RU2229358C2 - Apparatus for protecting metal stream by means of gas - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy, possibly metal casting in continuous casting machines. SUBSTANCE: apparatus includes cylindrical housing having duct along its symmetry axis. At side of said duct there is annular groove normal relative to duct axis and forming upper and lower protrusions. Upper protrusion is cylindrical one. Lower protrusion is cylindrical in its upper part and it is cone in its lower part and inclined by angle 15 - 45 degrees relative to horizon. Relation of diameters of annular groove, cylindrical part of lower protrusion and upper annular protrusion is in range (1.05 - 1.07) : (1.01 - 1.05) : 1. Such relation determines gap value between annular protrusions and shell of casting nozzle of ladle. Gas fed into annular groove of apparatus leaves it through gaps without turbulence formation. Value of gap is selected in such a way that it prevents air suction into apparatus due to formation of solid gaseous curtain around metal stream. EFFECT: enhanced quality of ingot surface, limited generation of nitrogen in metal. 4 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии, конкретно к разливке металла на MHЛЗ.The invention relates to metallurgy, and specifically to the casting of metal in a continuous casting mill.

Наиболее близким по своей технической сущности к достигаемому эффекту является устройство для защиты струи металла газом, содержащее корпус, по оси симметрии которого выполнен канал для подачи расплавленного металла, газопровод для подачи инертного газа, сопла, расположенные по окружности, центр которой размещен по оси симметрии корпуса, и со стороны выходного сечения сообщенные кольцевой канавкой. Сопла выполнены с разными диаметрами критических сечений (Авт. свид. СССР №1616767, кл. В 22 D 7/12, 1988). Опубликовано 30.12.90 в Бюллетене открытий и изобретений №48, 1990г., стр. 53-54).The closest in technical essence to the achieved effect is a device for protecting a metal jet with gas, comprising a housing along the axis of symmetry of which a channel for supplying molten metal is made, a gas pipeline for supplying inert gas, nozzles located around a circle, the center of which is placed along the axis of symmetry of the housing , and from the side of the outlet section communicated by an annular groove. Nozzles are made with different diameters of critical sections (Auth. St. USSR No. 1616767, class B 22 D 7/12, 1988). Published December 30, 90, in the Bulletin of Discoveries and Inventions No. 48, 1990, pp. 53-54).

Недостатком известного устройства является то, что оно не предотвращает значительного прироста азота в разливаемом металле в результате взаимодействия струи жидкого металла с атмосферным воздухом. Прокат из отлитых заготовок с использованием известного устройства требовал значительного объема зачистки поверхности.A disadvantage of the known device is that it does not prevent a significant increase in nitrogen in the cast metal as a result of the interaction of a stream of liquid metal with atmospheric air. Rolling from cast billets using a known device required a significant amount of surface cleaning.

Технический эффект, решаемый настоящим изобретением:Technical effect solved by the present invention:

- устранение отмеченных недостатков;- elimination of noted deficiencies;

- ограничение прироста азота в металле по ходу разливки плавки при малых расходах инертного газа;- limitation of the growth of nitrogen in the metal during casting at low consumption of inert gas;

- повышение качества поверхности металлопродукции.- improving the quality of the surface of metal products.

Технический результат изобретения заключается в создании вокруг струи металла сплошной кольцевой газовой струи - завесы от проникновения воздуха. Он достигается использованием предлагаемого устройства, содержащего цилиндрический корпус, по оси симметрии которого выполнен канал и газопровод для подачи инертного газа в кольцевую канавку, выполненную в цилиндрическом корпусе, отличающегося тем, что кольцевая канавка выполнена со стороны канала в плоскости, перпендикулярной его оси симметрии с образованием верхнего и нижнего кольцевых выступов, верхний кольцевой выступ выполнен цилиндрическим, а нижний в верхней части выполнен цилиндрическим, а в нижней - коническим под углом 15-45 градусов к горизонтали, при этом диаметр кольцевой канавки, диаметр цилиндрической части нижнего выступа и диаметр верхнего выступа относятся как (1,05-1,07):(1,01-1,05):1.The technical result of the invention is to create around a stream of metal a continuous annular gas stream - a curtain of air penetration. It is achieved by using the proposed device containing a cylindrical body, the axis of symmetry of which the channel and the gas pipe for supplying inert gas to the annular groove made in the cylindrical body, characterized in that the annular groove is made on the side of the channel in a plane perpendicular to its axis of symmetry with the formation the upper and lower annular protrusions, the upper annular protrusion is made cylindrical, and the lower in the upper part is made cylindrical, and in the lower - conical at an angle of 15-45 g radii to the horizontal, with the diameter of the annular groove, the diameter of the cylindrical part of the lower protrusion and the diameter of the upper protrusion refer to (1.05-1.07) :( 1.01-1.05): 1.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2. Устройство содержит цилиндрический корпус 4, по оси симметрии которого выполнен канал и газопровод 8 для подачи инертного газа в кольцевую канавку 5, выполненную в плоскости, перпендикулярной оси симметрии корпуса со стороны канала, с образованием верхнего и нижнего кольцевых выступов. Верхний кольцевой выступ 6 выполнен цилиндрическим. Нижний кольцевой выступ в своей верхней части также выполнен цилиндрическим 7, а в нижней его части - коническим под углом 15-45 градусов к горизонтали. Диаметр кольцевой канавки (D), диаметр цилиндрической части нижнего выступа 7 и диаметр верхнего цилиндрического выступа 6 относятся как (1,05-1.07):(1,01-1,05):1.The proposed technical solution is illustrated by the drawings shown in FIG. 1 and FIG. 2. The device comprises a cylindrical body 4, along the axis of symmetry of which a channel and a gas pipe 8 are made for supplying inert gas to an annular groove 5 made in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the body from the channel side, with the formation of upper and lower annular protrusions. The upper annular protrusion 6 is cylindrical. The lower annular protrusion in its upper part is also made cylindrical 7, and in its lower part - conical at an angle of 15-45 degrees to the horizontal. The diameter of the annular groove (D), the diameter of the cylindrical part of the lower protrusion 7 and the diameter of the upper cylindrical protrusion 6 are referred to as (1.05-1.07) :( 1.01-1.05): 1.

Заявленные отличительные характеристики устройства были установлены экспериментально на моделях. Каждая модель представляла собой устройство, изготовленное с заявленными соотношениями согласно фиг.1 формулы изобретения. При этом диаметр верхнего цилиндрического выступа 6 был принят равным 205 мм. Были изготовлены также устройства с характеристиками, выходящими за заявленные значения. На моделях сплошность кольцевой газовой струи, выходящей из устройства, имитировали по отклонению от своего вертикального положения флажков из полиэтиленовой пленки, приклеенных по наружному периметру цилиндрического корпуса устройства. Модельные исследования проводили при расходах аргона 90 и 220 л/мин, поступающего к кольцевому пазу.The claimed distinctive characteristics of the device were installed experimentally on models. Each model was a device made with the claimed ratios according to figure 1 of the claims. The diameter of the upper cylindrical protrusion 6 was taken equal to 205 mm Devices with characteristics beyond the declared values were also manufactured. On the models, the continuity of the annular gas jet exiting the device was simulated by the deviation from its vertical position of polyethylene film flags glued along the outer perimeter of the device’s cylindrical body. Model studies were carried out with argon flow rates of 90 and 220 l / min entering the annular groove.

Одинакового отклонения всех контрольных флажков из полиэтилена по периметру устройства достигали при расходе аргона 90 л/мин в случае использования всех модельных устройств, где были выдержаны заявленные характеристики. За пределами заявленных характеристик требовалось увеличение расхода аргона свыше 220 л/мин для достижения близких величин отклонения флажков.The same deviation of all control flags made of polyethylene along the perimeter of the device was achieved with an argon flow rate of 90 l / min in the case of using all model devices where the declared characteristics were maintained. Outside of the declared characteristics, an increase in argon flow rate of over 220 l / min was required to achieve close values of the flag deflection.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадений отличительных признаков заявленного устройства для защиты металла газом с признаками известных технических решений.The analysis of scientific, technical and patent literature shows the absence of coincidence of the distinctive features of the claimed device for protecting metal with gas with signs of known technical solutions.

На основании этого делается вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".Based on this, it is concluded that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Ниже дан пример осуществления изобретения с использованием фиг. 2, не исключающий другие примеры в пределах формулы изобретения.The following is an example embodiment of the invention using FIG. 2, not excluding other examples within the scope of the claims.

Пример. Устройство использовали для защиты струи металла между сталеразливочным и промежуточным ковшами при разливке на МНЛЗ плавок массой 150 т стали марок ШХ 15; 10; 60С2Г; 45Х на блюмовые заготовки 300×360 мм с рабочей скоростью 0,55-0,6 м/мин. Струя металла из сталеразливочного ковша поступала в промежуточный ковш через выпускной стакан 2 шиберного затвора, при этом цилиндрическая часть выпускного стакана защищена металлической обечайкой 1 диаметром 204 мм, а его коническая часть состыкована с огнеупорной трубой 3, установленной в промежуточном ковше.Example. The device was used to protect a stream of metal between a steel casting and an intermediate ladle during casting on continuous casting machines of castings with a mass of 150 tons of steel of grade ШХ 15; 10; 60S2G; 45X for bloom blanks 300 × 360 mm with a working speed of 0.55-0.6 m / min. The metal stream from the steel pouring ladle entered the intermediate ladle through the outlet glass 2 of the slide gate, while the cylindrical part of the exhaust nozzle is protected by a metal shell 1 with a diameter of 204 mm, and its conical part is joined to the refractory pipe 3 installed in the intermediate ladle.

Использованное устройство имеет: диаметр отверстия, образованного верхним цилиндрическим выступом 6, равный 205 мм; кольцевую канавку диаметром 219 мм; диаметр отверстия, образованного цилиндрической частью нижнего выступа 7, равный 211 мм. При этом угол конической части нижнего выступа 7 составлял 30 градусов к горизонтали.The device used has: the diameter of the hole formed by the upper cylindrical protrusion 6, equal to 205 mm; annular groove with a diameter of 219 mm; the diameter of the hole formed by the cylindrical part of the lower protrusion 7, equal to 211 mm The angle of the conical part of the lower protrusion 7 was 30 degrees to the horizontal.

До начала разливки устройство устанавливали и фиксировали на металлической обечайке 1 вблизи стыка обечайки с огнеупорной трубой. Затем патрубок газопровода 8 соединяли с аргонопроводом. В процессе разливки аргон с расходом до 220 л/мин поступал в кольцевую канавку устройства и выходил через зазоры между обечайкой 1 и кольцевыми выступами 6 и 7. Уже при расходе аргона 90 л/мин вокруг струи образовывался сплошной кольцевой поток газа. Благодаря конической форме нижней части нижнего выступа (угол 30 градусов) газовый поток выходил без завихрений.Prior to casting, the device was installed and fixed on the metal shell 1 near the junction of the shell with the refractory pipe. Then the gas pipe 8 was connected to the argon pipe. During the casting process, argon with a flow rate of up to 220 l / min entered the annular groove of the device and exited through the gaps between the shell 1 and the annular protrusions 6 and 7. Already at a flow rate of 90 l / min, a continuous ring gas flow was formed around the jet. Due to the conical shape of the lower part of the lower protrusion (angle of 30 degrees), the gas flow exited without turbulence.

Аргон, выходящий через зазор между кольцевым выступом 6 и обечайкой 1, равный 0,5 мм, устранял подсос воздуха к струе металла.Argon exiting through the gap between the annular protrusion 6 and the shell 1, equal to 0.5 mm, eliminated the suction of air to the metal stream.

Промышленные испытания устройства для защиты струн металла газом были проведены при разливке плавок массой 150 т из стали марок 10, 20Г2, 60С2Г, 35Г, 45Х на двухручьевой МНЛЗ на заготовки 300х360 мм.Industrial tests of the device for protecting metal strings with gas were carried out during casting of 150-ton melts from steel grades 10, 20G2, 60S2G, 35G, 45X on double-strand continuous casting machine for 300 × 360 mm billets.

В таблице приведены результаты анализов содержания азота в металле, находящемся в сталеразливочном и промежуточном ковшах по ходу разливки плавок, согласно схеме, приведенной на фиг. 2, с использованием заявленного устройства. Удельный расход аргона составлял 90 или 220 л/мин на каждом ручье МНЛЗ. Наряду с заявленными отличительными характеристиками устройства были испытаны варианты с отличительными характеристиками, выходящими за заявленные пределы.The table shows the results of analyzes of the nitrogen content in the metal located in the steel casting and intermediate ladles during casting of melts, according to the scheme shown in FIG. 2, using the claimed device. The specific argon flow rate was 90 or 220 l / min for each caster. Along with the claimed distinctive characteristics of the device, variants with distinctive characteristics beyond the declared limits have been tested.

Как следует из таблицы, максимальный прирост азота в плавках при использовании заявленного устройства (варианты II, III и IV) при расходе аргона 90 л/мин не превышал 5 ррm. Он практически не изменялся при увеличении удельного расхода аргона до 220 л/мин. В обоих случаях процент штанг проката наихудшей 4-й категории качества поверхности не превышал 0,5.As follows from the table, the maximum increase in nitrogen in the swimming trunks when using the inventive device (options II, III and IV) with an argon flow rate of 90 l / min did not exceed 5 ppm. It practically did not change with increasing specific argon consumption up to 220 l / min. In both cases, the percentage of rolled rods of the worst 4th category of surface quality did not exceed 0.5.

При использовании устройства с характеристиками, выходящими за заявленные пределы (варианты I и V), максимальный прирост азота достигал 14-18 ррm при удельном расходе аргона 90 л/мин. В случае увеличения удельного расхода аргона до 220 л/мин прирост азота в металле в результате взаимодействия с воздухом составил 9-12 ppm. В рассматриваемых вариантах I и V процент штанг проката каждой плавки, имеющих 4-ую категорию качества поверхности, достигал 10-12 при удельном расходе аргона 90 л/мин и 6-7 при удельном расходе аргона 220 л/мин.When using a device with characteristics beyond the declared limits (options I and V), the maximum nitrogen increase reached 14-18 ppm with a specific argon flow rate of 90 l / min. In the case of an increase in the specific argon consumption up to 220 l / min, the increase in nitrogen in the metal as a result of interaction with air was 9-12 ppm. In the considered variants I and V, the percentage of rolled rods of each heat having the 4th category of surface quality reached 10-12 with a specific argon flow rate of 90 l / min and 6-7 with a specific argon flow rate of 220 l / min.

Claims (1)

Устройство для защиты струи металла газом, содержащее цилиндрический корпус, по оси симметрии которого выполнен канал, и газопровод для подачи инертного газа в кольцевую канавку, выполненную в цилиндрическом корпусе, отличающееся тем, что кольцевая канавка выполнена со стороны канала в плоскости, перпендикулярной его оси симметрии с образованием верхнего и нижнего кольцевых выступов, верхний кольцевой выступ выполнен цилиндрическим, нижний в верхней части выполнен цилиндрическим, а в нижней - коническим под углом 15-45° к горизонтали, при этом диаметр кольцевой канавки, диаметр цилиндрической части нижнего выступа и диаметр верхнего кольцевого выступа относятся как (1,05-1,07):(1,01-1,05):1.A device for protecting a metal stream with a gas, comprising a cylindrical body, the channel being made along the axis of symmetry, and a gas pipeline for supplying inert gas to the annular groove made in the cylindrical body, characterized in that the annular groove is made from the channel side in a plane perpendicular to its axis of symmetry with the formation of the upper and lower annular protrusions, the upper annular protrusion is cylindrical, the lower in the upper part is cylindrical, and in the lower conical at an angle of 15-45 ° to the horizontal, with the diameter of the annular groove, the diameter of the cylindrical part of the lower protrusion and the diameter of the upper annular protrusion are as (1.05-1.07) :( 1.01-1.05): 1.

Images