КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B22D11/04 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металла в прямоугольные слитки.

Наиболее близким по технической сущности является кристаллизатор для непрерывной разливки металла, включающий опорные плиты и прикрепленные к ним широкие и узкие рабочие стенки с продольными каналами, последовательно соединенными поперечными каналами в отдельные секции по ширине широких стенок, а также подводящие и отводящие трубопроводы. Вода подается вначале сверху вниз через крайние секции, а затем проходит в среднюю секцию вверх и идет на слив (петлевая разводка воды по каналам широких стенок кристаллизатора). Диаметр каналов по ширине широких стенок и число каналов в секциях одинаковы.

Недостатком известного кристаллизатора является неудовлетворительное качество непрерывно-литых слитков. Это объясняется тем, что скорость охлаждения воды в каналах широких стенок остается неизменной по их ширине. Однако, как показывает практика, в средней части широких стенок кристаллизатора оболочка слитка наиболее плотно прилегает к стенкам кристаллизатора вследствие ее прогиба под действием ферростатического давления. В этих условиях теплоотвод от средней части широких граней слитка становится больше, чем от крайних частей его грани, которые отходят от стенок вследствие усадки узких граней. В результате вода в каналах, расположенных в средней части широких стенок при петлевой разводке, нагревается сверх допустимых значений. В этих условиях не обеспечивается необходимая интенсивность теплоотвода в средней части широких граней слитка, нарушается равномерность теплоотвода по его периметру. Кроме того, при этом из охлаждающей воды выпадают нерастворимые соли, которые осаждаются на стенках каналов в виде накипи, что приводит к преждевременному выходу кристаллизатора из работы. Небольшое количество секций продольных каналов по ширине стенок приводит к перерасходу охлаждающей воды на кристаллизатор. Сказанное приводит к возрастанию температурных градиентов и термических напряжений в оболочке широких граней слитка сверх допустимых значений. В результате в слитке возникают внутренние и наружные трещины, а также происходят прорывы металла под кристаллизатором.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в улучшении качества непрерывно-литых слитков, в повышении производительности процесса их непрерывной разливки, а также в сокращении расходов воды и в повышении стойкости кристаллизаторов.

Указанный технический эффект достигается тем, что кристаллизатор для непрерывной разливки металлов включает опорные плиты и прикрепленные к ним широкие и узкие рабочие стенки с продольными каналами, последовательно соединенными поперечными каналами в отдельные секции вдоль широких стенок, а также подводящие и отводящие трубопроводы.

Число секций каналов в каждой широкой рабочей стенке составляет 4-8, симметрично расположенных относительно продольной оси кристаллизатора, а суммарная площадь продольных каналов в каждой секции дискретно уменьшается в направлении от крайних секций к средним на 12,5-50 в каждой секции. При этом число каналов и их суммарная площадь в каждой секции переменна. Две средние секции соединены соответствующими поперечными каналами.

Улучшение качества непрерывно-литых слитков будет происходить вследствие выравнивания теплоотвода от оболочки слитка по ширине его широких граней за счет увеличения скорости течения воды в продольных каналах в средней части широких стенок и выравнивании величины нагрева воды в каналах, расположенных по ширине рабочих стенок. В этих условиях уменьшаются значения температурных градиентов и термических напряжений, возникающих в оболочке широких граней слитка ниже допустимых пределов. В результате в слитках устраняется возникновение внутренних и наружных трещин.

Повышение производительности процесса непрерывной разливки будет происходить вследствие сокращения прорывов металла под кристаллизатором. Кроме того, выравнивается величина нагрева воды в продольных каналах по ширине широких стенках и ее температура становится ниже допустимых пределов.

Сокращение расходов воды на охлаждение кристаллизатора будет происходить вследствие многократного использования воды по ширине широких стенок посредством ее последовательного прохождения по секциям продольных каналов с одновременным многократным изменением направления движения сверху вниз и обратно.

Повышение стойкости кристаллизатора будет происходить вследствие устранения образования накипи на стенках каналов из-за соответствующего повышения скорости течения воды в средних каналах.

Диапазон числа секций продольных каналов в каждой широкой стенке в пределах 4-8 объясняется теплофизическими закономерностями теплоотвода от широких граней слитков по их ширине. При меньших значениях не будет происходить выравнивания теплоотвода по ширине граней слитка. При больших значениях будет происходить усложнение конструкции кристаллизатора и его изготовления без дальнейшего улучшения качества непрерывно-литых слитков и эксплуатационных характеристик кристаллизатора.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от ширины широких стенок кристаллизатора.

Диапазон значений дискретного увеличения суммарной площади продольных каналов в каждой секции в направлении к средним секциям широких стенок кристаллизатора в пределах 12,5-50 объясняется гидравлическими закономерностями течения воды в каналах, а также теплофизическими закономерностями теплоотвода от граней слитка по их ширине. При меньших и больших значениях не будет обеспечиваться выравнивание теплоотвода по ширине слитка, а также необходимое распределение скоростей потоков воды в продольных каналах по ширине широких стенок.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от ширины широких стенок кристаллизатора.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков предлагаемого кристаллизатора с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Далее дан вариант осуществления изобретения, не включающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

На фиг. 1 показана схема кристаллизатора для непрерывной разливки металлов, поперечный разрез по верхним поперечным каналам; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг. 1.

Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов состоит из опорных плит 1 и 2, широких 3 и узких 4 рабочих стенок, продольных 5 и поперечных 6 каналов, стяжек 7 с гайками 8, трубопроводов 9 12, секций 13 15, пробок 16, отверстий 17, 18, 19 и 20. Стрелками --> показано направление потоков воды в продольных и поперечных каналах в широких стенках от секции к секции.

Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов работает следующим образом.

Пример. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подается сталь марки ст3 и вытягивается из него слиток прямоугольного сечения со скоростью в пределах 0,8-1,2 м/мин.

Кристаллизатор состоит из стальных плит 1 и 2, к которым прикреплены при помощи шпилек медные широкие 3 и узкие 4 рабочие стенки. В рабочих стенках 3 и 4 выполнены продольные каналы 5, соединенные между собой поперечными каналами 6, которые в свою очередь соединены с подводящими 9, 11 и отводящими 10, 12 трубопроводами, по которым соответственно подводится под давлением охлаждающая вода и отводится. Поперечные каналы 6 разделены пробками 16 на отдельные секции 13, 14 и 15. В общем случае две средние секции 15 могут быть объединены в одну секцию. Трубопроводы 9, 11 и 10, 12 соединены с поперечными каналами 6 при помощи соответствующих отверстий 17, 19 и 18, 20.

Число секций 13 15 продольных каналов 5 составляет 4-8, симметрично расположенных относительно продольной оси кристаллизатора. Суммарная площадь продольных каналов 5 в каждой секции дискретно уменьшается в направлении от крайних секций 13 к средней 15 на 12,5-50 в каждой секции. Уменьшение суммарной площади продольных каналов производится за счет уменьшения числа каналов в каждой секции, уменьшения диаметра каналов или одновременно числа и диаметра каналов.

В табл. 1, 2 и 3 приведены примеры работы кристаллизатора с различными конструктивными параметрами.

При такой конструкции кристаллизатора вследствие уменьшения суммарной площади продольных каналов от секции к секции в направлении к центру кристаллизатора происходит увеличение скорости потоков воды в продольных каналах средних секций. В этих условиях выравнивается теплопровод по ширине широких граней слитка, что приводит к уменьшению возникающих в нем температурных градиентов и термических напряжений. При этом устраняется появление накипи на стенках каналов.

Применение кристаллизатора позволяет снизить брак непрерывно-литых слитков по внутренним и наружным трещинам на 5-6 а также сократить количество прорывов металла под кристаллизатором на 3-4 с одновременным уменьшением расхода охлаждающей воды на 30-40 При этом нагрев воды при ее прохождении от секции в продольных каналах не увеличивается сверх допустимых значений и не превышает оптимальную величину 10-12^oC.

Использование: металлургия, непрерывная разливка металлов. Сущность: для улучшения качества непрерывно-литых слитков и сокращения расходов воды кристаллизатор для непрерывной разливки металлов включают опорные плиты и прикрепленные к ним широкие и узкие рабочие стенки с продольными каналами, последовательно соединенными поперечными каналами в отдельные секции вдоль широких стенок, а также подводящие и отводящие трубопроводы. Число секций каналов в каждой широкой рабочей стенке составляет 4-8 мм, симметрично расположенных относительно продольной оси кристаллизатора, а суммарная площадь продольных каналов в каждой секции дискретно уменьшается в направлении от крайних секций к средним на 12,5-50 % в каждой секции. При этом число каналов и их суммарная площадь в каждой секции переменны. Две средние секции соединены соответствующими поперечными каналами. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

1. Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов, включающий опорные плиты и прикрепленные к ним широкие и узкие рабочие стенки с продольными каналами, последовательно соединенными поперечными каналами в отдельные секции вдоль широких стенок, а также подводящие и отводящие воду трубопроводы, отличающийся тем, что число секций в каждой широкой стенке 4 8, а суммарная площадь продольных каналов в каждой секции дискретно уменьшается в направлении от крайних секций к средней на 12,5 50%
2. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что число продольных каналов в каждой секции переменно. 3. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что величина суммарной площади продольных каналов в каждой секции переменна. 4. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что две средние секции соединены поперечными каналами в одну. 5. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что число продольных каналов и величина их суммарной площади в каждой секции переменны.