Способ охлаждения кристаллизатора

Изобретение относится к непрерывной разливке стали. Кристаллизатор охлаждают охладителем, поступающим со стороны подачи расплава через верхний коллектор в кольцевой зазор между рубашкой и экраном и отводящимся через отводящий коллектор. На рубашку охладитель поступает затопленными струями через отверстия или пазы, выполненные в экране. Выполнение отверстий или пазов под углами 90±45° к поверхности охлаждения и на глубину, не меньшую 0,2 длины рубашки кристаллизатора, обеспечивает повышение производительности процесса литья и улучшение качества заготовки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к металлургии и предназначено для литья заготовок и слитков из металлов и сплавов в металлические водоохлаждаемые формы.

Известен способ охлаждения кристаллизатора (Бевза В.Ф. и др. Непрерывное литье намораживанием. Мн.: Наука и техника, 1979, стр.184, рис.84) [1]. В данном способе охладитель подается в нижний подводящий коллектор далее, в виде щелевой радиальной затопленной струи, охлаждает рубашку кристаллизатора, затем движется в кольцевой щели между экраном и рубашкой в отводящий коллектор. В этом способе наиболее интенсивно охлаждается только очень малая часть рубашки, равная высоте кольцевой щели, и только в том случае, если эта величина сравнима с шириной кольцевой щели между экраном и рубашкой кристаллизатора.

Известен способ охлаждения кристаллизатора (Баранов О.А. и др. Непрерывное литье чугуна. М.: Металлургия, 1968, стр.278, рис.102) [2]. Способ включает подачу охладителя в нижний подводящий коллектор, охлаждение рубашки кристаллизатора затопленными струями из отверстий в экране и последующее движение охладителя в кольцевом канале между рубашкой и экраном в отводящий коллектор. Недостатком данного способа является то, что наиболее интенсивно охлаждается нижняя часть рубашки кристаллизатора на высоте 0,10-0,15 ее длины, в то время как основная интенсивность теплопередачи происходит в верхней части рубашки кристаллизатора, со стороны подачи жидкого металла. Это приводит к снижению производительности процесса литья и ухудшению качества заготовки.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому (прототип) является «Кристаллизатор для непрерывного литья слитков» (патент №1959 U, BY, опубл. 2005.06.30, кл. МПК В22D 11/00) [3], в котором реализован способ охлаждения кристаллизатора. Способ включает подачу охладителя в верхний подводящий коллектор со стороны подачи расплава, равномерное по периметру рубашки кристаллизатора, ее охлаждение затопленными струями из отверстий в экране и последующее движение охладителя в кольцевом канале между рубашкой и экраном в отводящий коллектор. В данном способе не указываются такие важные параметры охлаждения, как глубина охлаждения рубашки, угол охлаждения струями охладителя и их форма, от которых существенно зависят охлаждающая способность кристаллизатора, производительность процесса литья и качество заготовок.

Технической задачей, на решение которой направлен заявленный способ охлаждения кристаллизатора, является повышение производительности процесса литья и улучшение качества заготовки. Поставленная задача достигается тем, что в заявленном способе, включающем подачу охладителя в верхний подводящий коллектор со стороны подачи расплава, равномерное по периметру рубашки кристаллизатора ее охлаждение затопленными струями из отверстий в экране и последующее движение охладителя в кольцевом канале между рубашкой и экраном в отводящий коллектор, охлаждение рубашки производят затопленными струями под углами 90±45° к поверхности охлаждения на глубину не менее 0,2 длины рубашки кристаллизатора.

Затопленные охлаждающие струи можно формировать отверстиями в виде вертикальных сквозных пазов в экране.

На чертеже представлена схема струйного охлаждения кристаллизатора при непрерывном литье слитков металлов и сплавов, где 1 - подводящий коллектор, 2 - кожух, 3 - экран, 4 - рубашка кристаллизатора, 5 - отводящий коллектор, 6 - расплав, 7 - слиток.

Охлаждение кристаллизатора осуществляют следующим образом. Охладитель подают в верхний подводящий коллектор 1 между кожухом 2 и экраном 3. Далее через отверстия в экране затопленные струи охладителя равномерно по периметру ударяют в наружную поверхность рубашки 4. Отразившись от нее поток охладителя движется в кольцевой щели между рубашкой и экраном в отводящий коллектор 5. Для более равномерного по высоте охлаждения кристаллизатора струи охладителя частично или полностью могут ударять под углами 90±45° к поверхности охлаждения.

При струйном охлаждении кристаллизатора на глубину h (см. чертеж) менее 0,2 от длины рубашки происходит значительное снижение производительности процесса литья вследствие отсутствия газоусадочного зазора между слитком 7 и рубашкой кристаллизатора 4 (см. чертеж).

При охлаждении рубашки кристаллизатора затопленными струями под углами менее 45° и более 135° к поверхности охлаждения значительно уменьшается охлаждающая способность кристаллизатора по причине существенного возрастания толщины теплового пограничного слоя между наружной поверхностью рубашки кристаллизатора и потоком охладителя.

Пример 1.

Непрерывным литьем в кристаллизатор со струйным охлаждением получали слиток из бронзы О3Ц7С5Н диаметром 50 мм. Рубашку кристаллизатора охлаждали струями воды под углами 45°, 90°, 135° к поверхности охлаждения, при этом глубина охлаждения рубашки составляла 0,5 ее длины. При входном давлении 2 атм и расходе воды 50 м³/ч, по сравнению с обычным (щелевым) кристаллизатором, при прочих равных условиях, струйный позволил увеличить производительность процесса литья в 2 раза и измельчить микроструктуру слитка в 3-5 раз.

Пример 2.

Литьем в кристаллизатор со струйным охлаждением получали заготовки из силуминов АК12 и АК18 диаметром 50 мм и высотой 200 мм. Рубашку кристаллизатора охлаждали струями воды под углом 90° к поверхности охлаждения, при этом глубина охлаждения рубашки составляла 0,9 ее длины. При входном давлении 4 атм и расходе воды 50 м³/ч, в отсутствии модификаторов, удалось диспергировать в отливках кристаллы первичного кремния до 20-30 мкм, а эвтектического - до 1-2 мкм.

Источники информации

1. Бевза В.Ф. и др. Непрерывное литье намораживанием. Мн.: Наука и техника, 1979, стр.184, рис.84.

2. Баранов О.А. и др. Непрерывное литье чугуна. М.: Металлургия, 1968, стр.278, рис.102.

3. Патент на полезную модель №1959U, BY 2005.06.30, кл. МПК B22D 11/00.

1. Способ охлаждения кристаллизатора, включающий подачу охладителя в верхний подводящий коллектор со стороны подачи расплава, равномерное охлаждение рубашки кристаллизатора по ее периметру затопленными струями из отверстий в экране и последующее движение охладителя в кольцевом канале между рубашкой и экраном в отводящий коллектор, отличающийся тем, что охлаждение кристаллизатора производят на глубину не менее 0,2 длины его рубашки затопленными струями под углами 90±45° к поверхности охлаждения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстия в экране выполнены в виде вертикальных пазов.