СТЕНКА КРИСТАЛЛИЗАТОРА МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

Заявляемое техническое решение относится к области металлургии, а именно к машинам непрерывного литья заготовок, и может быть использовано с целью повышения ресурса работы устройства, в частности стенок кристаллизаторов указанных машин.
Непрерывное литье является основным процессом получения заготовок из стали и цветных металлов. Формирование слитка происходит в кристаллизаторе машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). В циклическом режиме образующаяся на жидком металле корка создает повышенные тепловые и контактные нагрузки на стенку кристаллизатора, что приводит к снижению ресурса работы стенок, в частности, из-за их термоусадки. Стенка кристаллизатора, как правило, состоит из стального корпуса и прикрепленной к нему водоохлаждаемой медной плиты. Снижение тепловых нагрузок за счет отвода тепла от металла, подаваемого в полость кристаллизатора, осуществляется посредством рабочей охлаждающей жидкости, преимущественно воды, циркулирующей в каналах, расположенных вблизи рабочей поверхности обеих плит [см., например, Буланов Л.В. и др. Машины непрерывного литья заготовок. Екатеринбург: Марат, 2004. - 320 с.; Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. - М.: Металлургия, 1991. - 272 с.; Практика непрерывной разливки стали. Куклев А.В., Лейтес А.В. М.: Металлургиздат, 2011. 432 с.).
Взаимосвязь корпуса и плиты стенки катализатора выполняют крепежными соединениями, преимущественно болтовыми, при этом в зоне резьбовых отверстий вследствие уменьшения сечения происходит неравномерный теплоотвод, что, в свою очередь, приводит к снижению ресурса работы стенки катализатора из-за появления в зоне рабочей поверхности местных остаточных напряжений.
Из предшествующего уровня техники известна стенка кристаллизатора, используемая для осуществления способа охлаждения формы для непрерывной отливки металла (варианты), состоящая из стального корпуса и прикрепленной к нему водоохлаждаемой медной плиты, в которой выполнены каналы, оси которых взаимно параллельны (патент РФ №2259256 на изобретение «Способ охлаждения формы для непрерывной отливки металла (варианты)», дата подачи 12.09.2001 г., дата публикации заявки 20.12.2004 г., заявка РСТ US 01/28381 (12.09.2001).
Одним из недостатков указанного технического решения является неравномерный теплоотвод, вызванный изменением величины отводимого тепла в области крепежных отверстий плиты и корпуса стенки, в которой сечение теплоотвода уменьшено по сравнению с остальной площадью.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является конструкция стенки кристаллизатора, в которой каналы охлаждения выполнены волнистого профиля и огибают отверстия крепления плиты к корпусу, при этом каналы, наиболее близко расположенные к указанным отверстиям, имеют большее сечение за счет установленных внутри них ребер, разделяющих поток текучей среды (патент US 7467656 на изобретение «Liquid-cooled permanent mold for continuous casting of metals», дата приоритета 06.06.2006 г., дата публикации 23.12.2008 г.).
В данном техническом решении, также как и в упомянутых устройствах, из-за уменьшения скорости отвода жидкости от зон с наибольшей тепловой нагрузкой происходит недостаточный теплоотвод в области крепежных отверстий.
Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая к защите полезная модель, является улучшение тепловоотвода от зон с наибольшей тепловой нагрузкой.
Техническая задача решается за счет повышения равномерности отвода тепла от рабочей поверхности водоохлаждаемой плиты стенки кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок, примыкающей к крепежным отверстиям, через которые соединены корпус и водоохлаждаемая плита.
Указанный технический результат достигается тем, что стенка кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок, включающая корпус, связанный посредством размещенных в соосных отверстиях крепежных элементов с охлаждаемой плитой со щелевыми каналами, согласно полезной модели щелевые каналы выполнены равномерного сечения и в зоне каждого отверстия имеют изгибы, ближайшая внутренняя поверхность которых до образующей отверстия (а), а также до внешней боковой поверхности следующего канала (с) находится на расстоянии 0,25-0,6 от расстояния между наружными боковыми поверхностями каналов на их прямолинейных участках (b).
Изгибы в зоне отверстий позволяют уменьшить расстояние между наиболее теплонагруженными зонами и хладоагентом, в качестве которого, как правило, используют воду, что обеспечивает более равномерное распределение тепла по всей площади, не создавая перенапряжений в отдельных секциях. Заданный интервал между криволинейными участками - изгибами позволяет снизить неравномерность расстояния между каналами за счет распределения тепла по окружности, равномерно охватывая большую площадь, что, в свою очередь, способствует более равномерному распределению тепловой нагрузки на рабочей поверхности и обеспечивает повышение ресурса работы стенки кристаллизатора за счет снижения неравномерности тепловых напряжений на ее рабочей поверхности.
Полезная модель поясняется чертежами, где: Фиг. 1 - вид сбоку стенки кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок; Фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1
Заявляемое устройство состоит из корпуса 1, являющегося основанием стенки и связанного с охлаждаемой плитой 2. При этом корпус 1 выполнен стальным, а плита - медной или из медного сплава. В корпусе и плите выполнены соосные крепежные отверстия 3. В качестве крепежных элементов (на чертеже не показаны), размещаемых в соосных отверстиях, используют преимущественно болтовые соединения. В плите 2 выполнены щелевые каналы 4 равномерного сечения, служащие для протекания охлаждающей рабочей жидкости, предназначенной для отвода тепла от рабочей поверхности. Каналы равноудалены друг от друга. В зоне крепежных отверстий 3 каналы выполнены с изгибами. Это усиливает процесс теплоотвода и делает его более равномерным, поскольку позволяет уменьшить расстояние между теплоотводящими каналами на прямолинейных участках и увеличивает площадь поверхности теплосъема в зоне крепежных (болтовых) соединений, отличающихся низкой теплопроводностью.
Минимальное расстояние между образующей каждого крепежного отверстия и ближайшей внутренней боковой поверхностью огибающих его каналов (а), а также между внешней боковой поверхностью ближайших к крепежному отверстию каналов и внутренней боковой поверхностью следующего за ним канала в местах изгиба (с) задано, как (0,25 b) из условия обеспечения механической прочности перемычки между отверстием и близлежащим каналом. Максимальное значение параметров (а) и (с) задано, как (0,6 b) из условия сохранения равноудаленности между каналами на прямолинейных участках (b).
Осуществление полезной модели подтверждается примером конкретного выполнения.
Были изготовлены стенки кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок, при этом в качестве материала для плиты использован медный сплав БрХЦр. На рабочую поверхность плиты нанесено защитное гальваническое покрытие на основе никеля. Каналы охлаждения в плитах выполнены равномерного сечения, например, прямоугольного шириной 6 мм, расстояние между каналами на прямолинейном участке 6 мм. В ходе плавки - отливка сляба 250×1500 мм, сталь 09Г2С, скорость разливки 2 м/мин, расход охлаждающей воды 0,5 л/мин, производили замер температуры в зоне рабочей поверхности. Для этого использовали хромель-алюмелевые термопары, установленные на удалении 3 мм от рабочей поверхности с шагом 6 мм. Измерения произведены в зонах крепежных отверстий на удалении 48 мм в каждую сторону перпендикулярно оси прямолинейных участков щелевых каналов. Точность измерений ± 1,5 градуса. Результаты, представленные в таблице, показали, что в случае применения для осуществления плавки предлагаемого устройства, распределение температуры по рабочей поверхности более равномерное. Перепад температур между участками, расположенными в зонах крепежных отверстий и без отверстий снижается в два раза по сравнению с прототипом. При этом стойкость стенок, которая определялась надежностью гальванопокрытия, увеличилась по сравнению с прототипом с 300 до 350 плавок.
Результаты замера температур (°С) в зоне рабочей поверхности охлаждаемой плиты по ее ширине (250 мм), средние значения, отклонения от средних значений ±3°С, приведены в Таблице.
Заявляемое техническое решение обеспечивает улучшение теплоотвода за счет повышения равномерности отвода тепла от рабочей поверхности водоохлаждаемой плиты стенки кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок, примыкающей к крепежным отверстиям, через которые соединены корпус и водоохлаждаемая плита.