Заглибний розливальний стакан

Реферат: Розливальна труба для лиття розплавленого металу є пристосованою для зменшення турбулентності та пошкоджень виливниці, таким чином, забезпечуючи більш стійкий, рівномірний потік. Розливальна труба включає канал, який має корпус у сполученні зі збільшеною випускною частиною. Вихідні отвори у сполученні з випускною частиною мають зміщену конструкцію, згідно з якою принаймні одна стінка вихідного отвору є дотичною колу, яке має більший радіус, порівняно з корпусом каналу. UA 108232 C2 (12) UA 108232 C2 UA 108232 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Галузь винаходу Даний винахід в цілому належить до вогнетривкого виробу, більш конкретно - вогнетривкої розливальної труби для застосування при переміщенні розплавленого металу під час операції безперервного лиття. Рівень техніки При безперервному литті металу, зокрема, сталі, потік розплавленого металу зазвичай переноситься через вогнетривку розливальну трубу з першого металургійного резервуара у другий металургійний резервуар або виливницю. Такі труби зазвичай називаються стаканами або насадками і мають канал, пристосований для переміщення розплавленого металу. Розливальні труби включають заглибні розливальні стакани (SEN) або заглибні розливальні насадки (SES), які випускають розплавлений метал на рівні нижче поверхні рідини приймального резервуара або виливниці. Рідкий метал випускається з випускного кінця каналу через один або кілька випускних отворів. Одна важлива функція розливальної труби полягає у рівному й стійкому випусканні розплавленого металу без переривання або призупинення. Рівне, стійке випускання полегшує обробку й може поліпшити якість готового продукту. Друга важлива функція розливальної труби полягає у встановленні належних динамічних умов у рідкому металі у приймальному резервуарі або виливниці з метою полегшення подальшої обробки. Створення належних динамічних умов може вимагати, щоб розливальна труба мала певну кількість вихідних отворів, розташованих таким чином, щоб змушувати потік розплавленого металу повертати в одному або кількох напрямках при випусканні з труби. З багатьох причин може бути бажаним викликання вихрового потоку у межах виливниці, в яку випускають розплавлений метал. Завихрення потоку збільшує час перебування рідини всередині виливниці для збільшення спливання включень. Завихрення потоку також забезпечує гомогенізацію температури й зменшує ріст дендритів уздовж фронту кристалізації сталі. Завихрення потоку також зменшує змішування сортів сталі, коли різні сорти сталі послідовно течуть через розливальну трубу без зупинки. Випробувалися різні технології з метою забезпечення завихрення потоку. Пристрої для електромагнітного перемішування можуть бути розташовані під розливальним стаканом. Існують конструкції розливальних стаканів, які можуть обертатися при застосуванні. Розливальні стакани також мають конструкцію з криволінійними вихідними отворами, дотичними до каналу труби. В існуючому рівні техніки спостерігаються різні недоліки. Пристрої для електромагнітного перемішування мають обмежений термін служби у несприятливому середовищі, обертання розливального стакана дозволяє кисневі входити у контакт з потоком розплавленого металу, і криволінійні вихідні отвори не можуть успішно викликати вихровий потік в усіх конфігураціях виливниць. У документі DE1802884 розкривається обертальна підвідна труба для лиття сортової сталі. Однак пристрій не має розподільного отвору з більшим радіусом відносно горизонтальної осі, ніж радіус каналу труби. Документ FR2156373 розкриває способи та обладнання для відцентрового лиття розплавленого металу. Однак це обладнання не має розподільного отвору з більшим радіусом відносно горизонтальної осі, ніж радіус каналу. Документ FR2521886 розкриває спосіб та пристрій для забезпечення вихрового потоку у кристалізатор розплавленого металу безперервного лиття. Однак цей пристрій не має розподільного отвору з більшим радіусом відносно горизонтальної осі, ніж радіус каналу. Документ GB2198376 розкриває заглибну трубу для безперервного лиття. Однак труба не має розподільного отвору з більшим радіусом відносно горизонтальної осі, ніж радіус каналу. Документ JP6227026 розкриває заглибний стакан для пристрою безперервного лиття. Однак стакан не має розподільного отвору з більшим радіусом відносно горизонтальної осі, ніж радіус каналу. Документ RU2236326 розкриває спосіб безперервного лиття сталі з проміжного ковша у виливницю та заглибний стакан для здійснення способу. Однак стакан не має розподільного отвору з більшим радіусом відносно горизонтальної осі, ніж радіус каналу. Документ SU1565573 розкриває пристрій для перемішування розплавленого металу при безперервному литті. Однак пристрій не має розподільного отвору з більшим радіусом відносно горизонтальної осі, ніж радіус каналу. І досі існує потреба у вогнетривкій розливальній трубі, яка б створювала вихровий потік у виливницях різних конфігурацій без застосування додаткових електромеханічних пристроїв. В 1 UA 108232 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ідеалі така труба також мала б поліпшити потік розплавленого металу у кристалізатор і поліпшити властивості відлитого металу. Короткий опис винаходу Даний винахід стосується розливальної труби для застосування у литті розплавленого металу. Розливальна труба включає принаймні два вихідні отвори і відносно існуючого рівня техніки забезпечує більш ефективний вихровий потік всередині виливниць, у які тече розплавлений матеріал з розливальної труби. Завихрення потоку збільшує час перебування рідини всередині виливниці для забезпечення кращого спливання включень, зменшує ріст дендритів, які утворюються уздовж фронту кристалізації сталі, і дозволяє значною мірою зменшувати змішування різних сортів сталі, коли різні сорти сталі послідовно течуть через розливальну трубу без зупинки. Певні конфігурації вихрового потоку також можуть зменшувати конкуруючі поверхневі потоки, які викликають високий рівень турбулентності. Створення вихрового потоку згідно з даним винаходом забезпечує заміну застосуванню електромагнітного перемішування вмісту виливниці для забезпечення термічної гомогенності та оптимальне розплавлення порошку у виливниці. Ці переваги забезпечують поліпшений готовий продукт. У широкому аспекті пристрій включає розливальну трубу, яка має збільшений розподільний отвір у прямому гідравлічному сполученні з вихідними отворами. Вихідні отвори розташовуються навколо розподільного отвору під певними кутами, у певних конфігураціях і з певними відносними розмірами для утворення вихрового потоку. В одному аспекті винахід включає вихідні отвори, які включають внутрішню стінку у сполученні з розподільним отвором і зовнішньою поверхнею розливальної труби та зовнішню стінку у сполученні з розподільним отвором і зовнішньою поверхнею розливальної труби. Зовнішня стінка та внутрішня стінка можуть бути повністю вертикальними, можуть включати вертикальні частини або можуть бути сконфігуровані під меншим кутом до вертикалі, ніж інші поверхні вихідних отворів. Зовнішня стінка має більшу довжину у горизонтальній площині порівняно з внутрішньою стінкою. Зовнішні стінки вихідних отворів або горизонтальні проекції зовнішніх стінок вихідних отворів не перетинають канал або не перетинають вертикальну проекцію каналу. У деяких варіантах втілення зовнішні стінки вихідних отворів є дотичними до кола, яке є концентричним з каналом і має більший радіус, ніж радіус каналу, або є дотичними до розподільного отвору. У деяких варіантах втілення вихідні отвори є вільними ззовні; немає жодної частини виробу згідно з винаходом, яка б розташовувалася ззовні від вихідного отвору, і яка б перетиналася орієнтованою назовні проекцією поперечного розрізу вихідного отвору. Деякі варіанти втілення винаходу характеризуються відсутністю нижнього отвору, який сполучає розподільний отвір та нижню поверхню розливальної труби. Деякі варіанти втілення винаходу характеризуються отворами, через які може проходити пряма лінія від розподільного отвору до зовнішньої стінки розливальної труби. Деякі варіанти втілення винаходу характеризуються відсутністю обертального компонента. В одному варіанті втілення винаходу вихідні отвори розташовуються з рівномірними інтервалами під кутом повороту тета по периферії розподільного отвору, і вихідні отвори мають 2 ширину отвору принаймні 2rрd sin(тета/2) , де гра є радіусом розподільного отвору, і тета є кутом повороту по периферії розподільного отвору, який займає отвір, вираженим у радіанах. В іншому варіанті втілення винаходу вихідні отвори є сконфігурованими таким чином, що 4  rb>nrpd(тета)>1,3  rb, де rb є радіусом каналу, n є кількістю вихідних отворів, r pd є радіусом розподільного отвору, і тета є кутом повороту по периферії розподільного отвору, який займає отвір, вираженим у радіанах. В іншому варіанті втілення винаходу вихідні отвори мають ненульовий кут розтрубу у горизонтальній площині, який дорівнює або є меншим за тета/2. В іншому варіанті втілення винаходу вихідні отвори є сконфігурованими таким чином, що 2 2 3rb >hna> 0,5 rb , де rb є радіусом каналу, h є висотою вихідного отвору, n є кількістю вихідних отворів, і а є шириною входу отвору. В абсолютних величинах у варіанті втілення винаходу застосовуються вихідні отвори, які мають висоту вихідного отвору, що дорівнює або є більшою за 8 мм, для полегшення виготовлення розливальної труби згідно з винаходом і для сприяння рідкоплинності рідкого металу. У ще одному варіанті втілення винаходу вихідні отвори є сконфігурованими таким чином, що максимальний кут тета по периферії розподільного отвору, який займає вихідний отвір, є arccos (rpd/rex), і таким чином, що аrb де rрd є радіальною протяжністю розподільного отвору, і rb є радіальною протяжністю каналу. 3) Ширина входу отвору для виробництва або лиття рідких металів дорівнює або є більшою за 8 мм. Кут повороту по периферії розподільного отвору, який займає отвір, виражений у радіанах, відповідає математичному співвідношенню тета≥2 asin(√(8/(2rpd))), де rpd є радіусом розподільного отвору, вираженим у міліметрах, і тета є кутом повороту по периферії розподільного отвору, який займає отвір, вираженим у радіанах. 4) Довжина дуги від місця перетину внутрішня стінка отвору - розподільний отвір до місця перетину зовнішня стінка отвору - розподільний отвір для даного отвору є еквівалентною значенню rpd, помноженому на тета, і відповідає залежності 4  rb>n rрd(тета)>1,3  rb 6 UA 108232 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 де rb є радіусом каналу, n є кількістю вихідних отворів, r pd є радіусом розподільного отвору, і тета є кутом повороту по периферії розподільного отвору, який займає отвір, вираженим у радіанах. 5) Кут розтрубу гамма між внутрішньою стінкою отвору та зовнішньою стінкою отвору відповідає залежності  /2>гамма>0, де гамма виражається у радіанах. 6) Висота отвору виражається співвідношенням 2 2 3rb >hna> 0,5 rb , де rb є радіусом каналу, h є висотою вихідного отвору, n є кількістю вихідних отворів, і а є шириною входу отвору. В абсолютних величинах у варіанті втілення винаходу застосовуються вихідні отвори, які мають висоту вихідного отвору, що дорівнює або є більшою за 8 мм, для полегшення виготовлення розливальної труби згідно з винаходом і для сприяння рідкоплинності рідкого металу. 7) Якщо немає прямої лінії, у горизонтальній площині, яка проходить від вертикальної осі розподільного отвору і через вихідний отвір до зовнішньої частини розливальної труби, кут тета по периферії розподільного отвору, який займає вихідний отвір, виражається співвідношенням тета 1,3  (20) 144 градусів > (тета) > 46,8 градуса В іншому типовому прикладі варіанта втілення винаходу розливальна труба має чотири отвори (n=4). Радіус rb каналу становить 20 мм, і радіус rpd розподільного отвору становить 40 мм. Мінімальний кут для тета визначають за формулою тета = 2 asin(√(8/(2rpd))) = 2 asin(√(8/(240))) = 36,87 градуса Для чотирьох отворів діапазон прийнятних значень довжини дуги від місця перетину внутрішня стінка отвору - розподільний отвір до місця перетину зовнішня стінка отвору розподільний отвір для даного отвору визначають за співвідношенням 4  (20) > 4(40) (тета) > 1,3  (20) 90 градусів > (тета) > 26,7 градуса У деяких варіантах втілення винаходу радіальна протяжність розподільного отвору та радіальна протяжність каналу відрізняються на 2,5 мм, більше, ніж на 2,5 мм, 5 мм або більше, ніж на 5 мм. У деяких варіантах втілення винаходу радіальна протяжність розподільного отвору є на 25 % більшою або принаймні на 25 % більшою за радіальну протяжність каналу. Кількість вихідних отворів, збільшена радіальна протяжність розподільного отвору, зміщена конфігурація зовнішньої стінки вихідного отвору, ширина входу отвору, довжина дуги від місця перетину внутрішня стінка отвору - розподільний отвір до місця перетину зовнішня стінка отвору - розподільний отвір для даного отвору, кут розтрубу стінок отвору, висота отвору та відсутність прямої лінії у горизонтальній площині, яка проходить від вертикальної осі розподільного отвору і через вихідний отвір до зовнішньої частини розливальної труби, створюють, окремо або у комбінації, завихрення рідини навколо осі вихідного отвору, коли вона тече назовні через вихідний отвір. Геометрична форма отвору забезпечує, на відміну від конструкцій існуючого 7 UA 108232 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рівня техніки, зменшення імпульсу струменя рідини, що проходить через вихідні отвори. Отже, якщо розливальна труба згідно з даним винаходом є поміщеною у виливницю, потужність струменів, які входять у контакт зі стінкою виливниці, зменшується. Це зменшення потужності струменів спостерігається у прямокутних виливницях, а також у круглих виливницях. Крім того, розливальна труба згідно з даним винаходом забезпечує менше співвідношення швидкості на вихідному отворі до швидкості на впуску порівняно зі співвідношенням для розливальних труб існуючого рівня техніки. У круглих та прямокутних виливницях, розливальна труба з чотирма отворами згідно з даним винаходом може забезпечувати співвідношення середньої швидкості на отворі до швидкості на впуску 1,04, 1,03, 1,00 або менше. У круглих та прямокутних виливницях розливальна труба з шістьма отворами згідно з даним винаходом може забезпечувати співвідношення середньої швидкості на отворі до швидкості на впуску 0,73 або менше. Розливальні труби згідно з даним винаходом створюють криволінійні шляхи потоку як всередині, так і за межами вихідного отвору. Розливальні труби згідно з даним винаходом з чотирма отворами та шістьма отворами забезпечують швидкість завихрення яка є постійною й рівномірно розподіленою. Існує можливість численних модифікацій та варіантів даного винаходу. Таким чином, слід розуміти, що у межах обсягу представленої нижче формули винаходу винахід може бути практично втілений іншим чином, ніж описано. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Розливальна труба для застосування у литті потоку розплавленого металу з впускної позиції у випускну позицію, причому розливальна труба має центральну подовжню вісь розливальної труби і включає внутрішню поверхню, яка обмежує канал та розподільний отвір у гідравлічному сполученні, та зовнішню поверхню, яка має принаймні два вихідні отвори, де кожний отвір має лінійну центральну подовжню вісь, причому вихідні отвори перебувають у гідравлічному сполученні з розподільним отвором, де розподільний отвір розташований на випуску каналу, і цей розподільний отвір має більший радіус відносно подовжньої осі розливальної осі порівняно з каналом, та де центральні подовжні осі вихідних отворів не перетинаються з подовжньою віссю розливальної труби. 2. Розливальна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що радіус розподільного отвору менше ніж удвічі перевищує радіус каналу. 3. Розливальна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що вихідні отвори включають внутрішню стінку та зовнішню стінку, кожна з яких перебуває у сполученні з розподільним отвором та зовнішньою поверхнею, причому зовнішня стінка має більшу довжину, ніж внутрішня стінка. 4. Розливальна труба за п. 3, яка відрізняється тим, що горизонтальні проекції зовнішніх стінок вихідних отворів не перетинають канал. 5. Розливальна труба за п. 3, яка відрізняється тим, що горизонтальні проекції зовнішніх стінок вихідних отворів не перетинають вертикальну проекцію каналу. 6. Розливальна труба за п. 3, яка відрізняється тим, що зовнішні стінки вихідних отворів є дотичними до кола, яке є концентричним з каналом і має більший радіус, ніж радіус каналу. 7. Розливальна труба за п. 3, яка відрізняється тим, що зовнішні стінки вихідних отворів є дотичними до розподільного отвору. 8. Розливальна труба за п. 3, яка відрізняється тим, що вихідні отвори розташовуються з рівномірними інтервалами під кутом повороту тета по периферії розподільного отвору, і вихідні отвори мають ширину отвору принаймні 2 2rpd sin(тета/2) , причому rpd є радіусом розподільного отвору, і тета є кутом повороту по периферії розподільного отвору, який займає отвір, вираженим у радіанах. 9. Розливальна труба за п. 3, яка відрізняється тим, що вихідні отвори є сконфігурованими таким чином, що 4πrb>nrpd(тета)>1,3πrb, причому rb є радіусом каналу, n є кількістю вихідних отворів, rpd є радіусом розподільного отвору, і тета є кутом повороту по периферії розподільного отвору, який займає отвір, вираженим у радіанах. 8 UA 108232 C2 5 10 15 20 10. Розливальна труба за п. 3, яка відрізняється тим, що вихідні отвори мають ненульовий кут розтрубу у горизонтальній площині, який дорівнює або є меншим за тета/2, причому тета є кутом повороту по периферії розподільного отвору, який займає отвір, вираженим у радіанах. 11. Розливальна труба за п. 3, яка відрізняється тим, що вихідні отвори є сконфігурованими таким чином, що 2 2 3πrb >hna>0,5πrb , причому rb є радіусом каналу, h є висотою вихідного отвору, n є кількістю вихідних отворів, і а є шириною входу отвору. 12. Розливальна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішня поверхня має чотири отвори. 13. Розливальна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішня поверхня має шість отворів. 14. Розливальна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішня поверхня має п'ять отворів. 15. Розливальна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що принаймні один отвір навколо периферії розливальної труби має вісь, спрямовану над горизонтальною площиною. 16. Розливальна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що принаймні один отвір навколо периферії розливальної труби має вісь, спрямовану під горизонтальною площиною. 17. Розливальна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що принаймні один отвір навколо периферії розливальної труби має вісь, спрямовану під горизонтальною площиною, і принаймні один отвір навколо периферії розливальної труби має вісь, спрямовану над горизонтальною площиною. 18. Розливальна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що розподільний отвір має більший радіус відносно подовжньої осі, ніж радіус каналу по всій його довжині. 9 UA 108232 C2 10 UA 108232 C2 11 UA 108232 C2 12 UA 108232 C2 13 UA 108232 C2 14 UA 108232 C2 Комп’ютерна верстка М. Шамоніна 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 15