Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок

Полезная модель относится к области металлургии и может быть использована в машинах непрерывного литья заготовок.
Известен кристаллизатор (патент РФ №2101130, «Кристаллизатор для непрерывной разливки металла», B22D 11/043, опубл. 10.01.1998) для непрерывной разливки металла, содержащий опорные плиты с прикрепленными к ним широкими и узкими рабочими стенками с продольными внутренними каналами, а также стяжки с гайками, пропущенными через опорные плиты и прижимающими широкие стенки к продольным торцам узких рабочих стенок. Между продольными торцами узких и поверхностью широких стенок установлены плоские продольные вставки, выступающие над рабочей поверхностью узких стенок и имеющие скошенный торец со стороны рабочей полости кристаллизатора. На торцах узких стенок на поверхности вставок в местах их контакта выполнены продольные выступы и впадины, взаимно входящие друг в друга и расположенные со стороны опорных плит узких стенок.
Недостатком известного кристаллизатора является увеличение количества деталей его составляющих, сложность изготовления продольных вставок, поверхности которых должны повторять конфигурацию рабочих широких и узких стенок кристаллизатора, что приводит к уменьшению жесткости конструкции, повышенному износу вставок, следовательно, к ухудшению качества слитка за счет изменения его геометрии и образования трещин в районе углов слитка.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому является кристаллизатор  (Патент РФ на полезную модель 89996, «Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок», МПК B22D 11/043,  от 27.12.2009), содержащий опорные плиты с прикрепленными к ним широкими и узкими рабочими стенками с продольными внутренними каналами, а также стяжки с гайками, пропущенными через опорные плиты и прижимающими широкие стенки к продольным торцам узких рабочих стенок с выступающими над рабочей поверхностью буртами с односторонними скосами от вершины до основания в сторону рабочей полости. Бурты выполнены неравнобокими с основанием, большим высоты, а скосы выполнены ломаными по середине и встречно направленными относительно друг друга, при этом угол скоса поверхности верхнего участка составляет 40–50°, а нижнего участка 20–10° относительно рабочей поверхности узких рабочих стенок.
Недостатком известного кристаллизатора является отсутствие плавных переходов в буртах, из-за чего в месте угловых изломов будет иметь место неравномерность охлаждения, разнотолщинность корочки слитка, что  будет способствовать и стимулировать  возникновение термических напряжений и трещин в корочке в процессе разливки.
Технической проблемой в настоящее время является сложность устранения термических напряжений и трещин в металле, образующихся в кристаллизаторе при разливке.
Техническим результатом предлагаемого решения повышение качества слитков за счет исключения концентраторов трещин.
Поставленный технический результат в предлагаемом решении достигается тем, что в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок, содержащем  установленные между опорными плитами  узкие  и широки стенки,  узкие стенки у которого состыкованы своими торцевыми поверхностями с внутренними рабочими поверхностями  широких стенок,  и на обоих концах которых по всей длине кристаллизатора выполнены бурты,  направленные в сторону рабочей полости, согласно предлагаемому решению, рабочая поверхность буртов выполнена в виде части вписанной окружности, центр которой лежит на пересечении перпендикуляров к стенкам кристаллизатора, радиус которой равен 0,07–0,08 ширины узкой стенки кристаллизатора, при этом концы каждого бурта имеют перпендикулярные рабочим поверхностям широких стенок  площадки шириной 0,003–0,005 ширины узкой стенки кристаллизатора.
Указанные отличительные признаки исключают наличие концентраторов трещин в виде углов, обеспечивают практически равномерную толщину корочки сляба на выходе из кристаллизатора, создают в кристаллизаторе равномерное охлаждение слитка по всему периметру его поперечного сечения путем снижения отвода тепла из угловых зон слитка, уменьшают силы сопротивления при движении слитка вдоль кристаллизатора, минимизируют число порывов по угловым зонам слитка, что повышает его качество. Выполнение буртов радиусом  менее 0,07 ширины узкой стенки не позволит устранить в достаточной мере возникающие термические напряжения и повысить качество готового слитка. Выполнение буртов более 0,08 ширины узкой стенки ведет к погрешностям геометрической формы готового слитка. Выполнение  перпендикулярных широким стенкам кристаллизатора площадок на концах буртов обусловлено, прежде всего, технологией изготовления узкой стенки кристаллизатора с необходимостью исключить острые края на изготавливаемом бурте. Уменьшение ширины площадки менее 0,003 ширины узкой стенки ведет к появлению опасной острой грани, а увеличение ее более 0,005 ширины узкой стенки ведет к искажению формы слитка.
Сущность полезной модели поясняется чертежами на фиг. 1–3, где
на фиг. 1 изображен общий вид кристаллизатора МНЛЗ в разрезе;
на фиг. 2 – поперечный разрез узкой стенки;
на фиг. 3 – вид I фиг. 2.
R
В
B
Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок содержит опорные плиты 1 и 2, между которыми установлены широкие стенки 3 и узкие стенки 4, образующие рабочую полость 5 кристаллизатора. Узкие стенки 4 состыкованы своими торцевыми поверхностями с внутренними рабочими поверхностями широких стенок 3. На концах узких стенок 4 по всей длине кристаллизатора выполнены бурты 6. Бурты 6 выполнены в виде части вписанной окружности радиусом  =(0,07–0,08)⋅, где – ширина узкой стенки 4 кристаллизатора. Центр вписанной окружности лежит на пересечении перпендикуляров 7 и 8 соответственно к стенкам 3 и 4. Концы буртов 6 имеют перпендикулярные рабочим поверхностям стенок 3 площадки 9 шириной 0,003–0,005 ширины узкой стенки кристаллизатора.
Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок работает следующим образом.
R
R
В кристаллизатор в процессе непрерывной разливки подают жидкий металл с температурой выше температуры ликвидуса. Жидкий металл поступает в рабочую полость 5, образованную широкими стенками 3 и узкими стенками 4, установленными между опорными плитами 1, 2. В рабочей полости 5 металл частично кристаллизуется, при этом при формировании заготовки слитка образуется корочка, которая при вытягивании по периметру рабочей полости 5 начинает взаимодействовать с широкими стенками 3 и узкими стенками 4, а также с буртами 6 стенок 4.  При этом форма  буртов 6, выполненная по заявляемому радиусу  вписанной окружности с центром на пересечении перпендикуляров 7 и 8 к стенкам кристаллизатора,  значительно повышает жесткость всей конструкции кристаллизатора, обеспечивая при этом стабильность геометрических форм рабочей полости 5, а, следовательно, точность геометрии заготовки слитка. Кроме того, плавное изменение конфигурации рабочей полости 5 за счет заявляемой формы буртов 6 исключает фактор возникновения дополнительной нормальной составляющей силы, что позволяет в процессе вытягивания слитка значительно снизить трение его о поверхность узких 4 и широких 3 стенок в местах их контакта.  В процессе взаимодействия узкой стенки 4 с заготовкой слитка при первой разливке металла происходит сглаживание угла между площадками 9 и поверхностью бурта, выполненной по радиусу .
R
Изготовлен опытный образец предлагаемого кристаллизатора на ПАО «ММК». Он предназначен для получения слитков толщиной 250 мм и шириной и имеет размеры от 910 до 1350 мм. В рабочей полости на концах узких стенках выполнены бурты радиусом =19 мм, с площадками 1 мм. Получаемые литые заготовки имели меньшее количество угловых дефектов по сравнению с заготовками, разливаемых в кристаллизаторах  с узкими стенками без буртов.
Предлагаемый кристаллизатор найдет применение в металлургии в машинах непрерывной разливки заготовок.