КРИСТАЛЛИЗАТОР МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

Полезная модель относится к металлургии и может быть использована в машинах непрерывного литья заготовок.
Известен кристаллизатор для непрерывного литья заготовок, содержащий опорные плиты, к которым через уплотнительные прокладки жестко прикреплены широкие и узкие рабочие стенки с открытыми в сторону опорных плит продольными каналами и поперечными каналами, соединенными с подводящим и отводящим трубопроводами. При этом продольные каналы выполнены Т, П и Г-образной формы или поочередно Т и Г образной формы (см. патент РФ №2106928, B 22 D 11/04).
Недостатком известного кристаллизатора является неравномерное охлаждение рабочих стенок, так как при течении воды в Т и Г образных каналах нагрев слоев воды происходит только в ответвлениях каналов, а в их стойках из-за плохого перемешивания вода практически не нагревается. Кроме того, образование значительного слоя накипи в труднодоступных ответвлениях указанных каналов приводит к сужению просвета каналов, а, следовательно, к снижению теплообмена в кристаллизаторе. Все это приводит к снижению стойкости кристаллизатора и ухудшению качества вытягиваемого слитка из-за наличия в нем внутренних и наружных трещин,
возникающих в результате неравномерного охлаждения слитка по периметру.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок, содержащий опорные плиты, жестко соединенные через уплотнительные прокладки с широкими и узкими рабочими стенками, внутри которых выполнены открытые в сторону опорных плит продольные, и поперечные каналы, соединенные с подводящим и отводящим трубопроводами. При этом продольные каналы выполнены по форме ласточкина хвоста (свидетельство РФ на полезную модель №20476, В 22 D 11/04).
Недостатком этого кристаллизатора является неравномерное охлаждение рабочих стенок, так как при прохождении воды в каналах, выполненных по форме ласточкина хвоста, нагрев воды происходит неравномерно, а в острых узких углах каналов образуется значительный слой накипи, что приводит к сужению каналов, а, следовательно, к уменьшению отдачи тепла воде. Все это приводит к снижению стойкости кристаллизатора и ухудшению качества вытягиваемого слитка из-за наличия в нем внутренних и наружных трещин, возникающих в результате неравномерного охлаждения слитка по периметру. Также низкая стойкость кристаллизатора характеризуется короблением рабочих стенок, возникающим в результате неравномерного нагрева их поверхности в процессе вытягивания слитка.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении стойкости кристаллизатора при одновременном улучшении качества слитка.
Техническая задача решается тем, что в известном кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок, содержащем опорные плиты, жестко соединенные через уплотнительные прокладки с широкими и узкими рабочими стенками, внутри которых выполнены открытые в сторону опорных плит продольные каналы, и поперечные каналы, соединенные с подводящим и отводящим трубопроводами, согласно изменению, продольные каналы выполнены в виде наклонных четырехгранных призм, причем угол наклона их боковых граней к поверхности широких и узких рабочих стенок, контактирующих с уплотнительными прокладками, составляет 30-45°.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 схематично изображен кристаллизатор, поперечный разрез;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - узел Б на фиг.1.
Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок содержит стальные опорные плиты 1 и 2 (фиг.1, 2), к которым через уплотнительные прокладки 3 жестко прикреплены, например, с помощью шпилек (на фигуре не показаны) соответственно широкие 4 и узкие 5 медные рабочие стенки, образующие рабочую полость 6 кристаллизатора. В широких 4 и узких 5 рабочих стенках с равномерным шагом выполнены открытые в сторону
соответственно опорных плит 1 и 2 продольные каналы 7 в виде наклонных четырехгранных призм, имеющих в поперечном сечении прямоугольное сечение. При этом угол наклона (α) боковых граней продольных каналов 7 (фиг.1, 3) к поверхности широких 4 и узких 5 рабочих стенок, контактирующих с уплотнительными прокладками 3, составляет 30-45°.
Такое конструктивное выполнение продольных каналов 7 позволяет максимально увеличить площадь охлаждаемой поверхности рабочих стенок 4 и 5 кристаллизатора и снизить зону контакта со стальными опорными плитами 1 и 2, которые существенно влияют на снижение теплоотдачи охлаждающей воды, а также исключить сужение просвета каналов 7 за счет легкого и быстрого удаления из них отложения солей, так как последние имеют удобную для чистки форму и открытый доступ со стороны опорных плит 1 и 2.
Все это приводит к обеспечению равномерного охлаждения слитка по его периметру, в результате чего, ускоряется процесс роста толщины оболочки (корочки) слитка, а температурные градиенты и термические напряжения, возникающие в оболочке слитка при его вытягивании, не превышают допустимых значений, что повышает качество слитка за счет отсутствия в нем внутренних и наружных трещин. Кроме того, равномерный нагрев рабочих стенок 4 и 5 кристаллизатора препятствует их короблению, обеспечивает их плотное прилегание к опорным плитам 1 и 2, что значительно повышает стойкость кристаллизатора.
В широких 4 (фиг.1) и узких 5 рабочих стенках кристаллизатора выполнены поперечные каналы 8 (фиг.2), соединенные с подводящим 9 и отводящим 10 трубопроводами. Причем продольные каналы 7 выполнены сообщающимися с поперечными каналами 8.
Уплотнительные прокладки 3 (фиг.1-3) выполнены из любого упругого изоляционного материала, например, листовой или жгутовой резины толщиной 5 мм и обеспечивают герметичность наклонных продольных каналов 7, препятствуя вытеканию их них воды. Для обеспечения герметичности продольных 7 и поперечных 8 каналов кристаллизатор снабжен крышками 11 (фиг.2).
Выполнять угол наклона (α) боковых граней продольных каналов 7 к поверхности рабочих стенок 4 и 5 меньше 30° нецелесообразно, так как при этом значительно снижается площадь поверхности продольных каналов 7, увеличивается площадь соприкосновения их со стальными опорными плитами 1 и 2, что приводит к снижению теплоотдачи охлаждающей воды, а следовательно, приводит к существенному снижению площади поверхности продольных каналов. Кроме того, происходит коробление стенок боковых граней продольных каналов 7. Выполнять угол наклона более 45° также нецелесообразно, так как при этом также снижается площадь поверхности продольных каналов 7, одновременно снижается расстояние до рабочей полости 6 кристаллизатора. Это приводит к снижению теплоотдачи охлаждающей воды и снижению ресурса кристаллизатора.
Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок работает следующим образом.
В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подают жидкий металл с температурой 1600°С и вытягивают из него слиток прямоугольного поперечного сечения. Одновременно с этим по подводящему трубопроводу 9 под высоким давлением подают холодную воду в поперечные каналы 8 и через них в продольные каналы 7, выполненные в виде наклонных четырехгранных призм. При этом тепло, выделяемое жидким металлом слитка, находящегося в рабочей полости 6 кристаллизатора, разогревает широкие 4 и узкие 5 рабочие стенки, а, следовательно, и внутренние поверхности наклонных продольных каналов 7.
Так как продольные каналы 7 выполнены в виде наклонных четырехгранных призм, обращенных верхним основанием (дном) в сторону рабочей полости 6, нижним - открытым в сторону опорных стальных плит 1 и 2, а угол наклона боковых граней к поверхности широких 4 и узких 5 рабочих стенок, контактирующих с уплотнительными прокладками 3, составляет 30-45°, то это обеспечивает формирование максимально возможной суммарной площади поверхности продольных каналов 7 и, соответственно, охлаждающей поверхности широких 4 и узких 5 рабочих стенок кристаллизатора.
Суммарная площадь охлаждаемой поверхности широких 4 и узких 5 рабочих стенок при различных углах наклона (α) продольных каналов 7 заявляемой формы была определена на математической модели теплового состояния кристаллизатора.
Результаты расчетов приведены в таблице.
Как видно из результатов моделирования, приведенных в таблице, заявляемый интервал значений угла (α) наклона боковых граней продольных каналов 7 к поверхности рабочих стенок 4 и 5, равный 30-45, а также форма каналов 4 и 5, являются оптимальными с точки зрения увеличения суммарной площади охлаждаемой поверхности как самих каналов 7, так и, широких 4 и узких 5 рабочих стенок, контактирующих с горячим слитком.
Таблица
Угол наклона (α) продольных каналов к поверхности рабочих стенок, град,
Суммарная площадь охлаждения поверхности рабочих стенок кристаллизатора, %
25
52
30
59
Заявляемый
35
62
кристаллизатор
40
64
45
62
50
53
Прототип
90
50
Это позволяет интенсифицировать процесс теплообмена между горячим слитком и охлаждаемыми водой стенками кристаллизатора, что приводит к быстрому и равномерному охлаждению слитка по всей его поверхности, контактирующей со стенками 4 и 5. Результатом такого охлаждения является значительное ускорение роста толщины оболочки слитка, обеспечивающей нормализацию термических напряжений, возникающих в оболочке слитка при вытягивании его из кристаллизатора. Это позволяет предотвратить образование внутренних и наружных трещин в слитке, а, следовательно, повысить его качество.
Кроме того, заявляемые широкие 4 и узкие 5 стенки с наклонными охлаждающими продольными каналами 7 при отводе тепла от слитка не только способствуют равномерному охлаждению последнего, но при этом сами равномерно нагреваются, это ведет к предотвращению коробления стенок 4 и 5 и обеспечению их плотного прилегания друг к другу и опорным плитам 1 и 2, что повышает стойкость кристаллизатора.
Форма наклонных продольных каналов 7 и выполнение их открытыми в сторону опорных плит 1 и 2 также позволяет обеспечивать быстрое отложение солей с их внутренней поверхности, что позволяет предотвратить сужение просветов каналов 7, обеспечив тем самым максимальный теплообмен от слитка к рабочим стенкам 4 и 5 кристаллизатора.
Из продольных каналов 7 нагретая вода отводится из кристаллизатора через отводящий трубопровод 10.
Таким образом, заявляемый кристаллизатор позволяет улучшить качество слитка при одновременном повышении его стойкости.