Кристаллизатор для получения непрерывнолитых цилиндрических заготовок из высоколегированных сплавов
CRYSTALLIZER FOR PRODUCTION OF CONTINUOUSLY CAST CYLINDRICAL WORKPIECES FROM HIGH ALLOYS

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции и охлаждению кристаллизатора для получения непрерывнолитых цилиндрических заготовок из высоколегированных сталей и сплавов.
Известен кристаллизатор для получения непрерывных цилиндрических заготовок [Патент РФ №2651083. Кристаллизатор для получения непрерывных цилиндрических заготовок / В.В. Стулов. 18.08.2018. Бюл. №11], содержащий корпус с расположенной в нем тепловой трубой, образованной трубами, коаксиально установленными одна в другой с образованием между ними замкнутого пространства для теплоносителя, конденсатор, связанный паропроводами и конденсатопроводами с тепловой трубой с образованием замкнутого испарительно-конденсационного контура, электрические нагревательные элементы, расположенные в нижней части замкнутого пространства между трубами, и термопары, подключенные к системе автоматического управления охлаждением кристаллизатора, в замкнутом пространстве между коаксиально установленными одна в другой трубами равномерно по периметру выполнены продольные ребра, внутренняя поверхность трубы меньшего диаметра между ребрами покрыта пористым покрытием.
Недостатки известного кристаллизатора заключаются в недостаточной эффективности работы конденсатора пара и самой тепловой трубы по причине отсутствия разделения потоков образующегося пара и перегретой жидкости, а также в затруднении подвода расплава в кристаллизатор по причине расположения вверху конденсатора пара.
Заявляемый кристаллизатор направлен на повышение эффективности его работы при разливке высоколегированных сталей и сплавов.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого кристаллизатора заключается в более высокой надежности его работы на переходных режимах, связанных с увеличением скорости разливки расплава, а соответственно, с увеличением плотности подводимого теплового потока, более равномерном распределении температуры по периметру и высоте тепловой трубы, контактирующим с разливаемым расплавом, исключение вероятности растрескивания корочки образующейся заготовки.
Заявляемый кристаллизатор характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаки: корпус с расположенной в нем тепловой трубой, образованной трубами, коаксиально установленными одна в другой с образованием между ними замкнутого пространства для теплоносителя; конденсатор, связанный паропроводами и конденсатопроводами с тепловой трубой с образованием замкнутого испарительно-конденсационного контура; электрические нагревательные элементы, расположенные в нижней части замкнутого пространства между трубами; термопары, подключенные к системе автоматического управления охлаждением кристаллизатора; в замкнутом пространстве между коаксиально установленными одна в другой трубами равномерно по периметру выполнены продольные ребра; внутренняя поверхность трубы меньшего диаметра между ребрами покрыта пористым покрытием.
Отличительные признаки: конденсатор пара расположен снаружи корпуса тепловой трубы; в конденсаторе расположены два змеевика из медных труб, в которые подается холодная вода; конденсатопроводы объединены в коллектор конденсата, расположенный под углом α=10-15° вниз к горизонту; одиночный конденсатопровод, примыкающий к нижней части коллектора конденсата; дырчатая решетка в верхней части тепловой трубы перед входом в паропроводы.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого кристаллизатора и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Расположение конденсатора пара снаружи корпуса тепловой трубы уменьшает общую высоту кристаллизатора и высоту погружного разливочного стакана для подвода расплава в кристаллизатор, обеспечивая повышение надежности процесса разливки металла. Расположение в конденсаторе двух змеевиков из медных труб, в которые подается холодная вода, позволяет активизировать процесс конденсации паров воды на их поверхности.
Объединение конденсатопроводов в коллектор конденсата позволяет собирать конденсат со всех конденсатопроводов и перераспределять его в одиночный конденсатопровод, что увеличивает уровень возвращаемого конденсата, а соответственно и давление столба жидкости, продавливаемой в тепловую трубу.
Расположение коллектора конденсата под углом вниз к горизонту позволяет скапливать жидкость в месте примыкания к нему одиночного конденсатопровода. В результате отпадает необходимость использования нескольких конденсатопроводов, врезаемых в нижней части тепловой трубы.
Уменьшение угла расположения коллектора конденсата под углом α<10° вниз к горизонту замедляет процесс стекания конденсата, поступающего с конденсатопроводов, в одиночный конденсатопровод. В результате замедляется весь процесс возврата конденсата в нижнюю часть кристаллизатора и нарушается нормальный режим охлаждения расплава.
Увеличение угла расположения коллектора конденсата под углом α>15° вниз к горизонту приводит к нерациональному увеличению периметра коллектора и длины примыкающих конденсатопроводов, увеличению габаритов и массы конструкции.
Наличие одиночного конденсатопровода, примыкающего к нижней части коллектора конденсата, позволяет обеспечить поступление конденсата в нижнюю часть кристаллизатора через один конденсатопровод. В результате увеличивается уровень жидкости в одном конденсатопроводе по сравнению с несколькими конденсатопроводами и, как результат, увеличивается давление продавливания жидкости в нижнюю часть кристаллизатора. Кроме этого, уменьшается общая длина конденсатопроводов.
Расположение в верхней части тепловой трубы дырчатой решетки перед входом в паропроводы позволяет произвести разделение потоков пара и перегретой жидкости для ее дополнительной циркуляции в тепловой трубе, а пар, прошедший через отверстия в решетке, направить в конденсатор с минимальным количеством жидкости. В результате существенно повышается эффективность работы конденсатора пара, то есть количество образующегося в единицу времени конденсата, кг/с.
На фиг. приведен внешний вид кристаллизатора для получения непрерывнолитых цилиндрических заготовок из высоколегированных сплавов.
Кристаллизатор для получения непрерывнолитых цилиндрических заготовок из высоколегированных сплавов на фиг. состоит из разливочного ковша 1 с погружным стаканом 2, корпуса 3 с коаксиально установленными в нем трубами меньшего диаметра 4 и большего диаметра 6, паропроводов 8 с установленной перед ними дырчатой решеткой 9 с отверстиями 10, конденсатора пара 11, с размещенными в нем змеевиками 12 и 13 с патрубками 14 и 15 для подвода охлаждающей воды, патрубков 16 и 17 для отвода нагретой воды, конденсатопроводов 18 с коллектором конденсата 19 и примыкающего к нему одиночного конденсатопровода 20, образующих замкнутый испарительно-конденсационный контур тепловой трубы, электрических нагревательных элементов 21, термопар 22-25, подключенных в систему автоматического управления охлаждением кристаллизатора.
Предварительно в пространство между трубами 4 и 6 устанавливаются продольные ребра 7, между которыми закрепляются пористые покрытия 5 и заливается определенное количество теплоносителя. Включаются электронагревательные элементы 21, которые разогревают теплоноситель с трубами 4 и 6, продольные ребра 7, пористые покрытия 5, пропитанные теплоносителем. После достижения заданной температуры, фиксируемой по показаниям термопары 25, кристаллизатор подготовлен к разливке в него расплава.
Работа кристаллизатора осуществляется следующим образом. Отключаются электронагревательные элементы 21 и производится заливка расплава из разливочного ковша 1 через погружной стакан 2 во внутрь трубы 4, что приводит к дальнейшему ее разогреву с пористым покрытием 5 и теплоносителем. При разогреве пористого покрытия 5 с теплоносителем равномерно по высоте кристаллизатора образуется пар, который вместе с кипящим теплоносителем поступает в пространство между трубами 4 и 6 и вдоль продольных ребер 7 далее ударяется о дырчатую решетку 9 и через отверстия в ней 10 поступает по паропроводам 8 в конденсатор 11. Отделившийся на решетке 9 от пара теплоноситель стекает по стенкам трубы большего диаметра 6 в нижнюю часть кристаллизатора. Включается подача охлаждающей воды через патрубки 14 и 15 в змеевики 12 и 13, что приводит к охлаждению пара и его конденсации в конденсаторе 11. Нагретая охлаждающая вода выходит через патрубки 16 и 17. Конденсат по конденсатопроводам 18 собирается в коллектор 19 и далее по одиночному конденсатопроводу 20 стекает в нижнюю часть пространства с трубами 4 и 6. Температура воды, нагретой в змеевиках 12 и 13 конденсатора 11 фиксируется по показаниям термопар 23 и 24, что позволяет при известном расходе охлаждающей воды на кристаллизатор установить величину теплового потока, отводимого от разливаемого расплава.