RU2168389C1

RU2168389C1 - Metal flow protecting apparatus

Info

Publication number: RU2168389C1
Application number: RU99121443A
Authority: RU
Inventors: И.И. Басалаев; В.В. Липень; Г.А. Копылов; Ю.В. Крюков; И.Г. Данилов
Original assignee: ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат"
Priority date: 1999-10-11
Filing date: 1999-10-11
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: apparatus for protecting poured metal or alloy flow from atmospheric air has distributing collector, supply branch pipes, inner circular nozzle oriented at an angle to metal flow, outer circular nozzle positioned at an angle of 31-35 deg to axis of apparatus, and two partition walls. First partition wall divides collector into two isolated cavities. Second perforated partition wall divides each cavity into receiving and consumer chambers communicated one with the other. Each receiving chamber is communicated with supply branch pipe. One of consumer chambers is connected to inner circular nozzle and other consumer chamber is connected to outer circular nozzle. Chambers are connected in pairs one with the other to stabilize density of gas flow and generate ultrasonic waves. Shielding gas flowing from nozzle at an angle of 31-35 deg forms continuous screen around flow of poured metal. EFFECT: increased efficiency and improved quality of metal. 1 dwg

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к внепечной обработке стали, и может быть использовано для защиты разливаемых металлов и сплавов от атмосферного воздуха. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to out-of-furnace steel processing, and can be used to protect cast metals and alloys from atmospheric air.

Известно устройство для защиты струи металла при разливке, содержащее многосопловый блок с центральным каналом, сопла которого размещены равномерно по двум концентрическим окружностям с центром, совпадающим с осью симметрии блока, причем оси сопел, размещенных на внутренней окружности, направлены под углом, не превышающим 10^o к оси симметрии многосоплового блока, и выполнены в виде V-образных соприкасающихся концами щелей с углом при вершине в 2-3^o, а плоскости их выходных сечений перпендикулярны граням V-образных щелей, ребра которых в выходном сечении выполнены прямолинейными или, по крайней мере, одно выполнено криволинейным, причем сопла внешней окружности направлены под углом 5-30^o к оси многосоплового блока в сторону его периферийных участков, кроме того устройство снабжено двумя кольцевыми ресиверами, соединенными с дозвуковой частью сопел, расположенных соответственно на внешней и внутренней окружностях, и с источниками различных инертных газов, и на входе, по меньшей мере, в один кольцевой ресивер установлен генератор акустических колебаний, например, газоструйный кольцевой излучатель (А. с. 1366283, МПК B 22 D 7/12, опубл. 15.01.1988).A device for protecting a metal stream during casting is known, comprising a multi-nozzle block with a central channel, the nozzles of which are arranged uniformly along two concentric circles with a center coinciding with the axis of symmetry of the block, and the axis of the nozzles placed on the inner circumference are directed at an angle not exceeding 10 ^o to the axis of symmetry of the multi-block, and are formed as V-shaped slots adjoining ends with an apex angle at 2-3 ^o, and their plane faces are perpendicular to the outlet sections V-shaped slits, ribs which you one section formed by straight or at least one is curved, the outer circumference of said nozzles are directed at an angle of 5-30 ^o to the axis of the multi-block towards its peripheral regions, in addition the device is provided with two annular receivers connected to the subsonic part of nozzles arranged respectively, on the external and internal circles, and with sources of various inert gases, and at the input of at least one ring receiver, an acoustic oscillator, for example, a gas jet, is installed th ring radiator (A. from. 1366283, IPC B 22 D 7/12, publ. 01/15/1988).

Однако, предложенное устройство недостаточно защищает струю металла, так как поток газа очень чувствителен к изменению поперечного сечения канала, так как пограничный слой, образующийся за счет торможения газа у стенок, как бы сужает сечение струи и расход газа через сопло уменьшается, то есть поток газа получается прерывистым и в точках соприкосновения V-образных щелей газа не будет. Причем, если сопло не обеспечивает получения параллельного равномерного потока газа в выходном сечении, то увеличивается площадь максимального сечения струи, увеличивается перераспределение газа в струе и возрастают суммарные потери полного давления, что ведет к смешению потока с внешней средой. Кроме того, из описания следует, что истекающая из сопла внешней окружности струя достигает торцовой поверхности стенок изложницы и замыкается на них. При этом струя расщепляется на две части. Однако при обтекании стенок изложницы поток отрывается и следует не по стенке, а по лучу, соответствующему δ = δ_пр, где δ - угол поворота потока. Между лучом и стенкой образуется вакуум, который заполняет внешняя среда. Из вышесказанного следует, что в изложницы поступает инертный газ, смешанный с воздухом, что не способствует улучшению качества металла. Помимо прочего, сопла известного устройства сложны в изготовлении.However, the proposed device does not sufficiently protect the metal stream, since the gas flow is very sensitive to changes in the cross section of the channel, since the boundary layer formed due to the inhibition of gas at the walls, as it narrows the cross section of the jet and the gas flow through the nozzle decreases, i.e., the gas flow it turns out to be discontinuous and there will be no gas at the points of contact of the V-shaped slits. Moreover, if the nozzle does not provide a parallel uniform flow of gas in the outlet section, then the area of the maximum section of the jet increases, the redistribution of gas in the stream increases, and the total loss of total pressure increases, which leads to the mixing of the stream with the environment. In addition, from the description it follows that the jet flowing from the nozzle of the outer circle reaches the end surface of the walls of the mold and closes on them. In this case, the jet splits into two parts. However, when flowing around the walls of the mold, the flow breaks off and follows not along the wall, but along the beam corresponding to δ = δ _CR , where δ is the angle of rotation of the flow. A vacuum forms between the beam and the wall, which fills the external environment. From the above it follows that inert gas mixed with air enters the molds, which does not contribute to improving the quality of the metal. Among other things, the nozzles of the known device are difficult to manufacture.

Известно также устройство для защиты струи металла инертным газом, содержащее распределительный коллектор, образованный корпусом и регулирующей втулкой, с подводящим патрубком, внутренним, направленным под углом к струе металла, и наружным, направленным параллельно струе металла, кольцевыми соплами (А. с. 229755, МПК B 22 D 7/12, опубл. 23.10.1968). It is also known a device for protecting a metal stream with an inert gas, comprising a distribution manifold formed by a housing and a regulating sleeve, with a supply pipe, internal ring nozzles directed parallel to the metal stream and external nozzles parallel to the metal stream (A. p. 229755, IPC B 22 D 7/12, publ. 10/23/1968).

При работе устройства газ выходит из каналов двумя струями, одна из которых направлена под углом к струе металла, а другая - параллельно ей, отсекая доступ воздуха к струе газа с металлом. Однако, изложница в данном случае играет роль резонатора, в результате чего перед изложницей возникает скачок уплотнения, который приводит к изменению направления скорости частиц газа и нарушению сплошности газового потока, что неблагоприятно сказывается на качестве разливаемого металла, приводит к ухудшению качества слитка. When the device is operating, the gas exits the channels with two jets, one of which is directed at an angle to the metal stream, and the other parallel to it, cutting off the air access to the gas stream with the metal. However, the mold in this case plays the role of a resonator, as a result of which a shock wave arises in front of the mold, which leads to a change in the direction of the velocity of the gas particles and a disruption in the continuity of the gas flow, which adversely affects the quality of the cast metal, and leads to a deterioration in the quality of the ingot.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности и обеспечение качества разливаемого металла. The objective of the invention is to increase operational reliability and ensure the quality of the cast metal.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для защиты струи металла, содержащее распределительный коллектор, образованный корпусом и регулирующей втулкой, подводящие патрубки, внутреннее, направленное под углом к струе металла, и наружное кольцевые сопла, согласно изобретению, оно снабжено первой перегородкой, установленной между втулкой и корпусом параллельно последнему и разделяющей коллектор на две изолированные полости, и второй, перфорированной перегородкой, установленной перпендикулярно корпусу и разделяющей каждую полость на сообщающиеся между собой камеры, одна из которых является приемной, а другая - расходной, при этом каждая приемная камера соединена с подводящим патрубком, одна из расходных камер связана с внутренним кольцевым соплом, а другая - с наружным, выполненным под углом 31-35^o к оси устройства с возможностью подачи защитного газа за периметр металлоприемника.This object is achieved in that a device for protecting a metal stream, comprising a distribution manifold formed by a housing and a regulating sleeve, inlet pipes, an inner, directed at an angle to the metal stream, and an outer annular nozzle, according to the invention, it is provided with a first partition installed between the sleeve and the case parallel to the last and separating the collector into two insulated cavities, and a second, perforated partition mounted perpendicular to the case and dividing each A cavity on interconnected chambers, one of which is a receiving chamber, and the other a consumable one, with each receiving chamber connected to a supply pipe, one of the consumable chambers connected to an internal annular nozzle, and the other to an external one made at an angle of 31-35 ^o to the axis of the device with the possibility of supplying a protective gas beyond the perimeter of the metal receiver.

Камеры, попарно соединенные между собой, стабилизировали плотность газового потока. Кроме того, они выполняют функцию генератора ультразвуковых волн, так как при проходе спаренных камер в струе газа возбуждаются колебания в ультразвуковом диапазоне частот, что способствует зарождению центров кристаллизации и активации твердых частиц в металле. The cameras, coupled together, stabilized the density of the gas stream. In addition, they perform the function of a generator of ultrasonic waves, since during the passage of paired chambers in a gas stream, oscillations in the ultrasonic frequency range are excited, which contributes to the nucleation of crystallization centers and activation of solid particles in the metal.

Выполнение сопла под углом 31 - 35^o к оси корпуса в сторону его периферийных участков обеспечило наиболее полную защиту струи металла при разливке за счет того, что струя газа уходит за пределы стенок изложницы, не соприкасаясь с ними, и образует сплошной экран из защитного газа. При этом возникает эжекторный принцип, используемый в данном случае в качестве эксгаустера для создания пониженного давления в изложнице. В результате вышеизложенного значительно повышается качество металла:
предел текучести на 5,3%,
временное сопротивление разрыву на 3,9%,
ударная вязкость на 7,8%,
снижение количества трещин на слитках Ст20 в 2,2 раза,
снижение отбраковки прокатных заготовок по поверхностным дефектам с 3,6 до 0,45%.The execution of the nozzle at an angle of 31 - 35 ^o to the axis of the casing towards its peripheral sections provided the most complete protection of the metal stream during casting due to the fact that the gas stream goes beyond the walls of the mold without touching them and forms a continuous shield of protective gas. In this case, the ejector principle arises, which is used in this case as an exhauster to create reduced pressure in the mold. As a result of the above, the quality of the metal is significantly increased:
yield strength of 5.3%,
3.9% tensile strength
impact strength of 7.8%,
2.2 times reduction in the number of cracks on St20 ingots,
decrease in rejection of rolled billets for surface defects from 3.6 to 0.45%.

При выполнении сопла под углом меньше 31^o, истекающая из него струя защитного газа достигает торцевой поверхности стенок изложницы и замыкается на них, что приводит к образованию отрывного течения, в результате чего в изложницы попадает воздух, а выполнение сопла под углом больше 35^o слишком удаляет защитный экран от струи металла и стенок изложницы, исключая возможность возникновения эжекторного принципа.When the nozzle is executed at an angle of less than 31 ^o , the jet of protective gas flowing out of it reaches the end surface of the walls of the mold and closes on them, which leads to the formation of a tear flow, as a result of which air enters the molds, and the execution of the nozzle at an angle of more than 35 ^o too removes a protective screen against a stream of metal and the walls of the mold, eliminating the possibility of an ejector principle.

Таким образом, предлагаемое устройство с данной совокупностью признаков обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и качества разливаемого металла. Thus, the proposed device with this set of features provides increased operational reliability and quality of the cast metal.

На чертеже изображено предлагаемое устройство в разрезе. The drawing shows the proposed device in section.

Устройство для защиты струи металла содержит металлический корпус 1, конический стакан 2, регулирующую втулку 3, перегородку, параллельную корпусу 4, и перфорированную перегородку 5, перпендикулярную последнему, которые образуют приемные камеры 6, 7 и расходные камеры 8, 9, причем приемные 6, 7 и расходные 8, 9 камеры соединены попарно кольцевыми каналами 10 и 11 соответственно. В расходной камере 8 выполнено наружное кольцевое сопло 13, направленное за периметр металлоприемника (не показан), а в расходной камере 9 - внутреннее кольцевое сопло 12. Приемные камеры 6 и 7 связаны с патрубками подачи защитного газа 14 и 15 соответственно. A device for protecting a metal stream comprises a metal housing 1, a conical cup 2, a regulating sleeve 3, a partition parallel to the housing 4, and a perforated partition 5 perpendicular to the latter, which form the receiving chambers 6, 7 and consumables 8, 9, and receiving 6, 7 and consumables 8, 9 of the camera are connected in pairs by annular channels 10 and 11, respectively. An external annular nozzle 13 is made in the flow chamber 8, directed beyond the perimeter of the metal receiver (not shown), and in the flow chamber 9, the inner annular nozzle 12. The receiving chambers 6 and 7 are connected to the shielding gas supply pipes 14 and 15, respectively.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Защитный газ по патрубку 14 поступает в приемную камеру 6, образованную корпусом 1 и перегородками 4, 5, а по патрубку 15 - в приемную камеру 7, образованную коническим стаканом 2 и перегородками 4, 5, откуда по кольцевым каналам 10 и 11 поступает в расходную камеру 8, образованную корпусом 1, регулирующей втулкой 3 и перегородками 4, 5, и камеру 9, образованную коническим стаканом 2, регулирующей втулкой 3 и перегородками 4, 5. Затем защитный газ проходит через кольцевые сопла 12 и 13, отсекая доступ воздуха к струе металла. The protective gas through the pipe 14 enters the intake chamber 6, formed by the housing 1 and the partitions 4, 5, and through the pipe 15 - into the intake chamber 7, formed by a conical cup 2 and the partitions 4, 5, from where it passes through the annular channels 10 and 11 a chamber 8 formed by a housing 1, a regulating sleeve 3 and partitions 4, 5, and a chamber 9 formed by a conical cup 2, a regulating sleeve 3 and partitions 4, 5. Then, the protective gas passes through the annular nozzles 12 and 13, cutting off the air access to the jet metal.

Использование предлагаемого устройства позволит улучшить качество металла за счет повышения надежности экранирования струи от контакта с воздухом и снижения неметаллических включений. Using the proposed device will improve the quality of the metal by increasing the reliability of the screening of the jet from contact with air and reducing non-metallic inclusions.

Применение предлагаемого устройства возможно в черной, а также цветной металлургии при разливке легкоокисляющихся металлов и сплавов. The use of the proposed device is possible in ferrous and non-ferrous metallurgy in the casting of easily oxidized metals and alloys.

Claims

A device for protecting a metal stream, comprising a distribution manifold formed by a housing and an adjusting sleeve, inlet pipes, an internal, angled toward the metal stream, and an outer annular nozzle, characterized in that it is provided with a first baffle mounted between the sleeve and the housing parallel to the last and dividing the collector into two isolated cavities, and a second, perforated partition mounted perpendicular to the housing and dividing each cavity into interconnected chambers , one of which is the receiving, and the other is the consumable, each receiving chamber is connected to the inlet pipe, one of the consumable chambers is connected with the inner annular nozzle, and the other is external, made at an angle of 31 - 35 ^o to the axis of the device with the possibility supply of protective gas for the perimeter of the metal receiver.