заявка Великобритании N 1433173, кл. В 22 D 11/10), имеющий выпускное отверстие в форме щели, что обеспечивает формирование затопленной плоской веерной струи. Известен погружаемый стакан (авт. св. СССР 420381, кл. В 22 D 11/00, 1974), имеющий крестообразное щелевое выпускное отверстие, образованное пересечением двух плоских щелей отверстий, и обеспечивающий формирование затопленной пространственной струи.
Использование указанных стаканов при отливке слябов и блюмов или круглых заготовок позволяет добиться равномерного распределения потоков расплава по сечению кристаллизатора. Однако использование известных стаканов приводит лишь к незначительному улучшению качества слитка, в основном за счет повышения равномерности затвердевания и снижения степени отрицательной ликвации в подповерхностной зоне слитка вследствие уменьшения интенсивности локального теплового и гидродинамического воздействия струи расплава из погружаемого стакана на фронт затвердевания, и не позволяет улучшить качество поверхности внутренней структуры слитка.
Известен погружаемый стакан, имеющий выпускное диффузорное отверстие щелевой формы с углом раскрытия широких стенок 2α= 10-26о и длиной диффузора составляющей 1,5-4,5 его начальной ширины.
При таких углах раскрытия и длине диффузора значительно снижается интенсивность вихреобразования вследствие того, что отрыв транзитной турбулентной струи от широких стенок диффузора происходит вдали от его начального сечения. В результате имеет место смягчение торможения струи при сокращении длины диффузора. Щелевая форма отверстия уменьшает размывающее действие струи на фронт затвердевания.
Использование указанного стакана позволяет повысить скорость затвердевания в кристаллизаторе, что с точки зрения формирования непрерывного слитка не соответствует оптимальному режиму затвердевания и ведет к ухудшению качества структуры слитка (Соболев В.В., Трефилов П.М. Теплофизика затвердевания металлов при непрерывном литье. М.: Металлургия, с.69).
Кроме того, обусловленное ростом скорости затвердевания в кристаллизаторе увеличение толщины корочки слитка в нем приводит к снижению температуры поверхности, ухудшению работы шлакового гарниссажа и росту количества дефектов на поверхности слитка.
Цель изобретения - улучшение качества слитка.
Это достигается тем, что в погружаемом стакане, имеющем выпускное диффузорное отверстие щелевой формы, длина которого составляет 1,5-4,5 его начальной ширины, угол раскрытия широких стенок диффузора выполнен равным 30-60о, а выпускное отверстие дополнено расположенным перед диффузором участком постоянной ширины, при этом длина участка составляет 1-6 его ширины.
На фиг.1 показан погружаемый стакан с прямоточным выпускным диффузорным отверстием в виде крестообразной щели, образованной пересечением двух плоских щелевых отверстий, общий вид; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1.
Погружаемый стакан 1 имеет центральный канал 2 и выпускное отверстие 3 в виде крестообразной щели, образованной пересечением двух плоских щелевых отверстий. Отверстие имеет расположенный перед диффузором 4 с начальной шириной b и углом раскрытия широких стенок 5 2α= 30--60о участок 6 постоянной ширины, равной начальной ширине b диффузора 4. Длина участка 6 постоянной ширины составляет l1= = (1-6)˙b, диффузора - l2 = (1,5-4,5). При такой конструкции выпускного отверстия 3 погружаемого стакана 1 на участке 6 постоянной ширины b происходит формирование равномерного по сечению профиля скорости потока, а в диффузоре с углом раскрытия широких стенок отверстия 2α= 30...60о - интенсивное вихреобразование.
При углах раскрытия 2α =30...60о отрыв затопленной транзитной турбулентной струи от широких стенок 5 диффузора 4 начинается уже в его начальном сечении 7, что приводит к интенсивному зарождению вихрей по всей длине диффузора на неустойчивой границе струи, где градиенты давлений и скорости максимальны.
За счет повышения начальной интенсивности турбулентности εи, обеспечивающей значительную деформацию границ струи, проявляется эффект ее аномального расширения. Сразу за выпускным отверстием погружаемого стакана идет быстрое увеличение уровня турбулентной вязкости νт, а после достижения расширяющейся струей фронта кристаллизации турбулентная вязкость расплава распределена по сечению практически равномерно.
За счет эффекта "дальнодействия" турбулентности происходит передача турбулентных пульсаций в потоке на значительные расстояния, в том числе и по направлению нормали к линиям тока. Турбулентный перенос импульса, тепла и вещества по интенсивности намного превосходит молекулярный, что обуславливает для области турбулентного перемешивания рост коэффициента эффективной теплопроводности λэф , выравнивание температуры и химического состава, повышение перепада температур ΔТ у фронта затвердевания, рост коэффициента теплоотдачи αж и плотности теплового потока q=αжΔT от расплава к фронту затвердевания.
В результате в области перемешивания замедляется скорость его продвижения при одновременном повышении равномерности затвердевания. Увеличение плотности теплового потока q от расплава к корочке слитка при уменьшении ее толщины, а следовательно, и величины термического сопротивления приводит к усилению теплоотвода от слитка и ускоренному снятию перегрева его жидкого ядра, более раннему переходу от последовательного к объемному характеру затвердевания.
Ускоренное снятие перегрева за счет турбулентного перемешивания создает благоприятные теплофизические условия для расширения центральной зоны равноосных кристаллов, сокращения зоны столбчатых кристаллов и уменьшения осевой физической и химической неоднородности слитка.
Турбулентное перемешивание, предотвращая коагуляция неметаллических включений (НВ) в расплаве и способствуя росту дисперсности дендритной структуры за счет роста температурного градиента у фронта затвердевания, обеспечивает уменьшение размеров НВ и степени их отрицательного влияния на качество слитка. Кроме того, при перемешивании вследствие сокращения ширины двухфазной зоны снижается вероятность захвата НВ растущими дендритами и уменьшается количество НВ в подповерхностной зоне слитка.
За счет гидродинамического воздействия турбулентного потока на фронт затвердевания при перемешивании в подповерхностной зоне происходит усиление вымывания ликвирующей примеси из междендритного пространства и устраняется возможность образования подповерхностных газовых пузырей при кристаллизации. В результате повышается чистота, плотность и прочность подповерхностного слоя слитка, снижается вероятность образования трещин и прорывов, уменьшается количество поверхностных дефектов на прокате. Этому способствует также и повышение качества поверхности слитка в результате увеличения температуры его поверхности и улучшения работы шлакового гарниссажа.
При угле раскрытия широких граней диффузора 2α меньше 30о область отрыва транзитной струи смещается от начального сечения диффузора вниз по ходу распространения струи и эффективность вихреобразования, а следовательно, и турбулентного перемещения снижается. При 2α больше 60о неоправданно возрастают габариты, вес и стоимость погружаемого стакана без роста эффективности вихреобразования. При длине l1 участка выпускного отверстия постоянной ширины меньше b резко снижается стабильность гидродинамических характеристик затопленной струи во времени за счет химической и термомеханической эрозии выпускного отверстия стакана под действием потока расплава, а при длине l1 больше 6b не улучшается стабильность гидродинамических характеристик струи, но возрастает вероятность заметалливания отверстия стакана в начале разливки. При длине l2 участка диффузорной части выпускного отверстия меньше 1,5b резко снижается интенсивность вихреобразования и не достигается поставленная цель, а при l2 больше 4,5b возрастают габариты, масса и стоимость стакана без повышения эффективности вихреобразования.
Погружаемый стакан может иметь одно или несколько выпускных отверстий как боковых, так и прямоточных.
П р и м е р. Погружаемый стакан для отливки блюмов и круглых заготовок имеет центральный канал диаметром 90 мм и прямоточное выпускное отверстие в виде крестообразной щели, образованной пересечением двух плоских щелевых диффузорных отверстий. Начальный размер каждой щели 20х90 мм. Отверстие имеет участок постоянной ширины b = 20 мм длиной, составляющей 4b = 4˙20 = 80 мм и диффузор с углом раскрытия по широким граням 2α= 40о и длиной 2˙b= 2˙20 = =40 мм.
Применение предложенной конструкции погружаемого стакана с указанными значениями угла раскрытия широких граней диффузора, длины участка постоянной ширины и диффузора обеспечивает за счет интенсификации турбулентного перемешивания расплава в кристаллизаторе улучшение качества поверхности и структуры непрерывнолитого и катаного металла, повышение его служебных и технологических свойств. В результате снижения чувствительности формируемой структуры и развития осевой физической и химической неоднородности в слитке к изменению таких параметров технологии как степень перегрева металла, скорость разливки, интенсивность вторичного охлаждения снижаются требования по точности их соблюдения, а также по точности настройки роликов зоны вторичного охлаждения. При этом упрощается и удешевляется эксплуатация МНЛЗ и обеспечивается достаточно высокий уровень качества литого и катаного металла.
Формула изобретения: ПОГРУЖАЕМЫЙ СТАКАН ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ, имеющий выпускное отверстие щелевой формы с диффузором на выходе, длина которого составляет 1,5 - 4,5 его начальной ширины, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества слитка, угол раскрытия широких стенок диффузора равен 30 - 60o, а выпускное отверстие выполнено с расположенным перед диффузором участком постоянной ширины, длина которого составляет 1 - 6 его ширины.