021783 B1 021783 B1 (11) 021783

Евразийское
патентное
ведомство
(19)
(11)
021783
(13)
B1
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45)
Дата публикации и выдачи патента
(51) Int. Cl. B22D 41/00 (2006.01)
2015.08.31
(21)
Номер заявки
201101723
(22)
Дата подачи заявки
2011.12.08
(54)
МЕТАЛЛОПРИЕМНИК ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОВША ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ
РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА
B1
(72)
Изобретатель:
(57)
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, в частности, в
установках для непрерывной разливки металла. Металлоприемник промежуточного ковша для
непрерывной разливки металла, содержащий емкость, имеющую дно (7) и замкнутую боковую
стенку (1) с проемами (5), дополнительно имеет переходные части (3), расположенные между зоной
поступления металла (8) в металлоприемник и проемами (5), причем каждая переходная часть
образована двумя гранями (6) замкнутой боковой стенки, сходящимися в направлении к оси проема
с образованием угла β между ними не более 90°, длина L каждой переходной части составляет
1,0-6,0 длины проема А, равной толщине боковой стенки в месте проема (5).
Аксельрод Лев Моисеевич, Токарев
Александр Владимирович, Горелов
Николай Вячеславович, Косянчук
Александр Викторович (RU)
B1
021783
(56) RU-C1-2400327
RU-C2-2280535
US-A-5358551
021783
(43) 2013.06.28
(96) 2011000169 (RU) 2011.12.08
(71)(73) Заявитель и патентовладелец:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ
ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ГРУППА
"МАГНЕЗИТ" (RU)
021783
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, в частности, в установках для непрерывной разливки металла.
Известен металлоприемник промежуточного ковша для непрерывной разливки металла, содержащий стаканообразную ёмкость, имеющую дно и замкнутую боковую стенку воронкообразной формы.
Внешняя поверхность боковой стенки состоит из частей, отличающихся между собой углами наклона, а
внутренняя поверхность - из частей, отличающихся между собой углами наклона и выступающих навстречу друг другу частей, замкнутая боковая стенка сделана трапециеподобной формы в горизонтальном разрезе части внешней и соответствующей ей части внутренней поверхностей, на противоположных
частях боковой стенки сделаны проемы. При этом все соединённые части внутренней боковой поверхности расположены относительно друг друга под углом 90°. (UA 51118 от 15.05.2008 г., МПК
B 22D 41/00).
Известен также металлоприемник промежуточного ковша для непрерывной разливки металла, который содержит огнеупорную емкость, образованную опорной плитой (дном) и стенкой с проемами, при
этом толщина стенки равна 0,25-0,5 толщины дна, а прорези расположены симметрично, оси симметрии
в горизонтальной плоскости составляют угол 45-180°. (UA 51522 от 14.12.2009 г., МПК B 22D 41/00).
Известен также металлоприемник (приемный колодец) для непрерывной разливки металла, состоящий 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. Опорная плита и стенки могут быть выполнены одним изделием или из
отдельных частей. Опорная плита может быть выполнена в форме многоугольника. Суммарная площадь
наружных поверхностей металлоприемника, прилегающих к футеровке промковша, составляет не менее
30% от общей наружной поверхности металлоприемника, а хотя бы в одной из боковых стенок имеется
отверстие. Одна из боковых стен имеет высоту не менее 75% от высоты рабочего пространства промковша. (RU 2400327 от 27.04.2009 г. МПК B 22D 41/00).
Известные модели металлоприемника не рассматривают и не учитывают характер истечения металла в горизонтальной плоскости. Стаканообразная (ведрообразная) форма металлоприемника обусловливает непрямолинейный в горизонтальном сечении характер истечения металла из металлоприемника в
разливочную зону промковша. При ударе о дно металлоприемника струя металла, разливаемого из сталеразливочного ковша, отражается равномерно во все стороны (360°) относительно оси падения струи, а
не только (и не столько) в направлении проемов металлоприемника. Отражаясь от задней (трапециевидной) и передней (противоположной ей) частей боковой стенки, потоки металла закручиваются в горизонтальном сечении навстречу друг другу и сталкиваются вблизи проемов. Проемы, имея низкое соотношение толщины и ширины, не способны придать выходящим из проемов потокам металла заданное направление (вдоль осей проемов, лежащих в горизонтальной плоскости). При внезапном сужении русла на
входе в проемы создаются пространства с завихрениями жидкого металла, которые образуются в пристенном пространстве широкой части русла (внутри металлоприемника). Такие же завихрения образуются в начале узкой части русла за счёт того, что при входе в неё (узкую часть) металл продолжает некоторое время двигаться по инерции в направлении центра проема, и основное русло потока ещё некоторое
время продолжает сужаться. Вследствие этого потоки металла, выходящие из проемов, приобретают разнонаправленные в горизонтальном сечении, в т.ч. расходящиеся, направления, что приводит к образованию завихрений в непосредственной близости от огнеупорной футеровки длинных стен промковша и ее
повышенному износу, преимущественно на участках футеровки, граничащих с частями боковой поверхности металлоприемника, направленными к торцам промковша. Отсутствие дополнительных граней боковой поверхности металлоприемника, закрывающих участки футеровки длинных стен промковша, непосредственно примыкающие к "дельте" (трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены)
промковша, обусловливает повышенный износ футеровки промковша в этих зонах.
Описываемая в патенте UA 51118 модель металлоприемника, у которого две противоположные части боковой стенки, обращенные к длинным стенам промковша (в т.ч. к так называемой "дельте" - трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены промковша), примыкают к ним (закрепляются в
футеровке промежуточного ковша), фактически разделяет пространство разливочной зоны промковша на
две изолированные части, что затрудняет выравнивание температур по длине промковша и, соответственно, способствует возникновению застойных зон и перепадов скоростей разливки по разным ручьям.
Кроме того, образование двух изолированных пространств в промковше может послужить причиной образования значительного остатка металла в одной из изолированных половин промковша по окончании
разливки, в случае не одновременного прекращения разливки из ручьев ("закрытия" ручьев), расположенных в изолированных половинах промковша.
В металлоприемнике, описанном в патенте UA 51522, низкое соотношение толщины боковой стенки по отношению к толщине дна обусловливает опережающий износ стенок с их последующим разрушением, либо в случае значительных абсолютных величин толщины боковой стенки приводит к удорожанию себестоимости стальной продукции по причине низкой степени выработки ресурса стойкости донной части металлоприемника и перерасхода огнеупорного материала при его изготовлении. Кроме того,
в процессе износа тонких стенок проемов происходит смещение потоков расплавленного металла, вслед-1-
021783
ствие чего создаются неблагоприятные условия для снижения степени турбулентности потоков металла,
что негативно отражается на качестве металла.
Описываемая в патенте RU 2400327 модель металлоприемника не обеспечивает равномерного распределения потоков расплавленного металла с локализацией турбулентности и формированием струи в
заданном направлении в зависимости от конструкции промежуточного устройства.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании металлоприемника промежуточного ковша для непрерывной разливки металла, обеспечивающего
достижение технического результата.
Технический результат, достигаемый в заявляемом изобретении, заключается в снижении вихреобразования потоков металла в объеме промежуточного ковша и увеличении стойкости огнеупорной футеровки промежуточного ковша.
Указанный технический результат достигается тем, что металлоприемник промежуточного ковша
для непрерывной разливки металла, содержащий емкость, имеющую дно (7) в форме многоугольника и
замкнутую боковую стенку (1) с проемами (5), согласно изобретению, имеет переходные части (3), расположенные между зоной поступления металла (8) в металлоприемник и проемами (5), причем каждая
переходная часть образована двумя гранями (6) замкнутой боковой стенки (1), сходящимися в направлении к оси проема с образованием угла β не более 90°, длина L каждой переходной части составляет 1,06,0 длины проема А, равной толщине боковой стенки в месте проема (5).
По меньшей мере, три смежные грани замкнутой боковой стенки металлоприемника выполнены с
возможностью прилегания к трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены и граничащим с
ней участкам задней стенки промежуточного ковша.
Толщина боковой стенки (1) металлоприемника составляет 0,5-1,0 толщины его дна (7).
Ширина проема В составляет 0,5-3,0 длины проема А, равной толщине боковой стенки в месте проема (5).
Грани боковой стенки металлоприемника сопрягаются между собой с помощью скруглений с радиусом 0,1-1,0 от толщины стенки в зоне сопряжения.
Угол α между наружными поверхностями граней (10) боковой стенки металлоприемника, в которых располагаются проемы, составляет в горизонтальной плоскости не более 60°.
Угол наклона боковых стенок в проемах составляет 0-45° по отношению к вертикальной оси проема.
Роль каждой из переходных частей (3) выполняет конфузор - плавное сужение в горизонтальной
плоскости ширины пространства от зоны поступления металла (8) в металлоприемник по направлению к
проемам - образуемый двумя гранями (6) замкнутой боковой стенки (1), сходящимися в направлении к
оси проема (5) с образованием угла β между ними не более 90°.
Зона поступления металла (8) в металлоприемник ограничена условными начальными границами
(12) переходных частей (3).
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1б, 2б, показаны конкретные формы
выполнения металлоприемника в зависимости от конструкции промежуточного ковша, не исключающие
другие варианты в пределах формулы предлагаемого изобретения. На фиг. 1а, 2а показано расположение
металлоприемника и направление потоков металла, выходящих из проемов металлоприемника, в объеме
различных конструкций промежуточного ковша. На фиг. 1в, 2в показаны металлоприемники в горизонтальном сечении, где L - длина переходной части.
Длина переходной части (L на фиг. 1в, 2в) составляет 1,0-6,0 длины проема А, равной толщине боковой стенки в месте проема. Длина переходной части (L на фиг. 1в, 2в) определяется в горизонтальной
плоскости по оси симметрии переходной части (3) от точки (11) пересечения оси симметрии проема (5) и
оси симметрии переходной части (3) до точки пересечения оси симметрии переходной части (3) и условной начальной границы (12) переходной части. В качестве оси симметрии переходной части принимается
биссектриса угла β между двумя гранями (6) замкнутой боковой стенки (1), сходящимися в направлении
к оси проема (5) и образующими переходную часть (3). Условная начальная граница (12) переходной
части (3) образована перпендикуляром к оси симметрии переходной части, проходящим через ближайшую к соответствующему проему точку изгиба (13) замкнутой боковой стенки (1) (место, где изменяется
угол между осью симметрии переходной части и боковой стенкой - фиг. 1в), либо (фиг. 2в) проходящим
через ближайшую к соответствующему проему точку пересечения (14) оси симметрии металлоприемника и грани замкнутой боковой стенки (1).
Внезапное сужение сечения на входе потока металла в проем металлоприемника, которое имеет место в существующих аналогах металлоприемников, всегда вызывает гидравлические потери энергии,
обусловленные трением потока при входе в узкий проем и потерями на вихреобразование. Потери на
вихреобразование вызываются тем, что поток не обтекает входной угол, а срывается с него, что приводит
к сужению потока в проеме металлоприемника, при этом пространство вокруг суженной части потока
заполняется завихренным металлом. Течение жидкого металла в переходной части в заявляемом металлоприемнике сопровождается увеличением скорости и падением давления. Так как давление в начале
-2-
021783
переходной части больше, чем в конце, причин к возникновению вихреобразования нет. Небольшое вихреобразование и отрыв потока от стенки с одновременным сжатием потока возникает лишь на выходе из
переходной части в месте соединения с проемом боковой стенки. Данное явление исчезает по мере течения металла внутри проема.
Создание в заявляемом металлоприемнике переходных частей (3) с указанными параметрами (углом β между гранями (6) замкнутой боковой стенки (1), сходящимися в направлении к оси проема (5),
составляющим не более 90° и длиной, составляющей 1,0-6,0 длины проема А, равной толщине боковой
стенки в месте проема), направлено на достижение технического результата. Указанные параметры переходных частей (3), определенные опытным путем с помощью моделирования потоков расплавленного
металла в объеме металлоприемника, позволяют, по меньшей мере, в 2 раза снизить гидравлическое сопротивление и вихреобразование на входе потоков металла (4) в проемы (5) металлоприемника по сравнению с существующими аналогами металлоприемников.
При угле β более 90° и/или длине L переходной части (3), меньшей, чем 1,0 (одна) длина проема А,
существенно падает эффективность снижения гидравлического сопротивления и вихреобразования на
входе потоков металла (4) в проемы (5) металлоприемника.
Замкнутая боковая стенка (1) металлоприемника выполнена толщиной 0,5-1,0 толщины его дна (7).
Указанное соотношение толщин обеспечивает равностойкость дна и стен металлоприемника: низкое соотношение толщины замкнутой боковой стенки (1) по отношению к толщине дна (7) обусловливает опережающий износ стенок с их последующим разрушением, либо, в случае значительных абсолютных величин толщины боковой стенки, приводит к удорожанию себестоимости стальной продукции по причине
низкой степени выработки ресурса стойкости донной части металлоприемника и перерасхода огнеупорного материала при его изготовлении. Кроме того, в процессе износа тонких стенок проемов происходит
смещение потоков расплавленного металла, вследствие чего создаются неблагоприятные условия для
снижения степени турбулентности потоков металла, что негативно отражается на качестве металла.
Ширина проема В составляет 0,5-3,0 длины проема А, равной толщине боковой стенки в месте проема (5). Данное соотношение ширины и длины проема обеспечивает допустимый износ стенок проема (5)
при достижении равномерного поля скоростей потоков металла в выходном сечении проема. Слишком
узкий проем, шириной менее 0,5 длины проема А, может послужить причиной опережающего износа
стенок проема и преждевременного их разрушения, а слишком широкий проем, шириной более 3,0 длины проема А, не обеспечивает достаточной степени выравнивания скоростей и направлений потоков металла в выходном сечении.
Грани боковой стенки сопрягаются между собой с помощью скруглений с радиусом 0,1-1,0 от толщины стенки в зоне сопряжения. Создание плавных сопряжений дополнительно снижает сопротивление
движению металла и сопутствующее вихреобразование, т.е. способствует снижению степени турбулентности потоков металла.
Угол α между наружными поверхностями граней (10) замкнутой боковой стенки (1), в которых
располагаются проемы (5), составляет в горизонтальной плоскости не более 60°. Расположение граней
(10) замкнутой боковой стенки, в которых находятся проемы (5), по отношению друг к другу определяет
направление выходящих из металлоприемника потоков металла и варьируется в зависимости от конструкции промежуточного ковша (его длины, количества и расположения ручьев). При угле более 60° значительно снижается конструктивная прочность металлоприемника.
Угол наклона боковых стенок в проемах (5) составляют 0-45° по отношению к вертикальной оси
проема. Увеличение ширины проема В по его высоте способствует тому, что в верхней части проема
имеет место минимальная скорость истечения металла из металлоприемника, что препятствует захвату
металлом неметаллических включений из шлака, а также снижает нагрузку на верхнюю часть боковой
стенки металлоприемника, подверженную опережающему износу.
Разный угол наклона боковых стенок проемов позволяет регулировать (выравнивать) скорость износа стенок в зависимости от конструкции металлоприемника и места падения струи металла в металлоприемник.
Металлоприемник, представляющий собой емкость, имеющий дно (7) в форме многоугольника и
замкнутую боковую стенку (1), устанавливается на дно промежуточного ковша (2) таким образом, что,
по меньшей мере, три смежные грани (9) замкнутой боковой стенки (1) металлоприемника прилегают к
"дельте" (трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены) промежуточного ковша (2). Часть
замкнутой боковой стенки (1), диаметрально противоположная части, прилегающей к "дельте", не прилегает к стенке промежуточного ковша (2), образуя свободное пространство между металлоприемником и
передней боковой стенкой промежуточного ковша (2), соединяющее рабочий объем промежуточного
ковша (2) по всей его длине. Металл поступает в металлоприемник через огнеупорный металлопровод
(на чертеже не показан). В объеме металлоприемника истечение металла происходит в переходные части
(3) по направлению к проемам (5) (фиг. 1а, 2а). Переходные части (3) формируют заданное направление
выходящих из металлоприемника потоков металла (4) в объем промежуточного ковша (2), снижая вихреобразование потоков металла в объеме промежуточного ковша и способствуя увеличению стойкости
-3-
021783
огнеупорной футеровки промежуточного ковша.
В целом предлагаемая конструкция металлоприемника способствует выравниванию температур по
длине промежуточного ковша и, соответственно, препятствует возникновению застойных зон и перепадов скоростей разливки по разным ручьям. Кроме того, в случае не одновременного прекращения разливки из ручьев, предлагаемая конструкция позволяет завершать серию разливки с минимальным остатком металла в промежуточном ковше.
Наличие в конструкции металлоприемника переходных частей (3) между зоной поступления металла (8) в металлоприемник и проемами (5), каждая из которых образована двумя гранями (6) замкнутой
боковой стенки, сходящимися в направлении к оси проема с образованием угла между ними не более 90°
и имеющая длину 1,0-6,0 длины проема, равной толщине боковой стенки в месте проема, способствует
значительному снижению вихреобразования потоков металла и увеличению стойкости огнеупорной футеровки промежуточного ковша, таким образом, обеспечивая достижение заявленного технического результата.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Металлоприемник промежуточного ковша для непрерывной разливки металла, содержащий емкость, имеющую дно (7) в форме многоугольника и замкнутую боковую стенку (1) с проемами (5), отличающийся тем, что имеет переходные части (3), расположенные между зоной поступления металла (8) в
металлоприемник и проемами (5), каждая переходная часть образована двумя гранями (6) замкнутой боковой стенки (1), сходящимися в направлении к оси проема с образованием угла β между ними не более
90°, длина L каждой переходной части составляет 1,0-6,0 длины проема А, равной толщине боковой
стенки в месте проема (5).
2. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере три смежные грани замкнутой боковой стенки металлоприемника выполнены с возможностью прилегания к трапециевидной выемке длинной непрямолинейной стены и граничащим с ней участкам задней стенки промежуточного ковша.
3. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что толщина замкнутой боковой стенки (1) металлоприемника составляет 0,5-1,0 толщины дна (7).
4. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что ширина проема В составляет 0,5-3,0 длины
проема А, равной толщине боковой стенки в месте проема (5).
5. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что грани боковой стенки металлоприемника сопрягаются между собой с помощью скруглений с радиусом 0,1-1,0 от толщины стенки в зоне сопряжения.
6. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что угол α между наружными поверхностями граней (10) замкнутой боковой стенки металлоприемника, в которых располагаются проемы (5), составляет
в горизонтальной плоскости не более 60°.
7. Металлоприемник по п.1, отличающийся тем, что угол наклона боковых стенок в проемах составляет 0-45° по отношению к вертикальной оси проема.
Фиг. 1a
Фиг. 1б
-4-
021783
Фиг. 1в
Фиг. 2а
Фиг. 2б
Фиг. 2в
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
-5-