КРИСТАЛЛИЗАТОР МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

Полезная модель относится к металлургии и может быть использована в машинах непрерывного литья заготовок.
Известен кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок, содержащий четыре, соединенные между собой взаимно перпендикулярные медные стенки, скрепленные вместе со стальными стенками и установленные в корпусе, причем стальные стенки выполнены с вставленными друг в друга пазами и выступами и сжаты между собой подпружиненными болтами, а также размещенный под корпусом электромагнитный перемешиватель (см. патент РФ №55655, B22D 11/04).
Недостатком известного кристаллизатора сортовой машины непрерывного литья заготовки является неравномерность скорости затвердевания металла в углах и в центре граней заготовки, что приводит к деформации профиля, что ухудшает качество вытягиваемой непрерывнолитой заготовки по ее периметру.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок, включающий металлический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены рубашка охлаждения и гильза, при этом гильза содержит четыре основных боковых плоскости (Смирнов А.Н., Ухин В.Е. Особенности деформации твердой корочки заготовки в кристаллизаторе сортовой МНЛЗ // Электрометаллургия. - 2009. - №6. С.14-19.).
Недостатком данного кристаллизатора сортовой машины непрерывного литья заготовки является деформация профиля заготовки, при этом между поверхностью заготовки и гильзы кристаллизатора образуется газовый зазор, коэффициент теплопередачи в котором значительно снижается вследствие более низкой теплопроводности газов, при этом в данной области скорость наращивания твердой корочки замедляется. Все это приводит к возникновению поверхностных и внутренних трещин в заготовке и ухудшает качество вытягиваемой непрерывнолитой заготовки по ее периметру.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в улучшении качества непрерывнолитой заготовки.
Поставленная задача, решается тем, что в известном кристаллизаторе машины непрерывного литья включающем металлический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены рубашка охлаждения и гильза, при этом гильза содержит четыре основных боковых плоскости, согласно изменению, места пересечения основных боковых плоскостей гильзы выполнены в виде поверхностей, сечения каждой из которых, проведенные по перпендикуляру к оси гильзы, выполнены в виде прямой, проведенной симметрично относительно каждой из линии пересечения основных боковых плоскостей гильзы, при этом расстояние, отсчитанное по каждой из прямой между соответствующими основными боковыми плоскостями гильзы, равно 0,065…0,07 ширины основной боковой плоскости гильзы, а места перехода каждой из прямых с основными боковыми плоскостями гильзы выполнены по радиусу равному 0,033…0,053.
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, включает металлический корпус 1 (фиг.1) с торцевыми крышками 2, 3 внутри которого установлены рубашка охлаждения 4 и гильза 5. Между гильзой 5 и рубашкой охлаждения выполнен гарантированный зазор 6 для подачи охлаждающей воды. Гильза содержит четыре основных боковых плоскости 7, образующих рабочую полость 8 (фиг.1, 2) кристаллизатора. При этом места пересечения основных боковых плоскостей 7 (фиг.1) гильзы 5 выполнены в виде поверхностей 9 (фиг.2), сечения каждой из которых, проведенные по перпендикуляру к оси гильзы 10, выполнены в виде прямой 11, проведенной симметрично относительно каждой из линий 12 пересечения основных боковых плоскостей 7 (фиг.1) гильзы 5. Расстояние h (фиг.2), отсчитанное по каждой из прямой 11 между соответствующими основными боковыми плоскостями 7 (фиг.1) гильзы 5, равно 0,065…0,07 ширины основной боковой плоскости 7 гильзы 5, а места перехода 13 (фиг.2) каждой из прямых 10 с основными боковыми плоскостями 7 (фиг.1) гильзы 5 выполнены по радиусу 14 (фиг.2) равному r=0,033…0,053 ширины основной боковой плоскости 7 (фиг.1). Такое конструктивное выполнение мест пересечения основных боковых плоскостей 7 (фиг.1, 2) гильзы 5 позволяет обеспечить образование рационального сечения твердеющей оболочки непрерывнолитой заготовки в процессе ее вытяжки из кристаллизатора, в результате чего, качество получаемой литой заготовки повышается. Выполнять расстояние (h) меньше 0,065 ширины основной боковой плоскости 7 гильзы 5 и радиус (r) меньше 0,033 ширины основной боковой плоскости 7 гильзы 5 нецелесообразно, так как в данном случае при деформации профиля заготовки между поверхностью заготовки и гильзы кристаллизатора образуется газовый зазор, коэффициент теплопередачи в котором значительно меньше, вследствие более низкой теплопроводности газов, при этом в данной области скорость наращивания твердой корочки замедляется. Выполнять расстояние (h) более 0,07 ширины основной боковой плоскости 7 гильзы 5 и радиус (r) более 0,053 ширины основной боковой плоскости 7 гильзы 5 также нецелесообразно, так как при этом меняется конфигурация непрерывнолитой заготовки.
Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок работает следующим образом. В процессе непрерывной разливки в рабочую полость 8 (фиг.1, 2) кристаллизатор подают жидкий металл и вытягивают из него непрерывнолитую заготовку. Одновременно под давлением подают холодную воду в зазор 6 между гильзой 5 и рубашкой охлаждения 4. При этом тепло, выделяемое жидким металлом заготовки, разогревает боковые плоскости 7 и поверхности 9. В результате этого происходит рациональное охлаждение непрерывнолитой заготовки по ее периметру и высоте кристаллизатора.
При разработке заявляемой конструкции кристаллизатора на математической модели теплового состояния кристаллизатора была определена суммарная площадь боковых плоскостей 7 и поверхностей 9 при различных длинах поверхностей 9 и величин радиусов 14. Заявляемый рациональный интервал значений: расстояний h (фиг.2), отсчитанных по каждой из прямой 11 между соответствующими основными боковыми плоскостями 7 (фиг.1, 2) гильзы 5, равный 0,065…0,07 ширины основной боковой плоскости 7 гильзы 5 и радиусов 14 (фиг.2) мест перехода 13 каждой из прямых 10 с основными боковыми плоскостями 7 (фиг.1) гильзы 5, выполненных по радиусу, равному r=0,033…0,053 ширины основной боковой плоскости 7 (фиг.1) является оптимальными с точки зрения рациональной суммарной площади гильзы 5 кристаллизатора, контактирующей с горячей заготовкой. Это позволяет оптимизировать процесс теплообмена между горячей непрерывнолитой заготовкой и гильзой 5 кристаллизатора, что приводит к заданному охлаждению литой заготовки по всей ее поверхности. Результатом такого охлаждения является значительное ускорение роста толщины наружной оболочки заготовки, обеспечивающей нормализацию температурных градиентов и термических напряжений, возникающих в оболочке заготовки при вытягивании его из кристаллизатора. Все это приводит к обеспечению заданного рационального охлаждения непрерывнолитой заготовки по ее периметру, в результате чего ускоряется процесс роста толщины оболочки (корочки) заготовки. При этом температурные градиенты и термические напряжения, возникающие в оболочке литой заготовки при его вытягивании, не превышают допустимых значений, что повышает качество заготовки за счет отсутствия в нем наружных трещин. Это позволяет предотвратить образование наружных трещин в заготовке, а, следовательно, повысить ее качество. Таким образом, заявляемый кристаллизатор позволяет улучшить качество непрерывнолитой заготовки.