Спосіб запобігання контакту кисню з розплавом металу в процесі безперервного лиття і пристрій для його здійснення

1 Спосіб запобігання контаїсгу кисню з розплавом металу (20) в процесі безперервного лиття двовалковим способом, в якому розплав металу (20) входить в ливарну камеру, обмежену стінками (1, 2, 13), і виходить з камери у вигляді струменя, де кисень, який прагне увійти через зазори (18) між стінками (1, 2, 13) і/або адгезований стінками (1, 2), бере участь в горінні з утворенням з'єднання, яке не надає шкідливого впливу на розплав металу (20), де полум'я, що утворюється переважно підігрітим паливним газом, входить в безпосередній контакт зі стінкою (1, 2) ливарної камери, а в безпосередній близькості до зони горіння кисню на стінку, що обмежує ливарну камеру, подають інертний газ, який відрізняється тим, що після згоряння паливного газу на поверхню ливарних валків подають інертний газ, який, таким чином, звільняє и від кисню 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що горіння здійснюють стехіометрично або субстехюметрично 3 Спосіб за п 2, який відрізняється тим, що горіння здійснюється в діапазоні від 1 до 50 % нижче стехіометричного 4 Спосіб за будь-яким з пп 1-3, який відрізняється тим, що як паливний газ використовують газоподібний вуглеводень, такий як метан, ацетилен та ін , або їх суміш, або ж формувальний газ, такий як змішані гази N2H2 5 Спосіб за будь-яким з пп 1-4, який відрізняється тим, що вимірюють ХІМІЧНИЙ склад газів, що утворюються в результаті ХІМІЧНІЙ реакції, і на основі отриманого результату регулюють або контролюють реакцію, наприклад шляхом задания співвідношення КІЛЬКОСТІ паливного газу і КІЛЬКОСТІ кисню, необхідного для процесу згоряння 6 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що кисень спалюють за допомогою газів і/або рідин, які подають при температурі від 0 до 300°С, переважно підігрітими 7 Спосіб за п 6, який відрізняється тим, що гази і/або рідини подають при тиску від 0,5 до 5 бар 8 Спосіб за будь-яким з пп 5-7, який відрізняється тим, що для горіння використовують вуглеводень 9 Спосіб за будь-яким з пп 1-8, який відрізняється тим, що в безпосередній близькості до зони горіння кисню на стінку, що обмежує ливарну камеру, подають інертний газ у вигляді шару завтовшки мінімум 0,5 мм, переважно мінімум 5 мм, і переважно при тиску потоку, що становить від 0,6 до 1,5, переважно від 0,95 до 1,05 атмосферного тиску 10 Пристрій для запобігання контакту кисню з розплавом металу в процесі безперервного лиття металевої смуги, переважно стальної смуги, двовалковим способом, який включає два ливарних валки (1, 2), що обертаються в протилежних напрямах, з паралельними осями валків (3, 4) і два бокових пороги (8), які разом утворюють ливарну камеру (9) для прийняття розплавленого металу, і включає покривний ковпак (13), який розташований над ливарною камерою (9) і охоплює останню зверху, а також включає ущільнюючий пристрій, який запобігає проникненню повітря в ливарну камеру (9) через зазор (18) між покривним ковпаком (13) і ливарними валками (1, 2), що обертаються, лінії подачі паливного газу (25) і пристрою подачі інертного газу (35), який відрізняється тим, що ущільнюючий пристрій утворений пальником (23), переважно газовим пальником, розташованим з боку атмосфери поблизу зазору (18) між ливарними валками (1, 2), що обертається і покривним ковпаком (13), і тим, що пристрій подачі інертного газу (35) розташований між покривним ковпаком (13) і пальником (23) О (О 00 00 (О 11 Пристрій за п 10, який відрізняється тим, що пальник (23) включає камеру паливного газу (24), розташовану на деякій відстані від поверхні ливарних валків (7) і розміщену вдовж осі ливарних валків (3, 4), і оснащену ЛІНІЄЮ подачі (25) для паливного газу і щонайменше одним випускним отвором (26) для паливного газу, направленим до поверхні ливарних валків (7), переважно похило і протилежно напряму руху ливарних валків (1, 2) 12 Пристрій за п 11, який відрізняється тим, що випускний отвір (26) для паливного газу виконаний у вигляді щілинного сопла 13 Пристрій за п 11, який відрізняється тим, що випускний отвір (26) для паливного газу виконаний у вигляді круглого сопла 14 Пристрій за будь-яким з пп 11-13, який відрізняється тим, що випускний отвір (26) для Винахід відноситься до способу запобігання контакту кисню з розплавом металу в процесі безперервного лиття, в якому розплав металу входить в ливарну камеру, обмежену стінками, і виходить з камери у вигляді струменя, а також до пристрою для здійснення способу При безперервному литті розплав металу нагромаджується в ливарній камері і повинен бути захищений від повторного окислення, а поверхня його ванни повинна бути захищена від теплових втрат випромінюванням Для цієї мети поверхню ванни при звичайному безперервному литті покривають ливарним порошком або маслом ВІДОМІ різні способи лиття тонких смуг, в яких ливарна камера утворена не жорсткими стінками, а стінкою, що переміщається з потоком, або множиною стінок, що переміщаються з потоком, наприклад, з використанням гусеничного ланцюга, як описано в ЕР-А- 0 526 886, або валка, як описано ЕР-А- 0 568 211 або ЕР-В-0 040 072, або ливарних валків, що обертаються в протилежних напрямах, як описано в US-A 4,987,949 або ЕР-В-0 430 841 Ці способи не дають можливості надійно захистити розплав металу від повторного окислення або втрат тепла за допомогою ливарного порошку або масла, як в звичайних ливарних камерах або ливарних матрицях з жорсткими стінками У ЕР-В-0 430 841 описаний захист поверхні ванни від надлишкової втрати тепла випромінюванням і від повторного окислення шляхом оснащення покриваючим ковпаком для випадку двохвалкової ливарної установки Однак було виявлено, що при такому рішенні контактні поверхні між покриваючим ковпаком і ливарними валками зазнають сильного зносу, як на покриваючому ковпаку, так і на ливарному валянні, і що внаслідок термічної деформації компонентів надходження повітря і, отже, кисню через зазори між стінками, що обмежують ливарну камеру, не запобігається Це приводить до повторного окислення розплаву з всіма його недоліками 46886 паливного газу відкритий у вогневу камеру (ЗО), яка відкрита з боку, зверненого до поверхні ливарних валків (7) 15 Пристрій за п 14, який відрізняється тим, що вогнева камера (ЗО) приєднана до лінії подачі повітря (31) і має з'єднання (32) з пристроєм газового аналізу 16 Пристрій за будь-яким з пп 10-15, який відрізняється тим, що пристрій подачі інертного газу (35) має випускний отвір (37), виконаний у вигляді сопла, який направлений на поверхню ливарних валків (7), переважно похило і протилежно напряму руху ливарних валків 17 Пристрій за будь-яким з пп 10-16, який відрізняється тим, що між пальником (23) і пристроєм подачі інертного газу (35) є ущільнення, переважне шарувате ущільнення Щоб мінімізувати надходження повітря через зазор між покриваючим ковпаком і ливарними валками, US-A 4,987,949 і ЕР-В-0 714 716 пропонують нагнітання інертного газу, переважно азоту або аргону, в зазор між покриваючим ковпаком і ливарними валками і, таким чином, створення бар'єра проти проникнення повітря Однак ця міра недостатня для повного запобігання надходженню повітря в ливарну камеру і, таким чином, досягнення ним поверхні ванни, так що, з одного боку, оксиди металу все одно утворюються на поверхні ванни, що приводить до дефектів всередині металевої смуги, з іншого боку, оксиди металу утворюють на поверхні тверду оболонку, яка формується навколо струменя, або кисень дифундують в ЗОВНІШНІЙ шар металевої смуги і утворить там включення, які збільшують схильність до утворення тріщин Незважаючи на подачу інертного газу, повітря, що попадає в мікронерівності поверхні валків, переходить в ливарну камеру в ламінарному підшарі граничного шара потоку Цей під шар адгезуєтся мікронерівностями поверхні валків і не може бути знятий ні за допомогою контактних змінних ущільнень, ні за допомогою неконтактних ущільнень У JP-A2 4-300049 описаний ущільнюючий пристрій між двома валкам, що обертаються в протилежних напрямах, і покриваючим ковпаком в двохвалковом способі лиття, крізь який проходить пристрій подачі інертного газу і пристрій подачі паливного газу При цьому ливарні валки, що обертаються у напрямі до ванни розплаву, на першому етапі обробки омивають інертним газом, який запобігає доступу відносно великих кількостей атмосферного кисню у ванну розплаву На наступному етапі обробки атмосферний кисень, який все ж проник в зазор між поверхнею ливарних валків і ущільнюючим пристроєм, спалюють з використанням паливного газу Однак таке рішення не запобігає проникненню газів, що утворюються при згорянні, а також, отже, проникнення кисню, що залишився в камері 46886 розплаву Не може бути забезпечене настільки повне згоряння, щоб абсолютно не залишалося кисню Винахід надає можливість усунення цих недоліків і труднощів і ставить своєю задачею створення способу вищеописаного типу і пристрою для безперервного лиття, за допомогою яких може бути виключений контакт кисню з розплавом металу, ці спосіб і пристрій повністю запобігають повторному окисленню навіть у разі розвитку значного зносу в області зазорів між стінками, які утворюють ливарну камеру Зокрема, повинна бути також забезпечена можливість видалення ламінарного під шару, тобто, повітряного шара, який переноситься стінками або адгезований стінками, які утворюють ливарну камеру, і можливість запобігання проникненню газів згоряння, які містять залишковий кисень Ця задача вирішується в способі вищеописаного типу за рахунок того, що після згоряння паливного газу на поверхню ливарних валків наносять інертний газ, який, таким чином, звільняє цю поверхню від кисню Щоб втримувати навіть дуже малі КІЛЬКОСТІ кисню на відстані від розплаву металу, згоряння раціонально здійснюють при стехіометричному або субстехюметричному співвідношенні, тобто, при недостачі кисню, згоряння переважно здійснюють в діапазоні від 1 до 50% нижче за стехіометричному співвідношенні Як паливний газ доцільно застосовувати газоподібний вуглеводень, такого як метан, ацетилен та ш , або їх суміш, або ж формовочний газ, такий як змішані гази N2H2 Щоб врахувати різні робочі умови при безперервному литті, доцільно провести вимірювання ХІМІЧНОГО складу газів, які утворюються при згорянні, і, на основі отриманого результату регулювати або контролювати реакцію, наприклад, шляхом завдання співвідношення КІЛЬКОСТІ паливного газу і КІЛЬКОСТІ КИСНЮ, необхідного для процесу згоряння Інший переважний варіант здійснення відрізняється тим, що кисень спалюють з газами і/або рідинами, причому гази і/або рідини доцільно подавати при температурі від 0 до 300°С, переважно підігрітими, а також доцільно подавати при тиску від 0,5 до 5 бар Для цієї мети особливо переважні вуглеводні Наступний переважний варіант здійснення відрізняється тим, що в безпосередній близькості до зони згоряння кисню на стінку, що обмежує ливарну камеру, подають інертний газ у вигляді шара завтовшки мінімум 0,5мм, переважно мінімум 5мм, і переважно при тиску потоку, що становить від 0,6 до 1,5, переважно від 0,95 до 1,05 атмосферного тиску Пристрій, за допомогою якого може бути виключений контакт кисню з розплавом металу в процесі безперервного лиття металевої смуги, переважно стальної смуги, двохвалковим способом, включає два ливарних валки, що обертаються в протилежних напрямах, з паралельними осями валків і два бокових пороги, які разом утворюють ливарну камеру для прийняття розплавленого металу, і включає покриваючий ковпак, який розташований над ливарною камерою і охоплює останню зверху, а також включає ущільнюючий пристрій, який запобігає проникненню повітря в ливарну камеру через зазор між покриваючим ковпаком і ливарними валками, що обертається, пристрою подачі паливного газу і пристрою подачі інертного газу, і відрізняється тим, що ущільнюючий пристрій утворений пальником, переважно газовим пальником, розташованим з боку атмосфери поблизу зазору між ливарними валками, що обертаються, і покриваючим ковпаком, і тим, що пристрій подачі інертного газу розташований між покриваючим ковпаком і пальником Переважний варіант виконання пальника складається в тому, що пальник включає камеру паливного газу, розташовану на деякій відстані від поверхні ливарних валків і розміщену вдовж осі ливарних валків, і оснащена ЛІНІЄЮ подачі паливного газу і щонайменше одним випускним отвором для паливного газу, направленим до поверхні ливарних валків, переважно похило і протилежно напряму руху ливарних валків Випускний отвір для паливного газу може бути виконаний у вигляді щілинного сопла або у вигляді круглого сопла Для досягнення повного згоряння атмосферного кисню важливо, щоб перед зазором, що утворюється покриваючим ковпаком і ливарними валками, безперервно підтримувався фронт полум'я Для забезпечення регулювання згоряння потрібним чином доцільно, щоб випускний отвір для паливного газу відкривався у вогневу камеру, яка відкрита з боку, зверненого до поверхні ливарних валків Це додатково дає можливість знизити споживання паливного газу, оскільки вогнева камера і поверхня ливарних валків створюють в основному закритий простір, приток повітря в яке може відбуватися тільки через зазор між стінкою вогневої камери і поверхнею ливарних валків Ефективність вогневої камери збільшується, якщо вона приєднана до лінії подачі повітря і має з'єднання з пристроєм газового аналізу Подача повітря забезпечує планове регулювання згоряння, як функцію складу димового газу, який визначається пристроєм газового аналізу, що є ВІДПОВІДНО ДО особливого варіанту здійснення, пристрій подачі інертного газу має випускний отвір, виконаний у вигляді сопла, який направлений на поверхню ливарних валків, переважно похило і протилежно напряму руху ливарних валків За рахунок цієї міри шар інертного газу, найближчий до валку, стикається з ливарним валком, і, таким чином, забезпечують інший захист від доступу кисню або повітря Якщо на валок наносити шар інертного газу товщиною в декілька міліметрів, і якщо використати інертний газ, що володіє більшою густиною, ніж повітря, то немає необхідності в тому, щоб покриваючий ковпак безпосередньо примикав до лінії подачі інертного газу і пальника Сприятливо, якщо між пальником і обладнанням подачі інертного газу забезпечене ущільнення, переважне шарувате ущільнення Інші особливості і переваги видно з приведеного нижче опису пристрою і способу лиття металевої смуги в декількох варіантах виконання На фіг 1 показаний поперечний розріз двохвалкової ливарної установки з ущільнюючим пристроєм по винаходу в двох варіантах виконання На фіг 2 показаний розріз пальників по винаходу з фіг 1, що має вогневу камеру Двохвалкова ливарна установка, схематично показана в розрізі на фіг1, має два привідних ливарних валки 1, 2, чиї паралельні осі 3, 4 лежать в горизонтальній площині Два ливарних валка 1, 2, що обертаються в протилежних напрямах 5, 6, оснащені внутрішнім охолоджуванням (не показано) стінки ливарних валків, які утворюють поверхню ливарних валків 7 У торцевих поверхонь досить близько до ливарного валка 1, 2 розташовані бокові пороги 8 Ливарні валки 1, 2 і бокові пороги 8 утворюють ливарну камеру 9, в яку вводять розплав 20 з контейнера розплаву або розподільної ємності (не показана) через живильне сопло 10, забезпечене випускними отворами 11 Ливарна камера 9 обмежена зверху, відносно ливарних валків 1, 2 і відносно бокових порогів, покриваючим ковпаком 13, який має вогнетривку футеровку 14 з боку розплаву, щоб захистити розплав 20 від надзвичайно великих втрат тепла і від повторного окислення атмосферним киснем За допомогою несучого пристрою 15 для покриваючого ковпака 13, який регулюють відносно нерухомої рами 16 за допомогою регулювальних елементів 17, встановлюють бажаний мінімальний зазор 18 між покриваючим ковпаком 13 і ливарними валками 1, 2 Крізь покриваючий ковпак 13 проходить живильне сопло 10 з дуже малим кільцеподібним зазором, який, можливо, забезпечений ущільненням між цими двома компонентами З використанням двохвалкової ливарної установки такої конфігурації можна відливати тонку металеву смугу, зокрема, стальну смугу товщиною від 1мм до 12мм, причому розплав 20, що відпивається, безперервно вводять, як описано вище, в ливарну камеру 9 Поблизу від ливарних валків 1, 2, що обертаються в протилежних напрямах охолоджуються, відбувається посилене утворення оболонок струменя, які в самому вузькому поперечному перетині між ливарними валками з'єднують в смугу, що формується ливарними валками Товщина смуги, що видається ливарними валками, визначається відстанню між ливарними валками Для запобігання проникненню повітря в ливарну камеру через зазор 18 між покриваючим ковпаком 13 і ливарними валками 1, 2, що обертаються, перед цими зазорами 18 розташований газовий пальник 23 Газовий пальник включає камеру паливного газу 24, яка розташована вдовж осі ливарних валків, з'єднана з ЛІНІЄЮ подачі 25 для паливного газу і має 8 46886 випускний отвір 26 для паливного газу, направлений до поверхні ливарних валків Згідно з варіантом виконання, показаним праворуч на фіг1, випускний отвір 26 з камери паливного газу 24 направлений радіально до поверхні 7 ливарних валків 2 Згідно З варіантом виконання, показаним ліворуч на фіг1, випускний отвір 26 з камери паливного газу 24 направлений похило і протилежно напряму руху поверхні ливарних валків 7 Випускний отвір 26 виконаний у вигляді щілинного сопла, при цьому щілеподібний випускний отвір проходить в напрямі осі ливарних валків 4 Випускний отвір 26, звичайно, може також складатися з множини більш коротких щілин, розташованих один за одним, які разом проходять по всій довжині ливарного валка У іншому варіанті можливі також круглі сопла, виконані у вигляді великої КІЛЬКОСТІ висвердлених отворів, розташованих один за одним в СТІНЦІ камери паливного газу навпроти поверхні ливарних валків Фіг 2 показує в розрізі пальник 23, вже відомий з фіг1, де випускний отвір 26 з камери паливного газу 24 відкритий у вогневу камеру ЗО Тільки у вогневій камері ЗО, сформованій U-образним корпусом, спалюють паливні гази, що вводяться і поступаючий кисень Вогнева камера ЗО ущільнена відносно поверхні ливарних валків 7 за допомогою контактного шаруватого ущільнення для запобігання надлишковому попаданню повітря Вогнева камера ЗО приєднана до лінії подачі повітря 31 і має з'єднання 32 з пристроєм газового аналізу Між покриваючим ковпаком 13 і пальником 23 розташований пристрій подачі інертного газу 35, об'єднаний в загальний конструктивний вузол, за рахунок чого виключається можливість помилкової подачі повітря з цієї сторони і усувають необхідність в незалежному регулюванні пристрою подачі інертного газу 35 і пальника 23 відносно поверхні ливарних валків Пристрій подачі інертного газу 35 конструктивно виконаний у вигляді камери інертного газу 36, розташованої на деякій відстані від поверхні ливарних валків 7, і має випускний отвір 37 у вигляді сопла Згідно з варіантом виконання, показаним праворуч на фіг1, воно направлене радіальне до поверхні 7 ливарних валків 2, а згідно з варіантом виконання, показаним ліворуч на фіг 1, воно направлене похило і протилежно напряму руху поверхні ливарних валків 7 За допомогою пристрою подачі інертного газу, тонкий шар інертного газу наносять на поверхню ливарних валків після згоряння паливного газу на поверхні ливарних валків, за рахунок чого запобігається вторгнення газів згоряння в ливарну камеру 9 Для цього потрібний шар завтовшки мінімум 0,5мм, переважно більше за 5мм Оптимальні умови досягаються в тому випадку, коли тиск потоку інертного газу складає величину від 0,6 до 1,5, переважно від 0,95 до 1,05 атмосферного тиску 46886 ФІГ. 1 Фіг. 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10