Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к непрерывной разливке металлов. Для повышения производительности процесса непрерывной разливки металлов кристаллизатор содержит опорные плиты и прикрепленные к ним соответственно ши- рокие и узкие рабочие стенки с поперечными и продольными каналами. В рабочих стенках кристаллизатора выполнены дополнительные каналы. Дополнительные каналы выполнены параллельно поперечным каналам и расположены по высоте рабочих стенок с шагом, равным 1-5 шага продольных каналов, или расположены наклонно в одну сторону под углом к продольным каналам в пределах 15-60^o или поочередно расположены наклонно в обе стороны под углом 15-60^o к продольной оси кристаллизатора. 1 табл., 4 ил.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов.

Наиболее близким по технической сущности является кристаллизатор для непрерывной разливки металлов, включающий опорные плиты и прикрепленные к ним соответственно широкие и узкие рабочие стенки. В рабочих стенках выполнены поперечные каналы, между которыми расположены продольные каналы. Поперечные каналы соединены отверстиями с подводящими и отводящими трубопроводами. Охлаждающая вода подается в продольные каналы сверху вниз [1].

Недостатком известного кристаллизатора является неудовлетворительная производительность процесса непрерывной разливки стали. Это объясняется недостаточной интенсивностью теплоотвода от граней оболочки слитка к охлаждающей воде, протекающей в каналах рабочих стенок. Сказанное происходит вследствие ламинарного режима течения воды по продольным каналам кристаллизатора. Кроме того, интенсивность теплоотвода недостаточна вследствие малого количества продольных каналов и площади охлаждения рабочих стенок. Увеличение числа продольных каналов или уменьшения их шага в рабочих стенках известного кристаллизатора затрудняется при сверлении медных рабочих стенок.

В этих условиях толщина оболочки граней слитка становится недостаточной для выдерживания ферростатического давления металла на выходе слитка из кристаллизатора, что вызывает его прорывы и прекращение процесса непрерывной разливки. Особенно это проявляется при повышенных скоростях вытягивания слитка.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении производительности процесса непрерывной разливки металлов.

Указанный технический эффект достигается тем, что кристаллизатор для непрерывной разливки металлов включает опорные плиты и прикрепленные к ним соответственно широкие и узкие рабочие стенки с поперечными и продольными каналами, а также подводящие и отводящие трубопроводы.

В рабочих стенках кристаллизатора выполнены дополнительные каналы. Дополнительные каналы выполнены параллельно поперечным каналам и расположены по высоте рабочих стенок с шагом, равным 1 - 5 шага продольных каналов, или дополнительные каналы расположены наклонно в одну сторону под углом к продольным каналам в пределах 15 - 60^o и с шагом, равным 1 - 5 шага продольных каналов, или дополнительные каналы поочередно расположены наклонно в обе стороны под углом к продольной оси кристаллизатора в пределах 15 - 60^o.

Повышение производительности процесса непрерывной разливки металлов будет происходить вследствие увеличения числа каналов в рабочих стенках без уменьшения их шага по ширине стенок кристаллизатора и изменения режима течения воды в каналах с ламинарного на турбулентный. В этих условиях увеличивается площадь стенок кристаллизатора охлаждаемой проточной водой при одновременном увеличении интенсивности теплоотвода от оболочки граней слитка к охлаждающей воде.

Расположение дополнительных каналов в горизонтальном и наклонном положениях без изменения шага вертикальных продольных каналов по ширине стенок кристаллизатора способствует изменению режима ламинарного течения воды в каналах на турбулентный за счет образования поперечных или наклонных отверстий в боковых стенках продольных каналов. В условиях турбулентного режима течения воды увеличивается интенсивность теплоотвода от оболочки граней слитка к рабочим стенкам и далее к охлаждающей воде.

Диапазон значений шага поперечных дополнительных каналов, расположенных параллельно поперечным каналам, а также наклонных каналов в пределах 1 - 5 шага продольных каналов объясняется теплофизическими закономерностями теплоотвода от оболочки граней слитка к охлаждающей воде и гидравлическими закономерностями течения воды в каналах рабочих стенок. При меньших значениях будет затруднено выполнение в рабочих стенках поперечных и наклонных каналов. При больших значениях в продольных каналах будет восстанавливаться ламинарный режим течения воды.

Указанный диапазон устанавливается в обратной зависимости от величины шага продольных каналов.

Диапазон значений угла наклона дополнительных каналов в пределах 15 - 60^o объясняется теплофизическими закономерностями теплоотвода от оболочки граней слитка и гидравлическими закономерностями течения воды в продольных и наклонных каналах. При меньших значениях не будет обеспечиваться турбулентный режим течения воды в каналах. Большие значения устанавливать не имеет смысла, т. к. при этом не повышается эффективность турбулентного режима течения воды в каналах.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от ширины рабочей полости кристаллизатора.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого кристаллизатора с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод соответствии заявляемого технического решения критерию изобретательский уровень.

На фиг. 1 показана схема кристаллизатора для непрерывной разливки металлов, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, с поперечными дополнительными каналами, разрез А-А; на фиг. 3 - то же, с наклонными дополнительными каналами, разрез А-А; на фиг. 4 - то же, с наклонными дополнительными каналами, разрез А-А, вариант.

Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов состоит из опорных плит 1 и 2, широких 3 и узких 4 рабочих стенок, продольных каналов 5, дополнительных наклонных каналов 6, поперечных каналов 7, поперечных дополнительных каналов 8, дополнительных наклонных каналов 9, пробок 10, стяжек 11, гаек 12, отверстий 13 и 14, трубопроводов 15.

Кристаллизатор работает следующим образом.

Пример. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подается сталь марки ст.3 и вытягивается из него слиток прямоугольного поперечного сечения. Кристаллизатор состоит из стальных плит 1 и 2, к которым при помощи шпилек прикреплены соответственно широкие 3 и узкие 4 медные рабочие стенки. В рабочих стенках 3 и 4 выполнены поперечные каналы 7 с отверстиями 13 и 14. Между поперечными каналами 7 по высоте кристаллизатора выполнены продольные каналы 5. Отверстия 13 соединены с подводящими, а отверстия 14 соединены с отводящими трубопроводами 15. По отверстиям 13 подается под давлением охлаждающая вода, которая протекает сверху вниз по продольным каналам 5 и вытекает через отверстия 14. Опорные плиты 1 вместе с широкими стенками 3 прижимаются к торцам узких рабочих стенок 4 при помощи стяжек 11 с гайками 12.

Толщина медных стенок 3 и 4 составляет 80 мм. Каналы 5 и 7 расположены по оси симметрии толщины рабочих стенок 3 и 4. Торцы каналов 5 - 9 заглушены пробками 10 на резьбе.

В первом варианте конструкции кристаллизатора (фиг. 2) в рабочих стенках 3 и 4 выполнены дополнительные поперечные каналы 8, расположенные параллельно поперечным каналам 7 по высоте рабочих стенок 3 и 4 с шагом, равным 1 - 5 шага продольных каналов 5.

Во втором варианте (фиг. 3) дополнительные каналы 6 расположены наклонно в одну сторону под углом к продольным каналам 5 в пределах 15 - 60^o и с шагом, равным 1 - 5 шага продольных каналов.

В третьем варианте (фиг. 4) дополнительные каналы 9 поочередно расположены наклонно в обе стороны под углом к продольной оси кристаллизатора в пределах 15 - 60^o.

При таком расположении продольных и дополнительных каналов обеспечивается турбулентный режим течения охлаждающей воды в каналах, что приводит к увеличению охлаждаемой площади рабочих стенок и, как следствие, к увеличению интенсивности теплоотвода от граней слитка. Обеспечение турбулентного течения воды в каналах происходит вследствие наличия боковых отверстий в продольных каналах, что вызывает нарушение струйного ламинарного режима течения воды и его перевод в турбулентный режим. В этих условиях увеличивается скорость роста толщины оболочки слитка вследствие увеличения интенсивности теплоотвода от слитка.

В таблице приведены примеры работы кристаллизатора с различными конструктивными параметрами.

В первом примере вследствие большого шага дополнительных поперечных каналов 8 не обеспечивается турбулентный режим течения воды по всей длине продольных каналов 5. Кроме того, вследствие малого наклона каналов 6 и 9 также не обеспечивается режим турбулентного течения воды в продольных каналах 5 и 9.

В пятом примере вследствие малого шага дополнительных поперечных каналов 8 затрудняется их выполнение методом сверления на всю ширину широких стенок 3.

В шестом примере (прототип) вследствие отсутствия дополнительных каналов в рабочих стенках не обеспечивается необходимая интенсивность теплоотвода от граней слитка, что вызывает прорывы металла под кристаллизатором под действием его ферростатического давления из-за недостаточной толщины оболочки слитка и, как следствие, ее прочности.

В оптимальных примерах 2 - 4 вследствие выполнения в рабочих стенках дополнительных каналов 6 и 8 и наклона дополнительных каналов 9 в необходимых параметрах обеспечивается повышение величины площади охлаждаемой поверхности рабочих стенок кристаллизатора и повышение интенсивности теплоотвода от граней слитка.

Применение предлагаемого кристаллизатора позволяет повысить производительность процесса непрерывной разливки стали на 3 - 5% за счет сокращения прорывов металла под кристаллизатором.

Формула изобретения

Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов, содержащий опорные плиты и прикрепленные к ним соответственно широкие и узкие рабочие стенки с поперечными и продольными каналами, соединенными с подводящими и отводящими трубопроводами, отличающийся тем, что в рабочих стенках выполнены дополнительные каналы, расположенные по высоте рабочих стенок с шагом, равным 1 - 5 шага продольных каналов, при этом дополнительные каналы расположены параллельно поперечным каналам или наклонно в одну сторону под углом 15 - 60^o к продольным каналам или наклонно в обе стороны под углом 15 - 60^o к продольной оси кристаллизатора поочередно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5