Кристаллизатор

 

»i 950489

Союз Советсник

Социалистичесиин

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свна-ву (22) заявлено 30.12.00 (21) 3226360/22-02

{51)М. Кл. с присоединением заявки,% (23) Приоритет

В 22 О 11/04

Гоеядарстоаивй комнтет

СССР ао делам нэобретеннй н открытнй

ОпУбликовано 15. .08. .82. .Бюллетень Pfq. 30

Дата опубликования описания 1 7. 08 . 82 (53) УЙК 621 ° 746. .27(088.8) (72) Авторы изобретения

В.И. Толубинский, В.А. Антоненко, Ю.Н. и В.И.штомпель (71) Заявитель

Институт технической теплофизики АН (54) КРИСТРЛЛИЗАТОР

Изобретение относится к металлургии, а конкретнее к непрерывному литью.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является крис-т алли з а тор, содержащий фо рми рующи и стакан и охлаждающую рубашку, снабженный пластинами из пористого материала, установленными в полости для охлаждающей жидкости и примыкающими к поверхности формующего стакана, причем в поверхности пластин, обращен- . ных к стакану, выполнены каналы для удаления паров охлаждающей жидкости (1) .

Недостатком существующего кристаллизатора является опасность его взрыва при прожоге стенок формирующего стакана. При этом расплавленный металл оказывается в контакте с большимуо объемом жидкости, циркулирующей в охлаждающей рубашке, в результата чего резко растет давление в корпусе кристаллизатора (это является следст2 вием того, что объем образовавшегося пара примерно в 1500 раз превышает объем жидкости). При литье титана, алюминия, магния и их сплавов такой контакт с водой и ее паром при высоких температурах приводит к образованию большого количества водорода, что увеличивает разрушения при взрыве кристаллизатора. Кроме того, кристаллизатор характеризуется относитель но малой интенсивностью теплоотдачи от стенок формирующего стакана к охлаждающей жидкости. Это уменьшает срок службы кристаллизатора из-за значительных перегревов стенок формируюцего стакана и снижает скорость литья °

Целью изобретения является повышение техники безопасности, увеличение срока службы кристаллизатора и ско" рости литья.

Цель достигается тем, что кристаллизатор, содержащий внутренний формирующий стакан и охлаждающую рубашку, 950489 снабжается дополнительным охлаждающим устройством, установленным между формирующим стаканом и охлаждающей ру» башкой, выполненным в виде коаксиальной тепловой трубы, внутренние стенки которой покрыты материалом с капиллярной структурой.

Внутренние стенки дополнительного охлаждающего устройства покрыты войлоком. 1О

Внутренние стенки дополнительного охлаждающего устройства покрыты металлической сеткой.

Дополнительное охлаждающее устройство предназначено для того, чтобы !5 удалить большой объем жидкости, циркулирующей в охлаждающей рубашке, от стенок формирующего стакана и таким образом устранить их непосредственный «онтакт. Это устройство может быть 2О выполнено в виде коаксиальной тепловой трубы (систеиы тепловых труб) или термогенератора. Однако последние в настоящее время еще не могут быть использованы в реальных установках из- 15

ha относительно большого термического сопротивления существующих образ" цов упри больших плотностях теплового,потока, которые надо отводить от стенок формирующего стакана, перепад температур по толщине термобатареи столь велик, что она выходит из строя), Коаксиальная тепловая труба. представляет собой замкнутую полость, внутренние стенки которой покрыты капиллярной структурой. Объем этой капиллярной структуры весьма мал и не превышает 3-5Ж от объема полости, что обусловлено небольшой толщиной .структуры (не более 1 мм), необходимой для обеспечения устойчивого транспорта жидкого теплоносителя к любой точке охлаждаемой стенки формирующего стакана. В качестве капиллярной структуры можно использовать металлические сетки или войлок. Количество рабочей жидкости, необходимой для за" правки замкнутой полости, определяется аналогичным образом как и для тепловых труб. За минимальное количество

50 рабочей жидкости принимается величина, необходимая для заполнения парового пространства паром и капиллярной структуры жидкостью. Это количество должно примерно в 1,1 раз превышать объем капиллярной структуры. При ко55 личестве жидкости, в 1,3 раза превышающем объем капиллярной структуры, предельные тепловые нагрузки, отводимые от охлаждаемой поверхности, примерно в 8 раз превышают тепловые нагрузки при минимальном (1,1 раза) количестве теплоносителя. Кипение жидкости в капиллярной структуре сопровождается выбросом капель жидкости в паровой объем, что увеличивает необходимый для устойчивой работы заряд теплоносителя. Интенсивность разбрызгивания сильно зависит от давления и уменьшается с его ростом. При отсутствии разбрызгивания (давление порядка 0,4 НПа) необходимый объем жидкости действительно близок к 1,3 объема капиллярной структуры. По мере роста интенсивности разбрызгивания (уменьшения давления в полости) необходимый объем увеличивается и при давлении порядка 0,01 ИПа он примерно в

2 раза превышает объем капиллярной структуры. Более низкие давления в замкнутой полости дополнительного охлаждающего устройства создавать не имеет смысла, так как это сопряжено . с большими. техническими трудностями (давление 0,01 ИПа всего в два раза больше того которое создается в конденсаторах турбин за счет совместного охлаждения проточной водой и отсасывания неконденсирующихся газов эжекторными насосами).

Исходя из сказанного, ясно, что объем жидкого теплоносителя, который может оказаться в контакте с жидким металлом, весьма мал (расчеты показывают, что в зависимости от размеров кристаллизатора он составляет 1- 10 кг), Кроме того, контакт жидкого металла с теплоносителем значительно растянут во времени, так как последний удерживается силами поверхностного натяжения в капиллярной структуре. Все это значительно понижает рост давления в корпусе кристаллизатора при аварии и предотвращает его взрыв. Установка предохранительного клапана в верхней части охлаждающего устройства полностью ликвидирует опасность взрыва, Коэффициенты теплоотдачи при кипении жидкости в капиллярных структурах в

5- 10 раз превышают коэффициенты теплоотдачи при кипении в кристаллизаторах с испарительным охлаждением.

Это способствует снижению температуры стенки формирующего стакана, увеличению срока его службы и скорости литья. Введение дополнительной пслости тепловой трубы между Формирующим стаканом и охлаждающей рубашкой

5 9504 весьма незначительно снижает коэйфициент теплопередачи от стенки стакана и охлаждающей жидкости, циркулирующей в рубашке, так как эффективная теплопроводность подобных устройств на четыре порядка выше, чем у серебра.

Введение дополнительного охлаждающего устройства не приводит к значительному увеличению габаритов кристаллизатора, так как величина зазора между 10 его внутренней и наружной стенками не превышает 20-50 мм (при таких величинах зазора между испарителем и конденсатором тепловые трубы работают вполне устойчиво), 15

На чертеже представлен кристаллизатор.

Кристаллизатор содержит внутренний формирующий стакан 1, замкнутую по- 2о лость 2, стенки которой покрыты капыллярной структурой 3, пропитанной жидкостью, и охлаждающую рубашку 4 с патрубками для ввода и вывода жидкого хладагента. 25

Кристаллизатор .работает следующим образом.

При подаче жидкого металла в формирующий стакан 1 от него происходит отбор тепла к холодным стенкам стака- ЗО на. Низкая температура последних под1 держивается за счет кипения теплоносителя, в капиллярной структуре 3 замкнутой полости 2. Образовавшийся пар конденсируется на внешней стенке замкнутой полости, охлаждаемой за счет циркуляции теплоносителя в рубашке 4. Сконденсировавшаяся жидкость капиллярными силами транспортируется по капиллярной структуре 3 к стенкам io формирующего стакана 1. Обычно высота кристаллизатора значительно превышает ту высоту, на которую капил" лярная структура может транспортировать жидкость, необходимую для снятия больших плотностей теплового потока (последняя составляет 100 мм). Из-за

89 6 этого внутреннюю замкнутую полость охлаждающего устройства следует разбить перегородками на изолированные отсеки так, чтобы высота каждого из отсеков не превышала 100 .мм.

Использование данного изобретения позволяет полностью избежать опасности взрыва кристаллиэатора при прожоге стенок формирующего стакана, Из-эа большой интенсивности теплоотдачи при кипении жидкости в капиллярной структуре можно значительно (примерно в

1,5-2 раза с учетом увеличения износа стенок формирующего стакана) увеличить скорость .литья при сохранении неизменной температуры стенок формирующего стакана. формула изобретения

1. Кристаллизатор, содержащий внутренний формирующий стакан и охлаждающую рубашку, отличающийся тем, что, с целью повышения техники безопасности, увеличения срока службы кристаллизатора и скорости литья, он снабжен дополнительным охлаждающим устройством, установленным между формирующим стаканом и охлаждающей рубашкой и выполненным в виде коаксиальной тепловой трубы, внутренние стен-. ки которой покрыты материалом сокапиллярной структурой.

2. Кристаллиэатор по и. 1, о т л 6ч а ю шийся тем, что внутренние стенки дополнительноro охлаждающего устройства покрыты войлоком.

3. Кристаллизатор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем,,что внутренние стенки дополнительного охлаждающего устройства покрыты металлической сеткой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

If 500881, кл. В 22 0 11/04, 1976.

950489

Составитель В. Балашов

Редактор И, Митровка Техред А. Ач Корректор Г. Orap

Заказ 5821/15 Тираж 852 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 "îñêâà 8 З д Раушская наб.z 8 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4