Вид РИД
Изобретение
Изобретение касается кристаллизатора жидкостного охлаждения для установки непрерывной разливки с признаками п. 1 формулы изобретения.
Кристаллизаторы используются для литья полных профилей в процессе непрерывной разливки. Кристаллизаторы являются важнейшими конструктивными элементами установки непрерывной разливки. В них начинается кристаллизация расплава. Обычная конструкция кристаллизатора включает внешний стальной каркас и собственно формообразующую часть кристаллизатора - корпус кристаллизатора. Корпус кристаллизатора сегодня выполняют чаще всего из меди или медного сплава. Для условий эксплуатации с высокими тепловыми напряжениями используются материалы на базе CuAg или CuCrZr.
Кристаллизатор выполняет функцию отвода тепла от жидкого расплава металла, за счет чего формируется корочка заготовки, обеспечивающая далее полную кристаллизацию заготовки. В процессе литья от жидкого металла должны отводиться значительные количества тепла, причем наибольшие количества отводятся в зоне зеркала металла. При высокой скорости разливки возникает опасность превышения максимально допустимой тепловой нагрузки для материала кристаллизатора. Поэтому корпус кристаллизатора охлаждают. При этом стараются добиться максимально равномерного и хорошего охлаждения сторон корпуса кристаллизатора, контактирующих с металлом.
Из уровня техники DE 4127333 C2 известен кристаллизатор для установки непрерывной разливки, формообразующие стороны которого снабжены проходящими сверху вниз сквозными цилиндрическими охлаждающими отверстиями, присоединенными к контуру охлаждающей воды. Площадь сечения охлаждающих отверстий в зоне наибольшей тепловой нагрузки частично уменьшают за счет вытесняющих вставок, что ведет к повышению скорости течения жидкости. За счет этого должен увеличиваться теплоотвод в зоне наибольшей тепловой нагрузки и понизиться температура стенок кристаллизатора.
Для увеличения интенсивности охлаждения широких сторон кристаллизатора при возникновении локального перегрева в документе EP 0931609 A1 предложено охлаждающие отверстия в зависимости от зоны кристаллизатора делать сужающимися. Это ведет к повышению интенсивности охлаждения всего кристаллизатора в целом.
Возможность в зависимости от конкретных зон кристаллизатора устанавливать необходимую интенсивность охлаждения, например для зоны зеркала расплава металла, является ограниченной.
Поэтому, исходя из уровня техники, задачей изобретения является создание кристаллизатора жидкостного охлаждения, в котором возможен подбор необходимой интенсивности охлаждения по вертикали и по горизонтали.
Первый вариант решения данной задачи осуществляется согласно изобретению при использовании кристаллизатора с признаками п.1 формулы изобретения.
В основе изобретения лежит идея расположения охлаждающих каналов в зоне высокой тепловой нагрузки ближе к поверхности кристаллизатора, которая контактирует с расплавом металла. Вследствие этого, по меньшей мере, один канал имеет два продольных участка, причем эти продольные участки имеют по отношению друг к другу различную ориентацию их продольных осей.
Таким образом, горизонтальное расстояние между охлаждающим каналом и поверхностью кристаллизатора, контактирующей с жидким металлом, то есть с внутренней стороной корпуса кристаллизатора варьируется, чем достигается необходимая интенсивность охлаждения кристаллизатора в зависимости от профиля тепловой нагрузки. За счет соответствующей установки угла между продольными осями продольных участков, то есть угла наклона продольных участков, может устанавливаться в зависимости от тепловой нагрузки необходимая интенсивность охлаждения в конкретных зонах кристаллизатора.
Охлаждающая среда подается по охлаждающим каналам и проходит в горячих зонах ближе к поверхности кристаллизатора, контактирующей с жидким металлом. Выше и ниже горячей зоны расстояние между каналом и внутренней поверхностью кристаллизатора постоянно возрастает. За счет этого не только значительно снижается тепловая нагрузка в горячей зоне зеркала металла, но и выравнивается тепловая нагрузка по всей высоте кристаллизатора.
При использовании предложенного в изобретении принципа выбора интенсивности охлаждения в зависимости от зоны кристаллизатора повышается вероятность того, что в зонах с наибольшей тепловой нагрузкой не достигается температура рекристаллизации меди на горячей стороне. На холодной стороне одновременно уменьшается вероятность испарения охлаждающей среды.
В принципе, все каналы могут быть выполнены с изогнутыми продольными осями. Понятно, что возможен вариант комбинации отдельных или групп каналов с изогнутыми осями и прямыми осями.
В зависимости от варианта осуществления и условий применения кристаллизатора продольные участки одного охлаждающего канала могут быть выполнены одной длины (п. 2 формулы изобретения) или разной длины (п.3 формулы изобретения).
П. 4 формулы изобретения показывает следующее самостоятельное решение задачи изобретения.
При этом, по меньшей мере, один охлаждающий канал, преимущественно все охлаждающие каналы, в одной стенке кристаллизатора проходят наклонно относительно соседней внутренней поверхности стенки корпуса кристаллизатора. Охлаждающий канал или каналы включают в себя один продольный участок, проходящий по прямой, но наклонно к направлению разливки (оси кристаллизатора).
Таким образом, достигается необходимая интенсивность охлаждения по горизонтали и по вертикали корпуса кристаллизатора.
Технологические преимущества изобретения в обоих вариантах, соответствующих п. 1 и п. 4, заключаются в возможности установки необходимой интенсивности охлаждения по вертикали и горизонтали корпуса кристаллизатора.
В принципе, в качестве охлаждающих каналов могут использоваться шлицы, но преимущественно охлаждающие каналы выполнены в виде отверстий, как предусмотрено в п. 5 формулы изобретения.
В случае пластинчатого кристаллизатора в особенности широкие стенки подвергаются наибольшей тепловой нагрузке, поэтому согласно п. 6 формулы изобретения подобные охлаждающие каналы предусмотрены в широких стенках кристаллизатора.
Особенно предпочтительный вариант изобретения осуществляется согласно п. 7 формулы изобретения. В этом варианте варьируется не только продольный профиль охлаждающего канала, но и расстояние между каналами. За счет этого осуществляется трехмерное варьирование интенсивности охлаждения.
Вследствие этого повышается интенсивность охлаждения и выравнивается тепловая нагрузка по зонам кристаллизатора.
Изобретение не ограничивается приведенными примерами и пластинчатым кристаллизатором, а может применяться для различных типов кристаллизаторов: пластинчатых кристаллизаторов, гильзовых кристаллизаторов или кристаллизаторов для отливки двутавровых профилей.
Далее изобретение поясняется при помощи графических изображений и описания к ним, на которых показано:
На фиг. 1 - упрощенное изображение корпуса кристаллизатора в вертикальном разрезе.
На фиг. 2 - вид сверху корпуса кристаллизатора.
На фиг. 3 - вид сбоку стенки кристаллизатора с изображением двух различных каналов.
Корпус 1 кристаллизатора выполнен из медного сплава и включает внутреннюю формообразующую часть 2, сечение которой на входном торце 3, куда подается жидкий металл, обычно больше, чем на выходном торце 4, откуда вытягивается заготовка.
Для охлаждения корпуса 1 кристаллизатора предусмотрены охлаждающие каналы 5, которые проходят от верхней стороны 6 к нижней стороне 7 в боковых стенках 8, 9.
Охлаждающие каналы 5 выполнены в виде отверстий и имеют два продольных участка 10, 11, продольные оси L1, L2 которых различно ориентированы друг по отношению к другу. Продольный участок 10 начинается от верхней стороны 6 и проходит под углом α по отношению к вертикали, приближаясь к формообразующей части 2, и в зоне G зеркала металла имеет наименьшее расстояние от формообразующей части 2. Продольный участок 11 является отверстием, проходящим от нижней стороны 7 под углом β к вертикали по направлению к формообразующей части 2 и встречается с продольный участок 10 в зоне G зеркала металла. Охлаждающий канал 5 имеет, таким образом, в зоне G зеркала металла точку перегиба со сгибом 12.
За счет изогнутого профиля канала 5, обусловленного направлением продольных участков 10, 11 по высоте корпуса 1 кристаллизатора, меняется горизонтальное расстояние между охлаждающим каналом 5 и поверхностью F формообразующей части 2.
За счет этого интенсивность охлаждения в корпусе кристаллизатора 1 устанавливается в соответствии с тепловым напряжением.
Корпус 1 кристаллизатора может быть корпусом пластинчатого или гильзового кристаллизатора. На фиг. 2 это показано посредством штриховки разной толщины. Пластинчатый кристаллизатор состоит из двух расположенных напротив друг друга широких стенок 13, 14 и двух ограничивающих ширину заготовки узких стенок 15, 16. Гильзовый кристаллизатор изготавливается из единого блока. Показанное на фиг. 2 штриховой линией соединение широких стенок 13, 14 и узких стенок 15, 16 отсутствует в случае гильзового кристаллизатора.
Как показано на фиг. 2, в широких стенках 13, 14 расположены охлаждающие каналы 5. Каналы 5, как описано выше, выполнены изогнутыми. Кроме того, в узких стенках 15, 16 также выполнены охлаждающие каналы 5. В принципе, кроме изогнутых каналов 5 могут одновременно использоваться и прямые охлаждающие каналы. Далее из фиг.2 следует, что расстояние между соседними охлаждающими каналами 5 в широких стенках 13, 14 варьируется. В зоне В с высоким тепловым и механическим напряжением охлаждающие каналы 5 расположены близко друг к другу.
На фиг. 3 показан вид стенки 17 кристаллизатора, имеющего корпус 18. На фиг. 3 показаны два разных профиля охлаждающих каналов 19, 20. Охлаждающий канал 19 показан штриховой линией, а охлаждающий канал 20 - штрих-пунктирной. Каждый канал 19 или 20 имеет два продольных участка 21, 22 или 23, 24, продольные оси L1, L2 которых различно ориентированы друг по отношению к другу. За счет этого по высоте кристаллизатора варьируется расстояние х охлаждающих каналов 19, 20 от поверхности F, контактирующей с расплавленным металлом. Продольный участок 21 охлаждающего канала 19 проходит от верхней стороны 25 стенки 17 кристаллизатора к поверхности F, контактирующей с расплавленным металлом. Продольный участок 22 проходит от нижней стороны 26 стенки кристаллизатора 17 в направлении к поверхности F, контактирующей с расплавленным металлом. Продольные участки 21 и 22 встречаются в изгибе 27.
В случае канала 20 продольный участок 23 проходит от верхней стороны 25 ориентировано противоположно, то есть удаляясь от поверхности F, контактирующей с расплавленным металлом, до тех пор, пока примерно на середине высоты стороны 17 кристаллизатора не встретится с продольным участком 24 в изгибе 28. Продольный участок 24 со своей стороны проходит вертикально вниз, параллельно поверхности F, контактирующей с расплавленным металлом.
За счет варьирования продольного профиля охлаждающих каналов 5 или 19, 20, как описано выше, достигается необходимая, зависящая от тепловой нагрузки интенсивность охлаждения в зонах с высокой тепловой и механической нагрузкой. Интенсивность охлаждения в зонах с высокой тепловой нагрузкой можно увеличить, уменьшая расстояние между каналами 5, 18, 19.
Таким образом, согласно изобретению создается кристаллизатор с возможностью трехмерного варьирования интенсивностью охлаждения. Альтернативный вариант выполнения корпуса 29 кристаллизатора показан на фиг.4. Это может быть пластинчатый, или гильзовый кристаллизатор, или кристаллизатор для отливки двутавровых балок. Охлаждающие каналы 30 в корпусе 29 кристаллизатора проходят от верхней стороны 31 до нижней стороны 32. При этом охлаждающие каналы 30 проходят наклонно по отношению к внутренней поверхности 33 и, таким образом, к поверхности F, контактирующей с расплавленным металлом.
Угол наклона продольной оси L3 охлаждающего канала 30 по отношению к внутренней поверхности 34, которая в показанном примере соответствует продольной оси корпуса 29 кристаллизатора и направлению разливки, показан как γ.
Таким образом, на практике за счет подходящего расположения охлаждающих каналов 30 может осуществляться установка необходимой интенсивности охлаждения корпуса 29 кристаллизатора по вертикали и горизонтали.
Перечень ссылок
|