Защитный экран для регулировки отвода тепла от непрерывнолитой заготовки

7 В22Д 11/00 , 27/04.
«ЗАЩИТНЫЙ ЭКРАИ ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ ОТВОДА ТЕПЛА ОТ НЕПРЕРЫВИОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ
20а2122820
III
Полезная модель относится к металлургии и может быть использована при охлаждении непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ.
Ведущую роль в затвердевании металла играют тепловые явления. Условия теплопередачи влияют на продвижение границы затвердевания, кристаллическую структуру, развитие физической и химической неоднородности в слитке и его свойства.
Существует три механизма передачи тепла: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.
Основной отбор тепла от слитка происходит за счет конвекции. Причем на МПЛЗ радиальной формы отбор тепла за счет конвекции идет в сторону малого радиуса заготовки.
При интенсивном теплоотводе от затвердевающей заготовки в ней начинает происходить дендритная кристаллизация. Причем отмечается, что на радиальных МПЛЗ происходит смещение теплового центра на 5-15 мм в зависимости от толщины заготовки. Протяженность зоны столбчатых кристаллов со стороны малого радиуса значительно больше и достигает оси заготовки. Это вызвано более интенсивным теплоотводом со стороны малого радиуса за счет естественных конвективных потоков. Кроме того, горячие слои металла, вытесненные на сторону малого радиуса, создают температурный перепад для роста дендритов.
Известны конструкции установок, в которых осуществляется направленная кристаллизация за счет повышения градиента температур по высоте кристаллизуюшегося слитка.
Так, например, известен плавающий теплоизоляционный экран, выполненный из материала с плотностью, меньшей плотности расплава жидкометаллического носителя. 1
Однако такой способ направленной кристаллизации с использованием теплоизолирующего экрана возможно использовать при литье по направляемым моделям отливок.
Известен способ непрерывной разливки металлов, включающий обработку жидкой фазы затвердевающего слитка электромагнитным полем, в частности, пондеромоторными силами, возникающими при периодических разрядах на индуктор накопителя. 2
ромоторные силы. Пондеромоторные силы сосредотачиваются, главным образом, в поверхностных слоях ванны жидкого металла, где диспергируют растущие дендриты.
Недостатком данного устройства является сложность и громоздкость конструкции, необходимость в высоковольтном напряжении (до 40 кВ) и генераторе с высоким разрядным током с определенными выходными параметрами.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является установка для получения отливок направленной кристаллизацией. Она снабжена наклонными тепловыми экранами, установленными в зоне кристаллизации и выполненными в виде скрепленных между собой охлаждаемой нижней и радиационно-отражающей верхней частей и установленными под нижними торцами боковых нагревателей, причем охлаждаемая нижняя часть экрана выполнена в виде металлических трубок овальной формы, а радиационно-отражающая верхняя часть экрана - из двух или более металлических пластин. 3
Недостатком данного технического решения является то, что оно используется только при отливке металла в стационарные формы - чугунные, керамические и другие, и не используется при отливке заготовок на МНЛЗ.
Задачей полезной модели является повышение качества центральной зоны непрерывнолитой заготовки.
Поставленная задача достигается тем, что заш,итный экран для регулировки отвода тепла от непрерывнолитой заготовки выполнен в виде скрепленных металлическими перегородками двух листов нержавеюп ;ей стали, расположенных параллельно на расстоянии 80-100 мм друг от друга и согнутых в полусферу с радиусом изгиба 300-450 мм, а в промежуток между листами закладывают утеплитель, в качестве которого используют каолиновую вату и (или) асбестовое полотно. Заш,итный экран закрепляют болтовым соединением в промежутках между тянуш;ими устройствами на расстоянии 100н-180 мм от кристаллизующегося слитка, а для транспортировки экрана в его верхней части оборудуются крючки. Для жесткости конструкции защитного экрана количество металлических перегородок между параллельными листами должно быть не менее 5-ти.
На фиг. 1 показан защитный экран для регулировки отвода тепла от непрерывнолитой заготовки.
Защитный экран выполнен из 2-х листов 1 нержавеющей стали толщиной 2-3 мм, расположенных параллельно друг другу на расстоянии 80-100 мм и согнутых в полусферу с радиусом изгиба 300-450 мм. Для жесткости конструкции между листами нержавеющей стали устанавливаются металлические перегородки 2, количество которых должно быть не менее 5-ти. Между листами 1 и перегородками 2 образуются своего рода карманы, в которые закладывают утеплитель 3, в качестве которого используют каолиновую вату и/или асбестовое полотно. Защитный экран закрепляют на болтовое соединение 4 в промежутках между тянущими устройствами
МНЛЗ. Расстояние между нижним листом экрана и кристаллизующейся заготовкой должно быть  мм. Для возможности транснортировки экран оборудуют крючками 5.
Необходимость установки защитного экрана объясняется следующим образом. При интенсивном теплоотводе от затвердевающей заготовки в ней начинает происходить дендритная кристаллизация. Горячие потоки металла конвективно перемещаются в верхнюю часть заготовки радиальной МНЛЗ и создают температурный перепад для роста дендритов. Нричем на радиальной МНЛЗ происходит смещение теплового центра на 5-15 мм в зависимости от толщины заготовки.
Конкретные исследования данного фактора проводили на Нижнетагильскорм металлургическом комбинате при отливке круглой заготовки диаметром 430 мм. Заготовка имеет дендритную структуру, простирующуюся до центра заготовки со стороны малого радиуса и, наоборот, не имеет развития со стороны большого радиуса. Это вызвано более интенсивным теплоотводом в сторону малого радиуса -за счет естественных конвективных потоков. Кроме того, горячие слои металла перемещающиеся на сторону малого радиуса, создают температурный перепад для роста дендритов до центра заготовки. При разгибе заготовки со стороны малого радиуса между дендритами образуются ликвационные полоски и трещины, трансформирующиеся в трещины в готовом прокате. И, наоборот, ликвационные полоски не имеют своего развития со стороны большого радиуса, так как различноориентированные кристаллы осевой зоны препятствуют этому. В связи с чем, для снижения интенсивности теплоотвода от заготовки МНЛЗ со стороны малого радиуса в конце зоны затвердевания заготовки устанавливают защитные экраны.
Пример.
На НТМК использовали защитные экраны следующих размеров. Расстояние между листами 100 мм, радиус изгиба 300 мм. Листы из нержавеющей стали толщиной 2 мм. По всей длине полусферы между листами установлены 5 перегородок. В качестве утеплителя использовали каолиновую вату. Ширина кожуха 804 мм, высота - 404 мм. Для крепления защитного экрана использовали 4 болта М8 с гайками. Количество крючков для транспортировки - 2 шт.
Общий вес защитного экрана - 57,5 кг. На радиальной МНЛЗ для отливки заготовки круглого сечения установлено 12 шт. защитных экранов (по 4 шт. на каждый ручей) в промежутках между тянущими устройствами.
Благодаря использованию предложенного технического решения, зашитные экраны регулируют тепловые потоки, отходящие от кристаллизующейся заготовки. Неравномерный отвод тепла по диаметру всей заготовки задерживает рост дендритов в середине затвердевания, что улучшает качество отливаемой заготовки за счет перевода окончания затвердевания в фазу объемной кристаллизации.
в результате использования предлагаемого изобретения при кристаллизации круглой заготовки диаметром 430 мм на Нижнетагильском металлургическом комбинате значительно уменьшилась отбраковка железнодорожных колес по внутренним дефектам, а брак но осевой трещине уменьшился более чем в 10 раз (см.таблицу 1).
Предлагаемые размеры заш:итного экрана и расстояние между экраном и кристаллизующейся заготовкой получены экспериментальным путем. Именно при таких данных были достигнуты наилучшие результаты по качеству непрерывнолитого слитка.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и существующих способов получения непрерывнолитых заготовок показывает, что предложенное техническое решение позволяет уменьшить значение температурных градиентов и термических напряжений, возникающих в слитке, что значительно улучшает качество готового проката.
Это позволяет сделать вывод о его соответствии признаку «новизна.
Конкретное использование предлагаемого технического решения в условиях Нижнетагильского металлургического комбината подтверждает промышленную применимость полезной модели.
Таблица 1
Отбраковка железнодорожных колес и заготовок для них по внутренним дефектам
Использованная литература:
1.Натент США №4108236, В22Д 37/04, 1978г.
2.А.с.396165, В22Д 11/00, опубликовано в бюллетене №36, 1973г.
3.А.с. 1345459, В22Д 27/04, опубликовано в бюллетене №38, 1987г.