УСТРОЙСТВО ПОДВЕСКИ КРИСТАЛЛИЗАТОРА
CRYSTALLISER SUSPENSION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству подвески кристаллизатора, в частности к устройству, предназначенному для установки в нем кристаллизатора, используемого для производства стальных заготовок, блюмов и слябов, для закрепления на качающемся столе.
Уровень техники
Существующий уровень техники включает многочисленные устройства подвески кристаллизатора, также известные как гильзы, которые описаны в различной патентной документации. Среди этих документов патент GB 2156252 описывает устройство непрерывного литья, содержащее кристаллизатор, помещенный внутри охлаждаемого устройства подвески. Это устройство, в свою очередь, содержит одну верхнюю камеру для распределения нагнетаемой охлаждающей жидкости внутри пространства или зазора между направляющей кристаллизатор стенкой и самим кристаллизатором и нижнюю камеру возврата охлаждающей жидкости. Предусмотрено наличие соответствующих каналов для поступления жидкости в верхнюю камеру и выхода жидкости из нижней камеры.
Первым недостатком этого устройства является то, что при условии ввода в вышеупомянутый зазор жидкости под давлением это неминуемо влечет за собой деформацию стенок кристаллизатора под воздействием гидравлического давления.
Следующий недостаток обусловлен тем, что нагнетаемая охлаждающая жидкость в верхней распределительной камере создает силу, которая действует также на верхний закрывающий фланец, который поэтому должен иметь большую толщину для предотвращения его деформации под воздействием значительного гидравлического давления, и более того, он должен быть закреплен к опорной конструкции значительным числом винтов.
Помимо всего прочего такое устройство делает операцию замены кристаллизатора неудобной в случае, например, когда формат слитка должен быть изменен.
Вторым примером известного устройства подвески кристаллизатора является одно из устройств, описанных в документе US 5715888. В этом случае в кристаллизаторе предусмотрен продольный охлаждающий зазор, заполняемый охлаждающей жидкостью из нагнетающей камеры, которая является неотъемлемой частью блока, содержащего кристаллизатор и его элементы, соединенные вместе механически фиксирующим средством. Такой блок целиком извлекается из подвижной конструкции качающегося стола.
К сожалению, такая конструкция контура подачи охлаждающей жидкости точно также деформирует стенки кристаллизатора и оказывает значительное гидравлическое давление на верхний закрывающий фланец, который поэтому должен быть закреплен к опорной конструкции большим числом винтов, что усложняет как выполнение устройства подвески кристаллизатора, так и операцию замены кристаллизатора, и влечет за собой увеличение стоимости продукции.
Поэтому назрела потребность в создании улучшенного кристаллизатора, который сделает возможным преодоление вышеперечисленных недостатков.
Существо изобретения
Первоочередной целью настоящего изобретения является создание устройства подвески кристаллизатора или гильзы, содержащего кристаллизатор для стальных заготовок, блюмов и слябов заводов, которое имеет простую конструкцию, значительно сниженный общий вес и практически сводит к нулю необходимость технического обслуживания.
Второй целью в соответствии с настоящим изобретением является создание устройства подвески кристаллизатора в комплекте с такой охлаждающей системой, в которой в дополнение к эффективно гарантируемому отводу наружу теплоты жидкой стали, вводимой в кристаллизатор, т.е. так называемому первичному охлаждению, также предусмотрен отдельный контур для охлаждения выхода слитка и опорных роликов.
Следующей целью в соответствии с настоящим изобретением устройства подвески кристаллизатора является обеспечение легкой и быстрой замены кристаллизатора в качающемся столе, внутри которого он помещен.
Настоящее изобретение поэтому нацелено на преодоление вышеописанных недостатков посредством получения устройства подвески кристаллизатора для продукции стальных отливок, таких как заготовки, блюмы и слябы, которое по п.1 заключает в себе:
- трубчатый кристаллизатор, определяющий продольное направление вытяжки слитка, снабженный в стенках множеством продольных полостей для прохождения первой охлаждающей жидкости,
- практически кольцевой формы корпус, расположенный на первом конце вышеупомянутого трубчатого кристаллизатора, содержащий первую камеру для нагнетания первой охлаждающей жидкости в вышеупомянутое множество полостей,
при этом в вышеупомянутом устройстве подвески кристаллизатора предусмотрен, по меньшей мере, один первый канал для повторного подъема первой охлаждающей жидкости, причем вышеупомянутый первый канал связан со второй камерой для возврата первой жидкости в упомянутый корпус.
Кристаллизатор, который может быть прямолинейным или криволинейным, помещен в гильзу в соответствии с настоящим изобретением, снабженную множеством продольных охлаждающих полостей, выполненных в ее стенке, что допускает их незначительную деформацию, вызываемую давлением охлаждающей жидкости, протекающей внутри упомянутых полостей, и по этой причине увеличивает полную жесткость и эффективность теплообмена между слитком и охлаждающей жидкостью, причем полости располагаются очень близко к внутренней стенке кристаллизатора.
По этой причине по сравнению с решениями известного уровня техники давление охлаждающей жидкости предпочтительно не влияет отрицательно на геометрию кристаллизатора и более того, не создает нежелательные силы на верхнем закрепленном фланце.
Устройство подвески кристаллизатора в соответствии с настоящим изобретением также создает возможность получения следующих преимуществ:
- низкий общий вес благодаря инновационному конструктивному устройству и по этой причине низкая инерционность, не вызывающая необходимость больших усилий для включения всей подвижной конструкции качающегося стола и позволяющая использовать малогабаритные приводы качающегося стола;
- возможность чрезвычайно быстрой смены кристаллизатора, когда необходимость этого вызвана износом или изменением формата, благодаря системе крепления гидравлическими зажимами, расположенными в верхней части стола.
Предпочтительно, что коллекторная плита, нагнетающая вышеупомянутую жидкость, будучи частью охлаждающего кристаллизатор устройства, закреплена на столе посредством упомянутых гидравлических зажимов: присутствие крепежных винтов и болтов поэтому сведено к минимуму, если вообще не исключено, и время замены кристаллизатора уменьшается до минимума.
Следующее преимущество представлено фактом, что устройство подвески кристаллизатора позволяет помещать в качающийся стол с особой конфигурацией направляющих элементов его, например пары упругих балок, имеющих круглую или сплющенную форму, что обеспечивает колебания исключительно в направлении вытяжки слитка и исключает любые закручивающие движения вокруг оси, перпендикулярной оси вытяжки слитка.
Дополнительный пункт многозвенной формулы изобретения описывает предпочтительное выполнение изобретения.
Краткое описание чертежей
Следующие характеристики и преимущества в соответствии с настоящим изобретением в дальнейшем станут очевидными в свете подробного описания предпочтительного, хотя и не единственного варианта выполнения устройства подвески кристаллизатора, показанного в качестве примера, не носящего ограничительный характер, на чертежах, где:
Фиг.1 представляет вертикальное сечение первого варианта качающегося стола, содержащего устройство подвески кристаллизатора согласно настоящему изобретению;
Фиг.1а представляет вертикальное сечение второго варианта качающегося стола, содержащего разновидность устройства подвески кристаллизатора согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 представляет сечение по А-А качающегося стола по фиг.1;
Фиг.3 представляет вертикальное сечение первого выполнения устройства подвески кристаллизатора согласно настоящему изобретению;
Фиг.4а представляет вертикальное сечение второго выполнения устройства подвески кристаллизатора согласно настоящему изобретению;
Фиг.4б представляет вариант части упомянутого второго выполнения устройства подвески кристаллизатора.
Осуществление изобретения
На фиг.3 представлено первое выполнение устройства подвески или гильзы кристаллизатора в соответствии с настоящим изобретением. Такое устройство 34 подвески кристаллизатора содержит трубчатый кристаллизатор 30 и коллекторную плиту 7 для нагнетания и распределения, по меньшей мере, одной охлаждающей кристаллизатор жидкости.
Кристаллизатор 30 и коллекторная плита 7 объединены верхним закрывающим фланцем 38.
Устройство 34 подвески кристаллизатора установлено в опорной конструкции 20, обеспечивающей качание приводом, содержащим, например, пару гидравлических или механических средств 3, таких как цилиндры, закрепленные на внешней опорной конструкции 10, закрепленной на основании.
Устройство 34 подвески кристаллизатора содержит кольцевой формы коллекторную плиту 7 для нагнетания охлаждающих жидкостей, изготовленную литьем или электросваркой, которая охватывает верхнюю часть трубчатого кристаллизатора 30.
Устройство 34 подвески кристаллизатора закрепляется к качающемуся столу по поверхности 60, контактирующей с опорной конструкцией 20, а также посредством гидравлических зажимов 15, без использования крепежных винтов и болтов.
Кристаллизатор 30 является монолитным и снабжен продольными охлаждающими полостями 5, выполненными в его стенках, что увеличивает его жесткости и обеспечивает отсутствие деформации стенок вследствие давления охлаждающей жидкости.
Продольные полости 5 так называемого первичного охлаждения, будучи близко расположены к внутренним стенкам 6 кристаллизатора, обеспечивают хороший теплообмен и благодаря этому отводят тепло жидкого металла изнутри кристаллизатора наружу, обеспечивая снижение ребристости слитка и улучшение качества ее поверхности; более того, такой тип конструкции кристаллизатора позволяет ремонт его сужения со временем.
Первичная охлаждающая жидкость, обычно вода, поступает в полости 5 сверху вниз через первую нагнетающую камеру 31 кольцевой формы коллекторной плиты 7 через шланги, не показанные здесь. Нагнетание сверху вниз обеспечивает лучший теплообмен в верхней части кристаллизатора.
Внутренняя сторона стенки устройства 34 подвески кристаллизатора и внешняя сторона стенки кристаллизатора 30 разделены каналом 5′ для подъема первичной охлаждающей жидкости. Продольные полости 5 сообщаются с каналом 5′ у основания кристаллизатора 30.
Кольцевой формы коллекторная плита 7 содержит также камеру 32 возвратного контура первичной охлаждающей жидкости и вторую нагнетающую камеру 33 вторичной охлаждающей жидкости, предпочтительно неочищенной воды, которая поступает для нагнетания на форсунки 40, расположенные у опорных роликов 50, переходя в следующий канал или несколько каналов 5″, выполненных в стенке устройства 34 подвески кристаллизатора.
Посредством форсунок 40 слиток охлаждается прямо на выходе кристаллизатора, и кроме этого также охлаждаются опорные ролики 50.
Наличие трехкамерной коллекторной плиты 7 и соответствующих полостей или каналов 5, 5′, 5″, выполненных в стенках кристаллизатора и устройства подвески кристаллизатора, обеспечивает увеличение компактности всей изложницы и уменьшение веса опорной конструкции 20, благодаря чему снижается инерционность подвижной части стола.
Продольные полости 5 расположены параллельно друг другу по направлению вытяжки слитка или оси X; и камеры 31, 32, 33 расположены внутри коллекторной плиты 7 концентрично относительно вышеупомянутого направления вытяжки слитка.
В плоскости, перпендикулярной направлению Х вытяжки слитка, кристаллизатор 30 может иметь, например, круглое, или квадратное, или прямоугольное сечение или другую форму.
Второе предпочтительное выполнение устройства подвески кристаллизатора в соответствии с настоящим изобретением показано на фиг.4а. В этом случае нагнетающая охлаждающую жидкость коллекторная плита 7 предпочтительно, но не обязательно кольцевой формы, содержит в себе только камеру 31, нагнетающую жидкость первичного охлаждения, и камеру 32 контура возврата упомянутой жидкости. Кроме того, продольные полости или полость 5 выполнены в стенке кристаллизатора 30, и только один или более каналов 5′ предусмотрены в гильзе 34 для подъема первичной охлаждающей жидкости. Также в этом случае продольные полости 5 фактически сообщаются с каналами 5′ у основания кристаллизатора 30.
Предпочтительно, что вторичное охлаждение, т.е. охлаждение неочищенной водой, непрерывного слитка на выходе кристаллизатора и опорных роликов 50 осуществляется посредством одной или более коллекторных плит, нагнетающих воду наружу, расположенных у нижнего конца кристаллизатора.
Первый вариант второго выполнения в соответствии с настоящим изобретением, показанный на фиг.4а, предусматривает одну внешнюю коллекторную плиту 70, закрепленную к внешней опорной конструкции 10, установленной на основании. В этом первом варианте внешняя коллекторная плита имеет камеру 70 кольцевой формы, нагнетающую под давлением охлаждающую жидкость, обычно неочищенную воду, по трубопроводу 80. Во внутренней части вышеупомянутой камеры 70 выполнено множество отверстий 100, предназначенных для направления струй вышеупомянутой жидкости к опорным роликам 50 и к слитку.
Второй вариант второго выполнения в соответствии с настоящим изобретением, показанный на фиг.4б, наоборот снабжен трубами 80′, которые питают кольцевой формы коллекторные плиты 90, которые, в свою очередь, питают распылительные насадки 200, расположенные у опорных роликов 50 кристаллизатора 30.
Это второе выполнение устройства подвески кристаллизатора в этих двух вариантах обеспечивает повышение компактности коллекторной плиты 7, уменьшение общих габаритов и упрощение конструкции устройства подвески кристаллизатора, уменьшение общего веса комплекса, так как уменьшается количество необходимых уплотнений.
Вторичная охлаждающая система в обоих вариантах и с распыляющими насадками и с перфорированной камерой закреплена на фиксированной опорной конструкции качающегося стола и не качается с держателем изложницы, тем самым снижая инерционность подвижной части, предназначенной для качания столом.
Следующее преимущество обусловлено тем, что такая внешняя система вторичного охлаждения не заменяется вместе с кристаллизатором и может быть использована для вытяжки разных слитков.
Дальнейшее преимущество устройства подвески кристаллизатора в соответствии с настоящим изобретением обусловлено компактной конфигурацией так, что он может быть легко помещен в соответствующий качающийся стол, показанный позицией 1 на фиг.1 и 2. Фактически его можно извлекать отдельным блоком, содержащим кольцевой формы коллекторную плиту 7 и кристаллизатор 30, снабженный как первичным, так и вторичным или только первичным охлаждающими каналами, посредством одного приспособления устройства подвески кристаллизатора, просто воздействуя на гидравлические зажимы 15.
Гидравлические или механические приводы 3 качания связаны с основанием посредством соединенных друг с другом пластинчатых рессор и с другой стороны связаны со второй конструкцией 20 как с подвижным элементом также посредством связанных друг с другом пластинчатых рессор. В конструкции привода колебательного движения отсутствуют подшипники, штифты, шарниры или другие механические элементы, что исключает зазоры в этих деталях, являющихся объектами износа, влекущими собой частые операции технического обслуживания.
Для того, чтобы исключить отклонение кристаллизатора 30 от требуемой траектории движения вдоль направления вытяжки слитка или оси X, предусмотрено наличие упругих направляющих элементов 11, 11′, 12, 12′ второй конструкции 20, содержащей в своей центральной полости подвес 34, плотно закрепленный к тому же посредством гидравлических зажимов 15 или других механических средств.
Такие направляющие элементы 11, 11′, 12, 12′, например, в форме связанных друг с другом круглых или плоских упругих балок расположены, как показано, например, на фигурах 1 и 2. В предпочтительном выполнении такие направляющие упругие элементы содержат четыре пары первых упругих балок 11, 11′ и четыре пары вторых упругих балок 12, 12′. Число пар первых и вторых балок может быть различным, но в любом случае четным.
Четыре пары первых упругих балок 11, 11′ расположены попарно соответственно в двух первых вертикальных плоскостях, параллельных друг другу и оси Х вытяжки слитка и равноудалены от вышеупомянутой оси. Аналогично четыре пары вторых упругих балок 12, 12′ расположены попарно соответственно в двух вторых вертикальных плоскостях, параллельных друг другу и оси Х вытяжки слитка, и равноудалены от вышеупомянутой оси; вышеупомянутые вторые плоскости соответственно перпендикулярны вышеупомянутым первым плоскостям.
Балки 11, 11′, 12, 12′, такие как, например, круглые или другие практически сплющенные с формой сечения, например, в виде прямоугольника, первым своим концом закреплены ко второй опорной конструкции 20 устройства подвеса 34, т.е. к подвижной части качающегося стола и вторым своим концом закреплены к внешней несущей конструкции 10.
Системы для крепления балок к опорной конструкции 20 выполнены, например, в виде скоб, приваренных к вышеупомянутой конструкции, имеющих сквозные отверстия, в которые вставлены балки; концы этих балок имеют резьбу и фиксируются на держателях с помощью гаек. Фиксация балок на внешней несущей конструкции 10 может быть выполнена аналогичным образом, т.е. посредством введения конца балки с резьбой в тело конструкции и закрепления балки гайками. В каждой из таких первых и вторых вертикальных плоскостях расстояние между верхней парой балок расположенных вблизи верхней части кристаллизатора и нижней парой, расположенной вблизи нижней части, предпочтительно одинаковое. Первые упругие балки 11, 11′ параллельны друг другу, так же как и вторые упругие балки 12, 12′.
Упругие балки расположены с обеспечением жесткости в направлении, поперечном относительно направления вытяжки слитка Х или в направления качания и обеспечением гибкости только в направлении X.
В одном выполнении изобретения предусмотрено использование пластинчатых пружин или подобных в качестве упругих направляющих элементов кристаллизатора 30.
То обстоятельство, что в каждой из вышеупомянутых первых и вторых вертикальных плоскостей каждая из упругих балок каждой пары имеет первый конец, закрепленный на подвижней части стола, и второй конец, закрепленный на фиксированной части на противоположном краю относительно соответствующих концов непосредственно соседней балки той же самой пары, в совокупности с тем, что расположение пар соответствующих балок относительно первой и второй плоскостей является асимметричным относительно направления вытяжки слитка или оси Х (как это видно для балок 12 и 12′ на фиг.1 или фиг.2) делает возможным колебание кристаллизатора только вдоль направления Х вытяжки слитка.
Фактически такая конфигурация пар упругих балок 11, 11′, 12, 12′ обеспечивает противоположную направленность скручивающих моментов, могущих возникнуть в направлении Х вытяжки слитка. В соответствии со знаком момента половина балок будет подвергнута растяжению, работая, как тяга, тогда как другая половина будет подвергнута сжатию, работая, как упор.
Использование простых упругих направляющих элементов и особой их специальной конфигурации обеспечивает очень высокую степень точности хода кристаллизатора и значительное снижение дефектов на слитке при осцилляции.
Устройство подвески кристаллизатора в соответствии с настоящим изобретением также обеспечивает установку в нем криволинейных кристаллизаторов. В этих случаях такое устройство подвески кристаллизатора просто может быть установлено внутри второй опорной конструкции 20 соответствующего качающегося стола, показанного на фиг.1а.
В этом случае в двух первых вертикальных плоскостях расположены две пары первых упругих направляющих элементов 35, 35′, например, в виде связанных друг с другом упругих скругленных или плоских балок, при этом каждая пара имеет заданный наклон, равный по абсолютной величине, но противоположный по направлению другой паре в горизонтальной плоскости, перпендикулярной направлению Х вытяжки.
В каждой первой вертикальной плоскости две пары первых упругих балок 35, 35′ соответственно пересекаются в воображаемой точке пересечения 37, которая определяет общий центр поворота. Два центра вращения расположены на оси вращения, лежащей на вышеупомянутой горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению Х вытяжки слитка, для обеспечения качания стола по дуге окружности, соответствующей заданному радиусу кривизны.
В общем случае пары первых упругих балок 35, 35′ в каждой первой вертикальной плоскости не параллельны друг другу, они могут иметь различный наклон, и их воображаемая точка пересечения определяет один общий воображаемый центр вращения.
Аналогично первому выполнению предусмотрены четыре пары вторых упругих балок 36, 36′, расположенных попарно в двух вторых вертикальных плоскостях, параллельных друг другу и оси Х вытяжки слитка и равноудаленных от упомянутой оси; вышеупомянутые вторые плоскости соответственно перпендикулярны вышеупомянутым первым плоскостям. Вторые упругие балки 36, 36′ в отличие от первых балок 35, 35′ расположены горизонтально и все параллельны друг другу.
В этом выполнении то обстоятельство, что в каждой из вышеупомянутых первой и второй вертикальных плоскостей каждая из упругих балок каждой пары имеет первый конец, закрепленный к подвижной части стола, и второй конец, закрепленный к фиксированной части с противоположной стороны относительно соответствующих концов соседней балки той же самой пары, в совокупности с асимметричным относительно направления Х расположением пар соответствующих балок в первой и во второй плоскостях, делает качание кристаллизатора 30 возможным только вдоль направления Х вытяжки слитка по дуге окружности, соответствующей заданному радиусу кривизны, практически равному радиусу кривизны криволинейного кристаллизатора или другой величине.
В обоих выполнениях качающегося стола согласно изобретению применение весьма простых упругих направляющих элементов и их специальной конфигурации обеспечивает очень высокую степень точности хода кристаллизатора и значительное снижение дефектов на слитке при осцилляции.
Качающийся стол в соответствии с настоящим изобретением благодаря вышеописанным улучшениям позволяет улучшить компактность и конструктивную простоту и обеспечить работу с частотой осцилляции выше 6 Гц, т.е. выше, чем обычная частота, равная 4 Гц.
В случае производства литейной продукции, например изготовления специальных или высококачественных сталей, предусмотрено использование электромагнитного смесителя 4, расположенного между внешней несущей нагрузку конструкцией 10 и промежуточной опорной конструкцией 20, предпочтительно защищенного от тепловой нагрузки. И, наконец, при условии компактности и низкого веса устройства подвески кристаллизатора нет необходимости в обеспечении дальнейшими упругими средствами, например компрессионными, или воздушными, или пластинчатыми рессорами с функцией облегчения устройства подвески кристаллизатора и подвижной конструкции стола за счет улучшения распределения веса.
Конкретные выполнения, описанные здесь, в действительности не ограничены рамками этой заявки, которая охватывает все варианты изобретения, ограниченные формулой изобретения.