PL194641B1 - Krystalizator chłodzony cieczą dla urządzenia do ciągłego odlewania - Google Patents

Abstract

1. Krystalizator chlodzony ciecza dla urzadzenia do ciaglego odlewania, zawierajacy wneke formierska zlozona z dwóch, lezacych naprzeciw siebie, szer- szych scianek bocznych, oraz ograniczajacych szero- kosc pasma, wezszych scianek bocznych, przy czym na wlewowym koncu wneki formierskiej w szerszych sciankach bocznych znajduja sie obszary wlewowe o poszerzonym przekroju, tworzace lej zmniejszajacy sie w kierunku odlewania, zas obok wneki formierskiej w szerszych sciankach bocznych znajduja sie rowki chlodzace biegnace równolegle do kierunku odlewa- nia, znamienny tym, ze tworzace lej (2) obszary wlewowe sa polaczone poprzez wypukle w kierunku wneki formierskiej obszary przejsciowe (5) z plasko- równoleglymi obszarami szerszych scianek bocz- nych (1), przy czym odstep sasiednich rowków chlo- dzacych (6) i/lub odstep rowków chlodzacych (6) od strony odlewowej (4) w obszarach przejsciowych (5) o wypuklej krzywiznie jest mniejszy niz w obszarach wlewowych i obszarach plaskorównoleglych. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest krystalizator chłodzony cieczą dla urządzenia do ciągłego odlewania.

Krystalizatory mają za zadanie odprowadzać ciepło ze stopionego metalu i umożliwiać, poprzez początkowe tworzenie skorupy pasma metalu, krzepnięcie tego pasma na wskroś.

Zależnie od przeznaczenia stosowane są krystalizatory o różnej geometrii, jak na przykład krystalizatory rurowe o kształcie okrągłym, prostokątnym lub złożonym. Krystalizatory płytowe stosuje się do kwadratowych/prostokątnych bloków wstępnych lub do wlewków płaskich o większym stosunku boków. Poza tym istnieją specjalne geometrie, jak wstępne elementy kształtowe dla dwuteowych dźwigarów oraz krystalizatory do cienkich wlewków płaskich z lejowym poszerzeniem w górnej części płyty, przeznaczonym do umieszczenia dyszy odlewniczej. Wspólną cechą wszystkich tych krystalizatorów jest konieczność jednorodnego chłodzenia powierzchni. Obszary narożne stanowią przypadki szczególne, ponieważ przykładowo ze względów konstrukcyjnych w krystalizatorach płytowych istnieją krawędzie stykowe o zakłóconym chłodzeniu. Ponadto występują częściowo obszary o większej objętości materiału, przeznaczone dla tylnych elementów mocujących, w których to obszarach wyrównuje się pomocniczo chłodzenie za pomocą specjalnie ukształtowanych rowkowych kanałów chłodzących.

Ponadto znane są rozwiązania, polegające na lepszym chłodzeniu krystalizatorów, narażonych na wyjątkowo duże obciążenia cieplne, w celu zapobieżenia przedwczesnemu ich uszkodzeniu. W przypadku krystalizatorów dla cienkich wlewków płaskich oznacza to po pierwsze, że opór cieplny krystalizatora nie może być zbyt duży, w związku z czym dobiera się mniejsze grubości ścianek. Po drugie zaś, przy wymaganych większych prędkościach odlewania, stawia się szczególne wymagania w zakresie jakości wody chłodzącej oraz prędkości jej przepływu.

Wszystkie wymienione rozwiązania służyły jednemu celowi, mianowicie osiągnięciu jak najlepszego, jednorodnego chłodzenia odlewowej strony korpusu krystalizatora. Uwarunkowane konstrukcyjnie, ewentualne obszary występowania zakłóceń - na przykład na tylnych powierzchniach chłodzenia - są również eliminowane w celu osiągnięcia równomiernego chłodzenia.

Lokalne obciążenia występujące przy stosowaniu lejowych krystalizatorów płytowych wynikają po pierwsze z warunków eksploatacji. Pod względem odlewania są one w zasadzie określane przez gatunek stali/temperaturę odlewania, prędkość, parametry smarująco-chłodzące zasypki, geometrię dyszy odlewniczej i przypisany jej przepływ stopionego metalu. Z drugiej strony temperaturę krystalizatora określają parametry, związane z wodą, mianowicie jakość, ilość oraz prędkość przepływu wody chłodzącej. Wielkości te są już częściowo narzucone przez konstrukcję krystalizatora, jak na przykład geometrię kanałów chłodzących.

Rzeczywiste obciążenie, a także spowodowane nim uszkodzenie materiału krystalizatora, trzeba jednak stwierdzać jednoznacznie w drodze niszczących badań licznych krystalizatorów płytowych, stosowanych w różnych stalowniach. Na podstawie tych badań trzeba wyznaczać, zróżnicowane na szerokości menisku, zmiękczenie powierzchni względnie obszaru przypowierzchniowego.

Tak więc twardość zmniejsza się w obszarze krytycznym od 100% wartości wyjściowej do około 60%, natomiast na tej samej wysokości obok obszaru krytycznego stwierdzono spadek jedynie do około 70% twardości wyjściowej. Nie uwzględnia się przy tym brzegowego obszaru krystalizatora płytowego. Podobne wyniki przyniosły pomiary na grubości ścianek krystalizatorów płytowych po ich zastosowaniu. Jednakowe zmiękczenia materiału rozciągają się w krytycznym obszarze lustra kąpieli na głębokościach, większych o około jedną trzecią w porównaniu do obszarów niekrytycznych.

Krystalizatory do odlewania cienkich wlewków płaskich podlegają pod wpływem różnych czynników zróżnicowanym obciążeniom na szerszych ściankach bocznych. Do czynników tych zaliczają się:

- duża prędkość przepływu stopionej stali; turbulencje stopionego metalu powodują obciążenie zwłaszcza obszarów przejścia leja w płasko-równoległe boki przekroju odlewu;

- duże obciążenie mechaniczne ścianki płyty miedzianej, wygiętej na wylocie leja, spowodowane rozszerzeniem cieplnym. Wynikające stad naprężenia są tutaj szczególnie duże po stronie odlewowej.

Prowadzi to do szczególnie wyraźnego zmiękczenia materiału krystalizatora w przejściowym obszarze leja. Z uwagi na lokalnie wyższe temperatury i odniesione każdorazowo do wytrzymałości cieplnej objętościowego elementu materiałowego, większe obciążenie cieplne, w tym obszarze powierzchni wcześnie powstają pęknięcia. Pęknięcia te mogą wówczas powstawać raczej w wyniku wyraźnego wskutek wpływu temperatury procesu dyfuzji atomów Zn ze stali do osnowy Cu, ponieważ powstające fazy CuZn tworzą twardą i kruchą warstwę powierzchniową, która zwiększa prędkość rozrostu pęknięcia.

PL 194 641 B1

W DE-A-4 127 333 ujawniony jest krystalizator chłodzony cieczą dla urządzenia do ciągłego odlewania, zawierający wnękę formierską złożoną z dwóch, leżących naprzeciw siebie, szerszych ścianek bocznych, oraz ograniczających szerokość pasma, węższych ścianek bocznych, przy czym w szerszych ściankach bocznych wnęki formierskiej po stronie wlewu znajdują się obszary wlewowe o poszerzonym przekroju, tworzące lej zmniejszający się w kierunku odlewania, zaś obok wnęki formierskiej w szerszych ściankach bocznych znajdują się otwory chłodzące biegnące równolegle do kierunku odlewania.

Celem wynalazku jest opracowanie korpusu krystalizatora, w którym występuje zwiększony strumień ciepła w obszarze lustra kąpieli i w którym możną zapobiec powstawaniu pęknięć w obszarach podlegających zwiększonym obciążeniom cieplnym i mechanicznym.

Krystalizator chłodzony cieczą dla urządzenia do ciągłego odlewania, zawierający wnękę formierską złożoną z dwóch, leżących naprzeciw siebie, szerszych ścianek bocznych, oraz ograniczających szerokość pasma, węższych ścianek bocznych, przy czym na wlewowym końcu wnęki formierskiej w szerszych ściankach bocznych znajdują się obszary wlewowe o poszerzonym przekroju, tworzące lej zmniejszający się w kierunku odlewania, zaś obok wnęki formierskiej w szerszych ściankach bocznych znajdują się rowki chłodzące biegnące równolegle do kierunku odlewania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że tworzące lej obszary wlewowe są połączone poprzez wypukłe w kierunku wnęki formierskiej obszary przejściowe z płaskorównoległymi obszarami szerszych ścianek bocznych, przy czym odstęp sąsiednich rowków chłodzących i/lub odstęp rowków chłodzących od strony odlewowej w obszarach przejściowych o wypukłej krzywiźnie jest mniejszy niż w obszarach wlewowych i obszarach płaskorównoległych.

Korzystnie odstęp rowków chłodzących w obszarach przejściowych o wypukłej krzywiźnie jest co najmniej o 20% mniejszy niż w sąsiadujących z nimi w poziomie obszarach lustra kąpieli.

Korzystnie rowki chłodzące w obszarach przejściowych są stopniowo rozmieszczone coraz bliżej siebie.

Istota wynalazku polega zatem na tym, aby osiągnąć znacznie bardziej intensywne chłodzenie korpusu krystalizatora w nadmiernie obciążonych obszarach po obu stronach leja. Według wynalazku zaproponowano zwiększenie mocy chłodzenia w tych krytycznych obszarach, korzystnie o 10 do 20% w stosunku do obszarów, sąsiadujących w poziomie z obszarami krytycznymi. Kanały chłodzące mogą tu być przykładowo korzystnie rozmieszczone bliżej siebie, co powoduje zwiększenie chłodzonej powierzchni. Alternatywnie kanały chłodzące można również umieścić lokalnie bliżej powierzchni; w tym przypadku pracuje się nietypowo przy użyciu różnych - optymalnych pod względem efektywności - grubości ścianek chłodzących nad wodą chłodzącą. To samo dotyczy otworów chłodzących. Poza tym w płytach o szerokich bokach, zaopatrzonych w rowkowe kanały chłodzące, można w krytycznych obszarach lejowego przejścia wykonać dodatkowo otwory chłodzące; również tutaj mimo niewielkiej grubości ścianek zwiększą się nieoczekiwanie wytrzymałość materiału krystalizatora na pęknięcia, a co za tym idzie, całkowity czas życia krystalizatora płytowego.

Ponadto, dzięki zróżnicowaniu intensywności chłodzenia na tylnej powierzchni, osiąga się wyraźnie bardziej wyrównany przebieg temperatur na odlewowej stronie powierzchni płyty. Zjawisko to umożliwia zmniejszenie przedziału temperatur dla celowego, węższego zakresu temperatur pracy zasypki. Pozwala to zrezygnować z dopasowywania zasypki do niższego lub wyższego przedziału temperatur.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1a i b przedstawiają płytę krystalizatora lejowego w dwóch różnych widokach, zaś fig. 2a i b - płytę krystalizatora z fig. 1 w przekroju, w obszarach o różnych obciążeniach cieplnych i mechanicznych.

W przedstawionej na fig. 1 płycie 1 krystalizatora lejowego najwyższe obciążenia cieplne występują na poziomym wylocie (pionowa linia C) leja 2, po stronie odlewowej. Bezpośrednim tego skutkiem jest powstanie na linii C w kierunku odlewania GR, leżącego bezpośrednio pod lustrem 3 kąpieli, maksymalnego w odniesieniu do jednostki powierzchni, strumienia ciepła od 4,7 do 5,2 MW/m². Na odlewowej stronie 4 płyty 1 krystalizatora panują wyznaczone obliczeniowo, maksymalne temperatury wynoszące około 400°C. Efektywna grubość d ścianki płyty 1 krystalizatora z miedzi w krytycznym obszarze przejściowym 5 pomiędzy liniami B, C, D jest na górnych 200 mm płyty krystalizatora zmniejszona z d1 = 20 mm do d2 = 18 mm, co uwidoczniono na fig. 2.

W ten sposób osiąga się zmniejszoną do 28°C, maksymalną temperaturę powierzchni; to korzystne chłodzenie zostaje zachowane przy odpowiedniej obróbce wykańczającej płyty 1 krystalizatora. Chociaż grubość d2 ścianki w krytycznie obciążonym obszarze przejściowym 5 jest mniejsza o 2 mm, osiąga się nieoczekiwanie dłuższy czas życia płyt 1 krystalizatorów, łącznie z obróbką wykańczającą.

PL 194 641 B1

Zaopatrzony w umieszczone niżej rowki chłodzące 6 (grubość ścianki pomiędzy powierzchnią odlewową i powierzchnią chłodzoną wynosi 18 mm zamiast 20 mm), intensywnie chłodzony obszar przejściowy 5 rozciąga się w niniejszym przypadku na następujących powierzchniach (patrz fig. 1): długość poziomo od punktu przegięcia B leja 2 na 370 mm aż do punktu końcowego D. Powierzchnia bardziej intensywnego chłodzenia rozciąga się od górnej krawędzi 7 płyty do 200 mm w kierunku odlewania GR; łączy się nią strefa przejściowa 8 równa 50 mm, w której głębokość d rowków chłodzących 6 jest wyrównana.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Krystalizator chłodzony cieczą dla urządzenia do ciągłego odlewania, zawierający wnękę formierską złożoną z dwóch, leżących naprzeciw siebie, szerszych ścianek bocznych, oraz ograniczających szerokość pasma, węższych ścianek bocznych, przy czym na wlewowym końcu wnęki formierskiej w szerszych ściankach bocznych znajdują się obszary wlewowe o poszerzonym przekroju, tworzące lej zmniejszający się w kierunku odlewania, zaś obok wnęki formierskiej w szerszych ściankach bocznych znajdują się rowki chłodzące biegnące równolegle do kierunku odlewania, znamienny tym, że tworzące lej (2) obszary wlewowe są połączone poprzez wypukłe w kierunku wnęki formierskiej obszary przejściowe (5) z płaskorównoległymi obszarami szerszych ścianek bocznych (1), przy czym odstęp sąsiednich rowków chłodzących (6) i/lub odstęp rowków chłodzących (6) od strony odlewowej (4) w obszarach przejściowych (5) o wypukłej krzywiźnie jest mniejszy niż w obszarach wlewowych i obszarach płaskorównoległych.
2. 2. Krystallzator według zastrz. 1, znamienny tym, że odstęp rowków chłodzących (6) w obszarach przejściowych (5) o wypukłej krzywiźnie jest co najmniej o 20% mniejszy niż w sąsiadujących z nimi w poziomie obszarach lustra kąpieli.
3. 3. Krystallzator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że rowki chłodzące (6) w obszarach przejściowych (5) są stopniowo rozmieszczone coraz bliżej siebie.