1.1 Конструкция промежуточного ковша
Гидродинамика потоков в промежуточном ковше имеет решающее значение. Данные о течении металла в промежуточном ковше являются основой для его усовершенствования [9]. Из исследований на модели МНЛЗ (моделировалась гидродинамика потоков металла в ПК типовой формы) были выявлены соответствующие преимущества и недостатки. На рис. 1.2 представлены типовые формы промежуточных ковшей.
Преимущество прямоугольных и Т-образных промежуточных ковшей в их простой конструкции, которая облегчает футеровку. Сильная турбулентность на участке поступления металла в промежуточный ковш способствует массо- и теплообмену. Небольшое расстояние между струёй металла из разливочного ковша и ручьями III и IV ведет к образованию короткозамкнутых потоков в кристаллизаторах. Это усложняет выделение эмульгированных капель шлака и других примесей. На концах промежуточного ковша формируются мертвые зоны, которые затрудняют перемешивание металла. При последовательном поступлении металла к каждому кристаллизатору они заполняются неравномерно.
Круглый промежуточный ковш с разливочной струёй по центру обеспечивает равномерное распределение металла во всех кристаллизаторах. А это в свою очередь обусловливает одинаковую температуру во всех ручьях. Но и в ковше круглой формы наблюдаются короткозамкнутые потоки на входе во все ручьи. С производственно-технической точки зрения расположение кристаллизаторов и большая поверхность промежуточного ковша являются недостатками круглых ковшей. На практике их практически не используют.
Конструкция V-образного промежуточного ковша также несложная. Он характеризуется менее выраженным короткозамкнутым течением металла на входе в III и IV ручьи. В качестве недостатка этой конструкции можно указать на меньшую турбулентность на участке поступления струи из разливочного ковша. В рабочем состоянии образуются весьма обширные мертвые зоны. Большая поверхность ковша может вызвать нарушения температурного режима.
Рис. 1.2. Схема различных типовых конструкций промежуточных ковшей:
а – промежуточный ковш прямоугольной формы; б – то же, Т-образный; в – то же, круглый; г – то же, V-образный
На интенсивность циркуляционных потоков в промежуточном устройстве, особенно при отсутствии шлакозадерживающих перегородок, существенное влияние так же оказывает энергия падающей струи. Для уменьшения количества и объёма циркуляционных зон в промежуточном устройстве, особенно у стопора, желательно иметь металлоприемник с повышенной ёмкостью, отражательную пластину или систему перемычка – затвор.
Геометрическая форма промковша выбирается по возможности наиболее простой и приближенной к параллелепипеду. Это упрощает процесс изготовления футеровки промковша и его обслуживания (например, извлечения остатка металла после разливки). Для удобства эксплуатации также выполняются технологические уклоны стенок (сужение) промковша сверху вниз. Для более эффективного приема струи металла из сталеразливочного ковша в конструкции промковша может предусматриваться специальная полость в виде так называемого «кармана» (рисунок 3.8). Для скачивания избыточного количества шлака, скопившегося в промковше, его конструкция предусматривает наличие шлакового носика.
Оптимальная емкость промковша определяется сечением (шириной) отливаемых заготовок, числом ручьев, расстоянием между ручьями, скоростью разливки, требованиями к возможности всплытия неметаллических включений и ассимиляции их шлакообразующим покрытием. На величину емкости промковша влияет также и режим разливки: в случае серийной разливки емкость промковша увеличивается с целью обеспечения запаса металла, необходимого для замены сталеразливочного ковша.
Рисунок 3.8 – Общий вид промежуточного ковша сортовой МНЛЗ, наполненного жидкой сталью
Как показывает практика, для высокоскоростных сортовых 6-ти ручьевых МНЛЗ, емкость промковша составляет, как правило, 25-30 тонн при высоте налива металла не менее 0,7-0,8 м. Для многоручьевых (4-6 ручьев) блюмовых МНЛЗ емкость промковша колеблется в пределах 25-35 тонн металла при той же высоте налива стали. Для двухручьевых слябовых МНЛЗ в последнее десятилетие отмечена тенденция повышения объема промковша до 45-55 тонн и более. Важным критерием выбора рационального значения массы металла в промковше является также время пребывания жидкой стали в нем, то есть так называемое «резидентное» время. Значение этого показателя обычно выбирается на уровне 8-10 минут.
При его выборе руководствуются соображениями обеспечения всплытия неметаллических включений из металла в покровный шлак и устранения застойных зон.
Важную роль в стабильности работы промковша играет организация движения потоков стали в момент начала разливки и по ее ходу. Металл, попадающий в промковш из сталеразливочного ковша, движется в виде компактной струи вертикально вниз со скоростью несколько метров в секунду. При падении такой струи может происходить вовлечение в перемешивание покровной теплоизолирующей смеси, а также удар струи о днище промковша, что приводит к изменению направления движения потоков: вверх под наклоном или горизонтально. При этом днище ковша в месте удара имеет повышенный износ и разрушается. Обычно эта зона футеровки промковша выполняется из более прочных огнеупоров. Для торможения струи в области ее контакта с днищем используются дополнительные приемные устройства, которые выполняются из специальных высокопрочных огнеупорных материалов и имеют геометрическую форму типа «стакан».
Для организации рационального движения потоков в промковше дополнительно устанавливают пороги и перегородки определенной конструкции (рисунок 3.9). Положение перегородок и порогов выбирается индивидуально для каждой конструкции промковша и зависит от целого ряда факторов.
При разливке сталей с повышенными требованиями к содержанию неметаллических включений в днище промковша могут устанавливаться специальные пористые блоки, обеспечивающие вдувание в расплав инертного газа (аргона).
Как правило, такая технология обеспечивает удаление до 30-50% крупных неметаллических включений непосредственно в промковше.