КРИСТАЛЛИЗАТОР Российский патент 1999 года по МПК B22D11/04 

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции кристаллизаторов для непрерывного литья заготовок.

Известен кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок, содержащий водоохлаждаемые стенки - панели с трубами подвода и отвода охладителя [1].

Данная конструкция кристаллизатора не обеспечивает эффективного охлаждения слитка и имеет низкую износостойкость.

Известен кристаллизатор непрерывного литья заготовок, содержащий полый корпус с медными рабочими стенками и с каналами для прохода охладителя, например воды. Для интенсификации охлаждения на внутренней стороне каналов в верхней части выполнены продольные ребра [2].

Указанный кристаллизатор является наиболее близким к изобретению по технической сущности и выбран за прототип. Данная конструкция кристаллизатора позволяет улучшить эффективность охлаждения слитка за счет увеличения теплоотвода. Однако теплоотдача в кристаллизаторе недостаточно высока и не решена проблема утилизации остаточного тепла.

Известный кристаллизатор имеет недостаточный ресурс.

Указанные недостатки обусловлены следующим. Известный кристаллизатор работает только верхней своей частью, где и осуществляется интенсивный теплообмен и интенсивный износ. В нижней же части кристаллизатора слиток отходит от рабочей стенки вследствие усадки и образует зазор, который резко снижает эффективность охлаждения слитка, поскольку охлаждение в зазоре осуществляется только излучением. Кроме того, стенка кристаллизатора, выполненная из конструкционной меди, может иметь температуру не выше 350^oC, что не позволяет создать достаточно напряженный перепад температур на участке стенка-вода и поднять температуру охлаждающей воды до приемлемой для тепловой утилизации, например, вести теплоснабжения.

Перед авторами стояла задача создания кристаллизатора, лишенного указанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в кристаллизаторе, содержащем водоохлаждаемый полый корпус с рабочими стенками и каналами для прохода воды, полость заполнена щелочным металлом и размещена между рабочими стенками корпуса и каналами для прохода воды, которые герметично изолированы от полости. Полость корпуса соединена с компенсационным объемом. Рабочая стенка корпуса выполнена в виде набора мембран, которые неразъемно прикреплены к корпусу. Сами мембраны выполнены с различной величиной прогиба, причем мембраны с меньшей величиной прогиба установлены выше мембраны с большей величиной прогиба.

Введение в полость корпуса щелочного металла, например натрия, калия или их сплава, значительно увеличивает теплоотвод. Кроме того, это же позволяет выполнить рабочую стенку из стали, что дает возможность поднять рабочую температуру стенки, увеличить температуру охлаждающей воды на выходе из кристаллизатора, повысить теплонапряженность кристаллизатора и увеличить его ресурс. Использование мембран как рабочих стенок корпуса позволяет улучшить теплоотдачу от охлаждаемого металла к кристаллизатору по всей высоте за счет увеличения площади теплового контакта.

На фиг. 1 представлен кристаллизатор в разрезе, на фиг. 2 - схема работы мембран, на фиг. 3 - схема каналов охлаждения.

Кристаллизатор состоит из полого корпуса 1 с рабочими стенками 2 в виде мембран, которые образуют рабочую полость кристаллизатора для литья металла, и каналов для прохода воды 3. Между рабочими стенками 2 корпуса 1 и каналами для прохода воды 3 образована полость 4, в которой размещен щелочной металл 5. Поверхность полости 4 выполнена в виде выступов 6 и впадин 7. Во впадинах 7 размещены каналы для прохода воды 3, которые герметично изолированы от образованной полости 4. Полость 4 соединена каналом 8 с сильфоном 9. Сильфон 9 служит компенсационным объемом для щелочного металла 5 при его расширении во время работы кристаллизатора. Рабочие стенки 2 в виде мембран прикреплены к выступам 6 пайкой. Величина прогиба мембран может регулироваться за счет изменения расстояния между узлами крепления рабочей стенки к корпусу кристаллизатора, либо за счет изменения толщины рабочей стенки. Патрубки 10 и 11 служат для подвода и отвода воды.

Кристаллизатор работает следующим образом.

Жидкий металл подается в рабочую полость кристаллизатора, размещенную между рабочими стенками 2. Под действием охладителя - воды, подаваемой в каналы 3, начинается процесс затвердевания непрерывно-литой заготовки. Для улучшения теплоотдачи в образованную внутри корпуса 1 полость 4 вводится щелочной металл 5 с высокой теплопроводностью. Вода поступает в каналы 3 через патрубок 10, а выходит через патрубок 11. Вода на выходе из каналов 3 имеет высокую температуру около 220^oC и может быть использована в системе теплоснабжения. При работе кристаллизатора осуществляется процесс затвердевания непрерывно-литой заготовки, происходит усадка слитка и он отходит от стенок. При этом мембраны начинают прогибаться в сторону слитка под действием давления щелочного металла, находящегося в полости кристаллизатора, сохраняя тепловой контакт со слитком. Величина прогиба мембран увеличивается по мере уменьшения температуры заготовки. Таким образом, решается проблема утилизации остаточного тепла и повышения ресурса.

Применение предложенной конструкции кристаллизатора позволяет обеспечить высокую теплоотдачу и иметь на выходе высокую температуру охладителя, что в свою очередь позволяет использовать охладитель в хозяйственных целях. Кроме того, предложенная конструкция кристаллизатора позволяет увеличить ресурс работы в полтора - два раза по сравнению с кристаллизаторами, выполненными из меди.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 452601, МКИ B 22 D 11/04, 1973 г.

2. Патент РФ N 2006338, МПК B 22 D 11/04, 1992 г.

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывному литью заготовок. Кристаллизатор содержит водоохлаждаемый полый корпус с рабочими стенками и каналами для прохода воды. Полость заполнена щелочным металлом и размещена между рабочими стенками корпуса и каналами для прохода воды. Каналы герметично изолированы от полости. Полость корпуса соединена с компенсационным объемом. Рабочая стенка корпуса выполнена в виде набора мембран, которые неразъемно прикреплены к корпусу. Сами мембраны выполнены с различной величиной прогиба. Мембраны с меньшей величиной прогиба установлены выше мембран с большей величиной прогиба. Конструкция кристаллизатора обеспечивает его высокую теплоотдачу и увеличивает ресурс работы. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Кристаллизатор, содержащий водоохлаждаемый полый корпус с рабочими стенками и каналами для прохода воды, отличающийся тем, что полость заполнена щелочным металлом и размещена между рабочей стенкой корпуса и каналами для прохода воды, которые герметично изолированы от полости. 2. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что полость корпуса соединена с компенсационным объемом. 3. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что рабочие стенки корпуса выполнены из стали. 4. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что рабочие стенки корпуса выполнены в виде набора мембран. 5. Кристаллизатор по п.4, отличающийся тем, что мембраны неразъемно прикреплены к корпусу. 6. Кристаллизатор по п. 4, отличающийся тем, что мембраны выполнены с различными величинами прогиба и установлены таким образом, что мембраны с меньшей величиной прогиба расположены выше мембран с большей величиной прогиба.