Спосіб перемішування металів в кристалізаторах прямокутного перерізу

ДЛЯ СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКЗ № СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИН 3(5Р В 22 D П / 0 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3364150/Г2-02 (22) 1 1 . 1 2 . 3 1 (71) Институт проблем л и т ь я АН УССР (72) В.А.Ефимов, Н.Ф.Наконечньй, В.П.Осипов, А.А.Долииский, А«А.Корчинский и А.А.Конфорович (53) 6 2 1 . 7 4 6 . 0 4 7 ( 0 8 8 . 8 ) (56) 1. Авторское с в и д е т е л ь с т в о СССР № 4 2 2 5 3 1 , к л , В 22 D 4 1 / 0 8 , 1974. 2 . Авторское с в и д е т е л ь с т в о СССР № 3 7 2 0 2 2 , к л . В 22 D 1 1 / 0 0 , 1 9 7 3 . ( 5 4 ) ( 5 7 ) 1. СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ В КРИСТАЛЛИЗАТОРАХ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ, включающий в т я г и вание порции металла в огнеупорную или металлическую трубу и ее в ы т а л кивание и з трубы сжатым газом с ч а с т о т о й 3.0,-150 имп/мин, о т л и ч а ю щ и й с я т е м , ч т о , с целью повышения эффективности перемешивания металла з к р и с т а л л и з а т о р е , его производительности и качества с л и т к а , порции м е т а л л а выталкивают в противоположные стороны в г о р и з о н тальной п л о с к о с т и параллельно широким граням* 2. Способ по п . 1 , о т л щ и и с я тем, что порции выталкивают одновременно» 3. Способ по п,1, о т л щ и й с я тем, что порции выталкивают попеременно. 1088201 и в а ю 4, Способ по пп.1 и 2, о т л и металла ч а ю щ и й с я тем, что создают дополнительно с переменным направи ч а ю лением вращательное движение металметалла ла . Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов и сплавос. Известен способ, по которому металл в кристаллизатор подается через металлопровод с выходными отверстиями в днище, позволяющими подводить металл под уровень направленными друг к другу струями, причем оси выходных каналов распо10 ложены под углом к вертикальной плоскости металлопровода и смещены на величину, минимальное значение которой определено углом между двумя плоскостями; с одной стороны - 15 плоскостью, проходящей через вертикальную ось металлопровода и центры верхних срезов выходных каналов, с другой - плоскостью, проходящей через центр верхнего среза одного 20 из каналов и являющейся касательной к поверхности другого канала, а максимальное значение угла определено плоскостью, проходящей через вертикальную ось металлопровода и являю- 25 щейся касательной к поверхности выходных каналов с их внутренней перемешивания металла порциями его, всасываемыми и выталкиваемыми сжатым газом с частотой 30-150 нмп./мин из огнеупорной трубки [2] . Недостатком указанного способа является то, что создаваемая вертикальная струя омывает не более 1/10 части поверхности широких граней кристаллизатора и проникает в непрерывный слиток на всю глубину жидкой лунки, которая в стальных слитках простирается на 10-20 м, т,е, при высоте кристаллизатора 0,8-1,5 м лишь 1/7-1/25 часть струи работает в кристаллизаторе и используется в нем для перемешивания, остальная часть струи перемешивает металл в зоне вторичного охлаждения, где толстая корка, и поэтому влияние перемешивания на теплообмен незначительно. Целью изобретения является повышение эффективности перемешивания металла в кристаллизаторе, его производительности и качества слитка. Для этого при способе перемешивания металлов в кристаллизаторе стороны [і] . прямоугольного сечения, включающем Недостатком данного способа втягивание порции металла в огнеявляется то, что металл в течение 30 упорную или металлическую трубу всей разливки вытекает из отверстий и ее выталкивание из трубы сжатым в одном и том же направлении, созгазом с частотой 30-150 имп./мин, давая вращательное движение в горипорции металла выталкинают в протизонтальной плоскости постоянного воположные стороны в горизонтальной направления. 35 плоскости параллельно широким граБ этом случае образуется воронка, ням одновременно или попеременно, в которую затягивается воздух, а а также создают дополнительно с при непрерывной разливке-шлаки из переменным направлением вращательное засыпки, предохраняющие мениск металдвижение металла. ла. 40 Наиболее близким по технической На фиг.1 и 2 изображен кристалсущности и по достигаемому резульлизатор, соответственно вертикальтату при его использовании является ное и горизонтальное сечения; на 1088201 фиг.3-8 - две направленные в противоКристаллизатор содержит введенные положные стороны струи, расположенчерез узкую стенку трубы 1-А пульсаные в одной и той же вертикальной торов, смещенные соответственно по и горизонтальной плоскостях кристалвысоте и ширине, промежуточный лизатора. 5 ковш 5, погружной стакан 6 и затравФазы выталкивания и всасывания ку 7. При таком расположении иммогут у них совпадать или быть сдвипульсных струй в кристаллизаторе нутыми по времени. Если они сдвинуты создается сложное движение металла "по времени, то каждая струя, проходя одновременно в вертикальной и горивдоль широких граней кристаллизатора, 1 0 зонтальной плоскостях с его вращеперемешивает металл по всему его нием и периодической переменной сечению и у поверхности граней. направления движения. Если фазы всасывания у противоВо всех перечисленных выше положных струй совпадают, то струи случаях вся энергия импульсных встречаются посередине широких гра- 1 $ струй расходуется на перемешивание ней. Каждая струя омывает только пометалла в верхней части кристалловину ширины граней кристаллизатора . лизатора в слое нужной глубины. В обоих случаях вся энергия струй В верхней части кристаллизатора полностью расходуется на перемешиватолщина формирующейся оболочки ние металла в кристаллизаторе. • 2 Q слитка невелика. Перемешивание При таком способе перемешивания способствует уменьшению ее толщины. глубина перемешиваемого слоя опредеПоэтому предлагаемый способ перемеляется расширением затопленной струи шивания металла в плоских кристали, как известно из законов движения лизаторах, повышая эффективность затопленных струй, зависит от длины 25 перемешивания, увеличивает теплоструи. В нашем случае глубина переобмен и производительность кристалмешиваемого слоя по расчету равна лизатора. 5-8 диаметрам сечения трубы. При диаметре трубы 100 мм глубина переПри перемешивании, как известно, мешиваемого слоя составит 500-800 мм, улучшается также качество литого т.е. перемешиваемый слой составляет 30 металла, так кате при этом происходит только часть объема кристаллизатора. обламывание дендритов у стенок кристаллизатора, перенос их в объем На фиг.5 и 6 показано направление и образование равноосной структуры. движения металла в кристаллизаторе при смещении или повороте противоП р и м е р . После подготовки положных струн и по ширине кристал- 35 кристаллизатора к работе из промелизатора. В обоих случаях в горизонжуточного ковша 5 через погружной тальной плоскости возникает момент стакан 6 в него заливают сталь, сил, создающий вращательное движенапример Ст.З. При наполнении ние металла в этой плоскости. кристаллизатора до нормального При смещении или повороте импульс- 40 уровня сталь заполняет также трубы 1-4. Сечение кристаллизатора ные струи более интенсивно переме1000 «155-мм, высота 1600 мм. шивают металл у поверхности кристалДиаметр отверстий труб пульсаторов лизатора, а вращательное с перемен40 им. Верхние отверстия располоным направлением (в фазе выталкивания в одном направлении, а в фазе 4 5 жены на глубине 300 мм от свободной поверхности металпа, а нижние всасывания - в другом) движение на глубине 500 мм. В горизонтальной металла в горизонтальной плоскости плоскости они смещены по ширине усиливает перемешивание в объеме. на 30 мм от оси симметрии кристалНа фиг.7 и 8 показано направление движения металла в кристаллизаторе 50 лизатора. Давление аргона в газопроводе 3,5 атм. Вакуум в вакуумпропри смещении или повороте противоводе 0,5 атм. После заполнения положных импульсных струй в разные кристаллизатора металлом и утеплестороны по высоте кристаллизатора. ния зеркала металла шлаковой смесью При этом возникают момент сил в включают пульсацию. Частота пульвертикальной плоскости и вращательное 55 саций 75 /мин. Пульсация осущестдвижение металла, усиливающее перевляется одновременно всеми трубами мешивание металла по глубине переи в одной фазе. При этом в фазе вешиваемого слоя. 1088201 выталкивания струи, вытекающие из труб I и 4, создают вращающий момент в горизонтальной плоскости, направленной по часовой стрелке, а струи, вытекающие из труб 2 и 3,вращающий момент в параллельной плоскости, направленный против часовой стрелки. В это же время струи, вытекающие из труб 1 и 3, находящихся в одной вертикальной плоскости, создают вращательное движение металла в этой плоскости против часовой стрелки, а струи из труб 2 и 4 вращательное движение в параллельной 15 плоскости, но в противоположном направлении. Между слоями, вращающимися в параллельных плоскостях, но в разных направлениях, возникают вихри, допол- 20 нительно турбулизирующие металл и интенсифицирующие перемешивание. В фазе всасывания направление движе-1ния металла в кристаллизаторе меняется на противоположное. Смена направ- 25 ления движения дополнительно интенсифицирует перемешивание. В приведенном примере осуществления способа вся энергия струй затрачивается полезно на перемешивание металла в узкой зоне кристаллизатора, равной 500 мм. При таком сложном движении металла одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях в разных направлениях и с 35 переменной направления металл мешивается равномерно по высоте и ширине по всему периметру кристаллизатора. Вследствие этого оболочка затвердевшего слитка в зоне перемешивания получается тонкой, хорошо прижимается к поверхности кристаллизатора. В результате уменьшения толщины оболочки и воздушного зазора между оболочкой и кристаллизатором заметно учеличивается теплопередача от жидкого металла к поверхности кристаллизатора, увеличивается количество твердой фазы, образующейся в единицу времени, и повышается производительность кристаллизатора. При этом кристаллы смываются струями о объем слитка, где они служат центрами кристаллизации, вызывая объемную кристаллизацию, которая приводит к образованию равноосной структуры и уменьшению химической и физической неоднородности металла. При окончании разливки по мере опускания уровня металла в кристаллизаторе до уровня горизонтальных патрубков пульсацию прекращают . Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого способа перемешивания металлов в плоских кристаллизаторах будет получен за счет увеличения производительности кристаллизатора на 50% и увепичения производства металла с гарантированными механическими свойствами на 40%, * -/•А / Фиг.2 ФигЗ ФигЧ 1088201 J Фиг 6 Фиг 7 Фыг.% Редактор Б.Бер Составитель А.Попов Техред Л.Микеш Корректор Л.Пилипенко Заказ А948/ДСП Тираж 518 Подписное В И Г Государственного комитета СССР Н ИШ по делам изобретений и открытий ]13035^ Москва, К-35, Раушская иаб., д . 4/5 Филгэл П П "Патент", г.Ужгород, П ул.Проектная, 4