Конструкции погружных стаканов

Управление потоками, развивающимися в жидкой ванне кристаллизатора, осуществляется с помощью выбора рациональной конструкции погружного стакана, включая количество, геометрическую форму и угол наклона выходных отверстий. В совокупности с оптимальной глубиной погружения стакана это обеспечивает, как правило, всплытие подавляющего количества неметаллическихвключений.

При разливке стали на МНЛЗ широкое применение находит подача металла под уровень с помощью погружного сталеразливочного стакана. Известен сталеразливочный погружной стакан для МНЛЗ, выполненный в виде конической трубы с дном. Внутренний канал трубы имеет сложную конфигурацию и содержит дозирующую часть и камеру смешения, а дно стакана имеет форму рассекателя. Данный сталеразливочный стакан имеет входные и выходные отверстия для металла, сложен в изготовлении и предназначен для разливки ограниченного числа марок стали. Параметры рассекателя, оказывающие большое влияние на стойкость стакана, в данной конструкции стакана четко не определены.

Известна конструкция сталеразливочного погружного стакана, выполненного в виде конической трубы с дном, примыкающим к выходным отверстиям и имеющим форму рассекателя. Особенностью данного сталеразливочного стакана является наличие каналов в его стенке и в дне, предназначенных для подачи через них сжатых газов во время разливки металла. Стакан предназначен для разливки узкого круга марок стали, сложен в изготовлении и параметры рассекателя в нем не оптимизированы.

Наиболее близким по технической сущности к вышеописанной конструкции является известный сталеразливочный погружной стакан, выполненный в виде конической трубы с фланцем, глухим дном и расположенными диаметрально выпускными отверстиями, примыкающими к дну, поверхность которого внутри трубы имеет форму рассекателя [20]. Данный стакан прост в изготовлении и может применяться для разливки широкого круга марок стали. Недостатком его является одинаковая толщина стенки по длине стакана, которая максимально изнашивается в нижней его части при контакте со шлаком. Кроме того, конфигурация рассекателя, влияющая на износ стакана и на условия разливки в данной конструкции стакана, взятой за прототип, не задана.

Техническим эффектом является устранение недостатков стаканов известной конструкции и повышение стойкости сталеразливочного погружного стакана.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известном сталеразливочном погружном стакане, выполненном в виде конической трубы с фланцем, глухим дном и расположенными диаметрально выпускными отверстиями, примыкающими к дну, поверхность которого внутри трубы имеет форму рассекателя, отношение толщины стенки трубы на уровне выпускных отверстий к ее толщине под фланцем составляет 1,05-1,4, ребро рассекателя расположено перпендикулярно оси стакана и плоскости, в которой находятся оси выпускных отверстий, а угол, образованный поверхностями рассекателя, сходящимися в ребре, составляет 40-130^o.

Сталеразливочный погружной стакан состоит из фланца, конической трубы, глухого дна, поверхность которого внутри трубы имеет форму рассекателя, и выпускных отверстий. Толщина стенки трубы на уровне выпускных отверстий в 1,05-1,4 раза больше ее толщины под фланцем. Ребро рассекателя расположено перпендикулярно оси стакана и плоскости, в которой находятся оси выпускных отверстий. Поверхности рассекателя, сходящиеся в ребре, образуют угол, равный 40-130^o. Оси выпускных отверстий, расположенных диаметрально, образуют с осью стакана угол, величина которого находится в пределах 70-140^o и выбирается при изготовлении стакана в зависимости от формы катализатора МНЛЗ и других условий разливки, (для большинства случаев предпочтительно, чтобы его величина составляла 115^o).

Сталеразливочный погружной стакан работает следующим образом. Струя металла, поступающего в стакан из промежуточного ковша, разделяется на дне стакана рассекателем на два потока, выходящих из стакана через выпускные отверстия в кристаллизатор под уровень находящегося в нем металла. При расположении поверхностей рассекателя с углом между ними от 40 до 130^o обеспечивается минимальная турбулентность потоков металла, выходящих из выпускных отверстий, что уменьшает их износ и повышает стойкость стакана. При меньшем угле рассекатель уменьшает проходное сечение выходных отверстий и расход металла через них. При большем угле увеличивается турбулентность потоков металла. Увеличенная в 1,05-1,4 раза толщина стенки стакана в его нижней части, находящейся в контакте с металлом и шлаком, способствует продлению срока службы стакана.

Применение таких сталеразливочных погружных стаканов позволяет уменьшить расход огнеупорного припаса на разливку стали за счет повышения стойкости стаканов и снизить себестоимость стали.

а) б) в) г)

Рисунок 2.2 – Конструкционные решения погружных стаканов, используемых для разливки на слябовых МНЛЗ: а) с «рассекателем»; б) с «ловушкой»; в) с «ловушкой» и внутренними наростами; г) типа «бобровый хвост»

Сталеразливочный погружной стакан может изготовляться из кварцевой керамики или другого подходящего огнеупорного материала. Одним из огнеупорных материалов, который используется для производства погружных стаканов является плавленый (или аморфный) кремнезем [21,22]. Исходным материалом при этом является кварц высокой чистоты (³99% SiO₂), который плавится, а потом быстро охлаждается для предотвращения образования кристаллической структуры. Спекание осуществляется при температуре, достаточной для образования связи между отдельными зернами.

Вместе с тем, кварцевый погружной стакан обеспечивает разливку
1-3 плавок. При этом для сталей с повышенным содержанием марганца такое изделие использоваться не может, поскольку плавленый кремнезем интенсивно разъедается и может выдержать не более 30-40 минут [19]. Наиболее высокую эксплуатационную стойкость обеспечивают корундографитовые погружные стаканы, усиленные специальным цирконовым поясом в зоне контакта со шлакообразующей смесью (рис.3.10 б), что при определенных технологических мероприятиях может обеспечить длительность их работы на уровне, соответствующем длительности эксплуатации футеровки промковша и стопора-моноблока (8-10 плавок).