Результат интеллектуальной деятельности: ПРИЕМНЫЙ КОЛОДЕЦ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, в частности, в установках для непрерывной разливки стали.

Известна ударная накладка разливочного устройства, содержащая опорную плиту, имеющую верхнюю ударную поверхность, окруженную, по меньшей мере, частично боковой стенкой. В стенке выполнены проходы. Сводчато-ступенчатые конструкции, окружающие проходы и/или подобные водосливу стенки, разделяют и распределяют выходящий поток (патент №2280535 от 22.05.2002, МПК B22D 41/00).

Недостатком этого объекта является то, что ударная накладка не облегает стены промежуточного ковша и не защищает их от агрессивного воздействия шлака и поступающего турбулентного потока расплава металла, что приводит к локальному износу упомянутой стены в месте падения струи и преждевременному выводу промежуточного ковша из строя.

Известен броневой вкладыш для промежуточного ковша с ограничительными стенками, охватывающими опорную плиту, образующими вместе с ударной поверхностью ванну, при этом броневой вкладыш имеет крышку, закрывающую ванну сверху, названная крышка разрушается поступающим в броневой вкладыш потоком стального расплава (заявка РФ 2005116226 от 08.10.2003 г., МПК B22D 41/00).

Недостатком является то, что броневой вкладыш, так же как и предыдущий объект, не облегает стены промежуточного ковша и не ограничивает контакт этой стены со шлаком и поступающим турбулентным потоком расплава металла, что приводит к локальному износу в месте падения струи и преждевременному выводу промежуточного ковша из строя.

Известен также фасонный огнеупор, устанавливаемый в промежуточный ковш, этот огнеупор состоит из опорной плиты, которая выполнена в виде многоугольника, в центре основания которого выполнен конусообразный выступ, и Г-образной перегородки, верхняя часть которой направлена в сторону поступления металла, причем в нижней части выполнены переливные отверстия, а со стороны разливочной зоны выполнен пористый блок (патент на полезную модель РФ №77811, от 21.05.2008, МПК B22D 41/00).

Недостатком является то, что у фасонного огнеупора нет стенок, защищающих стены промежуточного ковша, а соответственно это изделие не защищает стены промежуточного ковша от агрессивного воздействия шлака и поступающего горячего турбулентного потока металла, что приводит к их локальному износу в месте падения струи и преждевременному выводу промежуточного ковша из строя.

Наиболее близким, принятым за прототип, является объект, описанный в патенте US №5072916 от 29.05.1990 г., МПК С21В 3/00. Это ударная подушка, расположенная в днище промежуточного ковша, кроме того, на боковых и задней стенках промежуточного ковша дополнительно устанавливают одну или более ударных подушек.

Недостатком этого объекта является то, что ударные подушки (стенки изделия), которые облегают и не облегают стены промежуточного ковша, одинаковые по высоте, и чтобы не допустить перелива металла из промковша на рабочую площадку, ударные подушки (стенки изделия) могут быть только меньше, чем высота стены промежуточного ковша, более того, для обеспечения нормального режима разливки эти стенки должны быть меньше требуемого уровня металла в промежуточном ковше. Соответственно, ударные подушки не защищают верхнюю часть стен промежуточного ковша и не препятствуют их контакту с агрессивным шлаком и с жидким металлом; более того, весь объем расплавленного металла перетекает через верхние края стенок изделия в объем промежуточного ковша, что создает дополнительные потоки, а соответственно, турбулентность в жидкометаллической ванне, непосредственно под шлаком промежуточного ковша, что приводит к захвату шлака, его втягиванию в расплав, с последующим ухудшением качества непрерывнолитой заготовки.

Технический результат, достигаемый в заявляемом изобретении, заключается в увеличении стойкости огнеупорной футеровки промежуточного ковша в зоне падения струи металла, в локализации зоны турбулентности, возникающей вследствие падения струи металла в объеме приемного колодца, и в создании условий перевода турбулентных потоков металла в близкие к ламинарным в объеме расплава металла (в жидкометаллической ванне) в промежуточном ковше.

Указанный технический результат достигается тем, что приемный колодец состоит из опорной плиты, имеющей верхнюю ударную поверхность, и боковых стенок, хотя бы одна из которых выполнена с возможностью полного прилегания к огнеупорной футеровке одной из боковых стен промежуточного ковша, согласно первому варианту предлагаемого изобретения суммарная площадь наружных поверхностей приемного колодца, прилегающих к огнеупорной футеровке промежуточного ковша, составляет не менее 30% от общей наружной поверхности приемного колодца, при этом хотя бы одна из боковых стенок приемного колодца имеет высоту не менее 75% от высоты рабочего пространства промежуточного ковша, и хотя бы одна из стенок приемного колодца частично или полностью имеет высоту меньше этого уровня. Опорная плита может быть выполнена в форме многоугольника или сочетания многоугольника и кругового сегмента.

Также в приемный колодец может быть установлена металлическая крышка, разрушающаяся в процессе разливки металла.

Указанный технический результат достигается тем, что приемный колодец состоит из опорной плиты, имеющей верхнюю ударную поверхность, и боковых стенок, хотя бы одна из которых выполнена с возможностью полного прилегания к огнеупорной футеровке одной из боковых стен промежуточного ковша, согласно другому варианту предлагаемого изобретения суммарная площадь наружных поверхностей приемного колодца, прилегающих к огнеупорной футеровке промежуточного ковша, составляет не менее 30% от общей наружной поверхности приемного колодца, при этом боковые стенки приемного колодца имеет высоту не менее 75% от высоты рабочего пространства промежуточного ковша, и при этом, хотя бы в одной из боковых стенок приемного колодца имеется хотя бы одно отверстие. Опорная плита может быть выполнена в форме многоугольника или сочетания многоугольника и кругового сегмента. Также в него может быть установлена металлическая крышка, разрушающаяся в процессе разливки металла. Дополнительно с внешней стороны приемного колодца может быть установлен газопроницаемый блок, через который можно продувать нейтральный газ.

Указанный технический результат достигается тем, что приемный колодец состоит из опорной плиты, имеющей верхнюю ударную поверхность, и боковых стенок, хотя бы одна из которых выполнена с возможностью полного прилегания к огнеупорной футеровке одной из боковых стен промежуточного ковша, согласно третьему варианту предлагаемого изобретения суммарная площадь наружных поверхностей приемного колодца, прилегающих к огнеупорной футеровке промежуточного ковша, составляет не менее 30% от общей наружной поверхности приемного колодца, при этом боковые стенки приемного колодца имеет высоту не менее 75% от высоты рабочего пространства промежуточного ковша, и хотя бы в одной из боковых стенок приемного колодца имеется хотя бы одно отверстие и хотя бы в одном из отверстий в стенке установлен блок из СаО-материала. Опорная плита может быть выполнена в форме многоугольника или сочетания многоугольника и кругового сегмента. Также в него может быть установлена металлическая крышка, разрушающаяся в процессе разливки металла. Дополнительно с внешней стороны приемного колодца может быть установлен газопроницаемый блок, через который можно продувать нейтральный газ.

На Фиг.1а, 1б показаны схемы установки приемного колодца в промежуточном ковше, в котором боковые стенки, прилегающие к боковым стенам промежуточного ковша, достигают высоты уровня металла и шлака в ковше, при этом одна из боковых стен полностью (Фиг.1a) или частично (Фиг.1б) имеет высоту меньше уровня металла и шлака в ковше.

На Фиг.2а, 2б представлены схемы установки приемного колодца в промежуточном ковше, в котором одна из боковых стен имеет отверстия.

На Фиг.3 - приемный колодец промежуточного ковша (ковш не показан) с СаО-блоками.

Фиг.4 - приемный колодец промежуточного ковша (ковш не показан) с металлической крышкой и газопроницаемыми блоками, через которые можно продувать нейтральный газ.

Приемный колодец (по первому варианту, Фиг.1а, 1б) устанавливается опорной плитой 1, верхняя часть которой представляет собой ударную поверхность 2, на днище промежуточного ковша 3 и ограничивает его износ в месте падения струи металла 4, боковые стенки изделия 5 прилегают к огнеупорной футеровке стен промежуточного ковша 6 до высоты уровня не менее 75% от высоты рабочего пространства промежуточного ковша, что соответствует уровню, находящемуся выше уровня металла и шлака в промежуточном ковше во время разливки на МНЛЗ, защищая стены промежуточного ковша от агрессивного воздействия шлака и поступающего турбулентного потока расплава металла. Хотя бы одна из стенок 7 приемного колодца частично или полностью имеет высоту меньше этого уровня. Суммарная площадь наружных поверхностей приемного колодца 8, прилегающих к огнеупорной футеровке промежуточного ковша, составляет не менее 30% от общей наружной поверхности приемного колодца. При этом опорная плита может быть в форме многоугольника или сочетанием многоугольника и кругового сегмента. Также опорная плита и стенки могут быть выполнены одним изделием или из отдельных частей. Внутренняя поверхность стенок приемного колодца и ударная поверхность опорной плиты определяют внутренний объем колодца. Металл из внутреннего объема приемного колодца в объем промежуточного ковша поступает над одной из боковых стен 7 изделия. Приемный колодец защищает ванну расплавленного металла промежуточного ковша от поступления турбулентных потоков металла, которые формирует струя расплава металла при падении во внутренний объем приемного колодца.

При другом варианте (Фиг.2а, 2б) в боковых стенках приемного колодца имеется хотя бы одно отверстие. Металл из приемного колодца в промежуточный ковш поступает через отверстия 9 в боковых стенках. Причем это отверстие может располагаться горизонтально (параллельно ударной поверхности), или под углом к горизонту. Под отверстиями в стенках, которые ограничивают внутренний объем изделия от всего объема промежуточного ковша, в ряде случаев вставляется газопроницаемый блок 11 (Фиг.4), через который вдувают в объем металла нейтральный газ, способствующий флотации неметаллических включений. В ряде случаев, приемный колодец промежуточного ковша имеет металлическую крышку 12, которая устанавливается на некоторой высоте от ударной поверхности. При начале разливки струя металла прожигает металлическую крышку в месте падения струи, и крышка защищает от возникающих в начале разливки брызг персонал и оборудование. По мере поднятия уровня металла в колодце, когда сильное образование брызг закончилось, крышка полностью расплавляется.

По третьему варианту, в отверстия, выполненные в стенках, которые ограничивают внутренний объем изделия от всего объема промежуточного ковша, вставляют блок из СаО-материала 10 (Фиг.3). Неметаллические включения металла, проходя через блок из СаО-материала, модифицируются за счет реакции с материалом блока. Неметаллические включения модифицируются, т.е. изменяют свою форму и становятся глобулярными, такая форма неметаллических включений оказывает менее вредное воздействие на матрицу стали и соответственно на ее качество. Также модифицированные включения имеют меньшую температуру плавления, что приводит к снижению уровня зарастания сталеразливочных каналов этими включениями. Под отверстиями в стенках, которые ограничивают внутренний объем изделия от всего объема промежуточного ковша, в ряде случаев вставляется газопроницаемый блок 11 (Фиг.4), через который вдувают в объем металла нейтральный газ, способствующий флотации неметаллических включений. В ряде случаев, приемный колодец промежуточного ковша имеет металлическую крышку 12, которая устанавливается на некоторой высоте от ударной поверхности. При начале разливки струя металла прожигает металлическую крышку в месте падения струи, и крышка защищает персонал и оборудование от возникающих в начале разливки брызг. По мере поднятия уровня металла в колодце, когда сильное образование брызг закончилось, крышка полностью расплавляется.

Скорость потока металла над стенками или через отверстия в стенках значительно ниже, чем у металла, поступающего в промежуточный ковш, поэтому поток металла из предлагаемого приемного колодца не вызывает значимого уровня турбулентности.

Сила воздействия струи металла при попадании на внутреннюю поверхность приемного колодца компенсируется силой противодействия, возникающей за счет прилегания стен колодца к футеровке стен промежуточного ковша, что увеличивает срок службы приемного колодца и, соответственно, повышает стойкость футеровки промежуточного ковша.

Высокая площадь контакта внешней поверхности изделия с огнеупорной футеровкой промежуточного ковша, а соответственно, и сила сцепления с поверхностью способствует предотвращению всплытия изделия, связанного с воздействием силы Архимеда, которая у аналогов может вызывать явление всплытия изделия при его работе.

Предлагаемые варианты приемного колодца в ходе испытаний на металлургических предприятиях показали положительные результаты по стойкости огнеупорной футеровки стен промежуточного ковша в зоне падения струи металла (45-65 плавок), а также позволили повысить качество стали за счет локализации зоны турбулентности в объеме приемного колодца от остального объема промежуточного ковша, где создается зона потоков металла, близких к ламинарным.