ОХЛАЖДАЕМЫЙ КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ Российский патент 2010 года по МПК B22D11/55 

Изобретение относится к охлаждаемому кристаллизатору для непрерывной разливки металла, в частности стали, в котором отливаемое сечение образуется соответственно двумя противоположными широкими и узкими сторонами. Широкие стороны имеют рассчитанный на максимальную ширину разливки участок охлаждения с несколькими проходящими в направлении разливки и присоединенными к контуру охлаждающего средства подводящими и отводящими охлаждающими каналами. Узкие стороны выполнены с возможностью перемещения для установления желаемой ширины отливаемого сечения.

У всех кристаллизаторов для отливки слябов (в том числе для отливки тонких, средних и толстых слябов) охлаждение широких сторон рассчитано на максимальную ширину разливки. При отливке сляба с шириной разливки, которая меньше максимальной ширины разливки, интенсивное охлаждение кристаллизатора действует также за пределами перемещаемой узкой стороны. Участок охлаждения, тем самым, шире действительной ширины разливки. Следовательно, интенсивное охлаждение происходит и там, где тепло заготовки отсутствует.

Это приводит к тому, что на широких сторонах вблизи узких сторон вследствие двухкратного теплового потока происходит заметное снижение температуры. В зависимости от температурного уровня на широких сторонах и от их толщины между рабочей стороной и охлаждающим каналом, причем плиты кристаллизатора изготовлены из медного материала, снижение температуры в непосредственной близости от узких сторон может составлять до 200°С и более.

Из-за таких снижений температуры отсутствуют равномерные условия расплавления порошкообразного флюса, что, тем не менее, является предпосылкой для обеспечения высокого и равномерного качества поверхности заготовки.

Поскольку при малых отливаемых сечениях используются те же количества воды, что и при их максимальном размере, в этом режиме требуются излишне большие количества воды. Они, во-первых, не нужны для охлаждения заготовки, а кроме того, ухудшают равномерность расплавления порошкообразного флюса.

В JP 09047848 раскрыт кристаллизатор для отливки полосы, узкие стороны которого выполнены с возможностью перемещения вместе с запорными элементами для охлаждающих каналов.

Из DE 4127333 С2 известен кристаллизатор для непрерывной разливки стали, стенки которого снабжены несколькими проходящими сверху вниз, присоединенными к контуру охлаждающей воды охлаждающими отверстиями и образуют, тем самым, проходящий по широким сторонам участок охлаждения. Здесь предложено уменьшить в области наибольшей температурной нагрузки кристаллизатора, то есть в зоне нагрева, проходное сечение охлаждающих отверстий посредством вытеснительных стержней, чтобы повысить в этих местах скорость течения охлаждающей воды и усилить теплоотвод.

В основе изобретения лежит задача усовершенствования известного из уровня техники кристаллизатора для отливки слябов разного сечения, который обеспечивал бы получение слябов разной ширины с возможностью установления более равномерной рабочей температуры широких сторон и, в частности, уменьшения сильного снижения температуры вблизи узких сторон.

Эта задача решается посредством кристаллизатора с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения описаны в зависимых пунктах.

Согласно изобретению, предусмотрено, что для установления зависимого от ширины разливки участка охлаждения или зависимой от ширины сечения величины ширины участка водяного охлаждения охлаждающие каналы и/или подводящие, и/или отводящие каналы широких сторон кристаллизатора выполнены с возможностью, по меньшей мере, частичного или полного перекрытия в диапазоне перемещения узких сторон и в пределах отливаемого сечения. Перекрытие может осуществляться в плите кристаллизатора, стальной промежуточной плите кессонного кристаллизатора и/или водяной рубашке. Перекрытие может происходить на входе и выходе кристаллизатора.

Перекрытие должно быть возможным в зоне плит узкой стороны вплоть до максимальной ширины охлаждения. Перекрытие возможно также в близкой к узкой стороне зоне, которая может выступать за собственно узкую сторону в область отливаемого сечения, и вплоть до максимальной ширины охлаждения.

За счет того, что охлаждающая среда, в частности охлаждающая вода, в зоне узкой стороны и за пределами отливаемого сечения перекрывается или сильно уменьшается, температура рабочей стороны широких сторон кристаллизатора в зоне узкой стороны становится более равномерной. Благодаря более равномерному распределению температуры рабочей стороны по широкой стороне кристаллизатора в зоне зеркала ванны улучшаются расплавление порошкообразного флюса и, тем самым, качество поверхности заготовки.

Одно преимущество возникает, в частности, при отливке малых сечений. За счет подгонки ширины области водяного охлаждения в зависимости от ширины отливаемого сечения может быть уменьшена потребность в охлаждающей среде, в частности потребность в воде, и/или повышена скорость воды. Это важно, в частности, при постоянной производительности разливки, поскольку при отливке малых сечений с более высокими скоростями разливки возможны более высокие скорости воды. Благодаря более высоким скоростям воды можно повысить теплоотвод и, тем самым, по меньшей мере, частично компенсировать повышение температуры рабочей стороны вследствие более высокой скорости разливки.

Как уже сказано, проходящие, по меньшей -мере, по зоне перемещения узких сторон охлаждающие каналы выполнены с возможностью полного или частичного перекрытия. Расчеты показали, что, кроме того, и охлаждающие каналы, проходящие в области отливаемого сечения в близкой к узким сторонам зоне, до 100 мм на каждую сторону, должны быть выполнены с возможностью перекрытия, чтобы сделать более равномерными температурные характеристики широких сторон.

Равномерное распределение температуры по рабочей стороне широких сторон кристаллизатора достигается тогда, когда степень перекрытия потока охлаждающего средства убывает к середине кристаллизатора или уменьшается перекрытие охлаждающих каналов к середине кристаллизатора. Это может быть достигнуто за счет того, что соответствующие запорные элементы в близкой к узким сторонам зоне и/или в формате разливки сужаются к середине кристаллизатора.

Преимущественно охлаждающее средство представляет собой воду. Самое равномерное распределение температуры достигается тогда, когда скорость воды в зоне частично перекрываемых охлаждающих каналов составляет максимум 25 м/с и, по меньшей мере, 0,5 м/с.

Кроме того, рекомендуется, чтобы минимальная скорость воды в охлаждающих каналах на участке охлаждения с неперекрытыми охлаждающими каналами составляла 0,5 м/с. Это достигается за счет соответственно выполненных запорных элементов.

В одном предпочтительном варианте выполнения перекрытие отдельных охлаждающих каналов достигается за счет расположенных на опоре узких сторон запорных элементов. Они выполнены преимущественно в виде штырей, которые управляют подачей и стоком из отдельных охлаждающих каналов. Запорные элементы выполнены с возможностью перемещения с соответствующей узкой стороной или опорой узких сторон. Посредством узких сторон устанавливают желаемое отливаемое сечение или ширину отливаемого сечения. В этом положении охлаждающие каналы широких сторон, по меньшей мере, частично перекрыты в зоне узких сторон. Таким образом, не происходит нежелательного переохлаждения этих участков широких сторон, что положительно сказывается на характере расплавления порошкообразного флюса и, тем самым, на качестве поверхности заготовки.

Другие подробности и преимущества изобретения приведены в зависимых пунктах формулы и нижеследующем описании, в котором более подробно поясняется вариант осуществления изобретения, изображенный на чертеже, на котором представлено:

фиг.1: вид сверху на кристаллизатор с широкими и узкими сторонами и возможностью регулирования ширины области водяного охлаждения;

фиг.2: вид сбоку кристаллизатора и средняя температурная характеристика рабочей стороны ниже зеркала ванны в кристаллизаторе, выполненном с возможностью регулирования ширины области водяного охлаждения и без нее.

На фиг.1 изображен вид сверху на кристаллизатор 1, состоящий из двух противоположных широких 2, 3 и узких 4, 5 сторон, которые образуют отливаемое сечение для соответствующего сляба. Узкие стороны 4, 5 выполнены с возможностью перемещения между широкими сторонами 2, 3 для установления заданного или желаемого отливаемого сечения GF_geg или ширины отливаемого сечения. Для того чтобы можно было надежно отливать также сечения с максимальной шириной, участок 6 охлаждения широких сторон 2, 3 выполнен в соответствии с максимальной шириной разливки. Широкие стороны 2, 3 имеют вертикальные охлаждающие каналы 7 в виде отверстий, соединенных соответственно посредством подвода 8 и отвода с контуром охлаждающей воды.

При отливке сечения GF_max с максимальной шириной охлаждающая вода течет через все охлаждающие каналы 7, охлаждая широкие стороны 2, 3 по всему участку 6 охлаждения.

При установлении меньшей ширины отливаемого сечения GF_geg охлаждающие каналы 7 или подводы 8, по меньшей мере, частично перекрывают на участке 9.

Показано также, что влияющий участок 9 увеличен по собственно участку перемещения узких сторон внутрь отливаемого сечения. Тогда перекрыты еще охлаждающие каналы, проходящие внутри отливаемого сечения за собственно плиту узкой стороны. Установлено, что частичное перекрытие охлаждающих каналов может простираться внутрь отливаемого сечения до 100 мм на каждую сторону.

По меньшей мере, частичное перекрытие охлаждающих каналов 7 реализовано, согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, посредством запорных элементов 10, которые в виде штырей закреплены на опоре 11 узких сторон 4, 5 с возможностью перемещения с узкой стороной. Они выполнены суженными в направлении середины кристаллизатора и за счет этого суженного конца 12 оказывают на притоки каналов уменьшающееся к середине кристаллизатора запорное влияние.

На фиг.2 изображены вид сбоку кристаллизатора с обеими узкими сторонами 4, 5 и средняя температурная характеристика рабочей стороны ниже зеркала ванны в кристаллизаторе с регулированием (13а) ширины области водяного охлаждения, согласно изобретению, и без нее (13b). Зеркало ванны обозначено позицией 14. Участок 6 охлаждения простирается по всей широкой стороне кристаллизатора, причем охлаждение кристаллизатора в соответствии со сдвинутыми узкими сторонами может быть уменьшено или полностью блокировано. Если охлаждение кристаллизатора в зоне между максимальным отливаемым сечением и сдвинутыми узкими сторонами 4, 5 уменьшено или блокировано, то это положительно сказывается на равномерности температуры рабочей стороны ниже зеркала ванны, причем температура рабочей стороны постоянно до узких сторон без оказания влияния на охлаждение резко падает к узким сторонам.

Перечень ссылочных позиций

1 - кристаллизатор

2 - широкая сторона

3 - широкая сторона

4 - узкая сторона

5 - узкая сторона

6 - участок охлаждения

7 - вертикальные охлаждающие каналы

8 - подвод к охлаждающим каналам

9 - участок с, по меньшей мере, частично перекрытыми охлаждающими каналами

10 - запорный элемент

11 - опора узкой стороны

12 - суженный конец запорного элемента

13а - средняя температурная характеристика рабочей стороны ниже зеркала ванны у кристаллизатора с регулированием ширины участка водяного охлаждения

13b - средняя температурная характеристика рабочей стороны ниже зеркала ванны у кристаллизатора без регулирования ширины участка водяного охлаждения

14 - зеркало ванны.

Изобретения относится к области литейного производства. Кристаллизатор содержит две широкие и две узкие стороны, образующие отливаемое сечение (GF). Широкие стороны имеют участок охлаждения, рассчитанный на максимальное отливаемое сечение, содержащий охлаждающие каналы, проходящие в направлении разливки, соединенные с контуром охлаждающего средства подводящими и отводящими каналами. Узкие стороны кристаллизатора выполнены с возможностью перемещения в диапазоне, обеспечивающем установление заданной ширины отливаемого сечения. Кристаллизатор содержит запорные элементы, выполненные с возможностью, по меньшей мере, частичного перекрытия охлаждающих и подводящих, и отводящих каналов в зоне узких сторон кристаллизатора и в диапазоне их перемещения. Перекрытие охлаждающих каналов и подводящих, и отводящих каналов выполнено с возможностью уменьшения перекрытия от узкой стороны отливаемого сечения. Достигается уменьшение снижения температуры у узких сторон кристаллизатора и повышение качества получаемых слябов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Охлаждаемый кристаллизатор (1) для непрерывной разливки металла с двумя широкими (2, 3) и двумя узкими (4, 5) сторонами, образующими отливаемое сечение (GF), причем широкие стороны (2, 3) имеют участок охлаждения, рассчитанный на максимальное отливаемое сечение, содержащий охлаждающие каналы (7), проходящие в направлении разливки, соединенные с контуром охлаждающего средства подводящими и отводящими каналами (8), отличающийся тем, что узкие стороны (4, 5) кристаллизатора выполнены с возможностью перемещения в диапазоне, обеспечивающем установление заданной ширины отливаемого сечения, а кристаллизатор содержит запорные элементы (10), выполненные с возможностью, по меньшей мере, частичного перекрытия охлаждающих (7) и подводящих и отводящих (8) каналов в зоне узких сторон (4, 5) кристаллизатора и в диапазоне их перемещения, причем перекрытие охлаждающих каналов (7) и подводящих и отводящих каналов (8) выполнено с возможностью уменьшения перекрытия от узкой стороны отливаемого сечения.

2. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что перекрытие охлаждающих (7) и подводящих и отводящих (8) каналов выполнено с возможностью осуществления на максимальной ширине участка охлаждения и на ширине до 100 мм за пределами узких сторон кристаллизатора (1) внутрь отливаемого сечения.

3. Кристаллизатор по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, частичное перекрытие охлаждающих (7) и подводящих и отводящих (8) каналов выполнено в плите кристаллизатора (1).

4. Кристаллизатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что запорные элементы (10) выполнены с сужением (12) в направлении середины кристаллизатора (1) для частичного перекрытия охлаждающих (7) и подводящих и отводящих (8) каналов.

5. Кристаллизатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве охлаждающего средства используют воду, причем скорость воды в зоне, по меньшей мере, частично перекрываемых охлаждающих (7) и подводящих и отводящих (8) каналов составляет 0,5-25 м/с.

6. Кристаллизатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что минимальная скорость воды в охлаждающих (7) каналах на участке охлаждения с открытыми охлаждающими каналами составляет 0,5 м/с.

7. Кристаллизатор по пп.1-3, отличающийся тем, что запорные элементы (10) выполнены с возможностью перемещения с соответствующей узкой стороной (4, 5) кристаллизатора.

8. Кристаллизатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что запорные элементы (10) выполнены в виде штырей и установлены на опоре (11) узких (4, 5) сторон кристаллизатора.