КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

Изобретение относится к металлургии и предназначено для непрерывной разливки металлов, в частности стали.
Известен охлаждаемый кристаллизатор для непрерывной разливки металла, содержащий стенки из плит, охлаждающие каналы переменного поперечного сечения и водяные короба для питания охлаждающих каналов. (Заявка №2003107845/02, кл. B 22 D 11/055, 2004.12.27).
Недостатком известного кристаллизатора является низкая эффективность теплообмена и, соответственно, низкая производительность процесса отливки.
Известен также кристаллизатор для непрерывной разливки стали, содержащий стенки из стальных плит с облицовкой, образующей рабочую литейную поверхность, охлаждающие каналы и камеры для питания охлаждающих каналов. (Патент РФ №2259256, кл. B 22 D 11/055, 2005.08.27).
Данный кристаллизатор для непрерывной разливки стали обладает рядом преимуществ по сравнению с описанным ранее охлаждаемым кристаллизатором. Благодаря возможности принудительной подачи рабочих сред в противоположных направлениях (снизу вверх или сверху вниз) и наличии пластин, регулирующих скорость и объем рабочих сред, увеличивается несколько эффективность теплообмена и улучшается режим работы медных облицовок. Однако, выполнение охлаждающих каналов непосредственно в облицовке, значительно увеличивает расход цветного металла и сокращает ее срок службы, т.к. многократно повторяющееся механическая обработка рабочей литейной поверхности для удаления следов износа и повреждений, приводит к
большей вероятности разрыва облицовки именно в области каналов из-за минимальной толщины и повышенной концентрации напряжений. Из-за этого сдвигается типовой диапазон запаса безопасности эксплуатации облицовки с допустимо минимальной толщиной (от 5 до 10 мм) и сокращается суммарное количество плавок. Кроме того, предварительно неорганизованное движение потоков рабочих сред в охлаждающих каналах, даже при возможности регулировки, ограничивает дальнейшее повышение эффективности теплообмена и скорости процесса отливки, что снижает производительность.
Таким образом, основными недостатками данного кристаллизатора для непрерывной разливки стали, являются невысокий срок службы литейной поверхности облицовки, недостаточная эффективность теплообмена и невысокая производительность процесса отливки.
По совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату, в качестве прототипа выбран кристаллизатор для непрерывной разливки стали по патенту №2259256.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является увеличение срока службы литейной поверхности облицовки, улучшение эффективности теплообмена и повышение производительности процесса отливки.
Поставленная задача достигается тем, что в кристаллизаторе для непрерывной разливки стали, содержащем стенки из стальных плит с облицовкой, образующей рабочую литейную поверхность, охлаждающие каналы и камеры для питания охлаждающих каналов, согласно полезной модели, камеры для питания охлаждающих каналов снабжены зонами распределения рабочих сред, представляющими собой расположенные в камере перегородки и центральный разделяющий узел. Перегородки зон распределения рабочих сред образуют систему направляющих каналов, расположенных перпендикулярно относительно продольных осей охлаждающих каналов, причем суммы площадей поперечных сечений
направляющих каналов зон распределения и охлаждающих каналов равны, а центральный разделяющий узел выполнен в виде установленного соосно входного патрубка стакана, имеющего основание и стенки с радиальными пазами.
Поставленная задача достигается также тем, что расположение, размеры и количество образующих направляющие каналы перегородок выбирается в зависимости от расположения входов охлаждающих каналов.
Поставленная задача может достигаться и тем, что направляющие каналы зон распределения расположены под определенным углом относительно продольных осей охлаждающих каналов, а пазы в стенке стакана центрального разделяющего узла выполнены тангенциально.
Снабжение камер для питания охлаждающих каналов зонами распределения рабочих сред, представляющими собой расположенные в камере перегородки и центральный разделяющий узел, образование перегородками зон распределения рабочих сред системы направляющих каналов, расположенных перпендикулярно относительно продольных осей охлаждающих каналов с равными суммами площадей их поперечных сечений, выполнение центрального разделительного узла в виде установленного соосно входного патрубка стакана, имеющего основание и стенки с радиальными пазами, позволяет разделить рабочую среду на потоки, оптимально распределить потоки в направляющих каналах и организованно направить их в охлаждающие каналы. При этом увеличивается перемешивание и турбулизация потоков среды, выравниваются объемы рабочей среды в каждом охлаждающем канале. Это позволяет обеспечить равномерность температурного поля по всей площади стенки кристаллизатора, оптимизировать охлаждение литейной поверхности облицовки (срок службы ее при этом увеличивается) и повысить эффективность теплообмена в целом. Благодаря этому увеличивается скорость отливки без ущерба для литейной поверхности облицовки, что обеспечивает повышение производительности.
Расположение направляющих каналов зон распределения под определенным углом относительно продольных осей охлаждающих каналов, а пазов в стенке стакана центрального разделяющего узла тангенциально, притом, что расположение, размеры и количество образующих направляющие каналы перегородок выбирается в зависимости от расположения входов охлаждающих каналов, позволяет усилить и разнообразить воздействие на рабочею среду, повысить и максимально оптимизировать организацию ее потоков, обеспечивая достижение поставленной в полезной модели технической задачи.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков полезной модели неизвестна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию «новизна».
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно воспроизведена в металлургической промышленности для непрерывной разливки металлов, а именно сталей с обеспечением технического результата, заключающегося в увеличении срока службы литейной поверхности облицовки, улучшении эффективности теплообмена и повышении производительности процесса отливки.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена стенка кристаллизатора для непрерывной разливке стали в разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.1 (изображен центральный разделяющий узел); на фиг.4 - сечение В-В на фиг.3; на фиг.5 изображена стенка стакана центрального разделяющего узла с тангенциально расположенными пазами; на фиг.6 изображена зона распределения рабочих сред с расположением направляющих каналов под определенным углом относительно продольных осей охлаждающих каналов; на фиг.7 - сечение Г-Г на фиг.1.
Кристаллизатор для непрерывной разливке стали содержит стенки из стальных плит 1 с облицовкой 2 из металла с высокой теплопроводностью (меди), образующей рабочую литейную поверхность 3. Плиты 1 с облицовкой 2 соединены между собой например при помощи вакуумно-диффузионной сварки. В плитах 1 выполнены охлаждающие каналы 4 и камеры для питания охлаждающих каналов, снабженные зонами распределения рабочих сред 5, представляющими собой расположенные в камере перегородки 6 и центральный разделяющий узел 7. Перегородки 6 зон разделения рабочих сред 5 образуют систему направляющих каналов 8, расположенных перпендикулярно относительно продольных осей охлаждающих каналов 4. Суммы площадей поперечных сечений направляющих каналов 8 и охлаждающих каналов 4 равны. Центральный разделяющий узел 7 установлен соосно входному патрубку для подачи рабочей среды и выполнен в виде стакана, имеющего основание 9 и стенку 10 с радиальными пазами 11. Возможно выполнение стакана, в котором в стенке 10 пазы выполнены тангенциально 12. Расположение, размеры и количество образующих направляющие каналы 8 перегородок 6 выбирается в зависимости от расположения входов 13 охлаждающих каналов 4. Направляющие каналы зон распределения 5 могут быть расположены под определенным углом 14 относительно продольных осей охлаждающих каналов 4.
Эксплуатируется кристаллизатор для непрерывной разливки стали следующим образом. Предварительно стенки подгоняются друг к другу и стыкуются для формирования прямоугольной литейной формы. Расплавленный металл, в процессе отливки поступает в форму кристаллизатора, образованного стальными плитами 1 с медной облицовкой 2, взаимодействуя непосредственно с рабочей литейной поверхностью 3. При этом в камеры для питания охлаждающих каналов 4 каждой из 4-х стенок нагнетается рабочая среда (вода) для охлаждения кристаллизатора. Так как камеры снабжены зонами распределения рабочих сред 5, то вода проходит
через центральный разделительный узел 7, образованные перегородками 6 направляющие каналы 8, затем непосредственно через охлаждающие каналы 4 и далее на выход. Конструкция заявляемого кристаллизатора позволяет усиленно воздействовать на охлаждающую воду, разбить ее на потоки, распределить и направить их в охлаждающие каналы 4. За счет организации потоков среды обеспечивается активный отвод тепла с рабочих литейных поверхностей 3 медных облицовок 2. Достигаемый охлаждающий эффект вызывает затвердевание наружного слоя расплавленного металла за время прохождения им формы. Окончательное затвердевание завершается после того, как полузатвердевшая отливка покинет форму кристаллизатора.
Таким образом, при использовании всей совокупности существенных отличительных признаков, заявляемый кристаллизатор для непрерывной разливки стали позволяет решить поставленную в заявке техническую задачу по увеличению срока службы литейной поверхности облицовки, улучшению эффективности теплообмена и повышению производительности процесса отливки.