Кристаллизатор для непрерывного литья металлов Советский патент 1988 года по МПК B22D11/55 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машинах непрерывного и полунепрерьюного литья металлов при отливке многогранных слитков.

Целью изобретения является улучшение качества слитка.

На чертеже схематически показан кристаллизатор, вид сверху.

Кристаллизатор содержит корпус 1 и рабочие стенки в виде многогранника 2 с каналами 3 для охлаждения, выполненными на расстоянии от рабочей поверхности многогранной облицовки, увеличивающемся от середины каждой грани к ее ребрам (вершинам углов на стыке граней) ..

Такое расположение каналов создает условия для уменьшения теплоотдачи в вершинах углов с постепенным увеличением интенсивности теплоотдачи в направлении к середине каждой грани.

Выражение дпя определения постепенно увеличивающегося от середины грани к ее ребрам расстояния каждого канала для охлаждения от рабочей поверхности многогранной облицовки имеет вид

., ,

(1)

де (j - расстояние от i-ro канала до

рабочей поверхности стенки; ,- расстояние от (i-l)-ro канала до рабочей поверхности стенки;

i - порядковый номер канала для охлаждения в пределах половины грани, считая от середины грани к ее ребрам; й - величина, равная разности расстояний i-ro и (i-l)-ro каналов до рабочей поверхности стенки и определяемая из

. уравнения

.- (2)

п - 1

де с/ ; - расстояние- от первого канала каждой грани, считая от , ее середины, до рабочей поверхности стенки; cf - расстояние от последнего на. данной половине грани канала до рабочей поверхности стенки;

п - число каналов для охлаждения, вьшолненных в половине грани.

Величина расстояния ff принимается конструктивно при проектировании и

является одним из исходных данных дпя дальнейших расчетов кристаллизатора.

Расстояние от канала для охлаждения до рабочей поверхности облицовки зависит от эффективного коэффициента теплопередачи и определяется из выражения (I)

К

1 с/ 1

в

(3)

где К - эффективный коэффициент теп-г

лопередачи;

0 - эффективный коэффициент теплопередачи от слитка к стенке кристаллизатора; с/ - расстояние от канала для охлаждения до рабочей поверхности стенки; Л - коэффициент теплопроводности

материала стенки; ofg- коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей жидкости.

Из выражения ХЗ) найдем формулу для определения расстояния от каждого канала до рабочей поверхности стенки при известном эффективном коэффициенте теплопередачи К ( - --- -, --). (4)

Is.- м «6

Для определения расстояния / от последнего на данной грани канала для I охлаждения до рабочей поверхности

стенки выражение (4) примет вид

.- -,--), (5)

. м «6

где К - эффективный коэффициент теплопередачи в месте последнего на данной грани канала для охлаждения, т.е. на участке, примыкающем к вершине угла.

Охлаждение многогранного слитка отличается той особенностью, что теп- ловые потоки в гранях становятся двухмерными, в результате чего при ПОСТОЯННОМ коэффициенте теплопередачи скорость охлаждения вершины угла и участков граней, к ней примыкаю- щих, будет большей. Для выравнивания скорости охлаждения, а, следовательно, н температуры слитка по периметру, коэффициент теплопередачи должен- быть переменным. Поскольку взаимное

влияние двух соседних граней (при постоянном по длине грани коэффициенте теплопередачи) на скорость их охлаждения зависит от угла, образованного этими гранями, то для выравнивания скорости охлаждения и температуры слитка по периметру коэффициент теплопередачи К в вершинах углов в зависимости от величины угла может быт определен опытным путем, например, при помощи гидроинтегратора.

С достаточной точностью для практического проектирования многогранны кристаллизаторов коэффициент теплопе редачи KB вершинах углов можно определить методом интерполяции.

Дпя выравнивания температуры граней слитка, образующих угол, равный 90°, в вершинах углов необходимо в 2 раза з еньшить коэффициент теплоотдачи по сравнению с серединой грани.

На основании этого для угла, равоснованииного 90 , можно записать

определения коэффициента для между гранями от 90 до 180

. „ 1

90 I 80

где л угол между соседними гранями кристаллизатора.

На основании (О, (2), (5), (7) и (8) после подстановки получим зависимость для определения расстояния от каждого канала для охлаждения до рабочей поверхности стенки кристаллизатора. ,180° 1 J Д v.vJ )°

f, / .(9)

п - 1

Пример конкретного вьтолнения предлагаемого кристаллизатора. Исходные данные:восьмигранная облицовка кристаллизатора выполнена из меди; число каналов в половине грани п 4; диаметр канала d 0,01 м; расстояние от первого канала до рабочей поверхности стенки кристаллизатора 0,01 м.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машинах непрерывного и полунепрерывного литья металлов при отливке многогранных СЛИТКОВ; Целью изобретения является улучшение качества слитка. Кристаллизатор содержит корпус 1 и рабочие стенки 2 в виде многогранника с каналами 3 для охлаяздения сте- нок. Расстояние от каналов до рабочей поверхности стенки равномерно увеличивается от середины грани к ее ребрам. Улучшение качества слитка достигается за счет выравнивания скорости нарастания корки слитка по периметру, в результате чего устраняются причины возшжновения продольных угловых и поперечных трещин. 1 ил. § (Л

Кп

0,5-К общем виде вьфажение

К„ т-К„, де

(6)

(6)

примет вид

(7)

.коэффициент теплопередачи в вершинах углов; коэффициент теплопередачи в середине грани; коэффициент, зависящий от угла между гранями. . Если же грани образуют угол, равый 180°, т.е. для плоской стенки

К, m ж Л . Л 320 ккал/м ч град; ккал хч-град; o g l8700 ккал/м -ч-гра угол, образованньй соседними г кристаллизатора. Для восьмигра А 135.

коэффициент m 1. Следовательно, при

изменении угла между соседними граня- 40 135°.

ми от 90 до 180° коэффициент m меня- Коэффициент теплопередачи в

вы

.-4л 0,01 . 2.02§lO.Oi 0,032 м;

.. 0,032. zfEpi 0,054 м.

Благодаря тому, что в предлагае- ребрам и определяемом из приведенной мом кристаллизаторе каналы для охлаж- математической зависимости (9), обес- дения выполнены на расстоянии от ра- печиваются такие условия охлаждения бочей поверхности стенок, увеличиваю- многогранного слитка, когда интенсив- щимся от середины каждой грани к ее ность теплоотдачи в вершинах углов и

5

Расстояние от каждого из последующих каналов до рабочей поверхности стенки кристаллизатора определяем из 0 следующей зависимости:

,-с/,

/. /.

где

f.

п - 1 .180°

1

1

ж Л . Л 320 ккал/м ч град; ккал/м хч-град; o g l8700 ккал/м -ч-град; угол, образованньй соседними гранями кристаллизатора. Для восьмигранника А 135.

ициент теплопередачи в

канала определяем из

месте выраже 1562 ккал/м ч-град;

на участках граней, к ним примыкающих, значительно -меньше, чем в середине грани, что с двухмерного -характера тепловых потоков, позволяе выравнять скорость нарастания корки слитка по периметру, его усадку, образование зазора межд-у рабочей поверхностью стенки и коркой слитка, а также температуру корки многогранног слитка по периметру. В результате этого устраняются причины возникновения продольных угловых и поперечных, трещин, повышается качество слитков, а также стабилизируется процесс раз- ливки.

За счет повышения качества слитков, при объеме производства 40 тыс. т слитков в год экономический эффект составит 51,ji тыс. руб.

Кроме этого, вследствие стабилизации процесса разливки и уменьшения числа прорывов жидкого металла под кристаллизатором, уменьшается время простоев машины и расходы, необходи- мые на устранение последствий прорывов .

Фор м.у ла изобретения

Кристаллизатор для непрерывного литья металлов, содержащий корпус и рабочие стенки в виде многогранника с каналами для охлаждения, о. т - личающийся тем, что, с целью улучшения качества слитка, каналы для охлаждения расположены относительно рабочей поверхности стенки с увеличением расстояния от ее середи- ны к краям, определяемого из зависимости:

.(180 ii)

К 1 /i С(м В

п

1

где сС ,с/.„ расстояние от каналов до рабочей поверхности стенки, при этом первый канал располо-. жен в середине стенки;

А - коэффициент теплопроводности материала стенки;

.К - эффективньй коэффициент теплопередачи в месте первого канала;

otf - эффективный коэффициент теплоотдачи.от слитка к стенке;

- коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей жидкости; ft - угол, образованный соседними гранями кристаллизатора; . п - число каналов, вьшол- ненных в половине стенки.