Пристрій для подачі рідкого металу в кільцевий прозір кристалізатора

1 Пристрій для подачі рідкого металу в кільцевий прозір кристалізатора з шлаковою обертовою ванною, що включає приймальну чашу, жолоб і розливальний стакан, який відрізняється тим, що внутрішня поверхня розливального стакана в поперечному перерізі має вигляд "сочевиці", утвореної двома пересічними ідентичними дугами Винахід відноситься до галузі ливарного виробництва, а саме - до пристроїв для подачі розплавів металу і може бути використаний при виробництві композитних прокатних валків із застосуванням електрошлакового наплавлювання Відомий пристрій для підведення металу в кристалізатор, що містить проміжний ківш, розливальний стакан, а також направляючий виступ (див а с СРСР № 528607) Цей пристрій забезпечує рівномірну подачу рідкого металу під кутом до шару шлаку Однак даний пристрій, в основному, призначено тільки для використання при виробництві злитків Найбільш близьким по сукупності суттєвих ознак є інший відомий пристрій для подачі рідкого металу в кільцевий прозір кристалізатора при електрошлаковому наплавленню прокатних валків (див , наприклад, журнал "Автоматическая сварка", вересень 1999м, видавець інститут електрошлакового зварювання їм Е О Патона, стор 53 54) Відоме і пристрій, що заявляється, мають наступні подібні ознаки приймальну чашу, у яку рідкий метал подається порціями з проміжного розливального пристрою, жолоб і розливальний стакан, через який метал витікає в кільцевий про окружності з співвідношень забезпеченням наступних h = 3 41, де L і І - довжина ВІДПОВІДНО відрізка з кінцями в точках перетинання дуг і найбільшого відрізка, перпендикулярного йому, з кінцями на цих дугах, h - висота розливального стакана 2 Пристрій для подачі рідкого металу за п 1, який відрізняється тим, що розливальний стакан встановлено похило за умови утворення гострого кута між його геометричною віссю і віссю кристалізатора, при витіканні струменя металу убік обертання шлакової ванни зір кристалізатора До недоліків прототипу можна віднести наступні - істотне окислювання металу, подаваного в кільцевий прозір кристалізатора через різке збільшення поверхневої площі потоку при розпаданні струменя рідкого металу на частині, обумовленого неоптимальною конструкцією розливального стакана, що приводить до погіршення якості наплавленого шару, - улучення крапель металу на кристалізатор або на наплавляєму заготівку в результаті зміни форми струменя при наближенні до шару шлаку, що представляє собою в поперечному перерізі витягнутий еліпс, неорієнтований щодо щілини кристалізатора, що приводить до неоднорідності наплавленого шару, - "заростання" вихідного отвору розливального стакана, унаслідок циклічної подачі порцій металу в пристрій, що при тривалому процесі веде до змивання застиглих на розливальному стакані металоутворень і попадання їх у наплавлювальний шар, що також приводить до неоднорідності наплавленого шару, - більш глибоке проплавлення поверхні валка з боку подачі металу, обумовлене збільшенням у цій зоні сили струму, що відбуває через зменшен 00 со 49318 ня електричного опору в зоні створення гідростатичного опору струменю металу, поданого перпендикулярно дзеркалу шару шлака, що приводить до нерівномірності по товщині наплавленого шару Таким чином, усі перераховані недоліки негативно позначаються на якості наплавленого шару В основу винаходу покладена задача - створити пристрій для подачі рідкого металу в кільцевий прозір кристалізатора зі шлаковою обертовою ванною, що забезпечує високу якість і рівномірність наплавленого шару шляхом оптимального формування і подачі струменя рідкого металу, що витікає, і за рахунок технічного результату, що полягає в зменшенні площі поверхні згаданого струменя рідкого металу, взаємодіючого з повітрям Для досягнення цього технічного результату в пристрою для подачі рідкого металу в кільцевий прозір кристалізатора зі шлаковою обертовою ванною, що включає прийомну чашу, жолоб і розливальний стакан, внутрішня поверхня розливального стакана сформована двома конусними поверхнями й у поперечному перерізі має вигляд "сочевиці", утвореної двома пересічними ідентичними дугами окружності з забезпеченням наступних співвідношень k =3 де L і І - довжина ВІДПОВІДНО відрізка з кінцями в крапках перетинання дуг і найбільшого відрізка, перпендикулярного йому з кінцями на цих дугах, h - висота розливального стакана Крім того, розливальний стакан встановлено похило з умови утворення гострого кута між його геометричною віссю і віссю кристалізатора, при витіканні струменя металу убік обертання шлакової ванни Між ВІДМІТНИМИ ознаками винаходу і технічним результатом, що досягається, мається причиннонаслідковий зв'язок За рахунок формування струменя рідкого металу, що витікає, при виході з розливального стакана, у поперечному перерізі у виді "сочевиці" досягається формування зазначеного струменя, при наближенні до шлакової ванни, близьке круглому по перетині, при цьому забезпечується ЦІЛІСНІСТЬ згаданого струменя, а, отже, мінімальна площа и поверхні, взаємодіючої з повітрям Це одна із складових забезпечення високої якості наплавленого шару Одночасно з цим, зазначена форма внутрішньої поверхні розливального стакану сприяє по вному витіканню металу з пристрою без "заростання" вихідного отвору, що виключає попадання застиглих металоутворень у наплавлювальний шар Це забезпечує однорідність структури наплавленого шару, що також позитивно впливає на якість наплавленого шару Крім того, подача струменя рідкого металу під кутом до шару шлаку убік обертання шлакової ванни, що досягається за рахунок установки розливального стакана під гострим кутом до осі кристалізатора, сприяє значному зниженню гідростатичного опору зазначеному струменю, при вході в шлакову ванну, що сприяє вирівнюванню сили струму по шару шлаку, що забезпечує рівномірне підплавлення заготівки, а, отже, рівномірність по товщині наплавленого шару Сутність винаходу пояснюється кресленнями, на яких зображене наступне На фіг 1 показаний загальний вид установки для електрошлакового наплавлювання валків (поздовжній розріз) На фіг 2 - загальний вид пристрою для подачі рідкого металу в кільцевий прозір кристалізатора (поздовжній розріз) На фіг 3 - вид А на фіг 2 На фіг 4 - вид Б на фіг 2 Пристрій для подачі рідкого металу (фіг 2) складається з прийомної чаші 2, жолоба 3, що з'єднує прийомну чашу з розливальним стаканом 4 ВІДМІННОЮ рисою пристрою, що заявляється, є конфігурація внутрішньої поверхні розливального стакана (фіг 3), що у поперечному перерізі має вигляд "сочевиці", утвореної двома пересічними дугами з умови k =3. І де L і І - довжина ВІДПОВІДНО відрізка з кінцями в крапках перетинання дуг і найбільшого відрізка, перпендикулярного йому з кінцями на цих дугах Відношення L/I = 3, обрано дослідним шляхом Так при відношенні L/I = 1 2 відбувається розпадання струменя металу, а при L/I = 5 відбувається "заростання" вихідного отвору розливального стакану До ВІДМІННИХ рис також відноситься розміщення розливального стакана під кутом до осі кристалізатора (фіг 4) Кут нахилу підібраний експериментальним шляхом з умови відсутності "заростання" вихідного отвору розливального стакана і відсутності гальмування обертового шару шлака Таблиця Залежність "заростання" вихідного отвору розливального стакана і гальмування шару шлаку від кута нахилу розливального стакана Кут нахилу Гальмування шару шлака 0° Гальмування аж до відкриття дзеркала металу Т Гальмування з явищем "буруна" "Заростання" вихідного отвору розливального стакана Відсутнє протягом усього технологічного циклу Відсутнє протягом усього технологічного циклу Продовження таблиці 49318 Кут нахилу 4° 6° 8° 10° "Заростання" вихідного отвору розливального стакана Незначне гальмування - "бурун" виражений не- Відсутнє протягом усього технологічного явно циклу З'являється наприкінці технологічного Практично відсутнє процесу З'являється після витікання з пристрою ЗО Відсутнє - 40 порцій металу З'являється після витікання з пристрою 20 Відсутнє - ЗО порцій металу Гальмування шару шлака З результатів експериментів видно (див таблицю), що при куті нахилу розливального стакана щодо осі кристалізатора величиною 6° гальмування шару шлака практично відсутнє, а вихідний отвір заростає несуттєво протягом усього технологічного циклу Розливальний стакан є різновидом насадки Вентури і його висота h = 3 4 І При цих співвідношеннях розмірів витрата рідини збільшується приблизно на 32%, а швидкість падає на 25% Усі перераховані вище конструктивні особливості розливального пристрою сприяють одержанню наплавленого шару високої якості З дозатора 1 (фиг 1) розплав металу порционально подають у прийомну чашу 2 пристрою для подачі рідкого металу 3 прийомної чаші метал по жолобу 3 надходить у розливальний стакан 4, з якого метал витікає в кільцевий прозір кристалізатора 5 При витіканні струменя в атмосферу з отвору відбувається інверсія струменя - зміна форми струменя по її довжині Обумовлюється це явище, в основному, дією сил поверхневого натягу на криволінійні струмені, що витікають, і різними умовами їх стиску по периметру отвору Таким чином, при витіканні з отвору струменя, який має "сочевичну" форму в поперечному перерізі, відбувається її інверсія на ДІЛЯНЦІ до шару шлаку і входження у шар шлаку струменя круглого перетину, що забезпечує мінімальну площу поверхні струменя металу взаємодіючого з повітрям, а, отже, мінімальне окислювання металу, що позитивно впливає на якість наплавленого шару Крім того струмінь подаваного металу входить під кутом до шару шлаку, що не приводить до його гальмування, що, як було доведено раніше, веде до рівномірності по товщині наплавленого шару Цей позитивний результат був отриманий на НКМЗ при спробному наплавленні робочого прокатного валка ФІГ. 1 49318 Фіг. 2 Вид Б Вид А Фіг. 4 Фіг. З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71