содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

9.2. Исследование особенностей газо- и гидродинамических процессов, влияющих на интенсивность поглощения кислорода металлом промежуточного ковша

Как показал анализ литературных данных, при разработке известных устройств для непрерывной разливки стали в разреженной атмосфере авторами изучалось лишь влияние технологических параметров процесса подачи газа на эффективность защиты разливаемого металла. Конструктивные параметры изготавливаемых устройств выбирались интуитивно без учета физической сущности протекающих в жидкой ванне промежуточного ковша и околоструйном пространстве гидро-газодинамических явлений. Такой подход к решению задачи создания высокоэффективного оборудования и разработки инженерных методов его расчета нельзя признать приемлемым, поскольку он не учитывает влияние конструктивных параметров отдельных узлов разливочного устройства на обеспечиваемую степень разрежения в полости погружного стакана. В этом случае поиск оптимальных значений технологических и конструктивных параметров проектируемых устройств связан с проведением большого числа опытных разливок с целью получения исходной информации, необходимой и достаточной для принятия технических решений, соответствующих конкретным условиям применения сконструированного устройства.

Дальнейшее развитие такого способа защиты стали от вторичного окисления во время непрерывной разливки за счет совершенствования оборудования для ее реализации требуют выполнения дополнительных исследований с применением новых оригинальных методик с целью выявления особенностей газо- и гидродинамических процессов, протекающих при взаимодействии струи металла с окружающей атмосферой и ванной промежуточного ковша и влияющих на интенсивность поглощения им кислорода для различных вариантов конструктивного исполнения основных элементов защитных устройств. Особое внимание при этом
необходимо уделить разработке малогабаритных эжекторов, обеспечивающих создание требуемой степени разрежения в полости погружного стакана, стыкующегося со стаканом-коллектором ковшового затвора.

9.3. Исследование процесса подсоса воздуха в разливочный канал ковшового затвора

Отсутствие в технической литературе данных об интенсивности процессов проникновения воздуха в разливочный канал ковшового затвора и вовлечения его нисходящими потоками жидкой стали на значительную глубину металлической ванны вызвали необходимость проведения дополнительных исследований указанных явлений с целью разработки технических решений, направленных на повышение эффективности защиты от вторичного окисления непрерывнолитого металла.

Из-за невозможности по известным причинам изучения в промышленных условиях газо- и гидродинамических процессов, протекающих в разливочных каналах основного и промежуточных ковшей и влияющих на интенсивность вторичного окисления разливаемой непрерывным способом стали, для получения информации, необходимой при разработке теоретических положений и принятии технических решений, использовали физическое моделирование. В ходе его проведения решали следующие задачи:

выявляли причины, вызывающие развитие процесса попадания воздуха из окружающего пространства в выпускной канал ковша, оборудованного скользящим затвором;

определяли интенсивность подсоса воздуха между контактирующими рабочими поверхностями огнеупорных плит промышленного образца ковшового затвора;

осуществляли поиск оптимальных технических решений, направленных на устранение негативного влияния на разливаемую сталь кислорода воздуха, попадающего в канал ковшового затвора.

Моделирование процесса разливки стали осуществляли на лабораторной установке, схематично представленной на рис. 123. Ее резервуар б размещен на двух колоннах 5 на 4-метровой высоте и посредством трубопровода 4 связан с изготовленной в масштабе 1:2 плоской прозрачной моделью скользящего затвора 3, снабженного погружным стаканом 2,

нижняя часть которого располагалась в полости модели промежуточного ковша 1. Съемка потоков жидкости, моделирующей расплав, и траекторий движения пузырьков проникающего воздуха проводилась видеокамерой, позволяющей осуществлять покадровый просмотр отснятого материала. Контроль разрежения в разливочном канале модели затвора выполняли с использованием жидкостного U-образного манометра 8, соединенного гибким резиновым шлангом с капиллярной трубкой 7, вводимой через специальное отверстие под нижнюю плиту модели затвора,

В результате визуальных наблюдений и изучения полученных изображений потоков жидкости в канале плоской прозрачной модели затвора установлено, что основными причинами развития процесса проникновения воздуха в разливочный канал являются: возникновение в нем зон пониженного давления, обусловленного эжек-тирующим действием движущейся с большой скоростью струи жидкости; наличие микроскопических пор на рабочих поверхностях огнеупорных плит или зазора между ними, возникающего в реальных условиях разливки при расклинивающем действии образовавшейся на стенках канала металлической корки.
 

Рис. 123. Схема лабораторной установки для контроля разрежения в разливочном канале ковшового затвора

Вероятность появления зон разрежения в разливочном канале резко увеличивается в случае дросселирования струи, т. е. в момент появления на ее пути преграды (выступающей кромки нижней огнеупорной плиты), при огибании которой происходит отрыв жидкостного потока от стенки канала. Из-за разности давлений в образовавшуюся полость через микро-скопические поры, существующие между контактирующими рабочими поверхностями плит, проникает из окружающей среды атмосферный воздух, захватываемый истекающей струей и уносимый ею в глубь жидкой ванны. Поскольку обеспечиваемые значения скорости истечения жидкости при моделировании процесса разливки соответствуют реальным значениям скорости струи стали, разливаемой из ковшей вместимостью 100— 250 т, а значения кинематической вязкости воды и жидкой стали одного порядка, можно предположить, что степень разрежения в канале ковшового затвора будет близкой к зафиксированной степени разрежения в канале его модели.

Интенсивность проникновения воздуха между контактирующими рабочими поверхностями огнеупорных плит в зависимости от степени возникающего в канале затвора разрежения оценивали по результатам эксперимента, суть которого поясняет рис. 124.
Отверстия канала промышленного образца затвора 1, собранного в соответствии с требованиями действующей технологической инструкции с помощью резиновых уплотнений 2 и металлических дисков 3, 8, стягиваемых при помощи винта 5 и гайки 7, герметично закрывались. Посредством двух штуцеров, ввинченных в резьбовые отверстия верхнего диска 8 и резиновых шлан-
гов, закрытая полость канала затвора сообщалась через ротаметр 6 с вакуумным насосом 4 и U-образной трубкой 9, заполненной подкрашенной жидкостью.

При включении вакуумного насоса, настроенного на нужную производительность, в закрытой полости канала промышленного образца создавали разрежение, вызывающее подсос воздуха, приток которого контролировали по показаниям ротаметра. По данным эксперимента построили зависимость интенсивности проникновения воздуха между огнеупорными элементами от степени разрежения, возникающего в канале двух- и трехплитного затворов (рис. 125). При этом в качестве огнеупорных изделий затвора использовались магнезитовые плиты с периклазовыми вставками, а усилие их прижатия изменяли в пределах 5-50 кН.

Как видно из приведенного графика, количество попадающего в разливочный канал воздуха зависит от типа ковшового затвора. Так, интенсивность подсоса воздуха при использовании трехплитного затвора в полтора раза выше, чем двухплитного разливочного устройства при прочих равных условиях [38].

Полученные экспериментальные данные дают основание сделать вывод о том, что хорошо зарекомендовавший себя при стопорной разливке такой технологический прием, как вдувание инертного газа в сталевыпускной канал ковша, не может дать желаемого результата по снижению интенсивности вторичного окисления при разливке стали с использованием скользящих затворов, так как аргон, подаваемый для обдува стыка огнеупорных плит, не предотвращает попадания воздуха между их рабочими поверхностями, а лишь снижает концентрацию кислорода в замкнутом околоструйном пространстве, образуя газовоздушную смесь.