Устройство для охлаждения непрерывнолитых заготовок Советский патент 1993 года по МПК B22D11/124 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке метан- нов и сплавов.

Технический результат изобретения заключается в расширении технологических возможностей устройства за счет уменьшения его размеров, упрощения конструкции и увеличения допускаемых давления и расхода энергоносителей.

Результат достигают тем,что в устройстве для охлаждения непрерывнолитых заготовок, содержащем замкнутый коллектор с патрубком и распылителями водовоздуш- ной смеси, установленный между кристаллизатором и первым роликом гоны вторичного охлаждения, согласно изобретению коллектор снабжен дополнительным патрубком, размещенным с противоположной по отношению к первому патрубку стороны коллектора, при этом диаметр коллектора определен из выражения

d K

аВо° 57 Р

кр

М

(Я

где аво - расстояние между кристаллизатором и осью первого ролика зоны вторичного охлаждения, м;

Ркр - периметр поперечного сечения ра- бочей полости кристаллизатора, м;

U - периметр коллектора, м;

К - коэффициент пропорциональности (К - 0,32-0,43).

Оси патрубков расположены под углом 15-75° к оси трубопровода коллектора, и отношение площадей поперечного сечения патрубков, коллектора и выходных отвероо

СА) 00 О

.&. О

0Ј

стий распылителей составляет 1:(1,1- 1,3):(0,08-0,15),

Дополнительный патрубок, его размещение с противоположной по отношению к первому патрубку стороны коллектора и расположение осей патрубков под определенным углом к оси трубопровода коллектора обеспечивают расширение технологических возможностей устройства за счет управления движением водовоздушной смеси в коллекторе, вследствие чего пленка смеси будет иметь одинаковую толщину по всей длине трубопровода коллектора, создавая таким образом предпосылки для одинаковой плотности орошения поверхности заготовки водой в смеси.

Определяемая из выражения (1) величина диаметра коллектора обеспечивает расширение технологических возможностей устройства за счет того, что в коллекторе при всех требуемых величинах давления и расхода энергоносителей исключаются разрывы пленки водовоздушной смеси.

Регламентированное отношение площадей поперечного сечения патрубка, коллектора и выходных отверстий распылителей обеспечивают расширение технологических возможностей устройства за счет того, что возникающие при изменении расхода м давления водовоздушной смеси в местах перехода венозные сужения потока нивелируются расширяющейся гидравлической системой патрубок-коллектор и достаточно низким сопротивлением распылителей..

Уменьшение угла между осью патрубка и трубопроводом коллектора меньше 15° повышает-трудоемкость изготовления устройства из-за увеличения размеров сопрягаемых отверстий; увеличение угла более 75° приводит к пульсациям водовоздушной смеси в коллекторе и снижению скорости истечения потока смеси, что может приводить к неравномерной толщине пленки,

При снижении значений отношения площадей поперечного сечения коллектора и выходных отверстий распылителей к площади сечения патрубка менее 1,1 и 0,08 соответственно возникают пульсации водовоздушной смеси при увеличении расхода воды в смеси; при увеличении значения отношения более 1,3 и0,15 - появляются пульсации смеси при снижении расхода воды в смеси.

Выражение (1) получено совместным решением двух экспериментально установленных уравнений-: зависимости требуемой плотности орошения q поверхности заготовки водой при водовоздушном охлах де- нии от длины орошения LBO и скорости

вытягивания v заготовки (зависимость имеет вид q 2,0 (v/Uo)043, м3/м2 ч) и зависимости устойчивого расхода Q воды в смеси от периметра Р и диаметра d коллектора (имеет вид Q 9,48 Рк о1, м3/ч) относительно искомого - d. Размерность величины Uo о первом уравнении и Рк и d те же, что и в выражении (1). Равномерность постоянной в первом уравнении - м3/м2 чх

хмин; во втором - м/ч.

На фиг. 1 показано устройство, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1. Устройство для охлаждения непрерыв- нолитых заготовок содержит замкнутый

коллектор 1 длиной U с основным 2 и дополнительным 3 патрубками и распылителями 4 водовоздушной смеси и размещен между кристаллизатором 5 с периметром сечения полости РКр и первым роликом 6 зоны вторичного охлаждения. Ролик 6 размещен на расстоянии Зво от кристаллизатора 5. Патрубки 2 и 3 размещены с противоположных сторон коллектора 1, диаметр dK которого взят в следующей зависимости от аво, Ркр и

U:

я 0.57 . р

авог

кр

,М

Оси патрубков 2 и 3 составляют с осями

трубопровода коллектора 1 угол, равный а, а отношение площадей поперечного сечения патрубков 2 и 3, трубопровода коллектора 1 и выходных отверстий распылителей 4 составляет 1:(1,t-1,3):(Q,08-0,15).

Устройство работает следующим образом, После подвода водовоздушной смеси к патрубкам 2 и 3 она поступает в трубопровод коллектора 1 и через распылители 4

распыляется на поверхность заготовки под кристаллизатором 5.

Благодаря подводу смеси к коллектору 1 в двух местах под углом а к оси трубопровода в коллекторе 1 создается кольцевое

движение смеси. Это, а также определенная величина диаметра dK коллектора 1 и соотношение площадей поперечного сечения патрубков 2 и 3, коллектора 1 и выходных отверстий распылителей 4 обеспечивают

сплошную, без разрывов пленку смеси одинаковой по всей длине коллектора толщины на его внутренней поверхности и, следовательно, устойчивое и равномерное охлаждение поверхности заготовки смесью.

Принципиальным отличием предложенного устройства от известных является возможность управлять движением потока водовоздушной смеси в коллекторе и обеспечивать за счет этого более широкие технологические возможности охлаждения

заготовки во до в оз душ ной смесью. Дальнейший поиск известных в науке и технике решений не выявил признаки, отличные от прототипа.

Примеры осуществления устройства ( м. таблицу).

Разливают сталь СтЗ в кристаллизаторы поперечного сечения, периметр которого равен Ркр, с регламентированным мини- ч альным значением скорости вытягивания Vmin. Расстояние от кристаллизатора до оси гервой пары роликов зоны вторичного охлаждения равно Эво.

Устройство для охлаждения содержит коллектор, периметр трубопровода которо- г равен . Коллектор снабжен патрубком ; ля подвода водовоздушной смеси и имеет орсунки для распыления смеси на поверхности заготовки. Площадь поперечного сечения патрубка, коллектора и выходных с тверстий форсунок равны соответственно In, 5к и Sp. Патрубок составляет с осью трубопровода угол а.

П р и м е р 1. Сечение кристаллизатора 30 х 1100 мм (Ркр - 2,5 м), аво - 0,12 м. Минимальная скорость вытягивания загото- юк Vmtn - 0,8 м/мин (К. 0,429). Периметр оллектора Рк 6,0м, он имеет 10 форсунок.

Устройство снабжено дополнительным г атрубком и имеет коллектор, диаметр кото- (ого выбран равным

d« 0,429

0.12QP-57 2,5 6,0

0,055м

Патрубки наклонены под углом а 15 (:реднее значение из запрашиваемых пред- «лов), а площадь поперечного сечения патрубка, коллектора и выходных отверстий юрсунок соотнесены как Sn: Sic: Sp - 1:1,2 ),11, т.е. также являются средними значениями из запрашиваемых пределов (диаметр патрубка и выходное отверстие распылителей равны соответственно 0,050 иО.ООБм).

При всех режимах разливки устройство |6еспечивало устойчивое, без пульсаций гёспыление смеси на поверхность заготов- и. Литые заготовки имели удовлетвори- ельное качество: индекс по сетчатым рещинам составил 1,0.

П р и м е р 2. Сечение кристаллизатора 1 50 х 1550 мм (РКр - 3,6 м). Первая пара оликоа установлена на расстоянии аво «0,100 мм от кристаллизатора. Минимальная скорость вытягивания заготовки 0,6 «/мин (К.« 0,380). Периметр коллектора L 7,1 м, количество форсунок - 12.

Устройство снабжено дополнительным патрубком и имеет коллектор, диаметр кото- ого выбран равным

d« - 0,380 ° 100 7 36 о,050 м

Наклон патрубков к трубопроводам коллектора и отношение площади поперечного

сечения патрубка, коллектора и выходных отверстий форсунок те же, что и в примере 1 - а - 45°, dn-0,045м, dp-0,0045м.

При всех режимах разливки устройство обеспечивало устойчивое, без пульсаций

распыление смеси на поверхность заготовки. Качество отлитых заготовок удовлетворительное: индекс по сетчатым трещинам 1,5.

Пример 3. Сечение кристаллизатора

300 х 1550 мм (Ркр - 3,7 м). Первая пара роликов установлена на расстоянии аво - 0,100 м от кристаллизатора. Минимальная скорость вытягивания заготовок 0,4 м/мин (К 0,319). Периметр коллектора составляет

Ц 7,2 м, количество форсунок 12.

Устройство снабжено дополнительным патрубком и имеет коллектор, диаметр которого выбран равным

25

П 1(ПР 57 Ч 7

dK 0,319 UJUV, -° 0.045-м. i,i

Наклон патрубков к трубопроводам коллектора и отношение поперечного сечения патрубка, коллектора и выходных отверстий

распылителей те же, что и в примере 1: а - 45°, dn - 0,040 м и dp - 0,0040 м.

При всех режимах разливки устройство обеспечивало устойчивое, без пульсаций распыление смеси на поверхность заготовки. Литые заготовки имели удовлетворительное качество: индекс по сетчатым трещинам 1.

П р и м е р 4, При условиях примера 1 значение К в выражении (1) взято равным

0,550, т.е. большим верхнего из запрашиваемых пределов. Соответствующее значение диаметра коллектора 0,0070 м.

При скоростях вытягивания заготовки 0,8-1 м/мин работа устройства характеризовалась неравномерным распределением расхода воды по периметру коллектора. На заготовках отмечены продольные трещины, их индекс 2,5.

П р и м е р 5, При условиях примера 3 значение К в выражении (1) взято равным 0,250, т.е. меньше нижнего из запрашиваемых пределов - диаметр коллектора 0,03 мм,

При скоростях вытягивания заготовки более 1,5 м/мин появились пульсации в подаче смеси на слиток при изменении расхода воды в смеси. Соответствующие участки имели, дефекты типа сетчатых трещин (индекс 3).

П р и м е р 6. При условиях примера 2 оси патрубков наклонены к трубопроводам коллектора под углом 15°, т.е. с минимальным значением из запрашиваемых пределов.

При всех режимах разливки устройство обеспечивало устойчивое, Без пульсаций распыление смеси на поверхность заготовки. Литые заготовки имели удовлетворительное качество: индекс по сетчатым трещинам 1,5.

Пример. При условиях примера 2 оси патрубков наклонены к трубопроводу коллектора под углом 75°, т.е. с максимальным из запрашиваемых пределов.

При всех режимах разливки устройство обеспечивало устойчивое без пульсаций распыление смеси на поверхности заготовки, питые заготовки имели удовлетворительное качество: индекс по сетчатым трещинам

1. : . . ..

Пример 8. При условиях примера 2 оси патрубков наклонены к трубопроводам коллектора под углом 7,5°, т.е; меньшим минимального значения их запрашиваемых пределов.

Изготовление устройства потребовало больших затрат времени. При разливке обеспечивалось устойчивое:распыление смеси. Литые заготовки имели удовлетворительное качество.

П р и м е р 9. При условиях примера 2 оси патрубков наклонены к трубопроводам коллектора под углом 82,5°.

При увеличении расхода воды в смеси, требуемого повышением скорости вытягиваний заготовки, появлялась пульсация. Л ит-ые заготовки этих участков характеризовались сетчатыми трещинами индекса 3.

П р им ер 10. При условиях примера 2 отношение площадей поперечного сечение патрубка, коллектора и выходных отверстий распылителей принято равным 1:1,1:0,08, т.е. минимальным значением из запрашиваемых пределов. При всех режимах разливки устройство обеспечивало устойчивое, без пульсаций распыление смеси на поверхность заготовки. Литые заготовки имели удовлетворительное качество: индекс по сетчатым Трещинам 1,5.

П р и м е р 11. При условиях примера 2 отношение площадей поперечного сечения 1Штрубка,;к:оллектора и выходных отверстий распылителей принято равным 1:1,3:0,15, т.е. максимальным значением из запрашиваемых пределов. При всех режимах разливки устройство обеспечивало устойчивое распыление смеси на поверхность заготовки. Литые заготовки имели удовлетворительное качество. Индекс по сетчатым трещинам 1,5.

Пример 12. При условиях примера 2 отношение площадей поперечного сечения патрубков, коллектора и выходных отверстий распылителей взято равным 1:0,9:0,06,

т.е. меньшим минимальных значений из запрашиваемых пределов.

При увеличении расходов воды в смеси, требуемого повышением скорости вытягивания, появлялась пульсация слитка. Литые

0 заготовки этих участков имели сетчатые трещины индекса 3,5.

Пример 13. При условиях примера 2 отношение площадей поперечного сечения патрубков, коллектора и выходных отвер5 етцй распылителей взято равным 1:1,5:0,18, т.е. большим максимальных значений из запрашиваемых пределов. При снижении расхода воды в смеси, требуемого снижением скорости вытягивания, появлялась пульса0 ция смеси. Литые заготовки имели сетчатые трещины индексов 3.

П р и м е р 14 (прототип). При разливке в кристаллизатор сечением 150 х 1100 мм охлаждение на длине аво - 0,120 м осущест5 вляли столкновением струй воды и воздуха из двух коллекторов (один для воды, другой для воздуха). Диаметр отверстий распылителей был 0,004 м. Эффективное смешивание было при высоком расходе воды и

0 воздуха.

При снижении скорости вытягивания менее 1,4 м/мин поверхность заготовки переохлаждалась, поскольку требовалось поддерживать достаточно высокий расход

5 воды. Литые заготовки имели грубые сетчатые и продольные трещины соответственно индекса 4,5 и 3,0.

Изобретение обеспечивает расширение технологических возможностей устрой0 ства за счет уменьшения его размеров, упрощения конструкции и увеличения диапазона допускаемых давления и расхода воды и воздуха, что позволяет улучшить качество литых заготовок.

5 Использование изобретения позволит снизить отсортировку литых заготовок по сетчатым трещинам (на 0,1 %) и продольным

трещинам (на 0,05%). г,

0 Фор мула изобретения

1. Устройство для охлаждения непре- рывнолитых заготовок, содержащее замкнутый коллектор с патрубком и распылителями водовоздушной смеси, уста5 новленный между кристаллизатором и первым роликом зоны вторичного охлаждения, отличающееся тем, что коллектор снабжен дополнительным патрубком, расположенным с противоположной к первому патрубку стороны коллектора, при этом диаметр коллектора dK определен из выражения

d, К

Эво

0,57

р

гце аво - расстояние между кристаллизато- ом и оЬью первого ролика зоны вторичного с хлаждения, м;

Ркр - периметр поперечного сечения ра- (очей полости кристаллизатора, м;

U периметр коллектора, м;

К - коэффициент пропорциональности (К-0,32-0,43).

2. Устройство по п.1, отличающее- с я тем, что оси патрубков расположены под углом 15-75° к оси коллектора.

3. Устройство по п. 1, отличающее- бя тем, что соотношение площадей поперечного сечения патрубков, коллектора и выходных отверстий распылителей состав- ляет 1:1,1-1.3:0,08-0,15.

Примеры осуществления предлагаемого устройства и прототипа

5 300x1550 3,7 7,2 0,100 0,4 0,20 0,030 7,07-10 - - 5,89-10 0,025 - 61250x1550 3,6 7,1 0,100 а,6 0,3800,051 15 1,96. 1,63 10 0,045 ,79-16 12 0,0045 Нет

6, 0,0025 Пупъ смес

75

75

82,5

45

1,06

-ч-

50x1100 2,5 4,8 0,120 0,8

.к. - г. O.OliO 90

)

деление воды

6, 0,0025 Пупъсация смеси

1,06-10 1:1,11,76-16 0,0501 0,081.42

- -1:1,31.51-10. 0.0451:0,152,27

-ч-1:0,92,. 0,0551:0,061,3

Пульсация смеси

10 4120,001(0Нет

,0050-

,0035Пульсации

1,5 4,ЗЫО 0,01)0 1:0,.18 2.36

10 12 0,0050 10 . O.OOiiO

- Переохлаж- дение заго- товки при | миэких скоростях | еытягиаания