Кристаллизатор для выплавки слитков с относительным перемещением кристаллизатора

 

1, КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СЛИТКОВ С ОТНОСИТЕЛЬНЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ КРИСТАЛЛИЗАТОРА, содержащий три водоохлаядаемые секции, расположенные по высоте, отличающ и и с я тем, что, с целью увеличения срока службы кристаллизатора, средняя секция выполнена биметалли;ческой , при этом внутренний слой, контактирующий со слитком, выполнен из высокотеплопроводного материала, например, меди, а наружный выполнен из стали с переменной толщиной по вы:соте . 2. Кристаллизатор по п. 1, о т -f личающийся тем,.что на стального слоя в верхней части средней секции составляет 0,05-0,08, Л а в нижней части 0,1-0,2 толщины внут--. реннего слоя. .

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 22 В 9 18. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

OllHCAHME ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЗСГССбГ:

3 ц .

Я. » Щ ;-;„Р»» б:;1

MRMAY3&

Ис

Ф 40

° Ф

ЪФ (21) 3529383/22-.02 (22) 30 ..12, 82 (46) 15.12.8j. Бюл. У 46 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и тех-. нологический институт электротермического оборудования .(72) А.Л. Андреев, В;А. Бобин, М.А. Киссельман, С.И. Гришин, А.П. Кучмий, С.В. Орлов и А.Л. Цикерман (53) 669.187.26 (088.8) (56) Медовар Б.И. и др. Кристаллиза-. торы и поддоны советской печи 3HIII-16

ВГ И2, работающей на шведской фирме

"СКФ". — "Специальная электрометал-, лургия", Р 34, 1977, Киев, с. 58-64;:

Заявка Японии У 42-117633, кл. В 22 D 11/04, 1977, У 52-32413, . опублик. 1978...SU„„1085253 A (54) (57) 1. КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СЛИТКОВ С ОТНОСИТЕЛЬНЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ КРИСТАЛЛИЗАТОРА, содержащий три водоохлаждаемые секции, расположенные по высоте, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения срока службы кристаллизатора, средняя секция выполнена биметалли" ческой, при этом внутренний слой, контактирующий со слитком, выполнен из высокотеплопроводного материала, например, меди, а наружный выполнен из стали с переменной толщиной по высоте.

2. Кристаллизатор по п. 1, о т -. л и ч а ю шийся тем, что толщина стального слоя в верхней части средней секции составляет 0 05-0,08, а в нижней части 0 1-0,2 толщины внут-С реннего слоя. б

1 10852

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии, конкретно к конструк-, циям кристаллизаторов для электрошлаковой выплавки слитков с относительным перемещением кристаллизатора.

Известна конструкция кристалпизатора, изготовленного из толстостенных медных труб.

Недостатками подобных конструкций являются невысокая стойкость, большая трудоемкость изготовления и значительный расход дорогостоящей меди.

Наиболее близким техническим реше- нием к изобретению является трехсек-ционный кристаллйзатор,-изготовленный из различных сплавов на основе меди.

Недостатком данной конструкции является постоянство термического сопротивления секций по высоте. В отличие от способа переплава в так называемый "глухой" кристаллизатор, в котором все элементы находятся под воз- действием переменных тепловых нагру- 2б зок, все секции кристаллизатора с относительным перемещением работают при относительно постоянных тепловых нагрузках. Верхняя секция, выполняющая роль шлаковой чаши,, находится под воздействием значительных по ве личине, но практически неизменных тепловых нагрузок.

Нижняя секция, находящаяся в зоне сформировавшегося слитка, находится в зоне незначительных тепловых нагрузок.

Средняя секция, в верхней части: которой происходит формирование слитка, отводит значительные тепловые потоки, цеременные по высоте, причем величина их в нижней части секции меньше, чем в верхней. Соответствен-, но, температура секции больше в верх" ней части.

Наличие значительных температурных градиентов как в радиальном, так и в вертикальном направлениях, вызывает значительные термические напряжения в средней секции кристаллизатора и, как следствие, необратимые изменения ее формы — коробление.

Целью изобретения является увеличение срока службы кристаллиэатора.

Поставленная цель достигается тем, что в кристаллизаторе для выплавки слитков с относительным перемещением кристаллизатора, содержащем -три водоохлаждаемые секции, расположенные по

53 2 высоте, средняя секция выполнена биметаллической, при этом внутренний слой, контактирующий со слитком, вы- полнен из высокотеплопроводного материала, например меди, а наружный выполнен из стали с переменной толщиной по высоте. Толщина стального слоя.в верхней части средней секции составляет 0,05-0,08, а в нижней части—

0,1-0,2 толщины внутреннего слоя .

Такая конструкция позволяет повысить срок службы кристаллизатора, работающего по схеме с относительным перемещением.

Экспериментально установлено, что величина теплового потока, отводимо-. го через стенку кристаллизатора в

1 нижней части средней секции, пример но в 1,5-2,0 раза меньше, чем в зоне максимальных тепловых нагрузок, то есть в верхней части секции.

Применение стального слоя на на- ружной охлаждаемой поверхности позволяет значительно изменять термическое сопротивление стенки при сравнительно небольшом изменении его толщины, так как теплопроводность сталей в ,.5-10 раз меньше, чем меди. По этой же причине перепад температур по меди, меньше, следовательно, меньше температурные напряжения.

Внутренний слой секции кристалли- затора выполнен иэ высокотеплопроводного материала, например меди, для того, чтобы исключить локальный пере-. грев стенки кристаллизатора в случае возникновения аварийного режима, например, дугового разряда. на стенку.

Кроме того, в случае. разрыва шлаково-. го гарнисажа возможен выход жидкой стали на стенку кристаллизатора. А так как медная стенка в интервале температур 200-400 С не смачивается расплавленной сталью, то исключается вероятность "прилипания" слитка к кристаллизатору. Изменение толщины стального слоя от 0,05-0,08 до 0,10,2 толщины внутреннего. медного слоя по высоте секции при учете того, что применяемые в настоящее время кристаллизаторы имеют толщину медной стенки 30-50 мм, позволяет увеличить термическое сопротивление стенки в

1,5-2,0 раза, т.е. выравнять температуру по высоте секции и тем самым снизить термические напряжения.

При толщине стального слоя в нижней части средней секции меньше 0,1

30 мм

Величина поверхностной плотности теплового потока в верхней части секции, кВт/м2

1200 1200

Температура на внутренней горячей поверхности з 108527 толщины медного слоя температура на внутренней горячей поверхности секции не достигнет уровня температур верхней части, а при толщине больше

0,2 может превысить температуру 450 С и привести к потере прочностных . свойств медью.

Толщина стального слоя в верхней части средней секции должна быть минимальна с тем, чтобы температура: стенки не превысила 450 С." При суще ствующих в условиях ЭШП нагрузках увеличение толщины стального слоя .более 0,08 толщины медного приведет к повышению температур выше укаэанного уровня.

В случае расслоения биметаллической секции по границе сталь-медь необходимо сохранить герметичность полости охлаждения, выполненной в сталь.ной части секции, поэтому уменьше ) ние толщины стального слоя меньше

0,05 толщины медного (т.е. до 1-3 мм) является нежелательным с точки эре 25 ния механической прочности.

Применение стального слоя по всей: высоте средней секции, ко .всему прочему, позволяет повысить температуру на горячей поверхности кристаллиэатора, тем самым несколько поднять температуру шлакового гарнисажа и улучшить условия формирования поверхности слитка.

На чертеже схематически изображен

35 кристаллизатор, продольный разрез;

Кристаллизатор состоит из трех секций 1, 2, 3, расположенных по высоте.

Средняя секция 2 выполнена биметаллической, при этом внутренний слой 4, контактирующий со слитком, выполнен из высокотеплопроводного материала, например. меди, а наружный 5 выполнен из стали с переменной толщиной по высоте.

Секции 1 и 3 выполнены из стали.

В остальных секциях выполнены полости для охлаждения 6.

Кристаллизатор подсоединяется к системе охлаждения и работает следующим образом.

После начала процесса по мере направления слитка либо кристаллизатор поднимают вверх, либо слиток вытягивается вниз таким образом, чтобы rpa55 ница шлак — металл находилась в верх-. ней части средней секции 2, а шлаковая ванна — в стальной секции 1. При этом секция 1 отводит высокие тепло3 вые нагрузки, сравнительно равномерно распределенные по ее высоте. Секция

2, в которой происходит формирование слитка, отводит высокие тепловые нагрузки, переменные по ее высоте. Бла-, годаря наличию переменного по высоте слоя стали секция 2 обладает переменным по высоте термическим сопротивлением стенки, что позволяет выравнять температуру на ее внутренней горячей поверхности, контактирующей со слитком и, тем самым, снизить термические напряжения в секции.

По окончании плавки слиток извлекается из. кристаллизатора. В случае выхода иэ строя одной из секций она может быть заменена аналогичной. Любая из поврежденных секций может быть . реставрирована без значительных затрат.

Благодаря использованию стальной прослойки снижаются термические напряжения в средней секции и тем самым увеличивается ее срок службы.

Был экспериментальйо опробован кристаллизатор,, имеющий следующие размеры средней секции:

Диаметр формирующей части 270 мм

Высота 100 мм

Толщина медного . слоя

Толщина стального слоя в верхней части секции 1 мм

Толщина стального слоя в нижней части секции 6 мм

В кристаллизаторе было проведено

3 плавки с вытягиванием слитка. В таблице представлены полученные данные в ходе плавок.

1085253

Продолжение таблицы

2 3

Температурный гра296 диент по медной стенке, град/мм кристаллизатора в верхней части, С 319

8,2

4,5

Величина поверхностной плотности теплового потока в нижней части секции, кВт/м

Температурный rpa10 диент IIo стально стенке, град/мм 58,5

750

750

Из данных, приведенных в таблице> видно, что кристаллизатор действительно позволяет. уменьшить температурный градиент по медному слою средней секции кристаллизатора, тем самым уменьшить ее напряжения и повысить срок службы.

Температура на внутренней горячей поверхности крис. таллизатора в нижней части,. С

298

218

Редактор Н. Сильнягина Техред Л.Олийнык

Корректор С. Шекмар

Заказ 6414 Тираж, 605.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4