КРИСТАЛЛИЗАТОР
CRYSTALLISER

Изобретение относится к области металлургии, а именно к машинам непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), и может быть использовано при производстве непрерывнолитых блюмов и сортовых заготовок.
Основной частью кристаллизаторов сортовых и блюмовых современных МНЛЗ является водоохлаждаемая гильза, причем вода вдоль гильзы движется по щелевому каналу, образованному рубашкой охлаждения, которая должна быть расположена концентрично относительно гильзы.
Известен кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок с прямолинейной осью кристаллизатора, установленного вертикально (A.M.Кучер. Технология металлов. Машиностроение, 1987, рис.24а).
Недостатком известного устройства является большая высота машины непрерывного литья - до 45 метров, что требует строительства специальных высотных цехов.
Известен кристаллизатор радиальной машины непрерывного литья заготовок (там же, рис.24б). Эта машина лишена недостатка вертикальной машины и может быть установлена в металлургическом цехе обычной высоты.
Известен кристаллизатор, содержащий гильзу и рубашку охлаждения, в зазоре между которыми установлена диафрагма, разделяющая охлаждаемую полость на напорную и сливную части, и элементы, фиксирующие диафрагму (см., например, патент №2058213).
Для предотвращения всплывания диафрагмы из-за разницы давлений воды в напорной и сливной частях охлаждаемой полости, приводящего к потерям воды и снижению скорости ее протекания, в известном кристаллизаторе между диафрагмой и верхней крышкой установлена втулка, а снизу диафрагма опирается на кольцевой бортик корпуса.
Однако такое техническое решение фиксации диафрагмы приводит к тому, что ни диафрагма, ни рубашка охлаждения, установленная в диафрагму по посадке, не могут перемещаться в горизонтальном направлении. Таким образом, рубашка охлаждения теряет возможность самоустанавливаться относительно гильзы, что необходимо при неравномерном нагреве как по длине гильзы, так и по ее периметру в процессе непрерывного литья.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение качества отливаемой заготовки, обеспечение постоянства зазора между гильзой и рубашкой охлаждения, равномерного по их периметру, а также полное исключение потери воды, предназначенной для охлаждения гильзы.
Технический результат достигается тем, что в кристаллизаторе, содержащем гильзу, рубашку охлаждения, корпус с верхней и нижней крышками, образующими замкнутую охлаждаемую полость кристаллизатора, диафрагму, разделяющую охлаждаемую полость на напорную и сливную части, и элементы, фиксирующие диафрагму, фиксирующие элементы выполнены упругими в воде шпилек-стяжек, расположенных в напорной части охлаждаемой полости кристаллизатора и связывающих нижнюю крышку с диафрагмой, причем в напорной части охлаждаемой полости кристаллизатора расположены три шпильки-стяжки, при этом соотношение длины шпилек-стяжек к диаметру их тела находится в диапазоне 40÷80, при этом шпильки-стяжки выполнены из пружинной нержавеющей стали, диаметр резьбы шпилек-стяжек определяется из зависимости М=D/(33÷60), где М - диаметр резьбы шпильки-стяжки, мм; D - внутренний диаметр корпуса, мм; кроме того, диафрагма установлена в корпусе с зазором, составляющим 0,1÷0,7 мм.
Конструкция предлагаемого кристаллизатора иллюстрируется следующими графическими материалами,
где на фиг.1 приведен продольный разрез кристаллизатора;
на фиг.2 показан поперечный разрез (А-А на фиг.1).
1
2
Предлагаемый кристаллизатор содержит гильзу 1, корпус 2, верхнюю крышку 3, нижнюю крышку 4, диафрагму 5, установленную в корпусе 2 с зазором (S) и разделяющую полость охлаждения кристаллизатора на напорную часть 6 и сливную часть 7. Концентрично гильзе 1 установлена с зазором (S) рубашка охлаждения 8. Диафрагма 5 закреплена на крышке 4 тремя шпильками-стяжками 9. Для подвода охлаждающей воды в корпусе 2 имеется патрубок 10, а для отвода - патрубок 11. Позициями 12 и 13 показано направление движения воды в кольцевом зазоре между гильзой 1 и рубашкой охлаждения 8. Позицией 14 показаны болты для настройки зазора между рубашкой охлаждения 8 и гильзой 1.
Параметры элементов кристаллизатора показаны на фиг.1 следующими символами:
D - внутренний диаметр корпуса;
d - диаметр тела шпильки-стяжки;
L - длина шпильки-стяжки;
1
S - зазор между диафрагмой и внутренней поверхностью корпуса;
2
S - зазор между рубашкой охлаждения и гильзой.
2
2
Упругость шпилек-стяжек 9 позволяет диафрагме 5 смещаться в любую сторону в горизонтальной плоскости как во время разливки, так и при настройке зазоров между гильзой 1 и рубашкой охлаждения 8. При этом при настройке кристаллизатора между торцами настроечных болтов 14, ввернутых в рубашку охлаждения 8 и гильзой 1, устанавливают зазор S, величина которого рассчитывается таким образом, чтобы при температурном расширении гильзы зазор S никогда не уменьшался до нуля. Поэтому в реальной конструкции кристаллизатора рубашка охлаждения 8 всегда должна «плавать» относительно гильзы 1 и ничего не должно препятствовать такой самоустановке рубашки охлаждения.
Таким образом, к шпилькам-стяжкам предъявляются два основных требования. Первое - поддерживать диафрагму от смещения по вертикали под действием разницы давлении воды в напорной и сливной частях охлаждаемой полости и второе - не мешать плавающей рубашке охлаждения, на которой установлена диафрагма, сохранять требуемый зазор между гильзой и рубашкой охлаждения, а это достигается соединением диафрагмы с нижней крышкой 4 упругими шпильками-стяжками. Учитывая характер и место работы шпилек-стяжек, они должны быть выполнены из пружинной нержавеющей стали.
Диаметр резьбы шпильки-стяжки 9 определяется по формуле
М=D/(33÷60), где М - диаметр резьбы шпильки-стяжки, мм;
D - внутренний диаметр корпуса кристаллизатора, мм.
Соотношение длины L шпильки-стяжки к диаметру d ее тела должно быть выдержано в диапазоне 40…80.
При значениях этого соотношения меньше 40 сопротивление самоустановке рубашки охлаждения будет чрезмерным из-за большой поперечной жесткости тела шпильки-стяжки, что приведет к заклиниванию рубашки охлаждения, а при значениях более 80 шпилька-стяжка может разорваться из-за больших растягивающих напряжений, возникающих из-за высокого давления воды в напорной части охлаждаемой полости кристаллизатора.
Диаметр резьбы шпильки-стяжки должен быть больше диаметра (d) ее тела в 1,2-5,0 раз, что придает шпильке-стяжке большую степень гибкости в поперечном направлении.
1
Зазор (S) между диафрагмой и внутренней поверхностью корпуса должен быть выдержан в диапазоне 0,1÷0,7 мм в зависимости от размера отливаемого слитка.
При такой величине зазора усилие, возникающее при разнице давлений воды в напорной и сливной частях охлаждаемой полости кристаллизатора, не выдавит уплотнение из этого зазора.
Охлаждение гильзы 1 кристаллизатора происходит следующим образом.
2
2
Через патрубок 10 подают охлаждающую воду в напорную часть охлаждаемой полости 6 под давлением на 2÷3 кгс/см большим, чем в сливной части 7. Через зазор S, составляющий 4-5 мм, как показано стрелками 12, вода с большой скоростью протекает по этому зазору и тем самым интенсивно охлаждает гильзу 1.
Диафрагма 5 на крышке 4 может быть закреплена, например, на трех шпильках-стяжках 9, что в наибольшей степени обеспечивает равномерное распределение нагрузки на шпильки-стяжки.
Так, например, для кристаллизатора с диаметром корпуса D=400 мм диаметр резьбы шпильки-стяжки должен согласно формуле М=D/(33÷60) быть 12 мм; т.е. следует применить метрическую резьбу М12; диаметр тела шпилек-стяжек должен согласно приведенному выше соотношению быть равен d=12/1,2+10 мм. При фактической длине шпильки, составляющей 400 мм, соотношение длины и диаметра ее тела, оказалось равным 400/10=40, что укладывается в заданный диапазон 40÷80. А это обеспечивает исключительно малую жесткость шпилек на изгиб и, как следствие, позволяет рубашке охлаждения самоустанавливаться в поперечном направлении относительно гильзы таким образом, что кольцевой зазор между ними остается равномерным по всему периметру наружной поверхности гильзы.
Данный кристаллизатор предназначен для непрерывного литья прямоугольных заготовок от 80×80 мм до 350=400 мм.
Предложенное техническое решение предотвращает потери воды, предназначенной для охлаждения гильзы, устраняет перекос рубашки охлаждения относительно гильзы и ликвидирует опасность местного перегрева гильзы кристаллизатора за счет обеспечения равномерного распределения по периметру гильзы охлаждающей воды и исключения образования накипи на ее наружной стенки и тем самым улучшает качество отливаемой заготовки.
Этой цели изобретения добиваются за счет нового конструктивного решения, которое обеспечивает постоянство зазора между гильзой и рубашкой, равномерного по их периметру, за счет фиксирующих элементов в виде шпилек-стяжек с весьма малой жесткостью на изгиб.