Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок

Полезная модель может быть использована в машинах непрерывного литья заготовок. Технический результат заключается в повышении стойкости кристаллизатора при одновременном улучшении качества слитков. Это достигается тем, что в кристаллизаторе, содержащем опорные плиты 1 и 2, соединенные через уплотнительные прокладки 3 с широкими 4 и узкими 5 рабочими стенками, внутри последних выполнены открытые в сторону опорных плит 1 и 2 продольные каналы 7 и поперечные каналы 8, соединенные с подводящими 9 и отводящими 10 трубопроводами. При этом продольные каналы 7 выполнены в виде наклонных четырехгранных призм с углом накло-на,равным 30-45°. Такое конструктивное выполнение продольных каналов 7 обеспечивает формирование максимально возможной суммарной площади их поверхности, обеспечивающей равномерный интенсивный отвод тепла через нагрев охлаждающей воды. Это приводит к повышению стойкости кристаллизатора за счет исключения коробление рабочих стенок 4 и 5, а также повышению качества отливаемого слитка за счет его равномерного охлаждения в рабочей полости 6. 3 ил.

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 () 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 () 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 () 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 () 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 () 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.

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 каналы и поперечные каналы, соединенные с подводящим и отводящим трубопроводами, отличающийся тем, что продольные каналы выполнены в виде наклонных четырехгранных призм, причем угол наклона их боковых граней к поверхности широких и узких стенок, контактирующих с уплотнительными прокладками, составляет 30-45°.