КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ

Полезная модель относится к металлургии и может быть использована при непрерывной разливке металлов.
Известен кристаллизатор для непрерывной разливки металлов, содержащий опорные плиты и прикрепленные к ним соответственно широкие и узкие рабочие стенки с поперечными и продольными каналами круглого поперечного сечения, соединенными с подводящими и отводящими трубопроводами, при этом в рабочих стенках выполнены дополнительные каналы, расположенные по высоте рабочих стенок с шагом, равным 1-5 шага продольных каналов, причем дополнительные каналы расположены параллельно поперечным каналам или наклонно в одну сторону под углом 15-60 ° к продольным каналам или наклонно в обе стороны под углом 15-60 ° к продольной оси кристаллизатора поочередно (RU, №2113932 С 1, кл. В 22 D 11/04, опубл. 27.06.1998 г.).
Недостатком данного кристаллизатора является низкая производительность процесса непрерывной разливки металлов, которая объясняется малой интенсивностью теплоотвода от граней оболочки слитка к охлаждающей воде, протекающей по каналам рабочих стенок, обусловленной недостаточной суммарной площадью теплоотводящей поверхности каналов. Кроме того, сверление длинных (до 1200 мм и более) каналов в рабочей стенке требует специального оборудования и усложняет процесс изготовления кристаллизатора в целом.
Известен кристаллизатор для непрерывной разливки металлов, содержащий опорные плиты с прикрепленными к ним посредством шпилек соответствующими рабочими стенками и подводящие и отводящие трубопроводы, при этом рабочие стенки выполнены с поперечными и расположенными между ними продольными каналами, причем последние выполнены по ширине стенок Т-, и/или П-, и/или Г-образной формы, а
шпильки расположены по периметру рабочих стенок на межканальных участках (RU, №2106928 С 1, кл. В 22 D 11/04, опубл. 20.03.1998 г.).
Недостатком известного кристаллизатора является сложность изготовления рабочей стенки, которая обуславливается сложной формой каналов. Т-, П- и Г- образная форма каналов увеличивает теплоотводящую способность кристаллизатора, но приводит к потере жесткости медной стенки, а также уменьшает полезную толщину стенки и приводит к снижению ее долговечности, а частые замены рабочих стенок кристаллизатора приводят к высокому расходу медных сплавов.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является кристаллизатор для непрерывной разливки металлов, содержащий опорные плиты с прикрепленными к ним посредством шпилек соответствующими рабочими стенками с выполненными в них поперечными и расположенными между ними продольными каналами прямоугольнго поперечного сечения, соединенными с подводящими и отводящими трубопроводами (Евтеев Д.П., Колыбалов И.Н. Непрерывное литье стали, М.: Металлургия, 1984, стр.73, рис.64).
Признаки наиболее близкого аналога, совпадающие с существующими признаками заявляемой полезной модели: опорные плиты; прикрепленные к опорным плитам посредством шпилек соответствующие рабочие стенки;
выполненные в рабочих стенках продольные и поперечные каналы прямоугольного поперечного сечения, соединенные с подводящими и отводящими трубопроводами.
Известное устройство не обеспечивает требуемого технического результата по следующим причинам.
Нерегламентированное соотношение площадей теплоотводящих поверхностей каналов не позволяет достигать максимальной теплоотводящей способности кристаллизатора, что приводит к низкой массовой скорости непрерывной разливки металлов, снижает стойкость кристаллизатора, а
также увеличивает его металлоемкость, приводя к большому расходу дорогостоящего медного сплава.
Задачей полезной модели является усовершенствование кристаллизатора для непрерывной разливки металлов, в котором за счет регламентированного соотношения площадей теплоотводящих поверхностей каналов, обеспечивается высокая теплоотводящая способность кристаллизатора, что позволяет повысить массовую скорость непрерывной разливки, увеличить стойкость кристаллизатора и снизить расход медного сплава при его изготовлении.
Поставленная задача решается тем, что в кристаллизаторе для непрерывной разливки металлов, содержащем опорные плиты с прикрепленными к ним посредством шпилек соответствующими рабочими стенками с выполненными в них продольными и поперечными каналами прямоугольного поперечного сечения, соединенными с подводящими и отводящими трубопроводами, по полезной модели продольные каналы выполнены суммарной площадью теплоотводящих поверхностей, равной 1,1 - 1,5 суммарной площади рабочих стенок, образующих рабочую полость кристаллизатора, при этом суммарная площадь теплоотводящей поверхности продольных каналов, обращенной в сторону рабочей полости кристаллизатора определяется из выражения:
где: Sa - суммарная площадь поверхности продольных каналов, обращенной в сторону рабочей полости кристаллизатора;
теп
S - суммарная площадь теплоотводящих поверхностей продольных каналов;
k - коэффициент, равный 1,9-2,7.
На фиг.1 показана схема кристаллизатора для непрерывной разливки металлов, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, продольный разрез.
Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов содержит широкие и узкие опорные плиты 1 и 2 соответственно, к которым
посредством шпилек 3, установленных в зонах 4 закрепления прикреплены широкие и узкие рабочие стенки 5 и 6 соответственно. В широких стенках 5 и узких стенках 6 выполнены продольные каналы 7 и поперечные каналы 8 прямоугольного поперечного сечения, соединенные с подводящими и отводящими трубопроводами 9 и 10. Продольные каналы 7 выполнены суммарной площадью теплоотводящих поверхностей, равной 1,1-1,5 суммарной площади рабочих стенок 5 и 6, образующих рабочую полость кристаллизатора, при этом суммарная площадь теплоотводящей поверхности продольных каналов, обращенной в сторону рабочей полости кристаллизатора определяется из выражения:
где: Sa - суммарная площадь поверхности продольных каналов, обращенной в сторону рабочей полости кристаллизатора;
теп
S - суммарная площадь теплоотводящих поверхностей продольных каналов;
k - коэффициент, равный 1,9-2,7.
Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов работает следующим образом.
В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подается сталь и вытягивается из него слиток прямоугольного поперечного сечения с определенной скоростью. По подводящему трубопроводу 9 в поперечные каналы 8, выполненные в рабочих стенках 5 и 6 под давлением подается охлаждающая вода, которая протекает сверху вниз по продольным каналам 7, выполненным в рабочих стенках 5 и 6 и отводится отводящим трубопроводом 10.
теп
Суммарная площадь теплоотводящих поверхностей продольных каналов 7 (S) складывается из суммарной площади поверхности продольных каналов, обращенной в сторону рабочей полости (Sa) и суммарной площади перпендикулярных к ней поверхностей каналов 7 (Sb). Теплота наиболее эффективно передается через поверхность Sa, так как эта
поверхность расположена параллельно поверхности слитка. Поскольку поверхность Sb перпендикулярна поверхности слитка, через нее тепло передается в меньшей степени, чем через поверхность Sa.
Зависимость для определения суммарной площади поверхности продольных каналов, обращенной в сторону рабочей полости кристаллизатора, значение суммарной площади теплоотводящих поверхностей продольных каналов, равной 1,1-1,5 суммарной площади рабочих стенок, образующих рабочую полость кристаллизатора, а также значение коэффициента k найдены экспериментальным путем.
Выполнение продольных каналов суммарной площадью теплоотводящих поверхностей менее 1,1 суммарной площади рабочих стенок, образующих рабочую полость кристаллизатора, не обеспечивает необходимую теплоотводящую способность кристаллизатора, что приводит к снижению массовой скорости разливки стали, а также увеличивает металлоемкость конструкции кристаллизатора и повышает расход медных сплавов. Выполнение продольных каналов суммарной площадью теплоотводящих поверхностей более 1,5 суммарной площади рабочих стенок, образующих рабочую полость кристаллизатора, приводит к увеличению глубины и ширины каналов, что вызывает потерю жесткости рабочей стенки кристаллизатора и уменьшает количество допустимых переточек, что влечет за собой снижение стойкости кристаллизатора.
Значение коэффициента k, меньшее 1,9, приводит к ухудшению теплоотводящей способности кристаллизатора, так как уменьшается суммарная площадь теплоотводящей поверхности каналов, обращенной в сторону рабочей полости кристаллизатора, наиболее эффективно отводящей тепло. Приближение поверхности каналов, параллельных поверхности слитка к последнему, то есть увеличение глубины каналов приводит к уменьшению числа возможных переточек рабочей стенки кристаллизатора и к уменьшению срока его эксплуатации. Значение коэффициента k, большее 2,7, не позволяет разместить между каналами шпильки необходимого
диаметра, что снижает жесткость стенки, вызывает ее коробление и, как следствие, досрочный выход из строя.
Пример.
Испытания предлагаемой конструкции кристаллизатора осуществлялись на машине непрерывной разливки стали (МНЛЗ) криволинейного типа производительностью 2,6 млн. т/год, при этом в кристаллизатор подавалась сталь марки 08 пс и вытягивался из него слиток сечением 250×910 мм с определенной скоростью.
В ходе проведения экспериментов изготавливались комплекты рабочих стенок кристаллизатора, в которых выполнены каналы прямоугольного поперечного сечения. При этом часть комплектов изготавливалась по ближайшему аналогу, т.е. произвольно выбиралось отношение суммарной площади теплоотводящих поверхностей продольных каналов к площади рабочих стенок, образующих рабочую полость кристаллизатора и произвольно выбиралось отношение суммарной площади теплоотводящей поверхности продольных каналов, обращенной в сторону рабочей полости кристаллизатора к суммарной площади теплоотводящих поверхностей продольных каналов, при прочих равных условиях. Другая часть комплектов рабочих стенок кристаллизатора изготавливалась в соответствии с предлагаемым техническим решением, т.е. суммарная площадь теплоотводящих поверхностей продольных каналов равнялась 1,1-1,5 суммарной площади рабочих стенок, образующих рабочую полость кристаллизатора, а суммарная площадь теплоотводящей поверхности продольных каналов, обращенной в сторону рабочей полости кристаллизатора определялась из выражения:  где: Sa -суммарная площадь теплоотводящей поверхности продольных каналов, обращенной в сторону рабочей полости кристаллизатора; 8теп - суммарная площадь теплоотводящих поверхностей продольных каналов; k - коэффициент, равный 1,9-2,7.
Наиболее характерные результаты проведенных исследований представлены в таблице.
Сравнительный анализ результатов эксперимента показал следующее:
при использовании кристаллизатора предлагаемой конструкции (опыты 1-4) расход медного сплава снизился на 30-40% за счет снижения металлоемкости рабочих стенок кристаллизатора, увеличилась массовая скорость разливки стали на 2%, а также повысилась стойкость кристаллизатора на 15-50%, по сравнению с ближайшим аналогом (опыты 5-6).
Таким образом, опыты подтвердили приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной задачи и его преимущества перед известными.