КРИСТАЛЛИЗАТОР МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

Полезная модель относится к металлургии и может быть использована в машинах непрерывного литья заготовок.
Известен кристаллизатор для непрерывного литья заготовок, содержащий опорные плиты, к которым через уплотнительные прокладки жестко прикреплены широкие и узкие рабочие стенки с открытыми в сторону опорных плит продольными каналами и поперечными каналами, соединенными с подводящим и отводящим трубопроводами. При этом продольные каналы рабочих стенок кристаллизатора выполнены Т, П и Г -образной формы или поочередно Т и Г образной формы (см. патент РФ №2106928, B22D 11/04).
Недостатком известного кристаллизатора является неравномерное охлаждение рабочих стенок, так как при течении воды в Т и Г образных каналах нагрев слоев воды происходит только в ответвлениях каналов, а в их стойках из-за плохого перемешивания вода практически не нагревается. Кроме того, образование значительного слоя накипи в труднодоступных ответвлениях указанных каналов приводит к сужению просвета каналов, а, следовательно, к снижению теплообмена в кристаллизаторе. Все это приводит к снижению стойкости кристаллизатора и ухудшению качества вытягиваемого слитка из-за наличия в нем внутренних и наружных трещин, возникающих в результате неравномерного охлаждения слитка по периметру.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок, содержащий опорные плиты, жестко прикрепленные через уплотнительные прокладки к соответствующим им широким и узким рабочим стенкам, в которых на всю их высоту по ширине стенок выполнены с равномерным шагом открытые в сторону опорных плит продольные каналы, и поперечные каналы, соединенные с подводящим и отводящим трубопроводами охлаждающей жидкости. При этом продольные каналы в поперечном сечении имеют форму ласточкина хвоста (свид. РФ №20476, B22D 11/04).
Недостатком данного кристаллизатора является неравномерное охлаждение рабочих стенок, так как при прохождении воды в каналах, выполненных по форме ласточкина хвоста, нагрев воды происходит неравномерно, а в острых узких углах каналов образуется значительный слой накипи, приводящий к сужению просвета каналов в результате, чего наблюдается уменьшение отдачи тепла воде. При этом стойкость кристаллизатора снижается из-за возникновения коробления стенок в процессе вытягивания слитка, а качество самого слитка значительно ухудшается из-за наличия в нем внутренних и наружных трещин, возникающих в результате неравномерного охлаждения слитка по периметру.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в улучшении качества заготовки при одновременном повышении стойкости кристаллизатора.
Поставленная задача, решается тем, что в известном кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок, содержащем опорные плиты, жестко прикрепленные через уплотнительные прокладки к соответствующим им широким и узким рабочим стенкам, в которых на всю их высоту по ширине стенок выполнены с равномерным шагом открытые в сторону опорных плит продольные каналы, и поперечные каналы, соединенные с подводящим и отводящим трубопроводами охлаждающей жидкости, согласно изменению, в одной из опорных плит, прикрепленной к широкой рабочей стенке, выполнены дополнительные продольные каналы, сообщающиеся с продольными каналами указанной рабочей стенки и образующие с ними общую полость Т-образного поперечного профиля, при этом дополнительные продольные каналы расположены в верхней части опорной плиты и имеют в направлении движения литой заготовки длину, равную 0,6-0,75 длины продольных каналов широкой рабочей стенки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 схематично изображен фрагмент общего вида кристаллизатора, поперечный разрез;
- на фиг.2 разрез А - А на фиг.1.
Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок МНЛЗ, содержит стальные опорные плиты 1 (фиг.1, 2), жестко прикрепленные через уплотнительные прокладки 2 (фиг.1), к соответствующим широким 3 и узким 4 медным рабочим стенкам, образующим рабочую полость 5 кристаллизатора. При этом по ширине широких 3 и узких 4 медных рабочих стенок на всю их высоту с равномерным шагом выполнены открытые в сторону опорных плит 1 продольные каналы 6 и поперечные каналы 7 (фиг.2), соединенные с подводящим 8 и отводящим 9 трубопроводами охлаждающей жидкости. Причем продольные каналы 6 сообщаются с поперечными каналами 7. В одной из опорных плит 1, лежащей на внешнем радиусе МНЛЗ и прикрепленной к широкой рабочей стенке 3, выполнены дополнительные продольные каналы 10 (фиг.1), сообщающиеся с продольными каналами 6 указанной стенки 3 и образующие с ними общую полость Т-образного поперечного профиля. При этом дополнительные продольные каналы 10 расположены в верхней части опорной плиты 1 и имеют в направлении движения литой заготовки (на рис. не показана) длину, равную 0,6-0,75 длины продольных каналов 6 широкой рабочей стенки 3. Такое конструктивное выполнение в указанной опорной плите 1 дополнительных продольных каналов 10, имеющих большую площадь поперечного сечения по сравнению с площадью поперечного сечения продольных каналов 6 широкой рабочей стенки 3, позволяет максимально увеличить степень охлаждения поверхности последней со стороны опорной плиты 1, что обеспечивает в процессе кристаллизации формирование более прочной, за счет увеличения толщины, твердеющей корочки по данной стороне литой заготовки в процессе вытяжки ее из кристаллизатора. В результате этого качество получаемой заготовки повышается. Кроме того, создание такого охлаждения рабочей стенки 3 способствует предотвращению ее коробления, что ведет к повышению стойкости кристаллизатора.
Выполнять длину дополнительных продольных каналов 10 опорной плиты 1 меньше 0,6 длины продольных каналов 6 широкой рабочей стенки 3 нецелесообразно ввиду того, что снижается эффективность охлаждения рабочей стенки 3 из-за недостаточного количества холодной воды, поступающей в образованную каналами 6 и 10 общую полость Т-образного поперечного профиля. В результате этого толщина корочки, образуемой на данной поверхности заготовки, значительно снижается, что приведет к образованию внутренних и наружных трещин в получаемой заготовке.
Выполнять длину дополнительных продольных каналов 10 опорной плиты 1 больше 0,75 длины продольных каналов 6 широкой рабочей стенки 3 также нецелесообразно из-за значительных трудозатрат на изготовление вышеуказанных элементов, а также неэффективности их работы, так как заготовка из-за усадки не будет контактировать в нижней части рабочей полости 5 с охлаждаемой стенкой 3, что приведет к снижению роста толщины корочки заготовки, а следовательно, и качества последней.
Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок работает следующим образом.
В процессе непрерывной разливки в рабочую полость 5 (фиг.1) кристаллизатора подают жидкий металл с температурой 1550°С и вытягивают из него заготовку прямоугольного поперечного сечения. Одновременно с этим по подводящему трубопроводу 8 (фиг.2) под давлением подают холодную воду вначале в поперечные каналы 7, затем в сообщающиеся с ними продольные каналы 6 (фиг.1) широких 3 и узких 4 рабочих стенок, а также в дополнительные продольные каналы 10 одной из опорных плит 1. При этом тепло, выделяемое жидким металлом заготовки, находящейся в рабочей полости 5 кристаллизатора, через широкие 3 и узкие 4 рабочие стенки передается, холодной воде в каналах 6, которая интенсивно нагревается, обеспечивая тем самым равномерное охлаждение заготовки и одновременное формирование в процессе кристаллизации металла прочной корочки по всему периметру заготовки. А так как в расположенной по внешнему радиусу МНЛЗ опорной стенке 1 выполнены дополнительные продольные каналы 10, образующие с каналами 6 широкой рабочей стенки 3 общую полость, имеющую больший объем, а, следовательно, и большее количество холодной воды, то это приводит к более интенсивному охлаждению поверхности заготовки, контактирующей с указанной рабочей стенкой 3.
В результате такого охлаждения на поверхности заготовки в процессе вытяжки ее из кристаллизатора образуется прочная корочка большей толщины, чем на других ее поверхностях. Нагретая вода из продольных каналов 6 и 10 отводится через отводящий трубопровод 9.
При разработке заявляемой конструкции на математической модели теплового состояния кристаллизатора была определена суммарная площадь охлаждаемой поверхности широкой рабочей стенки 3 при различных длинах продольных каналов 6 рабочих стенок 3 и 4, и дополнительных продольных каналов 10 опорной плиты 1. Результаты показали, что заявляемый рациональный интервал значений длины дополнительных продольных каналов 10 опорной плиты 1 составляет 0,60...0,75 длины продольных каналов 6 широкой рабочей стенки 3 и является оптимальным с точки зрения суммарной площади охлаждающей поверхности рабочих стенок кристаллизатора, контактирующих с поверхностью вытягиваемой горячей заготовки. Это позволяет оптимизировать процесс теплообмена между горячей заготовкой и охлаждаемыми водой рабочими стенками кристаллизатора, что приводит к образованию в процессе кристаллизации прочной корочки по всему периметру заготовки. Причем на одной из поверхностей заготовки, подверженной максимальному воздействию температурных градиентов и термических напряжений, возникающих в процессе вытягивания слитка из кристаллизатора, заявляемая конструкция позволяет сформировать более утолщенную прочную защитную корочку. Это позволяет предотвратить образование в заготовке внутренних и наружных трещин, а, следовательно, повысить качество заготовки. Кроме того, заявляемый кристаллизатор имеет высокую стойкость.