RU2236326C2 - Method for continuous casting of steel from intermediate ladle to mold and submersible nozzle for performing the same - Google Patents

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, possibly continuous casting processes.

SUBSTANCE: method for feeding steel from intermediate ladle to mold through submersible nozzle comprises steps of twisting main part of discharging steel in limited volume of mold and feeding it into space of mold; feeding small part of steel in non-twisted state into volume of mold according to center of twisted part of steel; twisting mutually adjacent steel flows alike gear wheels being in engagement. Submersible nozzle has bottom and lateral outlet ducts. Said ducts are arranged fan-like at mutual shifting and curving of their axes relative to lengthwise axis of nozzle. Skirt is secured to lower portion of nozzle. Said skirt provides rotation of steel in volume limited by outer surface of nozzle and cylindrical surface of skirt. Rotation of steel provides intensified agitation and volume homogenization of steel composition. Small part of steel enhances thermal homogenization of casting space.

EFFECT: improved homogenization of steel composition.

5 cl, 17 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, точнее к производству заготовок в черной металлургии путем непрерывной разливки.The invention relates to ferrous metallurgy, and more specifically to the production of blanks in ferrous metallurgy by continuous casting.

В последние годы все более остро встает техническая проблема обеспечения производства в черной металлургии, ориентированной на массовое производство небольших партий заготовок, имеющих повышенный спрос на рынке. О наличии этой проблемы и поиске ее решений отмечено в обзоре к журналу “Новости черной металлургии за рубежом” (АО “Черметинформация”, “Сталеплавильное производство на пороге третьего тысячелетия”, приложение №7 к указанному журналу, 2000 год, стр. 38). Там же указано, что одним из решений этой проблемы является введение в жидкую сталь легирующих элементов на участке передачи стали из промежуточного ковша в кристаллизатор.In recent years, the technical problem of ensuring production in the iron and steel industry, focused on the mass production of small batches of billets with increased demand in the market, has become increasingly acute. The existence of this problem and the search for its solutions was noted in a review of the journal “News of the iron and steel abroad” (JSC “Chermetinformatsiya”, “Steelmaking on the threshold of the third millennium”, Appendix No. 7 to this journal, 2000, p. 38). It also indicates that one of the solutions to this problem is the introduction of alloying elements into liquid steel at the steel transfer section from the intermediate ladle to the mold.

Таким образом, в большой металлургии, ориентированной на массовое производство заготовок путем непрерывной разливки, возникла техническая проблема изменения химического состава стали по мере ее разливки и на этой основе получение малых партий заготовок.Thus, in large metallurgy, focused on the mass production of billets by continuous casting, a technical problem arose of changing the chemical composition of steel as it is cast and, on this basis, obtaining small batches of billets.

При поиске технического решения рассматриваемой актуальной проблемы учитывают, что процесс непрерывной разливки включает подготовку стали к разливке и две стадии переливания стали: из сталь-ковша в промежуточный ковш и из промежуточного ковша в кристаллизатор. На каждой из этих операций может быть осуществлено воздействие на химический состав стали и техническое решение проблемы сводится к нахождению такой совокупности приемов, которая обеспечивала бы получение хороших результатов при сохранении непрерывности ведения процесса разливки. При этом под хорошими результатами понимают обеспечение высокого качества получаемых заготовок при минимальных затратах.When searching for a technical solution to the actual problem under consideration, it is taken into account that the continuous casting process includes preparing steel for casting and two stages of steel transfusion: from a steel ladle to an intermediate ladle and from an intermediate ladle to a mold. At each of these operations, the chemical composition of steel can be influenced and the technical solution to the problem is to find such a set of techniques that would ensure good results while maintaining the continuity of the casting process. At the same time, good results are understood as ensuring high quality of the obtained blanks at minimal cost.

Настоящее техническое предложение направлено на решение рассмотренной технической проблемы в процессе подачи стали из промежуточного ковша в кристаллизатор в процессе непрерывной разливки. Суть решения состоит в обеспечении равномерного распределения подаваемых в сталь легирующих элементов в объеме металла в кристаллизаторе до начала его кристаллизации, создании химической и термической гомогенизации жидкой стали в кристаллизаторе. Составной, не менее важной задачей настоящего технического решения является разрушение системности в формировании дендритов на первой стадии кристаллизации стали в кристаллизаторе.This technical proposal is aimed at solving the considered technical problem in the process of supplying steel from an intermediate ladle to the mold during continuous casting. The essence of the solution is to ensure a uniform distribution of the alloying elements supplied to the steel in the volume of the metal in the mold prior to its crystallization, the creation of chemical and thermal homogenization of liquid steel in the mold. A composite, no less important task of this technical solution is the destruction of systemicity in the formation of dendrites at the first stage of crystallization of steel in the mold.

В основу технического решения положено использование нового погружного стакана для передачи стали из промежуточного ковша в кристаллизатор.The technical solution is based on the use of a new submersible nozzle for transferring steel from the intermediate ladle to the mold.

Известно описание способа непрерывной разливки стали с применением погружного стакана для передачи жидкой стали из промежуточного ковша в кристаллизатор (см., например, патент РФ №2165825, В 22 D 41/50, опубл. в БИ 27.04.2001, №12). В описании этого погружного стакана подробно изложен способ непрерывной разливки стали при применении этого стакана.There is a description of a method for continuous casting of steel using an immersion nozzle to transfer molten steel from an intermediate ladle to a mold (see, for example, RF patent No. 21585825, B 22 D 41/50, publ. In BI 04/27/2001, No. 12). The description of this submersible nozzle describes in detail a method for continuous casting of steel using this nozzle.

Основной недостаток известного способа непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор состоит в отсутствии возможности равномерного распределения легирующих элементов, введенных в сталь до ее поступления в кристаллизатор, по объему металла в кристаллизаторе. К тому же используемый прием в большей мере относится к разливке стали в заготовки с малым отношением h:B, где h - высота заготовки; В - ширина заготовки. Таким образом ограничена сфера применения известного способа.The main disadvantage of the known method of continuous casting of steel from an intermediate ladle to the mold is the lack of the possibility of a uniform distribution of alloying elements introduced into the steel before it enters the mold, according to the volume of metal in the mold. In addition, the technique used is more relevant for casting steel into billets with a small ratio h: B, where h is the height of the billet; In - the width of the workpiece. Thus, the scope of application of the known method is limited.

Известно описание способа непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор при описании устройства для непрерывной разливки стали (см., например, патент РФ №2148469, В 22 D, 11/10, опубл. в БИ 10.05.2000 г., №13).There is a description of a method for continuous casting of steel from an intermediate ladle to a mold in the description of a device for continuous casting of steel (see, for example, RF patent No. 2148469, B 22 D, 11/10, publ. In BI 05/10/2000, No. 13) .

В известном способе на выходе из глуходонного погружного стакана в объем кристаллизатора изменяют направление движения металла и через боковые выходные каналы направляют металл в углы квадратного кристаллизатора.In the known method, at the exit from the deep-sea submersible nozzle into the mold volume, the direction of movement of the metal is changed and metal is directed through the lateral output channels to the corners of the square mold.

Известному способу присущи недостатки:The known method has inherent disadvantages:

1. Имеет место прямой удар струи металла, выходящего из боковых каналов стакана, в стенки кристаллизатора, что нежелательно, т.к. увеличивается вероятность разрушения формирующейся корочки закристаллизовавшегося металла, появляется опасность аварийного прорыва металла.1. There is a direct impact of a stream of metal exiting from the side channels of the glass into the walls of the mold, which is undesirable, because the probability of destruction of the forming crust of crystallized metal increases, there is a danger of an emergency breakthrough of the metal.

2. Отсутствует закручивание металла в кристаллизаторе, что исключает активное воздействие на формирующиеся дендриты в процессе кристаллизации, снижает качество заготовки. Отсутствие закручивания металла в кристаллизаторе исключает равномерное распределение по объему поступающих легирующих элементов.2. There is no twisting of the metal in the mold, which eliminates the active impact on the forming dendrites in the crystallization process, reduces the quality of the workpiece. The absence of metal twisting in the mold excludes a uniform distribution of incoming alloying elements throughout the volume.

3. Способ ориентирован на применение только для отливки квадратных заготовок.3. The method is oriented to use only for casting square billets.

Известно описание способа непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор в описании глуходонного погружного стакана (см., например, патент РФ №2167031, В 22 D, 41/50, опубл. в БИ 20.05.01, №14). Сущность приемов известного способа состоит в изменении направления движения стали в стакане в процессе оставления сталью стакана. Таким образом, кинетическую энергию движущейся по стакану стали используют для ее закручивания в момент поступления в кристаллизатор.The description of the method for continuous casting of steel from an intermediate ladle to a mold is known in the description of a deep-sea submersible nozzle (see, for example, RF patent No. 2167031, B 22 D, 41/50, published in BI 20.05.01, No. 14). The essence of the methods of the known method consists in changing the direction of motion of the steel in the glass in the process of leaving the steel in the glass. Thus, the kinetic energy of the steel moving along the glass is used to twist it at the moment it enters the mold.

Этот известный способ по существенным признакам наиболее близок предлагаемому, поэтому принят за прототип.This known method, according to the essential features, is closest to the proposed one, therefore it is adopted as a prototype.

Известному способу присущи существенные недостатки.The known method has significant disadvantages.

Во-первых, выходящие из веерообразных выходных каналов струи стали достигают стенок кристаллизатора, имея значительную кинетическую энергию. Последнее создает повышенную вероятность разрушения кристаллизующейся корочки металла с соответствующим излиянием жидкого металла и созданием аварийной ситуации.Firstly, steel jets emerging from the fan-shaped output channels reach the crystallizer walls, having significant kinetic energy. The latter creates an increased likelihood of destruction of the crystallizing crust of the metal with the corresponding outpouring of liquid metal and the creation of an emergency.

Во-вторых, в известном способе не предусмотрена возможность расширения объема перемешиваемой массы жидкого металла, так как действием выходящих из веерообразных выходных каналов стаканов струй стали охвачены в основном слои металла в кристаллизаторе, расположенные на уровне с выходящими каналами. Это ухудшает эффективное перемешивание основной массы жидкой стали в кристаллизаторе, снижает эффект перемешивания в ней введенных легирующих элементов. К тому же реализация способа не позволяет эффективно влиять на картину формирующихся дендритов, т.к. охватывает малый объем металла.Secondly, the known method does not provide for the possibility of expanding the volume of the mixed mass of liquid metal, since the action of the jets of jets coming from the fan-shaped output channels of the jets of steel covers mainly the metal layers in the mold located at the level with the outgoing channels. This affects the effective mixing of the bulk of the liquid steel in the mold, reduces the effect of mixing introduced alloying elements in it. In addition, the implementation of the method does not allow to effectively influence the pattern of forming dendrites, because covers a small volume of metal.

В-третьих, в известном способе не предусмотрена защита мениска жидкой стали в кристаллизаторе от значительного вращения. А наличие значительного вращения мениска не способствует улучшению качества отливаемых заготовок.Thirdly, in the known method does not provide for the protection of the meniscus of liquid steel in the mold from significant rotation. And the presence of a significant rotation of the meniscus does not contribute to improving the quality of cast billets.

Предлагаемый способ непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор свободен от указанных недостатков известного способа. В нем в комплексе решены задачи широкого охвата вращением глубинных слоев жидкой стали в кристаллизаторе, исключено явление удара струй поступающей в кристаллизатор стали в стенки кристаллизатора, тем самым исключена вероятность размыва этими струями закристаллизовавшейся корочки металла. Все отмеченное обеспечено при минимальном воздействии на мениск стали в кристаллизаторе.The proposed method for continuous casting of steel from an intermediate ladle to a mold is free from these disadvantages of the known method. In it, the complex solved the problems of wide rotation rotation of the deep layers of liquid steel in the mold, eliminating the impact of jets of steel entering the mold in the mold walls, thereby eliminating the possibility of erosion of the crystallized metal crust by these jets. All of the above is ensured with minimal impact on the meniscus of steel in the mold.

Таким образом, создаются условия для перемешивания стали с равной интенсивностью в объеме кристаллизатора при минимальном воздействии на мениск металла в кристаллизаторе, что исключает образование брака в виде заворота корки; полностью устраняются интенсивные потоки стали в продольном сечении кристаллизующейся заготовки, что также исключает разрыв кристаллизующейся корочки; исключено нарушение сплошности шлакового покрова на мениске металла в кристаллизаторе. В конечном итоге реализация способа обеспечивает объемную гомогенизацию жидкого металла в кристаллизаторе, тем самым создаются условия для равномерного распространения по объему металла вводимых легирующих элементов (в том числе, не исключается, раскислителей) для получения высококачественных заготовок.Thus, conditions are created for mixing steel with equal intensity in the volume of the mold with minimal impact on the meniscus of the metal in the mold, which eliminates the formation of marriage in the form of inversion of the crust; intensive flows of steel in the longitudinal section of the crystallized billet are completely eliminated, which also eliminates the breaking of the crystallizing crust; the violation of the continuity of the slag cover on the meniscus of the metal in the mold is excluded. Ultimately, the implementation of the method provides volumetric homogenization of the liquid metal in the mold, thereby creating conditions for the uniform distribution throughout the metal volume of the introduced alloying elements (including, not excluded, deoxidizers) to obtain high-quality workpieces.

Технический результат достигается тем, что в способе непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор, включающем подачу стали по меньшей мере через один погружной стакан и изменение направления движения стали в процессе оставления ею стакана согласно предложению, основную часть проходящей через стакан стали закручивают в ограниченном объеме кристаллизатора и в закрученном состоянии подают в объем кристаллизатора, при этом меньшую часть проходящей через стакан стали не закручивают и в этом состоянии подают в объем кристаллизатора по центру закрученной массы стали. Кроме того, ближние друг к другу потоки стали, параллельно направляемые в кристаллизатор, закручивают по принципу находящихся в зацеплении шестерен.The technical result is achieved by the fact that in the method of continuous casting of steel from an intermediate ladle to a mold, comprising supplying steel through at least one immersion nozzle and changing the direction of movement of the steel while leaving the nozzle according to the proposal, the main part of the steel passing through the nozzle is twisted in a limited volume mold and in a twisted state is fed into the mold volume, while a smaller part of the steel passing through the glass is not twisted and in this state is fed into the volume mold in the center of the swirling mass of steel. In addition, the steel flows close to each other, parallelly directed into the mold, are twisted according to the principle of gears engaged.

Для реализации настоящего способа непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор предложен погружной стакан.To implement the present method of continuous casting of steel from an intermediate ladle into a mold, an immersion cup is proposed.

Известен погружной стакан, содержащий в нижней части дно и выходные боковые каналы, расположенные веерообразно по окружности со смещением и искривлением их продольных осей относительно продольной оси стакана (см., например, отмеченный патент РФ №2167031, В 22 D, 41/50).Known immersion glass, containing in the lower part of the bottom and output side channels located fan-shaped around a circle with offset and curvature of their longitudinal axes relative to the longitudinal axis of the glass (see, for example, marked RF patent No. 2167031, 22 D, 41/50).

По совокупности существенных признаков указанный погружной стакан наиболее близок предлагаемому, поэтому принят за прототип.In the aggregate of essential features, the specified immersion cup is closest to the proposed one, therefore, it is taken as a prototype.

Известному погружному стакану присущи существенные недостатки, исключающие реализацию в полном объеме задач, решаемых в предлагаемом способе. Эти недостатки следующие:The well-known immersion glass has significant disadvantages, excluding the full implementation of the tasks to be solved in the proposed method. These disadvantages are as follows:

1. Конструкция стакана не исключает прямого силового контакта струй стали, выходящих из стакана, со стенками кристаллизатора, что весьма нежелательно по условиям кристаллизации металла.1. The design of the glass does not exclude direct force contact of the jets of steel exiting the glass with the walls of the mold, which is highly undesirable under the conditions of crystallization of the metal.

2. Конструкция выходных боковых каналов в стакане исключает интенсивный охват вращением объема стали, расположенного ниже уровня этих каналов. Таким образом затруднен охват вращением большей части жидкого металла в объеме кристаллизатора.2. The design of the output side channels in the glass eliminates the intensive coverage by rotation of the volume of steel located below the level of these channels. Thus, it is difficult to cover the rotation of most of the liquid metal in the mold.

3. Конструкция стакана, в конечном итоге, не обеспечивает объемную и температурную гомогенизацию жидкого металла в объеме кристаллизатора, что исключает высокоэффективное применение нового способа.3. The design of the glass, in the end, does not provide volumetric and temperature homogenization of the liquid metal in the mold, which eliminates the highly efficient application of the new method.

Предлагаемый погружной стакан свободен от указанных недостатков известного стакана. Применение предлагаемого стакана обеспечивает получение положительных эффектов, указанных выше при описании предлагаемого способа непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор.The proposed immersion glass is free from these disadvantages of the known glass. The use of the proposed glass provides the positive effects indicated above in the description of the proposed method for continuous casting of steel from an intermediate ladle into a mold.

Технический результат достигается тем, что в погружном стакане, содержащем в нижней части дно и выходные боковые каналы, расположенные веерообразно по окружности со смещением и искривлением их продольных осей относительно продольной оси стакана, согласно предложению на нижней наружной части стакана, выше выходных боковых каналов, закреплен купол в виде юбки, имеющей внутри цилиндрическую поверхность, которая расположена по меньшей мере напротив выходных боковых каналов стакана, высота цилиндрической поверхности юбки по меньшей мере равна высоте выходных боковых каналов, при этом нижний край юбки расположен не выше нижнего уровня дна стакана, и в дне стакана выполнено центральное сквозное отверстие, площадь поперечного сечения которого в несколько раз меньше суммарной площади выходных боковых каналов. Кроме того, в нижней части юбки внутренняя цилиндрическая поверхность переходит в сужающуюся коническую поверхность, при этом наружная поверхность юбки на этом участке также выполнена конической. К тому же купол в форме юбки закреплен на стакане с возможностью частичного поворота относительно продольной оси стакана и частичного смещения по вертикали, при этом угол поворота юбки β равен β ≥ в/D_н, где в - ширина выходного бокового канала, D_н - наружный диаметр стакана, а смещение юбки по вертикали по меньшей мере равно высоте выходного бокового канала.The technical result is achieved by the fact that in the immersion nozzle containing the bottom and the outlet side channels located fan-shaped in a circle with a displacement and curvature of their longitudinal axes relative to the longitudinal axis of the cup, according to the proposal, the lower outer part of the cup, above the outlet side channels, is fixed a dome in the form of a skirt having inside a cylindrical surface, which is located at least opposite the output side channels of the glass, the height of the cylindrical surface of the skirt is at least p the height of the output side channels, while the lower edge of the skirt is not higher than the lower level of the bottom of the glass, and a central through hole is made in the bottom of the glass, the cross-sectional area of which is several times smaller than the total area of the output side channels. In addition, in the lower part of the skirt, the inner cylindrical surface passes into a tapering conical surface, while the outer surface of the skirt in this section is also made conical. In addition, the dome in the form of a skirt is mounted on the glass with the possibility of partial rotation relative to the longitudinal axis of the glass and partial vertical displacement, while the angle of rotation of the skirt β is β ≥ v / D _n , where c is the width of the output side channel, D _n is the outer the diameter of the glass, and the vertical offset of the skirt is at least equal to the height of the output side channel.

Предлагаемый способ непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор и погружной стакан для его реализации пояснены чертежами, на которых показаны основные приемы реализации способа, особенности применяемой при этом конструкции погружного стакана, а также результаты исследования предлагаемого способа на холодной модели.The proposed method for continuous casting of steel from an intermediate ladle to a mold and a dip cup for its implementation are illustrated by drawings, which show the main methods for implementing the method, the features of the design of the dip cup used in this case, as well as the results of the study of the proposed method on a cold model.

На фиг.1 показано соединение промежуточного ковша и кристаллизатора в процессе непрерывной разливки стали; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - то же, что на фиг.1, но с защитой металла аргоном на пути из промежуточного ковша в кристаллизатор и в кристаллизаторе; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - то же, что на фиг.1, но с применением огнеупорных прибыльных надставок на кристаллизаторе; на фиг.6 показаны основные особенности движения стали в процессе реализации способа; на фиг.7 - разрез по В-В на фиг.6; на фиг.8 - разрез Г-Г на фиг.6; на фиг.9 - схема экспериментальной установки; на фиг.10 - примененное в эксперименте устройство для изменения движения жидкости при выходе из стакана и ее закручивания; на фиг.11 - разрез Д-Д на фиг.10; на фиг.12 показано влияние параметров юбки диаметром 183 мм и ее заглубления в жидкость на вращение слоев жидкости в квадратном “кристаллизаторе” (205× 205× 330 мм); на фиг.13 показана специфика движения и распространения по объему квадратного (205× 205× 330 мм) “кристаллизатора” подкрашенных слоев жидкости при отсутствии на стакане купола в форме юбки; на фиг.14 - то же, что на фиг.13, но при применении цилиндрической юбки высотой δ _ц=80 мм и на фиг.15 - то же, что на фиг.14, но при применении юбки, в которой цилиндрическая часть δ _ц=30 мм юбки переходит в сужающуюся коническую часть δ _к=50 мм, на фиг.16 показана специфика движения жидкости при применении конической юбки без цилиндрического участка и на фиг.17 на примере круглого “кристаллизатора” ⌀ 265 мм показано влияние соотношения диаметров юбки (наружного) и диаметра кристаллизатора (внутреннего) на вращение верхнего слоя металла в этом кристаллизаторе, т.е. на вращение мениска металла.Figure 1 shows the connection of the intermediate ladle and mold in the process of continuous casting of steel; figure 2 is a section aa in figure 1, figure 3 is the same as in figure 1, but with the protection of the metal with argon on the way from the tundish to the mold and in the mold; figure 4 is a section bB in figure 3; figure 5 is the same as in figure 1, but with the use of profitable refractory extensions on the mold; figure 6 shows the main features of the movement of steel in the process of implementing the method; Fig.7 is a section along BB in Fig.6; on Fig - section GG in Fig.6; figure 9 is a diagram of an experimental setup; figure 10 - used in the experiment, a device for changing the movement of the liquid upon exit from the glass and its twisting; figure 11 is a section DD in figure 10; on Fig shows the influence of the parameters of the skirt with a diameter of 183 mm and its deepening in the liquid on the rotation of the liquid layers in a square “mold” (205 × 205 × 330 mm); in Fig.13 shows the specifics of the movement and distribution of the square (205 × 205 × 330 mm) “crystallizer” of tinted layers of liquid in the absence of a skirt-shaped dome on the glass; in Fig.14 - the same as in Fig.13, but when using a cylindrical skirt with a height of δ _c = 80 mm and in Fig.15 - the same as in Fig.14, but when using a skirt in which the cylindrical part δ _c = 30 mm of the skirt goes into a tapering conical part δ _to = 50 mm, Fig. 16 shows the specifics of fluid movement when using a conical skirt without a cylindrical section, and Fig. 17 shows the influence of the ratio of the diameters of the skirt on the example of a round “mold” ⌀ 265 mm (outer) and the diameter of the mold (inner) on the rotation of the upper layer of the metal in this crystallization torus, i.e. on the rotation of the meniscus of the metal.

Имеется промежуточный ковш 1 (фиг.1), который наполнен (точнее постоянно наполняется) металлом 2. Промежуточный ковш через погружной стакан 3 соединен с кристаллизатором 4, благодаря чему металл непрерывно переливается из ковша 1 в кристаллизатор 4. Число стаканов 3 может быть больше одного, например два (фиг.4) и более. Последнее зависит от соотношения толщины и ширины получаемых заготовок: для слябовых заготовок число стаканов может быть равно двум и более. При этом заметим, что в настоящем способе речь идет не столько о числе стаканов, стыкующихся с промежуточным ковшом, сколько о числе вертикальных участков стаканов, входящих в кристаллизатор 4. Т.е. при реализации настоящего способа не исключается применение одного или двух стаканов, соединенных с промежуточным ковшом, но имеющих каждый ряд вертикальных колен, по которым металл поступает в кристаллизатор. Более того, при реализации настоящего способа не исключается применение погружного стакана с несколькими коленами, имеющими разные входные параметры в кристаллизатор для организации лучшего снабжения различных участков кристаллизатора жидким металлом. Металл 2 непрерывно поступает по погружному стакану 3 (см. стрелку М на всех чертежах) в кристаллизатор 4, в котором образуется объем v₀ жидкого металла 5. В верхней части жидкого металла 5, на его мениске, формируют шлак 6. Жидкий металл 5 кристаллизуется в кристаллизаторе 4 с образованием корочки затвердевшего металла 7, формирование толщины S (фиг.6) которой подчиняется известному закону

где к - коэффициент, равный ~27 для слябовых кристаллизаторов, τ - время кристаллизации.There is an intermediate ladle 1 (Fig. 1), which is filled (more precisely, constantly being filled) with metal 2. The intermediate ladle is connected to a crystallizer 4 through an immersion nozzle 3, so that the metal is continuously poured from the ladle 1 into the mold 4. The number of nozzles 3 can be more than one , for example two (figure 4) or more. The latter depends on the ratio of the thickness and width of the obtained blanks: for slab blanks, the number of glasses can be equal to two or more. It should be noted that in the present method, it is not so much about the number of glasses that are joined with the intermediate bucket, but about the number of vertical sections of glasses that are included in the mold 4. That is, when implementing this method, the use of one or two glasses connected to the intermediate bucket, but having each row of vertical elbows through which the metal enters the mold, is not ruled out. Moreover, the implementation of this method does not exclude the use of an immersion nozzle with several elbows having different input parameters in the mold to organize better supply of various sections of the mold with liquid metal. Metal 2 continuously flows through the immersion bowl 3 (see arrow M in all the drawings) into the mold 4, in which the volume v _{0 of the} liquid metal 5 is formed. In the upper part of the liquid metal 5, slag 6 is formed on its meniscus. The liquid metal 5 crystallizes in the mold 4 with the formation of a crust of hardened metal 7, the formation of thickness S (Fig.6) which obeys the known law

where k is a coefficient equal to ~ 27 for slab molds, τ is the crystallization time.

В нижней части погружного стакана 3 имеется дно, в котором по центру выполнено сквозное отверстие 8, а по бокам выполнены боковые выходные каналы 9, имеющие примерно эллиптическое сечение высотой Н и шириной в (фиг.2, 6 и 7). Число каналов 9 в стакане 3 может быть различным, но не менее двух. Суммарная площадь выходных каналов 9 существенно (в несколько раз) превышает площадь поперечного сечения отверстия 8.In the lower part of the immersion nozzle 3 there is a bottom in which a through hole 8 is made in the center, and lateral output channels 9 are made on the sides, having approximately an elliptical cross section with a height H and a width of (FIGS. 2, 6 and 7). The number of channels 9 in the glass 3 may be different, but not less than two. The total area of the output channels 9 significantly (several times) exceeds the cross-sectional area of the hole 8.

На нижней части погружного стакана, выше боковых выходных каналов 9, на наружной стороне стакана 3 закреплен купол 10, выполненный в форме юбки, обязательно имеющей внутреннюю цилиндрическую часть высотой δ _ц (фиг.6). Основная часть юбки 10 расположена внутри жидкого металла 5 кристаллизатора 4. Юбка 10 может иметь внутреннюю часть с конической поверхностью высотой δ _к (фиг.6), при этом цилиндрическая часть переходит в коническую часть, которая по мере удлинения юбки сужается с образованием угла α (фиг.6) между вертикалью и конической наружной поверхностью юбки. При назначении угла α и высоты δ _к прежде всего учитывают влияние конической части юбки 10 на проникновение вращающихся слоев жидкой стали в глубинные слои объема жидкого металла в кристаллизаторе 4. В то же время одновременно руководствуются следующим соотношением α ≥ arctg(S/δ _к), где S - толщина закристаллизовавшейся корочки металла на уровне края юбки, δ _к - высота конической части юбки 10 (фиг.6). По этим же соображениям, т.е. исключения контакта этой части юбки с затвердевшим металлом, наружная часть юбки также выполнена конической. Выходные боковые каналы 9 расположены веерообразно по окружности (фиг.2, 4 и 7) со смещением и искривлением их продольных осей относительно продольной оси стакана (см. фиг.2, на которой искривленная продольная ось канала 9 показана штрих-пунктиром).On the lower part of the immersion nozzle, above the lateral outlet channels 9, on the outside of the nozzle 3, a dome 10 is fixed, made in the form of a skirt, necessarily having an inner cylindrical part of height δ _c (Fig. 6). The main part of the skirt 10 is located inside the molten metal 5 of the mold 4. The skirt 10 may have an inner part with a conical surface of height δ _k (Fig.6), while the cylindrical part goes into the conical part, which tapers as the skirt lengthens to form an angle α ( 6) between the vertical and the conical outer surface of the skirt. When assigning the angle α and height δ _to, first of all, the effect of the conical part of the skirt 10 on the penetration of the rotating layers of molten steel into the deep layers of the volume of molten metal in the mold 4 is taken into account. At the same time, the following ratio α ≥ arctan (S / δ _к ) is simultaneously guided where S is the thickness of the crystallized metal crust at the level of the edge of the skirt, δ _to - the height of the conical part of the skirt 10 (Fig.6). For the same reasons, i.e. excluding contact of this part of the skirt with hardened metal, the outer part of the skirt is also made conical. The output lateral channels 9 are fan-shaped around the circumference (FIGS. 2, 4 and 7) with the displacement and curvature of their longitudinal axes relative to the longitudinal axis of the glass (see FIG. 2, on which the curved longitudinal axis of the channel 9 is shown by dashed lines).

Купол 10 в форме юбки закреплен на наружной поверхности стакана таким образом, что цилиндрическая часть юбки, имеющая внутренний диаметр D_ю (фиг.4, 7), расположена напротив выходных боковых каналов 9 (фиг.1-7). При этом высота внутренней цилиндрической поверхности юбки δ _ц по меньшей мере равна высоте Н боковых выходных каналов 9 (фиг.6), так как именно эта часть юбки формирует вращающийся объем V стали под юбкой.The dome 10 in the form of a skirt is fixed on the outer surface of the glass in such a way that the cylindrical part of the skirt having an inner diameter D _u (FIGS. 4, 7) is located opposite the output side channels 9 (FIGS. 1-7). Moreover, the height of the inner cylindrical surface of the skirt δ _c is at least equal to the height H of the lateral output channels 9 (Fig. 6), since it is this part of the skirt that forms the rotating volume V of steel under the skirt.

Нижний край юбки 10 расположен не выше дна погружного стакана 3 (не выше нижнего уровня дна стакана 3), что показано на фиг.1, 3, 5 и 6. При нарушении этого условия увеличивается вероятность прорыва струй металла из стакана и их силового удара в стенки кристаллизатора.The lower edge of the skirt 10 is located not higher than the bottom of the immersion nozzle 3 (not higher than the lower level of the bottom of the nozzle 3), which is shown in Figs. 1, 3, 5 and 6. If this condition is violated, the likelihood of metal jets breaking out of the nozzle and their force impact in mold walls.

Пространство между промежуточным ковшом 1 и кристаллизатором 4 может быть изолировано от окружающей среды с помощью экрана 11 (фиг.3) и в образовавшееся закрытое пространство подводиться инертный (нейтральный) газ например, Аr, с вытеснением из этого пространства воздуха (кислорода О₂). В случае указанного исполнения соединения промежуточного ковша и кристаллизатора верхний край юбки на участке ее крепления к стакану выводят за пределы шлакового слоя 6, чем уменьшают влияние юбки на колебание мениска жидкого металла 5 при качании кристаллизатора (фиг.3).The space between the intermediate ladle 1 and the crystallizer 4 can be isolated from the environment using the screen 11 (Fig. 3) and an inert (neutral) gas, for example, Ar, can be introduced into the formed closed space, with air (oxygen O ₂ ) being forced out of this space. In the case of the specified execution of the connection of the intermediate bucket and the mold, the upper edge of the skirt in the area of its attachment to the glass is removed outside the slag layer 6, thereby reducing the effect of the skirt on the oscillation of the meniscus of the liquid metal 5 when the mold is swinging (Fig. 3).

На верхней части кристаллизатора 4 может быть установлена огнеупорная прибыльная надставка 12 (фиг.5).On the upper part of the mold 4 can be installed refractory profitable extension 12 (figure 5).

Наличие юбки 10 выделяет из объема v₀ жидкого металла 5 в кристаллизаторе 4 меньший объем V (см. фиг.1-7), т.е. объем жидкого металла V является составной, но меньшей частью объема v₀ основной части жидкого металла в кристаллизаторе 4.The presence of the skirt 10 releases from the volume v _{0 of the} liquid metal 5 in the mold 4 a smaller volume V (see Figs. 1-7), i.e. the volume of liquid metal V is a component, but a smaller part of the volume v _{0 of the} main part of the liquid metal in the mold 4.

Юбка 10 может быть закреплена на погружном стакане 3 с возможностью поворота на угол β (фиг.8) и подъема по высоте на величину h_п (фиг.6). Для этого стакан 3 снабжают пазами 13 (фиг.6 и 8), а верхняя часть юбки 10 соединяется со стаканом с помощью выступов 14, входящих в пазы 13. При этом высотный и окружные размеры выступов 14 юбки 10 имеют меньшие значения в сравнении с аналогичными размерами пазов 13 на стакане 3. Благодаря этому юбка 10 имеет возможность перемещаться относительно стакана 3 по высоте на величину h_п (фиг.6 - пунктир) и поворачиваться относительно продольной оси стакана 3 на угол β (фиг.8). Стопор 15 исключает самопроизвольное рассоединение юбки 10 и стакана 3.The skirt 10 can be mounted on a submersible glass 3 with the possibility of rotation by an angle β (Fig. 8) and rise in height by a value of h _p (Fig. 6). To do this, the glass 3 is provided with grooves 13 (Figs. 6 and 8), and the upper part of the skirt 10 is connected to the glass with the help of the protrusions 14 included in the grooves 13. Moreover, the height and circumferential dimensions of the protrusions 14 of the skirt 10 are lower in comparison with similar ones the dimensions of the grooves 13 on the glass 3. Due to this, the skirt 10 has the ability to move relative to the glass 3 in height by a value of h _p (Fig. 6 is a dotted line) and rotate relative to the longitudinal axis of the glass 3 by an angle β (Fig. 8). The stopper 15 eliminates the spontaneous disconnection of the skirt 10 and the glass 3.

При указанном исполнении соединения юбки 10 и стакана 3 высота цилиндрической части юбки δ _ц примерно равна удвоенной величине ее перемещения по вертикали (т.е. δ _ц≅2h_п; δ _ц≅2H), таким образом, цилиндрическая часть юбки 10 при ее перемещении по вертикали всегда расположена напротив боковых выходных каналов 9. Кроме того, при указанном исполнении соединения юбки и стакана юбку снабжают конической частью высотой δ _к.With the specified execution of the connection of the skirt 10 and the glass 3, the height of the cylindrical part of the skirt δ _{c is} approximately equal to twice the vertical displacement (i.e., δ _c ≅ 2h _p ; δ _c ≅ 2H), thus, the cylindrical part of the skirt 10 during its movement vertically always opposite the lateral output channels 9. In addition, with the specified execution of the connection of the skirt and the glass, the skirt is equipped with a conical part of height δ _k .

При указанном исполнении соединения юбки 10 и стакана 3 соотношение окружных размеров выступов 14 и пазов 13 выбрано таким, что юбка имеет возможность повернуться на угол β ≥ в/D_н, где в - ширина бокового выходного канала 9 в стакане 3, a D_н - наружный диаметр стакана 3.With the specified performance of the connection of the skirt 10 and the glass 3, the ratio of the circumferential sizes of the protrusions 14 and the grooves 13 is chosen so that the skirt can rotate through an angle β ≥ in / D _n , where in is the width of the lateral output channel 9 in the glass 3, a D _n - cup outer diameter 3.

Описанное соединение юбки 10 и стакана 3 с возможностью вертикального перемещения юбки на величину h_п и поворота юбки 10 на угол β является не обязательным, но желательным при реализации способа, т.к. увеличивает срок службы юбки 10, о чем будет отмечено ниже.The described connection of the skirt 10 and the glass 3 with the possibility of vertical movement of the skirt by the value of h _p and rotation of the skirt 10 by an angle β is optional, but desirable when implementing the method, because increases the service life of the skirt 10, as will be noted below.

Юбку 10 изготавливают толщиной ≈ 4-6 мм из глинозема ГКОО (99,6% Аl₂О₃). Стакан содержит SiO₂ не менее 98,3%, Fе₂О₃ не более 0,07%, Аl₂O₃ не более 1,5%.Skirt 10 is made with a thickness of ≈ 4-6 mm from alumina GKOO (99.6% Al ₂ O ₃ ). The glass contains SiO ₂ not less than 98.3%, Fe ₂ O ₃ not more than 0.07%, Al ₂ O ₃ not more than 1.5%.

Диаметр сквозного отверстия в дне стакана 3 принимают равным примерно

(см. фиг.6); толщину дна стакана принимают равной примерно (0,6... 1) (d_н-D_в), где D_н - наружный диаметр стакана 3, D_в - внутренний диаметр стакана 3 (при этом, как уже отмечалось, под стаканом 3 понимается та его часть, которая входит в жидкий металл 5 кристаллизатора 4). Отношение суммарной площади боковых выходных каналов 9 к площади поперечного сечения осевого канала стакана (π D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{в}}$ /4) составляет примерно 1,1... 1,3, что обеспечивает высокие скорости выхода основной части металла из стакана 3, необходимые в нашем случае непрерывной разливки стали (при этом, как уже отмечалось, под погружным стаканом 3 и его внутренним диаметром D_в понимается та часть стакана, которая входит в жидкий металл 5 кристаллизатора 4). Соответственно, суммарная площадь выходных каналов в несколько раз превышает площадь отверстия 8. Соотношение между высотой выпускного бокового канала 9 и его шириной (между Н и в на фиг.6 и 8) принимается равным 2,0... 4,0, чем, во-первых, обеспечивается значительная высота слоя жидкого металла, закручиваемого при реализации настоящего способа, во-вторых, минимально ослабляется сечение стакана в местах расположения боковых выпускных каналов 9. Величина h заглубления юбки 10 в жидкий металл 5 кристаллизатора 4 (фиг.6) определяется совокупностью задач, решаемых при реализации настоящего способа и изложенных в начальных материалах описания способа, но в любом случае, во-первых, исключен контакт верхней поверхности юбки со шлаком 6, во-вторых, минимизировано влияние верхней поверхности юбки 10 на перемещение металла 5 относительно шлака 6 на участке их контакта при качательном движении кристаллизатора 4. Минимальное значение h находится на уровне 40... 70 мм.The diameter of the through hole in the bottom of the glass 3 is taken equal to approximately

(see Fig.6); the thickness of the bottom of the glass is taken equal to approximately (0.6 ... 1) (d _n -D _in ), where D _n is the outer diameter of the glass 3, D _in is the inner diameter of the glass 3 (while, as already noted, under the glass 3 it is understood that part of it that enters the liquid metal 5 of the mold 4). The ratio of the total area of the lateral output channels 9 to the cross-sectional area of the axial channel of the glass (π D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{in}}$ / 4) is approximately 1.1 ... 1.3, which ensures high rates of exit of the main part of the metal from the cup 3, necessary in our case of continuous casting of steel (while, as already noted, under the submersible cup 3 and its inner diameter D _in that part of the glass, which is included in the liquid metal 5 of the mold 4). Accordingly, the total area of the output channels is several times larger than the area of the hole 8. The ratio between the height of the exhaust side channel 9 and its width (between H and in Figs. 6 and 8) is assumed to be 2.0 ... 4.0, than firstly, a significant height of the layer of liquid metal twisted during the implementation of the present method is ensured, and secondly, the cross section of the glass is minimally weakened at the locations of the lateral exhaust channels 9. The value h of the penetration of the skirt 10 into the liquid metal 5 of the mold 4 (Fig. 6) is determined set of tasks h, solved during the implementation of the present method and described in the initial materials of the description of the method, but, in any case, firstly, the contact of the upper surface of the skirt with the slag 6 is excluded, and secondly, the influence of the upper surface of the skirt 10 on the movement of the metal 5 relative to the slag 6 is minimized in the area of their contact during rocking motion of the mold 4. The minimum value of h is at the level of 40 ... 70 mm.

Для большего вращения глубинных слоев жидкого металла в кристаллизаторе необходимо большее заглубление юбки в жидкий металл ( значения h). Последнее реализуют благодаря известному приему установки на кристаллизатор огнеупорной прибыльной надставки 12 (фиг.5).For greater rotation of the deep layers of liquid metal in the mold, it is necessary to deepen the skirt into liquid metal ( values of h). The latter is realized thanks to the well-known method of installing on the mold a refractory profitable extension 12 (Fig. 5).

Экспериментальная установка (фиг.9) дополнительно к уже обозначенным на фиг.1-8 элементам конструкции имеет пробку 16, пенопластовый круг 17, пропеллер 18 и опору 19.The experimental setup (Fig. 9), in addition to the structural elements already indicated in Figs. 1-8, has a plug 16, a foam circle 17, a propeller 18, and a support 19.

Способ непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор осуществляют следующим образом.The method of continuous casting of steel from an intermediate ladle to the mold is as follows.

В промежуточный ковш 1 непрерывно подают жидкую сталь 2, поддерживая при этом в ковше определенный ее уровень (фиг.1, 3 и 5). Из промежуточного ковша сталь по погружному стакану 3 (см. стрелку М на всех фиг.) непрерывно подают в кристаллизатор 4, где сталь кристаллизуется с образованием корочки 7 твердого металла. На жидком металле 5 в кристаллизаторе 4 формируют шлак 6.In the intermediate ladle 1, liquid steel 2 is continuously supplied, while maintaining a certain level in the ladle (FIGS. 1, 3 and 5). From an intermediate ladle, steel is immersed through a dip tube 3 (see arrow M in all Figs.) Continuously into the mold 4, where the steel crystallizes to form a crust 7 of solid metal. On the liquid metal 5 in the mold 4, slag 6 is formed.

Основную часть непрерывно переливаемой из промежуточного ковша 1 в кристаллизатор 4 жидкой стали в кристаллизатор подают по боковым выходным каналам 9, изменяя при этом направление движения стали в процессе оставления ею погружного стакана 3. Благодаря веерообразному расположению по окружности боковых выходных каналов 9 со смещением и искривлением их продольных осей относительно продольной оси стакана 3, сталь, покидая погружной стакан 3, движется в жидкой стали 5 кристаллизатора по вектору V (фиг.2), не перпендикулярному внутренней цилиндрической поверхности юбки 10. В результате удара стали о цилиндрическую поверхность юбки 10 формируется скорость стали v₀, составляющая которой имеет направление, перпендикулярное радиусу цилиндрической поверхности юбки в месте удара в нее струи стали, покинувшей погружной стакан 3. Совокупность описанных явлений приводит к вращению стали в объеме V кристаллизатора, ограниченном наружной поверхностью погружного стакана 3 и цилиндрической поверхностью юбки 10 (фиг.2). Закрученная в объеме V кристаллизатора сталь в этом состоянии поступает в объем v₀ кристаллизатора 4 с жидкой сталью 5 (фиг.6), распространяясь прежде всего в глубинные слои стали 5 в кристаллизаторе и частично в верхние слои стали в кристаллизаторе.The main part of the liquid steel continuously poured from the ladle 1 into the crystallizer 4 is fed to the crystallizer through the lateral output channels 9, while changing the direction of steel movement when it leaves the immersion nozzle 3. Due to the fan-shaped arrangement around the circumference of the lateral output channels 9 with their displacement and distortion longitudinal axes relative to the longitudinal axis of the glass 3, steel, leaving the immersion glass 3, moves in the liquid steel 5 of the mold along the vector V (figure 2), not perpendicular to the inner cylinder the surface of the skirt 10. As a result of the impact of steel on the cylindrical surface of the skirt 10, a steel speed v _{0 is formed} , the component of which has a direction perpendicular to the radius of the cylindrical surface of the skirt at the point of impact of the jet of steel leaving the immersion cup 3. The combination of the described phenomena leads to the rotation of the steel in the volume V of the mold, limited by the outer surface of the immersion Cup 3 and the cylindrical surface of the skirt 10 (figure 2). The steel twisted in the volume V of the mold in this state enters the volume v _{0 of the} mold 4 with liquid steel 5 (FIG. 6), propagating primarily in the deep layers of steel 5 in the mold and partially in the upper layers of steel in the mold.

В свою очередь вращение жидкой стали обеспечивает интенсивное ее перемешивание, создает объемную гомогенизацию состава стали, разрушает и искривляет формирующиеся дендриты. Тем самым создаются условия для получения высококачественной заготовки.In turn, the rotation of liquid steel ensures intensive mixing, creates volumetric homogenization of the steel composition, destroys and bends the formed dendrites. This creates the conditions for high-quality workpieces.

Меньшую часть непрерывно переливаемой из промежуточного ковша 1 в кристаллизатор 4 жидкой стали подают в кристаллизатор незакрученной по центру закрученной массы стали, для чего используют сквозное отверстие 8 в дне стакана.A smaller part of the liquid steel continuously poured from the intermediate ladle 1 into the crystallizer 4 is fed into the crystallizer of an untwisted mass of steel untwisted in the center, for which a through hole 8 is used in the bottom of the glass.

Эта меньшая часть горячего металла питает ту часть объема кристаллизатора, которая расположена под погружным стаканом, тем самым в совокупности с вращением основной массы стали улучшает термическую гомогенизацию литейного пространства.This smaller part of the hot metal feeds that part of the mold volume, which is located under the immersion nozzle, thereby, together with the rotation of the bulk of the steel, improves the thermal homogenization of the casting space.

При этом основную массу стали подают в кристаллизатор в закрученном состоянии. Отмеченное обеспечивают назначением размера диаметра сквозного отверстия 8 в дне стакана, равным

где D_в - внутренний диаметр погружного стакана 3.The bulk of the steel is fed into the mold in a twisted state. The aforementioned is provided by the appointment of the diameter size of the through hole 8 in the bottom of the glass, equal

where D _in - the inner diameter of the immersion Cup 3.

Закрученная масса стали объемом V после выхода из-под юбки 10 распространяется в основном в глубинные слои стали 5 в кристаллизаторе, расширяется в диаметре и без удара достигает закристаллизовавшейся корочки металла 7 (см. фиг.6). Меньшая часть закрученной массы стали проходит в зазор между наружной поверхностью юбки 10 и внутренней поверхностью кристаллизатора 4 и может достигать мениска стали в кристаллизаторе 4. Проникновение закрученной массы стали в глубинные слои кристаллизатора и в верхние слои кристаллизатора, а также проникновение в глубинные слои незакрученного потока стали определяется конструктивными параметрами и их соотношениями для юбки 10, стакана 3 и кристаллизатора 4, что будет показано при описании экспериментальных материалов на фиг.9-17.The swirling mass of steel of volume V after exiting from under the skirt 10 extends mainly into the deep layers of steel 5 in the mold, expands in diameter and, without impact, reaches the crystallized crust of metal 7 (see Fig. 6). A smaller part of the swirling mass of steel passes into the gap between the outer surface of the skirt 10 and the inner surface of the mold 4 and can reach the meniscus of steel in the mold 4. Penetration of the swirling mass of steel into the deep layers of the mold and into the upper layers of the mold, as well as penetration into the deep layers of the untwisted steel flow is determined by the design parameters and their relationships for the skirt 10, the glass 3 and the mold 4, which will be shown in the description of the experimental materials in Fig.9-17.

Таким образом, при реализации настоящего способа основную часть проходящей через погружной стакан стали закручивают в ограниченном объеме кристаллизатора и в закрученном состоянии подают в объем кристаллизатора, тогда как меньшую часть стали, проходящей через стакан, не закручивают и в этом состоянии подают в объем кристаллизатора по центру закрученной массы стали.Thus, when implementing the present method, the main part of the steel passing through the immersion nozzle is twisted in a limited volume of the mold and in a twisted state is fed into the mold volume, while the smaller part of the steel passing through the nozzle is not twisted and in this state is fed to the center of the mold swirling mass of steel.

В случае непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в слябовый кристаллизатор сохраняют описанные основные положения и приемы подачи стали через погружной стакан в кристаллизатор. Однако учитывают значительную площадь кристаллизатора, поэтому используют несколько (два и более) погружных стакана 3 на участке подачи стали в кристаллизатор 4. При этом ближние друг к другу потоки стали, параллельно направляемые в кристаллизатор, закручивают по принципу находящихся в зацеплении шестерен (фиг.4). Еще раз заметим, что в данном случае под погружным стаканом 3 понимается та его часть, которая входит в жидкий металл 5 кристаллизатора 4. То есть допускается возможность применения одного или двух стаканов, соединенных с промежуточным ковшом, но имеющих каждый ряд вертикальных колен, по которым сталь поступает в кристаллизатор.In the case of continuous casting of steel from an intermediate ladle into a slab mold, the described basic provisions and techniques for supplying steel through an immersion nozzle to the mold are retained. However, a significant area of the mold is taken into account, therefore, several (two or more) immersion nozzles 3 are used at the site of supply of steel to the mold 4. In this case, the steel flows adjacent to each other, parallelly guided into the mold, are twisted according to the principle of gears meshing (Fig. 4 ) Once again, we note that in this case, a submersible nozzle 3 is understood to mean that part of it that enters the liquid metal 5 of the crystallizer 4. That is, it is possible to use one or two nozzles connected to an intermediate bucket, but having each row of vertical elbows along which steel enters the mold.

При реализации настоящего способа непрерывной разливки учитывают, что основу его составляет превращение кинетической энергии движущегося потока стали во вращательное ее движение за счет организации “скользящего” удара струи движущейся стали в цилиндрическую поверхность юбки 10. Последнее означает быстрый износ юбки в местах силовых ударов струи стали. Отмеченное максимально уменьшают путем крепления юбки 10 на стакане 3 с возможностью вертикального перемещения на величину h_п≅ H и поворота юбки относительно продольной оси стакана на угол β ≥ в/D_н, где в - ширина бокового выходного канала, d_н - наружный диаметр стакана 3, Н - высота бокового выходного канала 9 (фиг.6-8). При этом цилиндрическая часть юбки 10 имеет высоту δ _ц≅ 2h_п и составной частью юбки является конический участок высотой δ _к (фиг.6).When implementing the present continuous casting method, it is taken into account that it is based on the conversion of the kinetic energy of a moving steel stream into its rotational movement due to the organization of a “sliding” impact of a moving steel jet into the cylindrical surface of the skirt 10. The latter means rapid wear of the skirt in places of power impact of the steel stream. The aforementioned is reduced as much as possible by attaching the skirt 10 to the glass 3 with the possibility of vertical movement by the amount of h _p ≅ H and turning the skirt relative to the longitudinal axis of the glass by an angle β ≥ в / D _n , where c is the width of the lateral output channel, d _n is the outer diameter of the glass 3, N - the height of the lateral output channel 9 (Fig.6-8). Moreover, the cylindrical part of the skirt 10 has a height of δ _c ≅ 2h _p and the component of the skirt is a conical section of height δ _k (Fig.6).

Под действием выталкивающих сил Р юбка 10 будет стремиться подняться вверх, этому будут препятствовать силы Q давления стали на коническую поверхность юбки, возрастающие по мере подъема юбки вверх. Нестрогое равенство действующих на юбку 10 сил Р и Q делает вертикальное перемещение юбки не строго нормированным, что имеет важное значение с точки зрения реализации неточного (“плавающего”) контакта струй стали с цилиндрической поверхностью юбки, т.е. с точки зрения повышения стойкости юбки. Дополнительно (фиг.8) юбка 10 имеет возможность поворота на угол β ≥ в/D_н, где в - ширина бокового выходного канала 9 в стакане 3, D_н - наружный диаметр стакана 3. Такая возможность поворота юбки 10 также позволяет частично исключить удар струй стали в одно и то же место на цилиндрической поверхности юбки 10 (“размывает” этот удар по поверхности).Under the action of the buoyant forces P, the skirt 10 will tend to rise upward, this will be prevented by the pressure forces Q of steel on the conical surface of the skirt, which increase as the skirt rises. The unequal equality of the forces P and Q acting on the skirt 10 makes the vertical movement of the skirt not strictly standardized, which is important from the point of view of realizing inaccurate (“floating”) contact of the steel jets with the cylindrical surface of the skirt, i.e. in terms of increasing the durability of the skirt. Additionally (Fig. 8), the skirt 10 has the ability to rotate through an angle β ≥ V / D _n , where c is the width of the lateral output channel 9 in the cup 3, D _n is the outer diameter of the cup 3. This possibility of turning the skirt 10 also partially eliminates the impact jets of steel in the same place on the cylindrical surface of the skirt 10 (“blurs” this blow on the surface).

В совокупности реализация в конструкции сочленения юбки 10 и стакана 3 возможности вертикального перемещения и поворота юбки 10 повышает стойкость юбки в процессе работы, так как делает место удара струи стали в поверхность юбки неопределенным. Кроме того, реализация указанного сочленения юбки 10 и стакана 3 практически полностью устраняет перемещение металла 5 относительно шлака 6 на участке их контакта при качательном движении кристаллизатора 4.In total, the implementation in the design of the joint of the skirt 10 and the glass 3 of the possibility of vertical movement and rotation of the skirt 10 increases the stability of the skirt during operation, as it makes the place of impact of the steel jet into the surface of the skirt undefined. In addition, the implementation of the indicated joint of the skirt 10 and the glass 3 almost completely eliminates the movement of the metal 5 relative to the slag 6 in the area of their contact during the oscillating motion of the mold 4.

Таким образом, способ непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор в комплексе решает задачи воздействия на формирование дендритов в кристаллизующемся металле и равномерного распределения по объему металла легирующих элементов (в том числе раскислителей), тем самым создает условия для получения высококачественных заготовок, в том числе получения малых партий в большой металлургии.Thus, the method of continuous casting of steel from an intermediate ladle to a crystallizer in a complex solves the problems of influencing the formation of dendrites in crystallizing metal and uniform distribution of alloying elements (including deoxidizing agents) in the metal volume, thereby creating conditions for obtaining high-quality billets, including receiving small batches in large metallurgy.

Это комплексное решение в способе обеспечено созданием условий для интенсивного перемешивания стали в объеме кристаллизатора при минимальном воздействии на мениск металла при практически полном устранении интенсивных потоков стали в продольном направлении (по высоте) кристаллизующегося металла, при исключении удара струй металла в кристаллизующуюся корочку металла.This complex solution in the method is provided by creating conditions for intensive mixing of steel in the mold volume with minimal impact on the meniscus of the metal with almost complete elimination of intense steel flows in the longitudinal direction (height) of the crystallizing metal, with the exception of the impact of jets of metal into the crystallizing metal crust.

В конечном итоге реализация способа обеспечивает объемную гомогенизацию по химсоставу и температуре жидкой стали в кристаллизаторе, создает необходимые и достаточные условия для получения высококачественных заготовок.Ultimately, the implementation of the method provides volumetric homogenization in chemical composition and temperature of liquid steel in the mold, creates the necessary and sufficient conditions for obtaining high-quality workpieces.

Пример 1. На холодной модели, представленной на фиг.9, исследовали возможность разработанного способа влиять на вращение жидкости в емкости, имитирующей кристаллизатор, без удара струй жидкости в стенки емкости. В совокупности в модели отразили, кроме процесса кристаллизации, основные приемы непрерывной разливки стали (воды 2) из промежуточного ковша 1 в квадратный кристаллизатор 4 размерами 205× 205× 330 мм (где 330 мм - высота Н_к на фиг.9) через погружной стакан 3. При этом пробкой 16 осуществляли запуск процесса непрерывной разливки, предварительно полностью заполнив кристаллизатор 4 водой 5.Example 1. On the cold model shown in Fig.9, we investigated the possibility of the developed method to influence the rotation of the liquid in the tank simulating the mold, without hitting the jets of liquid into the walls of the tank. In total, in the model, apart from the crystallization process, the main methods of continuous casting of steel (water 2) from the intermediate ladle 1 to the square mold 4 with dimensions 205 × 205 × 330 mm (where 330 mm is the height N _to in Fig. 9) were reflected through an immersion nozzle 3. In this case, the stopper 16 started the continuous casting process, having previously completely filled the mold 4 with water 5.

Для оценки вращения верхних слоев воды использовали пенопластовый круг 17; оценку вращения глубинных слоев воды осуществляли пропеллером 18.To assess the rotation of the upper layers of water used foam circle 17; evaluation of the rotation of the deep layers of water was carried out by the propeller 18.

С целью максимальной идентичности условий проведения измерений промежуточный ковш 1, стакан 3, крыльчатку (фиг.10 и 11), а также уровень заполнения водой 2 промковша 1 (т.е. высоту Н_в) не меняли. Глубину h расположения юбки 10 варьировали, меняя величину Н, т.е. изменяли расположение опоры 19.In order to maximize the identity of the measurement conditions, the intermediate bucket 1, glass 3, impeller (Figs. 10 and 11), as well as the level of filling with water 2 of the bucket 1 (i.e., the height H _in ) were not changed. The depth h of the location of the skirt 10 was varied, changing the value of H, i.e. changed the location of the support 19.

Применяли юбку одного и того же диаметра D_ю=183 мм. Так как толщина стенки юбки составляла 0,2 мм, указанный размер практически являлся и внутренним диаметром цилиндрической юбки. Высоту юбки меняли: δ _ц=0 (отсутствие юбки), δ _ц=25 мм; δ _ц=45 мм и δ _ц=80 мм. Использовали также юбку с цилиндрическим участком δ _ц=30 мм, переходящим в сужающийся конический участок с δ _к=50 мм и меньшим диаметром ⌀ 130 мм.A skirt of the same diameter D _u = 183 mm was used. Since the wall thickness of the skirt was 0.2 mm, the indicated size was practically the inner diameter of the cylindrical skirt. The height of the skirt was changed: δ _c = 0 (absence of a skirt), δ _c = 25 mm; δ _c = 45 mm and δ _c = 80 mm. We also used a skirt with a cylindrical section δ _c = 30 mm, turning into a tapering conical section with δ _k = 50 mm and a smaller diameter of ⌀ 130 mm.

Исследовали процессы переливания воды:We studied the processes of water transfusion:

- без юбки (δ =0); на фиг.12 обозначено 1 - для верхних слоев воды и 8 - для глубинных слоев;- without skirt (δ = 0); in Fig.12 indicated 1 for the upper layers of water and 8 for the deep layers;

- с цилиндрической юбкой δ _ц=25 мм; на фиг.12 обозначено 1 - для верхних слоев воды и 8 - для глубинных слоев;- with a cylindrical skirt δ _c = 25 mm; in Fig.12 indicated 1 for the upper layers of water and 8 for the deep layers;

- с цилиндрической юбкой δ _ц=45 мм; на фиг.12 обозначено 2 - для верхних слоев воды и 5 - для глубинных слоев;- with a cylindrical skirt δ _c = 45 mm; in Fig.12 indicated 2 for the upper layers of water and 5 for the deep layers;

- с цилиндрической юбкой δ _ц=80 мм; на фиг.12 обозначено 3 - для верхних слоев воды и 6 - для глубинных слоев;- with a cylindrical skirt δ _c = 80 mm; in Fig.12 indicated 3 for the upper layers of water and 6 for the deep layers;

- с юбкой, имеющей цилиндрический участок высотой δ _ц=30 мм, переходящий в сужающийся конический участок высотой δ _к=50 мм и с меньшим диаметром ⌀ 130 мм; на фиг.12 обозначено 4 - для верхних слоев воды и 7 - для глубинных слоев.- with a skirt having a cylindrical section with a height of δ _c = 30 mm, turning into a tapering conical section with a height of δ _c = 50 mm and with a smaller diameter of ⌀ 130 mm; 12 shows 4 for the upper layers of water and 7 for the deep layers.

Подчеркнем, что вращение верхних слоев воды фиксировал пенопластовый круг 17, глубинных слоев воды - пропеллер 18 (фиг.9).We emphasize that the rotation of the upper layers of water was fixed by a foam circle 17, of the deeper layers of water by a propeller 18 (Fig. 9).

Согласно фиг.12 применение нового погружного стакана и реализуемого с его помощью способа непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор позволяет осуществлять существенное вращение глубинных слоев стали при минимальном вращении наружных слоев (т.е. мениска).According to Fig. 12, the use of a new submersible nozzle and the continuous casting method of steel from an intermediate ladle to a crystallizer realized with its help allows for substantial rotation of the deep layers of steel with minimal rotation of the outer layers (i.e., meniscus).

Подбором параметров нового погружного стакана (точнее - закрепленной на нем юбки) и глубины его погружения в жидкую сталь кристаллизатора можно существенно и дифференцированно влиять на скорость вращения поверхностных и глубинных слоев жидкой стали в кристаллизаторе, тем самым положительно воздействовать на химическую и термическую гомогенизацию жидкой стали в кристаллизаторе, на качество отливаемых заготовок.By selecting the parameters of the new immersion nozzle (more precisely, the skirt fixed on it) and the depth of its immersion in the mold liquid steel, it is possible to significantly and differentially affect the rotation speed of the surface and deep layers of the liquid steel in the mold, thereby positively affecting the chemical and thermal homogenization of the molten steel in mold, on the quality of cast billets.

Пример 2. При приведенных в примере 1 условиях и параметрах исследовали качественную картину распространения подкрашенных чернилами на входе в стакан 3 слоев воды 2 на их поведение в объеме воды 5 кристаллизатора 4. На фиг.13-16 показано это распространение, где цифрами 1... 5 обозначена последовательность распространения закрученной под юбкой массы воды объема V после ее поступления в объем v₀ кристаллизатора.Example 2. Under the conditions and parameters given in Example 1, we studied the qualitative picture of the distribution of 3 layers of water 2 tinted with ink at the entrance to the glass on their behavior in the volume of water 5 of crystallizer 4. Figures 13-16 show this distribution, where the numbers 1 .. 5 shows the distribution sequence of a water mass of volume V swirling under a skirt after it enters the mold v ₀ .

Согласно фиг.13 отсутствие юбки (и ее наличие при δ _ц=25 мм) локализует вращение воды в плоскости расположения крыльчатки с последующим его подъемом в верхние слои воды. При отсутствии юбки (δ =0) отмечается существенный удар струй воды в стенки кристаллизатора.According to Fig.13, the absence of a skirt (and its presence at δ _c = 25 mm) localizes the rotation of water in the plane of the impeller, with its subsequent rise in the upper layers of water. In the absence of a skirt (δ = 0), a significant impact of water jets into the walls of the mold is noted.

Согласно фиг.14 и 15 применение юбки в основном способствует распространению вращательного движения, полученного объемом V воды под юбкой, в глубинные слои объема v₀ кристаллизатора. При этом наличие конического участка на юбке (фиг.15) усиливает отмеченный эффект. Распространение вращательного движения в верхние слои воды существенно минимизируется.According to FIGS. 14 and 15, the use of the skirt mainly promotes the propagation of the rotational motion obtained by the volume V of water under the skirt into the deep layers of the mold volume v ₀ . Moreover, the presence of a conical section on the skirt (Fig. 15) enhances the noted effect. The spread of rotational motion to the upper layers of the water is substantially minimized.

Согласно фиг.16 применение юбки без цилиндрического участка в меньшей степени способствует получению вращения глубинных слоев объема v₀ кристаллизатора, так как уменьшает объем воды V, получающий вращательное движение под юбкой.According to Fig. 16, the use of a skirt without a cylindrical portion contributes to a lesser degree to the rotation of the deep layers of the mold volume v ₀ , since it reduces the volume of water V that receives rotational motion under the skirt.

Материалы фиг.13-16 позволяют считать наличие на юбке цилиндрического участка необходимым условием получения значительного объема жидкости V, закручиваемого под юбкой. Наличие перехода цилиндрической части в сужающуюся коническую часть (фиг.12, кривая 7 и фиг.15) способствует большему распространению вращения массы жидкости в ее глубинные слои.The materials of Fig.13-16 allow us to consider the presence on the skirt of a cylindrical section as a necessary condition for obtaining a significant amount of fluid V, twisted under the skirt. The presence of the transition of the cylindrical part to the tapering conical part (Fig. 12, curve 7 and Fig. 15) contributes to a greater spread of the rotation of the mass of liquid in its deep layers.

Пример 3. При приведенных в примере 1 условиях и параметрах оценивали влияние диаметра юбки на вращение верхних слоев воды в круглой емкости (“кристаллизаторе”) диаметром ⌀ 265 мм. Согласно фиг.17, начиная с соотношения D_ю/265≥ 0,6, имеет место резкое снижение скорости вращения верхних слоев жидкости.Example 3. Under the conditions and parameters given in Example 1, we evaluated the effect of the diameter of the skirt on the rotation of the upper layers of water in a round container (“mold”) with a diameter of ⌀ 265 mm. According to FIG. 17, starting from the ratio D _u / 265≥0.6, there is a sharp decrease in the rotation speed of the upper liquid layers.

Claims (5)

1. Способ непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор, включающий подачу стали по меньшей мере через один погружной стакан и изменение направления движения стали в процессе оставления ею стакана, отличающийся тем, что основную часть проходящей через стакан стали закручивают в ограниченном объеме кристаллизатора и в закрученном состоянии подают в объем кристаллизатора, при этом меньшую часть проходящей через стакан стали не закручивают и в этом состоянии подают в объем кристаллизатора по центру закрученной массы стали.1. A method of continuous casting of steel from an intermediate ladle to a mold, comprising supplying steel through at least one immersion nozzle and changing the direction of steel motion while leaving the nozzle, characterized in that the bulk of the steel passing through the nozzle is twisted in a limited volume of the mold and into in a twisted state is fed into the mold volume, while a smaller part of the steel passing through the glass is not twisted and in this state is fed into the mold volume in the center of the swirl mass steel. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подаче стали в кристаллизатор через более чем один погружной стакан ближние друг к другу параллельные потоки стали закручивают по принципу находящихся в зацеплении шестерен.2. The method according to claim 1, characterized in that when supplying steel to the mold through more than one immersion cup, parallel parallel steel flows are twisted together according to the principle of gears engaged. 3. Погружной стакан для непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор, имеющий в нижней части выходные боковые каналы, расположенные веерообразно по окружности со смещением и искривлением их продольных осей относительно продольной оси стакана, отличающийся тем, что он снабжен юбкой, закрепленной на нижней наружной его части выше выходных боковых каналов, имеющей внутреннюю цилиндрическую поверхность, расположенную напротив выходных боковых каналов, высота цилиндрической поверхности по меньшей мере равна высоте выходных боковых каналов, а нижний край юбки расположен не выше дна стакана, при этом в дне стакана выполнено центральное сквозное отверстие, площадь поперечного сечения которого меньше суммарной площади выходных каналов.3. A submersible nozzle for continuous casting of steel from an intermediate ladle into a mold, having outlet lateral channels in the lower part, fan-shaped in a circle with a displacement and curvature of their longitudinal axes relative to the longitudinal axis of the nozzle, characterized in that it is equipped with a skirt mounted on the lower outer its parts are higher than the output side channels having an inner cylindrical surface opposite the output side channels, the height of the cylindrical surface is at least equal to the height yhodnyh side channels, and the lower edge of the skirt is not located above the bottom cup, with a bottom of the cup has a central through hole, the cross sectional area which is smaller than the total area of the output channels. 4. Погружной стакан по п.3, отличающийся тем, что внутренняя и наружная поверхности нижней части юбки выполнены коническими, при этом внутренняя цилиндрическая поверхность переходит в сужающуюся коническую поверхность.4. The submersible glass according to claim 3, characterized in that the inner and outer surfaces of the lower part of the skirt are made conical, while the inner cylindrical surface passes into a tapering conical surface. 5. Погружной стакан по п.3, отличающийся тем, что юбка закреплена на стакане с возможностью поворота относительно продольной оси стакана и смещения по вертикали, при этом угол поворота юбки β≥b/D_н, где b - ширина выходного бокового канала стакана, D_н - наружный диаметр стакана, а смещение юбки по вертикали по меньшей мере равно высоте выходного бокового канала.5. Submersible glass according to claim 3, characterized in that the skirt is mounted on the glass with the possibility of rotation relative to the longitudinal axis of the glass and vertical displacement, while the angle of rotation of the skirt β≥b / D _n , where b is the width of the output side channel of the glass, D _n - the outer diameter of the glass, and the shift of the skirt vertically is at least equal to the height of the output side channel.

Images