КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ РАСПЛАВА

Предлагаемое решение относится к области металлургии, конкретнее к непрерывному литью заготовок из расплавленного металла.
Известна типовая конструкция блочного кристаллизатора для производства непрерывно литых слябов (Нисковских В.М., Карпинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья заготовок. Металлургия, 1991, 272 с.). Кристаллизатор включает корпус, состоящий из двух стальных широких плит (одна из которых базовая) с прикрепленными к ним медными охлаждаемыми стенками, и две подвижные узкие плиты, также с прикрепленными к ним медными охлаждаемыми стенками. Узкие стенки установлены в пространстве между широкими, образуя замкнутую рабочую полость кристаллизатора из четырех охлаждаемых стенок. Фиксация геометрии рабочей полости кристаллизатора осуществляется путем зажатия узких стенок между широкими с помощью двух подпружиненных стяжек.
К недостаткам такого кристаллизатора следует отнести:
невозможность получения заготовок с оптимальным поперечным сечением, отличным от прямоугольного;
большой локальный (в области углов) износ медных стенок, обусловленный интенсивным истиранием их рабочей поверхности переохлажденными ребрами заготовки;
прямоугольное сопряжение медных плит способствует угловому захвату заготовки, что при условиях возвратно-поступательного движения кристаллизатора часто приводит к прорывам, в особенности при повышенных скоростях разливки;
применение двух стяжек для фиксации рабочей полости кристаллизатора не обеспечивает достаточной жесткости конструкции.
Известен также кристаллизатор для разливки слябов со скошенной кромкой (RU № 2101130, B22D 11/04, 1996, опубл. 10.01.98).
Кристаллизатор содержит опорные плиты с прикрепленными к ним широкими и узкими рабочими стенками с продольными внутренними каналами, стяжки с гайками, а также плоские продольные вставки со скошенным торцом, выступающим в сторону рабочей полости кристаллизатора. При этом торцы узких стенок и поверхности вставок выполнены с продольными выступами и впадинами, расположенными со стороны опорных плит узких стенок.
Основным недостатком этого кристаллизатора является отсутствие охлаждающих элементов (например каналов или пазов для протока охладителя) у продольных вставок, подвергающихся высоким тепловым нагрузкам. Отсутствие охлаждения приводит к быстрому износу вставок и к геометрическим искажениям рабочей полости кристаллизатора. При этом максимальные тепловые нагрузки будут приходиться на вершину скоса вставки. В условиях длительных тепловых нагрузок (высокая серийность) возможен пережог, а в условиях циклических нагрузок (малая серийность) возможен изгиб скошенного торца с отходом от плоскости широкой стенки. И в том, и в другом случае существует большая вероятность прорыва кристаллизующейся корочки слитка
Наиболее близким по техническому результату и достигаемому эффекту является кристаллизатор для непрерывной разливки металла (патент RU № 2506140, кл. B22D 11/04, 2012 г.). Этот кристаллизатор для машины непрерывного литья металла содержит корпус с верхней и нижней уплотнительными крышками, закрепленные в корпусе между крышками гильзу и выполненную в виде тонкостенной трубы циркуляционную рубашку с элементами фиксации в вертикальном направлении и элементами центрирования относительно гильзы в поперечном направлении, при этом элементы центрирования циркуляционной рубашки в поперечном направлении выполнены в виде регулируемых упоров, закрепленных на верхней уплотнительной крышке и сопряженных с наружной поверхностью циркуляционной рубашки, а циркуляционная рубашка и гильза размещены эквидистантно и разделены между собой перегородкой.
Недостатком этого вида кристаллизаторов является нарушение формы заготовки при ее выходе из кристаллизатора из-за отсутствия компенсаторов на теле заготовок в процессе охлаждения.
Техническим результатом предлагаемого кристаллизатора является улучшение стабильности процесса литья, увеличение стойкости кристаллизатора и улучшение качества получаемой непрерывно литой заготовки.
Указанный технический результат достигается тем, что кристаллизатор для непрерывного литья металлических заготовок содержит крышки, корпус, внутри которого выполнены охлаждающая камера в виде углубления с входными и выходными каналами и сквозная полость для подачи расплава, отделенная от охлаждающей камеры перегородкой, внутренняя и наружная поверхности которой параллельны между собой, а на поверхности сквозной полости выполнены продольные канавки по всей ее длине, при этом образующая продольных канавок выполнена криволинейной, или выполнена в виде ломаной линии с одной или несколькими точками
пересечения, а охлаждающая камера герметизирована относительно корпуса.
На фиг. 1 - изображен общий вид кристаллизатора с местным разрезом.
На фиг. 2 - изображен вид по стрелке А фиг. 1 со снятой крышкой 2.
На фиг. 3 - изображен узел 1 фиг. 2 в увеличенном виде, согласно п. 3 формулы.
На фиг 4 - изображен узел 1 фиг. 2 в увеличенном виде, согласно п. 2 формулы.
Как показано на графической части кристаллизатор имеет металлический корпус 1, закрытый сверху герметичной крышкой 2. В центре корпуса 1 и крышки 2 выполнена сквозная полость 3. Внутри корпуса 1 выполнена охлаждающая камера 4, в которой постоянно циркулирует охлаждающая среда (обычно вода). Охлаждающая камера 4 отделена от полости 3 перегородкой 5, в которой выполнено множество каналов 6, соединяющихся с камерой 4. Охлаждающая камера 4 выполнена в виде углубления в корпусе 1, внутренняя поверхность 7 которой выполнена, преимущественно, параллельно наружной поверхности 8 перегородки 5. Полость 3 снабжена продольными канавками 9, выполненными по всей ее длине, причем образующая поверхность канавок 9 выполнена различной конфигурации (в виде кривой линии, в виде ломаной прямой линии и др.). Причем в случае, когда образующая поверхность канавок 9 выполнена в виде ломаной прямой линии, то она имеет одну или несколько вершин 10, расположенных в средней части. К корпусу 1, с противоположной стороны крышки 2, прикреплена крышка 11, в которой выполнены каналы системы смазки (не показаны). Расплавленный металл 12 подается непрерывно в полость 3 корпуса 1 и выходит из нее с противоположной стороны в виде затвердевшего слитка 13, по периферии которого образованы ребра жесткости 14.
Работа предлагаемого кристаллизатора осуществляется следующим образом. На разливочный стол устанавливается и закрепляется собранный кристаллизатор с заполненными жидкостью полостью 4 и системой смазки. После этого сверху подается расплав металла 12. Расплав металла 12 заполняет всю сквозную полость 3 и начинает охлаждаться по периферии от перегородки 5 внутрь тела. После некоторого времени, охладившись, расплав превращается в затвердевший слиток 13 с ребрами жесткости 14 на периферии. При охлаждении металла в полости 3 быстрее всего охлаждается расплав в зоне продольных канавок 9, образуя ребра жесткости 14 в виде выступов на наружной поверхности слитка 13.
Металлический корпус 1 выполнен единой деталью и закрыт сверху крышкой 2 и снизу крышкой 11. Корпус 1 и крышка 2 позволяют образовать герметичную охлаждающую камеру 4, охлаждающие каналы 6 в перегородке 5, а в крышке 11 выполнены каналы системы смазки. Перегородка 5 корпуса 1 постоянно охлаждается по всей плоскости охлаждающей камеры 4 и одновременно охлаждается внутри через каналы 6, в которых постоянно циркулирует охлаждающая жидкость (вода).
В процессе непрерывной разливки жидкий металл, нагретый до высокой температуры, подается в сквозную рабочую полость корпуса кристаллизатора, расположенную за перегородкой. В результате контакта жидкого металла с поверхностью сквозной полости кристаллизатора происходит образование и дальнейшее наращивание твердой фазы у кристаллизующейся заготовки, принимающей форму сляба. При этом на его наружной поверхности образуются выступы, которые при выходе из кристаллизатора превращаются в ребра жесткости и не дают слитку деформироваться (изгибаться) до полного твердения металла.
Выполнение на рабочей полости корпуса продольных канавок позволяет увеличить скорость охлаждения металла и получить компенсаторы неравномерного охлаждения слитка с превращением их в дальнейшем в ребра жесткости образованного слитка. Наличие тепловых компенсаторов позволяет избежать возникновения зазоров в соединениях модулей с широкими стенками и стабилизировать геометрию рабочей полости кристаллизатора в условиях циклических тепловых нагрузок. Увеличение стойкости кристаллизатора обеспечивается стенкой перегородки, которая плавно распределяет концентрацию напряжений охлаждающегося металла
Разбивка всей поверхности рабочей полости кристаллизатора на участи позволяет увеличить скорость охлаждения, а, следовательно, и производительность литьевых машин.