СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРА
METHOD OF CRYSTALLIZER COOLING

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам охлаждения кристаллизаторов машин непрерывной разливки металла, преимущественно для получения цилиндрических заготовок.
Известен способ охлаждения стенок кристаллизатора с прямоточной системой охлаждения [Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф. Непрерывная разливка стали. М.: Металлургия, 1990. - 296 с. См. стр. 111-112], заключающийся в подводе и отводе холодной воды в вертикальные каналы стенок.
Недостатки известного способа охлаждения кристаллизатора следующие:
- использование в системе охлаждения холодной воды с температурой не более 30°C;
- высокие требования к качеству охлаждающей воды;
- недопустимость нагрева воды в каналах стенок кристаллизатора больше, чем на 10-11°C;
- потери низкопотенциального тепла воды в холодильной машине или в градирне;
- заливка металла в непрогретый кристаллизатор ухудшает качество заготовок по причине переохлаждения поверхностных слоев металла.
Заявляемый способ направлен на создание высокоэффективного процесса разогрева и охлаждения преимущественно цилиндрического кристаллизатора при получении непрерывных заготовок из высокотемпературных металлов и сплавов.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа, заключается в следующем:
- разогрев кристаллизатора и циркулирующей в нем воды до заданной температуры перед разливкой металла;
- увеличении интенсивности теплообмена охлаждающей воды в каналах стенок и увеличении коэффициента теплопередачи кристаллизатора;
- возможности уменьшения расхода охлаждающей воды, уменьшения расхода электроэнергии на привод электродвигателя насоса, уменьшении габаритов и массы насоса;
- улучшение качества получаемой заготовки.
Заявляемый способ характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаки: подача охлаждающей воды в вертикальные каналы; контроль температуры и расхода воды на входе и выходе из кристаллизатора.
Отличительные признаки: разогрев стенок кристаллизатора и циркулирующей по замкнутому контуру и в каналах стенок охлаждающей воды до температуры 150-170°C; прекращение разогрева стенок и циркулирующей воды после достижения заданной температуры с одновременной заливкой жидкого металла и охлаждением циркулирующей в замкнутом контуре горячей воды.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Разогрев стенок кристаллизатора и циркулирующей по замкнутому контуру и в каналах стенок воды до рабочей температуры уменьшает вероятность перевода в брак жидкого металла, заливаемого в начале разливки в пустой кристаллизатор. Кроме этого, уменьшается вероятность негативного воздействия первых порций заливаемого жидкого металла на рабочую поверхность стенок кристаллизатора.
Уменьшение температуры разогрева стенок кристаллизатора и циркулирующей по замкнутому контуру и в каналах стенок воды до t<150°C не позволяет в значительной степени (на 30-50%) повысить значение коэффициента теплоотдачи воды в каналах без увеличения скорости воды, по сравнению с коэффициентом теплоотдачи холодной воды (t=15-40°C) при той же скорости. Более высокие теплофизические свойства горячей воды (t=150-170°C), в частности коэффициент теплопроводности и коэффициент кинематической вязкости, по сравнению с холодной водой определяют более высокое значение коэффициента теплоотдачи воды в канале стенки.
Увеличение температуры разогрева стенок кристаллизатора и циркулирующей по замкнутому контуру и в каналах стенок воды до t>170°C приводит к нецелесообразному увеличению давления воды в контуре и необходимости увеличения толщины стенок трубопровода. Кроме этого, уменьшается значение коэффициента теплопроводности воды, что отражается на значении коэффициента теплоотдачи воды. Дополнительно, увеличивается температура рабочей поверхности стенки и металла заготовки, нарушающие технологический процесс.
Прекращение разогрева стенок и циркулирующей по замкнутому контуру воды после достижения заданной температуры исключает дальнейшее увеличение температуры циркулирующей воды.
Одновременная заливка в кристаллизатор жидкого металла и охлаждение циркулирующей в контуре горячей воды исключает возможность дальнейшего увеличения температуры горячей воды и температуры рабочей поверхности стенки кристаллизатора.
На чертеже показано устройство охлаждения кристаллизатора горячей водой.
Устройство охлаждения кристаллизатора состоит из кристаллизатора 1 с щелевыми каналами 2, коллекторов 3 и 4 для подвода и отвода горячей воды соответственно, электрического нагревателя 17, водяного насоса 5, теплообменника 6 с патрубком 10 и обтекаемым телом 7, щелевых каналов 8 и 9 для горячей и холодной воды соответственно, люков 12, термопар 13-16, подключенных с нагревателем 17 в систему автоматического управления работой устройства. Предварительно щелевые каналы 2 кристаллизатора 1, коллектора 3 и 4, а также подводящие и отводящие трубопроводы воды, входящие в замкнутый контур циркуляции теплоносителя, заполняются охлаждающей водой. Способ охлаждения реализуется устройством следующим образом. Включается электрический нагреватель 17 и водяной насос 5 для циркуляции теплоносителя. После достижения заданной температуры нагрева воды, фиксируемой по показанию термопары 14, системой автоматического управления работой устройства отключается электрический нагреватель 17. Одновременно производится заливка жидкого металла в кристаллизатор 1 и включается подача охлаждающей воды через патрубок 11 в теплообменник 6. Вода, проходящая в щелевых каналах 2 и 9, отводит тепло соответственно от разливаемого металла и от горячей воды, движущейся в щелевом канале 8. Температура циркулирующей горячей воды контролируется по показаниям термопар 13 и 14, а температура холодной воды - по показаниям термопар 15 и 16. При отклонении температуры горячей воды за пределы заданных значений системой автоматического управления осуществляется увеличение (уменьшение) расхода холодной воды, подаваемой в теплообменник 6. При обслуживании устройства снимаются люки 12 и производится очистка поверхностей теплообмена от возможных загрязнений охлаждающей водой.