УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА Российский патент 1998 года по МПК B22D11/04 B22D11/10 

Описание патента на изобретение RU2108890C1

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке металлов в водоохлаждаемые кристаллизаторы.

Известно устройство для непрерывной разливки металла, выбранное в качестве прототипа предлагаемой установки, содержащее разливочный ковш, сборный кристаллизатор с рабочими гранями, внутри которых просверлены сквозные каналы для прохода охлаждающей воды, вмонтированные на различных уровнях от верха кристаллизатора термопары и систему автоматического контроля температуры поверхности [1].

Недостатки известного устройства для непрерывной разливки металла заключаются в наличии только вертикальных, неподвижных в процессе работы друг относительно друга граней кристаллизатора, в результате чего усложняется разогрев наружной поверхности граней горячей жидкостью (водой). При этом не обеспечивается эффективный теплообмен поверхностей с жидкостью, что обуславливает нерациональный ее расход. Кроме того, разогрев холодного кристаллизатора на практике заливаемым жидким металлом приводит к переводу головной части образующейся заготовка длиной l = (0,3 - 0,5)H в брак (H - высота кристаллизатора).

Предлагаемая установка для непрерывной разливки металла направлена на создание высокопроизводительного и безотходного процесса получения непрерывнолитых заготовок.

Технический результат, получаемый при использовании установки, заключается в следующем:
1. Повышение надежности работы и срока службы кристаллизатора;
2. Повышение производительности процесса получения непрерывнолитых заготовок;
3. Повышение выхода годного металла.

Установка характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: разливочный ковш со стаканом; кристаллизатор с рабочими гранями; канал для прохода охлаждающей воды; термопары для измерения температуры поверхности; система автоматического контроля температуры поверхности.

Отличительные признаки: щелевые сопла и коллектор для подвода горячей жидкости; защитный экран; количество сопл n = 2 - 10, площадь поперечного сечения патрубка для подвода горячей жидкости F0 и сопла F1, длина поперечного сечения сопла 2b0 и его ширина m, расстояние между крайними кромками сопл L, связаны следующими зависимостями:
F0 = F1•n, 2b0m = 4 - 6, L = 0,44(x - 2,23b0),
где x - расстояние от отверстия сопла вдоль его оси до точки пересечения струй.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков предлагаемой установки и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Теплообмен горячей жидкости с поверхностью наклонной грани определяется равномерностью потока жидкости и ее скоростью. Увеличение толщины слоя жидкости на поверхности грани практически не отражается на увеличении теплообмена и приводит к неэффективному расходу греющей среды. Для интенсивного прогрева кристаллизатора используются плоская струя /3/, обеспечивающая увеличение поверхности контакта жидкости и высокие значения скоростей с гранью по сравнению с круглой струей. При этом струя меньше подвержена распаду.

Скорость жидкости на основном участке плоской струи определяется по выражению /2/
Ux= Um(1-3η2+2η3) (1)
где Um - скорость на оси струи, η = y/b - параметр, Y - координата перпендикулярная оси струи, b - граница струи на расстоянии x от выходного отверстия, определяемая по выражению b = 0,22 (x + x0), x0 = 2,3b0 - полюсное расстояние, 2b - длина выходного отверстия. Скорость на оси струи Um связана с начальной скоростью истечения жидкости из отверстия U0 выражением . Длина начального участка Iн, на котором сохраняется максимальное значение скорости U0, связана с длиной отверстия зависимостью Iн = 10b0.

Для проектируемой установки толщина рабочей грани C может колебаться в широких пределах C = 30 - 500 мм. С увеличением толщины грани C количество сопл n, необходимых для обогрева, увеличивается. Оптимальное количество сопл для обогрева кристаллизатора равняется n = 2 - 10.

Увеличение количества сопл n > 10 приводит к увеличению сопротивления истекающей жидкости, что вызывает необходимость увеличения давления в коллекторе и приводит к увеличению трудоемкости изготовления устройства. Уменьшение количества сопл n < 2 приводит к разрушению истекающих струй в точке встречи их фронтов, а соответственно к неравномерности прогрева граней. Кроме того, увеличивается разбрызгивание струй за счет больших скоростей жидкости.

При длине сопла 2b0 и его ширине m соотношение 2b0/m = 4 - 6. Увеличение отношения 2b0/m > 6 приводит к увеличению сопротивления истекающей струи из отверстия сопла. Уменьшение 2b0/m < 4 приводит к неэффективному расходу горячей жидкости и неравномерности прогрева граней кристаллизатора.

Наличие защитных экранов по всей длине наклонных граней исключает разбрызгивание горячей жидкости и ее охлаждение при соприкосновении с окружающим воздухом. Кроме того, увеличивается давление жидкости на поверхность наклонной грани за счет увеличения сплошности струи и исключения ее распада при течении между двумя поверхностями.

Расположение осей выходных отверстий сопл параллельно поверхностям наклонных граней обеспечивает достижение максимальных значений скоростей греющей жидкости в пограничном слое стенки за счет развития настильных струй /3/. При этом увеличивается значение коэффициента теплоотдачи жидкости и количество передаваемого стенке тепла.

Выполнение равенства площади поперечного сечения патрубка для подвода жидкости в коллектор F0 сумме площадей выходных отверстий сопл F0 = F1•n обеспечивает соблюдение равенства расхода горячей жидкости подводимой в коллектор и истекающей из сопл.

Необходимое расстояние между соплами L выбирается из расчета параметров струй, обеспечивающего возможность развития струи и реализации запасенной в ней энергии, достижение на границе струй скорости Ux = (0,3 - 0,5) Um, где Ux - скорость на оси струи на расстоянии x от отверстия сопла. Необходимость достижения скорости на границе встречных струй в т. А значений Ux = (0,3 - 0,5) Um вытекает из следующих соображений. Уменьшение скорости Ux < 0,3Um приводит к существенной неравномерности поля скоростей горячей жидкости по поверхности наклонной грани, а соответственно к ее неравномерному разогреву, что следует из выражений теплообмена /2/.

Nu = 0,332Re0,5Pr0,33 (Pr/Prc)0,25
где Nu = αx/λ - критерий Нуссельта, Re = Uxx/ν - критерий Рейнольдса, Pr - критерий Прандтля, α - коэффициент теплоотдачи греющей жидкости, λ и ν - соответственно коэффициенты теплопроводности и кинематической вязкости жидкости.

Как следует из выражения (2), неравномерное поле скоростей Ux на поверхности грани приводит к неравномерным значениям коэффициента теплоотдачи α греющей жидкости и как результат к различному количеству подводимого к граням тепла и различным ее температурам. Сказанное поясняется выражением
q = α(tг-tп), (3)
где g - плотность теплового потока от жидкости поверхности грани, tr и tn - соответственно температура жидкости и поверхности грани.

Увеличение значения скорости Ux > 0,5Um приводит к разрушению струй в т. А их встречи на фиг. 2. При этом возможен отрыв жидкости от поверхности грани кристаллизатора, а соответственно ухудшается ее разогрев. Кроме того, увеличивается расход горячей жидкости и возрастает неравномерность поля скоростей и температур поверхностей граней кристаллизатора.

Необходимое расстояние между кромками выходных отверстий сопл при их установке в коллекторе L = 0,44 (x - 2,23b0), обеспечивающее значение скорости Ux = (0,3 - 0,5) Um, получается из следующих соображений на фиг. 2. При границе фронта каждой струи в т.А, равном значению B, и длине отверстия сопла 2b0 необходимое расстояние L между кромками выходных отверстий равняется L = 2(b - b0). После постановки в приведенное выражение значений b = 0,22 (x - x0) и X0 = 2,3b0 получаем L = 0,44(x - 2,23b0).

На фиг. 1 и 2 приведен внешний вид установки.

Установка для непрерывной разливки металла на фиг. 1 и 2 состоит из защитных экранов 1, коллекторов 2 с щелевыми соплами 4 и патрубками 3 для подвода горячей жидкости, кристаллизатора 5 с вертикальными 8 и наклонными 9 гранями, водоохлаждаемых каналов 6, термопар 7.

Перед прогревом кристаллизатора 5 наклонные грани 9 сводятся навстречу друг другу до установления минимального расстояния α между вертикальными участками. Защитные экраны 1 устанавливаются параллельно наклонным поверхностям граней 9. Включается подача холодной воды в каналы 6.

Открывают кран, и горячая жидкость через патрубки 3 поступает в коллектор 2, откуда истекает через сопла 4 в рабочее пространство, ограниченное поверхностями вертикальных 8 и наклонных граней 9 кристаллизатора 5, а также защитных экранов 1. С помощью сигналов, получаемых от термопар 7 и системы автоматического контроля температуры поверхности, обеспечивается заданный режим разогрева кристаллизатора. При достижении максимальной температуры поверхностей граней 9 разогрев кристаллизатора заканчивается. После этого выключают подачу горячей жидкости и приступают к разливке металла.

Прогрев рабочих поверхностей кристаллизатора горячей жидкостью уменьшает время его выхода на стационарный (установившийся) режим работы, повышает качество поверхности и внутренней структуры головной части получаемой заготовки. Кроме этого, повышается срок службы граней и надежность работы кристаллизатора за счет "мягкого" режима разогрева рабочих поверхностей при минимальном перепаде температур по толщине стенки по сравнению с его разогревом разливаемым металлом.

Похожие патенты RU2108890C1

название год авторы номер документа
СБОРНЫЙ КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА 1994
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2084311C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1996
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2112623C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ ЗАГОТОВОК 1994
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2077409C1
УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК 1994
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2086347C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1999
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2147263C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1994
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2086346C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ПОЛЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК 1995
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2093299C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 1995
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2103105C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1998
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2151663C1
КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ И ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА 1995
  • Стулов В.В.
  • Одиноков В.И.
RU2105632C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 108 890 C1

Реферат патента 1998 года УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА

Изобретение относится к металлургии и предназначено для получения непрерывнолитых заготовок. Технический эффект - создание высокопроизводительного и безотходного процесса получения непрерывнолитых заготовок. Установка для непрерывной разливки металла содержит в верхней части двух наклонных граней кристаллизатора щелевые сопла, коллектор с патрубком для подвода горячей жидкости и защитный экран. Оси выходных отверстий сопел установлены параллельно наклонной поверхности грани, а количество сопел n, расположенных на одном коллекторе, площадь поперечного сечения патрубка для подвода жидкости F0 и сопла F1, длина поперечного сечения выходного отверстия сопла 2b0 и его ширина m, расстояние между крайними кромками сопел L связаны следующими зависимостями: F0 = F1 • n, 2b0/m = 4 - 6, L = 0,44 • (x - 2,23b0), где: x - расстояние от отверстия сопла вдоль его оси до точки пересечения струй, n = 2 - 10. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 108 890 C1

Установка для непрерывной разливки металла, содержащая разливочный ковш со стаканом, кристаллизатор с рабочими гранями, внутри которых просверлены каналы для прохода охлаждающей воды и вмонтирована термопара, и систему автоматического контроля температуры поверхности кристаллизатора, отличающаяся тем, что в верхней части двух наклонных граней кристаллизатора расположены щелевые сопла, коллектор с патрубком для подвода горячей жидкости и защитный экран, при этом оси выходных отверстий сопел установлены параллельно наклонной поверхности грани, количество сопел n, расположенных на одном коллекторе, n = 2 - 10, площадь поперечного сечения патрубка для подвода жидкости F0, сопла - F1, длина поперечного сечения выходного отверстия сопла 2b0, его ширина m, расстояние между крайними кромками сопел L связаны следующими зависимостями:
F0 = F1 • n,
2b0 / m = 4 oC 6,
L = 0,44 (x - 2,23b0),
где x - расстояние от отверстия сопла вдоль его оси до точки пересечения струй.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1998 года RU2108890C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф
Непрерывная разливка стали
- М.: Металлургия, 1990, с
Кровля из глиняных обожженных плит с арматурой из проволочной сетки 1921
  • Курныгин П.С.
SU120A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Аметистов Е.В., Григорьев В.А., Емцев Б.Т
и др
Тепло- и массообмен
Теплотехнический эксперимент
/ Справочник - М.: Энергоатомиздат, 1982, с
Устройство для сортировки каменного угля 1921
  • Фоняков А.П.
SU61A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Коробко В.И
Теория неавтомодельных струй вязкой жидкости
- Саратов: изд-во Сарат
ун-та, 1977, с
Ускоритель для воздушных тормозов при экстренном торможении 1921
  • Казанцев Ф.П.
SU190A1

RU 2 108 890 C1

Авторы

Стулов В.В.

Одиноков В.И.

Даты

1998-04-20Публикация

1995-12-07Подача