КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК

Изобретение относится к металлургии, в частности к охлаждению кристаллизатора при получении непрерывнолитых цилиндрических заготовок.

Известна конструкция кристаллизатора машины непрерывного литья сортовых заготовок, содержащая корпус с установленными в нем медными гильзами, охлаждаемыми водой высокого качества [1. Смирнов А.Н., Подкорытов А.Л. Современные сортовые МНЛЗ: Перспективы развития технологии и оборудования. Сайт http://www.uas.su/artic-les/continuouscasting/00001.php].

Известна конструкция кристаллизатора машины непрерывного литья сортовых заготовок, содержащая корпус с установленными в нем гильзами, несколькими десятками форсунок, расположенных равномерно по граням и углам гильзы [1; 2. Высокие надежность и производительность машин непрерывной разливки сортовой заготовки на заводе Badische Stahl Werke / М. Шмитт, А. Фолькерт, Ж. Бартен и др. // Сталь. 2008. №2. С.22-23].

Недостатками известных конструкций кристаллизаторов машины непрерывного литья сортовых заготовок [1, 2] являются повышенные требования к качеству охлаждающей, в т.ч. деминерализованной воды, значительная скорость потока воды в каналах системы охлаждения (более 8 м/с), что приводит к сравнительно большим расходам воды. Использование десятков форсунок позволяет только несколько улучшить равномерность охлаждения гильз. Однако существует вероятность забивания форсунок и ухудшения охлаждения гильз.

Известен также кристаллизатор для получения непрерывнолитых заготовок [3. Патент №2351427 РФ. Способ охлаждения кристаллизатора при получении непрерывно-литых заготовок и кристаллизатор для получения непрерывнолитых заготовок / В.И. Одиноков, В.В. Стулов. Б.И. 2009], состоящий из 4-х расположенных попарно продольных рабочих стенок с охлаждаемыми каналами, рабочие стенки 2-й пары выполнены в виде тепловых труб, рабочие стенки 1-й пары представляют собой зоны нагрева тепловых труб, зоны охлаждения которых выполнены в виде конденсатора пара теплоносителя, охлаждаемого посредством подвода коллектором охлаждающей среды, соединенного с конденсатопроводом с вакуумным вентилем. Недостаток известного кристаллизатора [3] заключается в возможности его использования для конструкций, содержащих четыре расположенных попарно продольных рабочих стенок.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого кристаллизатора, заключается в:

1. Повышении эффективности охлаждения формирующейся непрерывнолитой цилиндрической заготовки.

2. Уменьшении в 2-3 раза расхода охлаждающей воды и электроэнергии.

3. Уменьшении требований к качеству охлаждающей воды и затрат на водоподготовку.

4. Повышении прочности рабочих стенок кристаллизатора.

5. Прогреве стенок кристаллизатора перед разливкой в него металла.

Заявляемый кристаллизатор характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: корпус; цилиндрическая гильза.

Отличительные признаки: коаксиально установленные одна в другой трубы большего «Д₁» и меньшего «Д₂» диаметра; испарительно-конденсационный контур тепловой трубы, включающей трубы диаметром «Д₁» и «Д₂», паропроводы, конденсатопроводы и конденсатор; кожух с 2 люками; электрические нагревательные элементы в нижней части пространства коаксиально установленных труб; термопары, подключенные в систему автоматического управления работой кристаллизатора.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого кристаллизатора и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Наличие коаксиально установленных одна в другой замкнутых труб большего «Д₁» и меньшего «Д₂» диаметров позволяет организовать пространство, заполненное теплоносителем, и охлаждать поверхность трубы диаметром «Д₂» при заливке в нее жидкого металла.

Наличие испарительно-конденсационного контура тепловой трубы [4. Высокотемпературные тепловые трубы / В.И. Толубинский, Е.Н. Шевчук. Киев: Наук. думка, 1989. 168 с.], включающей трубы диаметром «Д₁» и «Д₂», паропроводы, конденсатопроводы и конденсатор, позволяет организовать высокоэффективное охлаждение поверхностей трубы диаметром «Д₂» в результате кипения теплоносителя, находящегося в замкнутом пространстве между трубами.

Наличие паропроводов позволяет отводить тепло в виде пара в конденсатор и создать условия для активного перемешивания пара в конденсаторе.

Наличие конденсатора позволяет организовать процесс конденсации пара с передачей тепла охлаждающей воде.

Наличие конденсатопроводов позволяет отводить образующийся конденсат в замкнутое пространство между трубами диаметром «Д₁» и «Д₂».

Наличие кожуха позволяет организовать подачу в него охлаждающей воды для охлаждения конденсатора.

Наличие в кожухе 2-х люков позволяет организовать очистку наружной поверхности конденсатора от возможных загрязнений, присутствующих в охлаждающей воде.

Установка электрических нагревательных элементов в нижней части замкнутого пространства коаксиально установленных труб позволяет организовать разогрев теплоносителя, а одновременно и труб диаметром «Д₁» и «Д₂», до необходимой температуры, что уменьшает перевод разливаемого в начале разливки металла в брак.

Наличие термопар, подключенных в систему автоматического управления работой кристаллизатора, позволяет контролировать температуру теплоносителя и охлаждающей воды.

На фиг.1 приведен внешний вид кристаллизатора для получения непрерывнолитых цилиндрических заготовок, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1.

Кристаллизатор на фиг.1 и 2 состоит из корпуса 1 с коаксиально установленными в нем замкнутыми трубами 2 большего «Д₁» и меньшего «Д₂» диаметров 3, паропроводов 4, конденсатора 5, конденсатопроводов 6, образующих замкнутый испарительно-конденсационный контур тепловой трубы, кожуха 7 с люками 8 и 9, электронагревательных элементов 10, термопар 11-14, подключенных в систему автоматического управления работой кристаллизатора, патрубков 15 и 16.

Предварительно в пространство между замкнутыми трубами 2 и 3 заливается определенное количество теплоносителя. Включаются электронагревательные элементы 10, которые разогревают теплоноситель с замкнутыми трубами 2 и 3. После достижения заданной температуры, фиксируемой по показаниям термопар 11 и 12, кристаллизатор подготовлен к разливке в него металла.

Работа кристаллизатора осуществляется следующим образом. Отключаются электронагревательные элементы 10 и производится заливка жидкого металла вовнутрь трубы 3, что приводит к дальнейшему ее разогреву с теплоносителем. Образующийся при разогреве теплоносителя пар по паропроводам 4 поступает в конденсатор 5, температура в котором фиксируется по показаниям термопары 12. Включается подача охлаждающей воды через патрубки 15 в пространство между конденсатором 5 и кожухом 7, что приводит к охлаждению пара и его конденсации в конденсаторе 5 с последующим его отеканием по конденсатопроводам 6 в нижнюю часть пространства между замкнутыми трубами 2 и 3. Температура воды фиксируется по показаниям термопары 13 и 14, что позволяет при известном расходе воды на кристаллизатор установить величину отводимого от разливаемого металла теплового потока.