Система розміщення донного розливного стакана для розміщення в днищі металургійного резервуара

Реферат: Винахід належить до донного розливного стакана для розміщення в днищі або на днищі металургійного резервуара, з верхнім, передбаченим переважно для підключення до металургійного резервуара або до шиберного затвора металургійного резервуара кінцем, і з нижнім кінцем, причому між обома кінцями розташований проточний канал щонайменше з одним, розташованим на нижньому кінці нижнім отвором розливного стакана, причому стінка проточного каналу, що вказує радіально назовні, оточена газонепроникним кожухом. Крім цього, винахід належить до способу застосування донного розливного стакану. UA 107409 C2 (12) UA 107409 C2 UA 107409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до системи розміщення донного розливного стакана для розміщення в днищі металургійного резервуара, яка включає донний розливний стакан, золотниковий клапан або затвор стопорного стрижня та інший верхній стакан, який оточений кожухом та розташований над золотниковим клапаном, при цьому донний розливний стакан має верхній кінець і нижній кінець, причому між обома кінцями розташований проточний канал щонайменше з одним, розташованим на нижньому кінці нижнім отвором розливного стакана, а стінка проточного каналу, що вказує радіально назовні, оточена газонепроникним кожухом. Дана система відрізняється тим, що кожух газонепроникно так оточує нижній кінець щонайменше з одним отвором розливного стакана, що в повному обсязі усередині кожуха створюється надлишковий тиск або понижений тиск. Крім цього, даний винахід відноситься до способу застосування такої системи. Насамперед, у розплавів сталі рідкий метал ллється з металургійного резервуара в ливарну форму. Насамперед, таким металургійним резервуаром може бути розливний ківш (який також називають "ladle") або так званий розподільник (який також називають проміжним розливним ковшем або проміжним розливним пристроєм). З розливного ковша рідкий метал ллється в розподільник, та із цього розподільника в ливарну форму установки безперервного розливання. При цьому він тече через донний розливний стакан (так званий "nozzle"), розташований у днищі розливного ковша або ж розподільника. Недоліком є прилипання матеріалу до стінок донного розливного стакана, який накопичується під час протікання рідкого металу. Внаслідок цього зменшується перетин отвору, так що несприятливим чином проявляється вплив на умови обтікання і, тим самим, якість сталі, серед усього іншого, внаслідок турбулентності. Накопичений матеріал може обламуватись та призводити до включень, які впливають на якість сталі. Для запобігання прилипання матеріалу до стінок, в проточний канал багаторазово вводиться інертний газ, наприклад аргон. Однак занадто велика кількість газу також може негативно впливати на якість сталі, наприклад, внаслідок утворення порожнин у сталі, які при прокатці сталі можуть привести до дефектів поверхні. Матеріал для донного розливного стакана описаний, наприклад, у WO 2004/035249 Α1. Донний розливний стакан усередині металургійного резервуара розкритий в KR 2003-0017154 А або в US 2003/0116893 Α1. У останній названій публікації зображено застосування інертного газу з метою зменшення прилипання матеріалу до внутрішньої стінки донного розливного стакана (так звана закупорка), як це подібним чином описано в JP 2187239. Досить докладно механізм із регулюванням подачі газу відомий із WO 01/56725 Α1. Азот подається згідно з японською публікацією JP 2187239. JP 3193250 розкриває спосіб спостереження прилипання або ж осадження матеріалу за допомогою безлічі температурних датчиків, розташованих один за одним уздовж донного розливного стакана. Введення інертного газу всередину донного розливного стакана далі відомий, серед усього іншого, із JP 2002210545, JP 61206559, JP 58061954 та JP 7290422. Крім того, із деяких цих публікацій відомо додатково до подачі інертного газу, по можливості, запобігати доступу кисню за допомогою використання кожухів навколо частини донного розливного стакана. При цьому частково, як описано, наприклад, в JP 8290250, усередині такого кожуха виробляється надлишковий тиск інертного газу. Для запобігання входу кисню, навколо золотникового клапана донного розливного стакана в JP 8290250 пропонується кожух. Потік розплаву металу через донний розливний стакан згідно з вищезгаданими публікаціями регулюється золотниковими клапанами. Ці клапани ковзають перпендикулярно напрямку потоку металу та, таким чином, можуть закривати донний розливний стакан. Іншою можливістю регулювання потоку є так званий стопорний стрижень (який також називають Stopper rod), як, наприклад, відомо із JP 2002143994. У корейській публікації KR 1020030054769 А описано розташування додаткового кожуха навколо клапана донного розливного стакана. Газ, що знаходиться в кожусі, відсмоктується за допомогою вакуумного насосу. JP 4270042 описує подібний кожух. Тут, як і в інших вищезгаданих публікаціях, усередині кожуха створюється неокиснювальна атмосфера. Кожух має отвір, через який може подаватись інертний газ. Інше розташування, при якому газ відсмоктується із кожуха, що частково оточує донний розливний стакан для вироблення вакууму усередині кожуха, відомо із JP 61003653. Інші донні розливні стакани відомі, наприклад, із DE 10 2004 057381. Тут робиться спроба за допомогою керованої подачі газу або за допомогою майже повної герметизації всієї бічної поверхні донного розливного стакана та, таким чином, пов'язаного із цим недопущення проходу кисню через стінку донного розливного стакана в розплав сталі, запобігти проблемі прилипання. 1 UA 107409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В основу даного винаходу покладена задача поліпшити існуючі технології, для того щоб мінімізувати налипання твердих відкладань у донному розливному стакані, причому без здійснення негативного впливу на якість розплаву металу або ж затверділого металу. Задача вирішена за допомогою системи та способу, ознаки яких викладені в незалежних пунктах формули винаходу. Переважні варіанти здійснення зазначені в залежних пунктах формули винаходу. Неочікувано виявилось, що гарні результати для донного розливного стакана для розміщення в днищі металургійного резервуара, з, передбаченим переважно для підключення до металургійного резервуара або до золотникового клапана металургійного резервуара, верхнім кінцем, і з нижнім кінцем, причому між обома кінцями розташований проточний канал щонайменше з одним, розташованим на нижньому кінці нижнім отвором розливного стакана, причому, стінка проточного каналу, що вказує назовні (жароміцна), оточена газонепроникним кожухом, можуть досягатись за допомогою того, що не тільки окружність донного розливного стакана, а також стінка проточного каналу, що указує радіально назовні, оточена газонепроникним кожухом, але також за допомогою того, що кожух донного розливного стакана також газонепроникно оточує нижній кінець щонайменше з одним отвором розливного стакана. Під поняттям "газонепроникно" при цьому, зрозуміло, не слід розуміти абсолютну відсутність витоків, а те, що по суті запобігається або ж зупиняється введення газу, головним чином атмосферного кисню та азоту. Для фахівця зрозуміло, що донний розливний стакан, золотниковий клапан (або запірний стрижень) та інший верхній стакан, який оточений кожухом та розташований у днищі металургійного резервуара над золотниковим клапаном, газонепроникно з'єднані між собою і, таким чином, являють собою систему повністю герметичного розташування стаканів. Згідно з винаходом, забезпечено спосіб застосування системи розміщення донного розливного стакана, наприклад, із застосуванням вищеописаного донного розливного стакана згідно з винаходом, який відрізняється тим, що перед відкриттям золотникового клапана або затвору стопорного стрижня в донному розливному стакані або створюють вакуум, або відбувається продувка інертним газом з наступним створенням надлишку інертного газу або надлишкового тиску інертного газу та, що після цього відкривають золотниковий клапан або затвор стопорного стрижня. Переважно, у якості інертного газу може застосовуватись аргон. Таким чином, з донного розливного стакана, щонайменше, частково видаляється кисень, тобто створюється дефіцит кисню або понижений парціальний тиск кисню. Надлишковий тиск або ж вакуум (понижений тиск) існує в повному обсязі усередині газонепроникного кожуха. Поняття "у донному розливному стакані" також означає простір усередині кожуха або зовнішньої стінки, включаючи внутрішній об'єм і пори загального каналу розливного стакана. Перед введенням розплаву сталі, вказаний понижений або надмірний тиск присутній також у проточному каналі. При втіканні розплаву сталі в донний розливний стакан або ж у його проточний канал, після відкриття золотникового клапана або затвору стопорного стрижня, кожух плавиться при його контакті зі розплавом сталі в області щонайменше одного отвору розливного стакана, так що розплав сталі може текти в розташований нижче резервуар. Після відкриття, донний розливний стакан може експлуатуватись або під вакуумом, або із застосуванням інертного газу. Формою донних розливнихстаканів є так званий занурювальний стакан, який позначається фахівцями як SEN або SES (англ. Submerged Entry Nozzle або Submerged Entry Shroud). Він занурюється своїм нижнім кінцем у розплав сталі, що знаходиться в розташованому нижче резервуарі, причому корпус плавиться при контакті з рідкою сталлю, так що є можливим вільне протікання. Переважним є те, що кожух може мати декілька з'єднаних герметично між собою, переважно розташованих один над одним, частин кожуха. Переважно, кожух виготовлений з металу, наприклад зі сталі, так що він є досить зносостійким і, незважаючи на це, плавиться при контакті зі розплавом сталі. Метал кожуха, залежно від мети застосування, вибирається так, що він розплавлявся металом в резервуарі, куди попадає розплав. Також може бути переважним, що кожух має виготовлену зі сталі нижню частину кожуха, яка, щонайменше, герметично оточує нижній кінець щонайменше з одним отвором розливного стакана, і що над ним розташована газонепроникна частина кожуха в якості невід'ємної складової частини стінки, що також отвір розливного стакана закритий свого роду кришкою, тоді як розташована над ним окружність (стінка) донного розливного стакана має газонепроникний шар, насамперед поверхню, яка у змісті даного винаходу може розглядатись як частина кожуха. 2 UA 107409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Може бути переважним, що кожух має виготовлену зі сталі нижню частину кожуха, яка газонепроникно вставлена в нижній кінець за допомогою щонайменше одного отвору розливного стакана, і що газонепроникна частина кожуха у вигляді невід'ємної складової частини стінки розташована над ним, так що отвір розливного стакана закритий пробкою, за допомогою чого зовнішній контур донного розливного стакана, включаючи пробку, має газонепроникний шар, насамперед, поверхню, яка, включаючи пробку, розглядається в змісті даного винаходу в якості частини кожуха. Далі, може бути переважним наносити шар із проміжного матеріалу, такого як відоме фахівцеві паперове упакування, для запобігання прилипання шлаків або виділень, які звичайно є на поверхні області металевого кожуха, що занурюється, та прискорюють плавлення цього кожуха. Є доцільним, щоб усередині кожуха був розташований газопоглинальний матеріал, переважно щонайменше із одного металу із групи, що включає кремній, кальцій, титан, алюміній, магній або цирконій. За рахунок цього може бути зв'язаний вільний кисень, що ще знаходиться в кожусі. Вогнетривкий матеріал стінки може мати незначну пористість від 2 до 13 %, переважно менше 10 %. Такий матеріал, наприклад, просочений вуглецем графітовий матеріал із оксидом алюмінію, може в змісті даного винаходу являти собою достатнє ущільнення. Стандартний вогнетривкий матеріал має пористість більше 16 %. Крім того, перевагою є те, що в стінці проточного каналу розташований підігрів для попереднього нагрівання донного розливного стакана перед застосуванням та недопущення або зменшення температурного перепаду. Переважно, навколо зовнішньої поверхні донного розливного стакана розташований шар проміжного матеріалу, наприклад, паперу. Далі може бути переважним те, що зовнішня поверхня стінки на нижньому кінці, під газонепроникним кожухом оточена ізолюючим цементним ущільненням, причому цементне ущільнення, переважно, містить жароміцний, здатний до розливу цемент, переважно щонайменше із однією із сполук із групи оксиду алюмінію, алюмосилікату, оксиду магнію. Крім того, є переважним, що зовнішній контур стінки на нижньому кінці, під газонепроникним кожухом, оточений ізолюючим матеріалом, насамперед керамічним папером або волокнистою тканиною із керамічних волокон. Ізолюючий матеріал може бути розташований безпосередньо під цементним ущільненням. Також є переважним, що під газонепроникним кожухом, насамперед між газонепроникним кожухом і стінкою, у поздовжньому напрямку стакана розташовані газові канали. Золотниковий клапан згідно з винаходом для застосування із донним розливним стаканом та, насамперед, для застосування із вищезазначеним донним розливним стаканом, який містить газонепроникний зовнішній кожух, відрізняється тим, що газонепроникний зовнішній кожух містить щонайменше один канал для впуску газу і щонайменше один канал для випуску газу. Щонайменше один канал для впуску газу може використовуватись для того, щоб накачувати у кожух інертний газ, наприклад, аргон, а щонайменше один канал для випуску газу може застосовуватись для того, щоб створювати вакуум усередині кожуха. Переважним є спосіб, у якому після відкриття золотникового клапана або затвору стопорного стрижня або: а) створюється надлишковий тиск інертного газу, якщо перед відкриттям був присутній понижений тиск, або б) створюється понижений тиск, якщо перед відкриттям був присутній надлишковий тиск. Насамперед, є переважним те, що понижений тиск становить від 1 до 1013 мбар, насамперед, від 150 до 1013 мбар, а надлишковий тиск становить від 1013 до 1500 мбар або більше, це означає, що надлишковий тиск знаходиться вище значення атмосферного тиску. Насамперед, у донному розливному стакані розливного ковша спочатку може створюватись вакуум (понижений тиск), а потім, після відкриття створюватись надлишковий тиск інертного газу. У донному розливному стакані розподільника, є переважним спочатку створювати надлишковий тиск інертного газу, а після відкриття створювати вакуум. Далі винахід на прикладах пояснюється за допомогою креслень. На кресленнях показано: Фіг. 1 донний розливний стакан для розподільника, Фіг. 2 другий донний розливний стакан для розподільника, Фіг. 3 третій варіант донного розливного стакана для розподільника, Фіг. 4 донний розливний стакан для розливного ковша, Фіг. 5 наступний донний розливний стакан для розливного ковша, Фіг. 6 розташування донного розливного стакана на розподільнику, та Фіг. 7 розташування донного розливного стакана на розливному ковші. 3 UA 107409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Зображений на фіг. 1 донний розливний стакан має проточний канал 1 з декількома бічними отворами 2 розливного стакана. Стінка 3 проточного каналу 1 виготовлена в основному із суміші оксиду алюмінію та графіту. На її верхньому кінці розташована кріпильна манжета 4 для розміщення на золотниковому клапані, який являє собою основну частину повністю герметичної системи. Зовнішній контур стінки 3 на верхньому кінці оточений ізолюючим цементним ущільненням 5, нижче розташований ізолюючий матеріал 6, наприклад, керамічний папір або волокнистий мат із керамічних волокон. На цементному ущільненні 5 та ізолюючому матеріалі 6 розташований газонепроникний кожух 7. Цей кожух оточує весь донний розливний стакан до кріпильної манжети 4 і містить лише отвір 8 для введення інертного газу (аргону). Інертний газ може вводитися для продувки в щілину між газонепроникним кожухом 7 та ізолюючим матеріалом 6. Над отворами 2 розливного стакана розташований так званий шлаковий пояс із цирконієвого графіту. Отвори 2 розливного стакана закриті кожухом 7. На фіг. 2 зображений подібний донний розливний стакан. На своєму нижньому кінці він має кришку 10, наприклад, зі сталі, яка закриває отвори 2 розливного стакана. Щонайменше, над кришкою 10, щонайменше, зовнішня поверхня стінки 3 є газонепроникною і також утворює газонепроникну частину кожуха. На зовнішній поверхні кришки 10 розташований шар проміжного матеріалу 10', такий як, наприклад, шар паперу. Проміжний шар 10' може також покривати всю зовнішню поверхню донного розливного стакана. На фіг. 3 показано подібне розташування, як на фіг. 1, причому усередині стінки 3 з отвором 8 з'єднаний обігаючий шліц 27. Тим самим у стінку може водитись аргон, і може створюватись надлишковий тиск аргону. Донний розливний стакан для розливного ковша (фіг. 4) має принципово подібну конструкцію, але вона має проточний канал 1', який проходить прямо, і розташований по центру на нижньому кінці отвір 2' розливного стакана. Подібне розташування зображене на фіг. 5, причому отвір 2' розливного стакана закритий газонепроникною пробкою 28 і, щонайменше, зовнішня поверхня стінки 3 виготовлена газонепроникною. Пробка 28 може розплавлятися, згоряти або розчинятися під дією розплаву металу, що знаходиться в металургійному резервуарі, та звільняти отвір 2' розливного стакана. Пробка може бути виготовлена із металу, такого як сталь, високоякісна сталь або мідь. На фіг. 6 зображене розташування донного розливного стакана в якості нижнього стакана 11 на розподільнику 12. Розподільник 12 має багатошарову футеровку 13, яка захищає стінку 14 розподільника. У днищі розподільника 12 розташований стакан 15, у якому прокладені електроди 16, і при цьому зовнішня сторона 29 верхнього стакана 15 виготовлена газонепроникною. На верхньому кінці верхнього стакана 15, під дном розподільника 12 розташований золотниковий клапан 18, оточений газонепроникним кожухом 19 клапана, який на його верхньому кінці з'єднано із зовнішньою стороною 29 верхнього стакана 15, і на його нижньому кінці - з газонепроникним кожухом 7. У кожусі 19 клапана передбачений вхід 20 для інертного газу та сполучний елемент 21 для вакуумного насосу. На фіг. 7 показано розташування донного розливного стакана на розливному ковші 22, а також розташований нижче розподільник 12. Розподільник 12, разом з випускним каналом 23, містить у своєму внутрішньому просторі так звані відбійні пластини 24, які механічно заспокоюють розплав сталі, тобто запобігають великим завихренням. На отворі 25 розливного ковша (золотниковий клапан) розташований зображений на фіг. 4 донний розливний стакан. Впускний канал для інертного газу, а також сполучний елемент для підключення вакуумного насосу, для спрощення, на фіг. 7 не зображені. Для фахівця зрозуміло, що загальне механічне розташування описаних компонентів винаходу для переміщення розплаву металу із розливного ковша в розподільник, а звідти - у ливарну форму, та самі компоненти, які є дуже подібними, мають звичайну форму та призначення. Сам розливний ківш 22 має на своїй внутрішній стороні багатошарову футеровку 26. Перед початком процесу лиття, золотниковий клапан 25 закритий, у проточному каналі 1', фіг. 4 розливного ковша створюється вакуум для видалення кисню. Тим самим, також створюється вакуум у проточному каналі 1', у стінці донного розливного стакана, а також створюється понижений тиск (вакуум) між зовнішньою стінкою, що оточує проточний канал 1', та зовнішнім кожухом, а також у золотниковому клапані. При вході розплаву сталі в проточний канал 1', газонепроникний кожух 7 в області отвору 2' розливного стакана розплавляється, якщо він вступає в контакт із розплавом сталі, так що розплав сталі може текти в розташований нижче резервуар (розподільник 12). Понижений тиск у цьому прикладі відрегульований у діапазоні від 700 до 800 мбар, наступний надлишковий тиск установлено на максимальному рівні 1500 мбар. 4 UA 107409 C2 5 На виході розподільника 12 також розташований донний розливний стакан. У ньому спочатку створюється надлишковий тиск із тиском аргону, що становить максимально 1500 мбар. При вході розплаву сталі в проточний канал 1, газонепроникний кожух 7 плавиться в області отвору 2 розливного стакана, так що розплав сталі може текти в розташований нижче резервуар. Газ відкачують з донного розливного стакана, так що виникає вакуум. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1. Система розміщення донного розливного стакана для розміщення в днищі металургійного резервуара, яка включає донний розливний стакан, золотниковий клапан або затвор стопорного стрижня та інший верхній стакан, який оточений кожухом та розташований над золотниковим клапаном, при цьому донний розливний стакан має верхній кінець і нижній кінець, причому між обома кінцями розташований проточний канал (1) щонайменше з одним, розташованим на нижньому кінці нижнім отвором (2) розливного стакана, причому стінка (3) проточного каналу (1), що вказує радіально назовні, оточена газонепроникним кожухом (7), яка відрізняється тим, що кожух (7) газонепроникно так оточує нижній кінець щонайменше з одним отвором (2) розливного стакана, що в повному обсязі всередині кожуха (7) створюється надлишковий тиск або понижений тиск. 2. Система розміщення донного розливного стакана за п. 1, яка відрізняється тим, що кожух (7) має декілька газонепроникно з'єднаних між собою частин кожуха. 3. Система розміщення донного розливного стакана за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що кожух (7) виготовлений із металу. 4. Система розміщення донного розливного стакана за п. 2, яка відрізняється тим, що кожух (7) має виготовлену зі сталі нижню частину кожуха, яка газонепроникно оточує щонайменше нижній кінець щонайменше з одним отвором (2) розливного стакана, і що над ним розташована виготовлена у вигляді невід'ємної складової частини стінки газонепроникна частина кожуха. 5. Система розміщення донного розливного стакана за одним з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що в стінці проточного каналу (1) розташований обігрів. 6. Система розміщення донного розливного стакана за одним з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що зовнішня поверхня стінки на верхньому кінці, під газонепроникним кожухом (7) оточена ізолюючим цементним ущільненням (5). 7. Система розміщення донного розливного стакана за одним із пп. 1-6, яка відрізняється тим, що зовнішній контур стінки на нижньому кінці, під газонепроникним кожухом оточений ізолюючим матеріалом. 8. Система розміщення донного розливного стакана за п. 6 або 7, яка відрізняється тим, що ізолюючий матеріал є розташований безпосередньо під цементним ущільненням (5). 9. Система розміщення донного розливного стакана за одним із пп. 1-8, яка відрізняється тим, що під газонепроникним кожухом (7) у поздовжньому напрямку стакана розташовані газові канали (27). 10. Спосіб застосування донного розливного стакана за п. 1, який відрізняється тим, що перед відкриттям золотникового клапана або затвора стопорного стрижня в донному розливному стакані або створюють вакуум, або здійснюють продувку інертним газом з наступним створенням надлишку інертного газу або надлишкового тиску інертного газу та, що після цього відкривають золотниковий клапан або затвор стопорного стержня. 11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що після відкриття золотникового клапана або затвора стопорного стрижня або: а) створюють надлишковий тиск інертного газу, якщо перед відкриттям був присутній понижений тиск, або б) створюють понижений тиск, якщо перед відкриттям був присутній надлишковий тиск. 12. Спосіб за п. 10 або п. 11, який відрізняється тим, що понижений тиск знаходиться в діапазоні від 1 до 1013 мбар та надлишковий тиск знаходиться вище значення атмосферного тиску. 5 UA 107409 C2 6 UA 107409 C2 7 UA 107409 C2 8 UA 107409 C2 9 UA 107409 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10