Пристрій для подання рідкого металу

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к непрерывной разливке стали и может быть использовано для разливки металла в изложницы. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для подачи жидкого металла, содержащего шиберный затвор и закрепленный на его нижней плите огнеупорный стакан с пористой вставкой, при этом в верхней части стакана выполнены каналы, через которые в струю металла вдувают аргон [1]. Использование известного устройства при разливке стали в изложницы показало, что подаваемый для продувки металла аргон не внедряется в струю, a располагается вдоль стенок канала стакана, предотвращая его от налипання шлаковых частиц, однако в процессе разливки струя металла подвергается вторичному окислению и, попадая о изложницу, заполненную атмосферным воздухом, кристаллизуется в условиях окислительной атмосферы, что приводит к образованию плены, рванин и трещин на слитках и готовом прокате и является следствием ухудшения качества литых заготовок. Исследованиями установлено, что для повышения качества литых заготовок необходимо обеспечить эффективное перемещение металла не только внутри сталеразливочного стакана, но и в изложнице или кристаллизаторе. В случае разливки в изложницы подаваемый для продувки инертный газ опадает вместе с металлом в изложницу. В процессе наполнения изложницы металлом происходит выделение из него инертною газа в виде пузырей, что позволяет очищать металл от неметаллических включений и вредных газов, получить слиток с более равномерной структурой. Кроме этого, процесс кристаллизации металла в изложнице осуществляется в условиях нейтральной или восстановительной атмосферы. В основу изобретения поставлена задача создания устройства для подачи жидкого металла, в котором за счет конструктивных изменений устройства сталеразливочного стакана обеспечивается проникновение инертного газа в струю металла в процессе разливки, и за счет этого обеспечивается интенсивное перемешивание металла, удаление из него неметаллических включений и вредных газов, что соответственно приводит к повышению качества литых заготовок, Поставленная задача решается тем, что в устройство для подачи жидкого металла, содержащее шиберный затвор и закрепленный на его нижней плите огнеупорный стакан с пористой вставкой, в верхней части которого выполнены каналы для подачи газа, согласно изобретению, вводится вставка, выполненная с наружной конической поверхностью с сужением к выходу из стакана при соотношении внутреннего диаметра вставки и нижней плиты равном 0,3-0,98, каналы для подачи газа в стакан выполнены равномерно по его периметру, а в нижней плите выполнены кольцевая проточка для распределения газа по каналам стакана, при этом продольные оси каналов для подачи газа в стакан расположены на расстоянии от нижнего торца нижней плит равном 0,120,30 длины пористой вставки. На наружной и внутренней поверхностях стакана выполнены кольцевые проточки. Интенсивное перемешивание металла в пределах канала пористой вставки сталеразливочного стакана, а затем и в изложнице или кристаллизаторе МНЛЗ осуществляется благодаря совокупному действию следующих конструктивных признаков. 1. Пористая вставка выполнена с наружной конической поверхностью с сужением к выходу из стакана для точного и жесткого фиксирования верхней части вставки относительно продольных осей каналов огнеупорного стакана для подачи газа. Точное фиксирование верхней части пористой вставки относительно продольных осей каналов. выполненных в огнеупорном стакане необходимо производить, поскольку в этом районе возникает кавитация, вихреобразование струи из-за изменения ее поперечного сечения. Именно в этот район необходимо подавать инертный газ через каналы огнеупорного стакана. Инертный газ увлекается струёй металла, проникает в струю, перемешивается в огнеупорном стакане, а затем попадает в изложницу или кристаллизатор. По мере наполнения изложницы металлом пузыри инертного газа стремятся выйти из металла, что обеспечивает перемешивание струи стали, удаление неметаллических включений и вредных газов. Одновременно всплывающие из металла пузыри инертного газа, например аргона, вытесняют из полости изложницы атмосферный кислород, что предотвращает вторичное окисление стали. Это обеспечивает снижение образования плен, трещин и рванин на поверхности и внутри слитков и готовом прокате. 2. Диапазон соотношения внутреннего диаметра пористой вставки и огнеупорной плиты, в районе которого происходит обработка струи металла инертным газом, в пределах 0,3-0,93, обусловлен гидравлическими условиями истечения жидкого металла в полость, заполненную тем же жидким металлом при избыточном давлении. При соотношении внутренних диаметров менее 0,3 не происходит интенсивного перемешивания металла аргоном, который не увлекается в центр струи, и, по-видимому, не попадает в изложницу. Наблюдение за состоянием уровня металла в изложнице показало, что на его поверхности отсутствует выделение газовых пузырей. Анализ проб, отобранных из изложницы, показал, что содержание кислорода в пространстве над уровнем металла не снижается. В то же время, увеличение соотношения диаметров более 0,98 приводит к значительному снижению скорости разливки, что приводит к уменьшению производительности разливочного пролета, 3. Диапазон расположения продольных осей каналов стакана на расстоянии от нижнего торца нижней стальной плиты шиберного затвора в пределах 0,12-0,30 длины пористой вставки объясняется расчетными размерами полости внутри вставки, в которой возникает кавитация, вихреобразные струи, и в которую следует подавать инертный газ. При уменьшении указанного предела менее 0,12 эффективность перемешивания снижается, т.к. поток инертного газа направлен в верхнюю часть полости вихреобразования, кавитации. При і увеличении данного предела более 0,30 эффект 'перемешивания также уменьшается из-за того, что поток инертного газа направлен в нижнюю часть полости вихреобразования. Наблюдения за состоянием поверхности зеркала металла в изложнице в процессе повышения его уровня показало, что продувка аргоном в предлагаемых пределах обеспечивает "кипение" металла в изложнице с вытекающими отсюда последствиями для улучшения качества металла, описанного выше. 4. В нижней стальной плите шиберного затвора выполнена кольцевая проточка для распределения газа по каналам огнеупорного стакана. Выполнение кольцевой проточки в нижней стальной плите шиберного затвора обеспечивает распределение инертного газа одновременно в любое количество каналов. выполненных в огнеупорном стакане. При этом каналы огнеупорного стакана должны быть расположены равномерно по периметру. Это связано с тем, что направляемый через кольцевую проточку инертный газ, пройдя через каналы огнеупорного стакана, должен равномерно по периметру струи внедряться в металл, перемешивая его. В противном случае возможен выход инертного газа в каком-нибудь одном месте периметра, что приведет к нарушению движения потока струи, ее перекрытию и нарушению стабильности процесса разливки. 5. На наружной и внутренней поверхностях огнеупорного стакана выполнены кольцевые проточки. Наличие кольцевых проточек позволяет более равномерно распределять поток и давление инертного газа по всему периметру огнеупорного стакана, что, в свою очередь, обеспечивает равномерное распределение и подачу инертного газа по каналам огнеупорного стакана. При этом кольцевая проточка на наружной поверхности огнеупорного стакана при состыковке с кольцевой проточкой, выполненной в нижней подвижной стальной плите шиберного затвора образуют как бы кольцевую распределительную камеру, что улучшает распределение и подачу инертного газа в район вихреобразования, кавитации струи и способствует лучшему внедрению газа в струю и перемешиванию металла. Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид устройства для подачи жидкого металла. Устройство для подачи жидкого металла состоит из неподвижной 1 и нижней подвижной 2 огнеупорных плит, имеющих определенный диаметр отверстий, огнеупорного стакана 3. установленного в нижнюю подвижную стальную плиту 4, на внутренней поверхности которой выполнена кольцевая проточка 5, кольцевой проточки 6, выполненной на наружной поверхности огнеупорного стакана, в верхней части которого на расстоянии от нижнего торца нижней огнеупорной плиты равном 0,12 0,30 длины пористой вставки расположены продольные оси каналов 7, выполненных равномерно по периметру огнеупорного стакана. В центральной части этого огнеупорного стакана выполнено отверстие для установки в него пористой вставки 8, выполненной с наружной конической поверхностью и с сужением к выходу из стакана при соотношении внутреннего диаметра отверстий вставки и нижней подвижной огнеупорной плиты, равном 0,3-0,98. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы необходимо собрать устройство в один технологический узел - шиберный затвор. С этой целью в шиберную мастерскую на сборочную площадку подают следующие изделия. 1. Нижнюю подвижную стальную плиту 4 шиберного затвора, на внутренней поверхности которой выполнена кольцевая проточка 5 глубиной 5 мм и шириной 14 мм. 2. Огнеупорный стакан 3, в центральной части которого выполнено коническое отверстие для установки в него пористой вставки 8. В верхней части этого стакана равномерно по периметру выполнены 4-е продольных канала с диаметром отверстий, равных по 7 мм каждый. На внутренней и наружной поверхностях у казанного стакана на участке расположения продольных каналов по периметру выполнены кольцевые проточки 6 глубиной 3 мм и шириной 14 мм. 3. Пористую вставку 8, выполненную с наружной конической поверхностью с сужением к выходу из огнеупорного стакана 3. Высота пористой вставки составляет 70 мм. Внутренний диаметр отверстия этой вставки 40 мм. Пористую вставку 8 на огнеупорной массе в направлении ее сужения к выходу из стакана плотно вставляют в центральную часть огнеупорного стакана 3. Затем огнеупорный стакан 3 со вставленной в него пористой вставкой 8 устанавливают на огнеупорной массе в нижнюю подвижную стальную плиту 4 таким образом, чтобы кольцевая проточка 6, выполненная на наружной поверхности огнеупорного стакана, сочленилась с кольцевой проточкой 5. выполненной на внутренней поверхности нижней подвижной стальной плиты. В результате образуется кольцевая распределительная камера для подачи инертного газа через каналы огнеупорного стакана и пористую вставку, а через нее в струю металла. Затем с использованием огнеупорной массы в нижнюю подвижную стальную плиту 4 запрессовывается нижняя подвижная огнеупорная плита 2, которая образует с верхней частью огнеупорного стакана 3 "замковое соединение". Внутренний диаметр отверстия нижней подвижной огнеупорной плиты составляет 60мм. Соотношение внутренних диаметров вставки и нижней огнеупорной плиты составляет; X1=40 мм; 60 мм=0,66. Как отмечалось, продольные оси каналов 7 для подачи инертного газа в огнеупорный стакан расположены на расстоянии. 14 мм от нижнего торца нижней огнеупорной плиты, что составляет 0,2 длины пористой вставки, равной 70 мм. Х2=14мм: 70 мм=0,2. Запрессованную в верхнюю стальную плиту верхнюю неподвижную огнеупорную , плиту 1 устанавливают на нижнюю подвижную огнеупорную плиту 2, притирают их и соединяют друг с другом при помощи клиньев. Затем собранный шмберный затвор просушивают в методической печи при температуре 400°С в течение 2,0-2,5 часов, и закрепляют манипулятором на днище сталеразливочного ковша. Ковш с жидкой сталью подают на разливочную площадку и устанавливают над изложницами или кристаллизаторами МНЛЗ. Кольцевую проточку 5 на нижней стальной плите шиберного затвора соединяют при помощи трубопровода с аргонопроводом, расположенным на рабочей площадке разливочного пролета. После центрирования и установки огнеупорного стакана 3 по центру изложницы или кристаллизатора открывают шиберный затвор, и струя жидкой стали, вытекая из сталеразливочного ковша, через отверстие неподвижной огнеупорной плиты 1 попадает в отверстие нижней подвижной огнеупорной плиты 2 диаметром 60 мм. Далее при входе струи металла в отверстие пористой вставки, диаметр которого составляет 40 мл, происходит изменение поперечного сечения струи, что вызывает возникновение вихреобразования. кавитации струи в верхней части пористой вставки. Затем струя металла попадает в изложницу или кристаллизатор МНЛЗ. После попадания первых порций металла в изложницу или кристаллизатор, открывают вентиль, соединяющий аргонопровод с трубопроводом, подсоединенным к кольцевой проточке 5. Поток инертного газа аргона с расходом 80-100 м/час при давлении 0,5 МПа направляется в кольцевую распределительную камеру, образованную кольцевыми проточками 5 и 6. В этой камере происходит равномерное распределение , потока аргона и его давления по всему периметру огнеупорного стакана 3. Затем аргон равномерно распределяется по четырем каналам 7 огнеупорного стакана и выходит в кольцевую проточку, выполненную на внутренней поверхности огнеупорного стакана. Распределяясь по периметру этой кольцевой проточки, аргон через поры простой вставки попадает в район вихреобразования, кавитации струи металла. Поскольку подача аргона производится в район вихреобразования потока струи металла, то аргон увлекается этими вихрями вовнутрь струи перемешивается с металлом в огнеупорном стакане, а затем попадает в изложницу или кристаллизатор. По мере наполнения металлом кристаллизатора или изложницы, аргон в виде пузырей стремится выйти из металла, что обеспечивает эффективное перемешивание стали, удаление вредных примесей и газов. При такой организации разливки выделяющиеся пузырьки аргона вытесняют атмосферный воздух во время наполнения полости изложницы или кристаллизатора металлом, о чем свидетельствует уменьшение содержания кислорода на 20-30% в пробах газа, отобранного внутри изложницы во время ее наполнения жидким металлом. Для оценки эффективности работы предлагаемого устройства были проведены плавки с использованием наиболее оптимального соотношения отверстий пористой вставки и огнеупорной плиты шиберного затвора, указанного в примере. Исследовали структуру заготовок, газонасыщенность и степень загрязненности стали неметаллическими включениями опытного и сравнительного металла. Установлено, что применение предлагаемого устройства позволило по сравнению с устройством-прототипом в 2-3 раза снизить загрязненность заготовок групповыми включениями оксидов, располагающихся вблизи поверхности заготовок (на расстоянии 25-30 мм). Уменьшение образования грубых неметаллических включений около поверхности заготовок привело к улучшению качества поверхности слитков и заготовок, что обеспечивает снижение в 1,5 раза отбраковки по трещинам и в 2 раза - по пленам и рванинам.