RU2084311C1 - Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки металла - Google Patents

Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки металла Download PDF

Info

Publication number
RU2084311C1
RU2084311C1 RU94043921A RU94043921A RU2084311C1 RU 2084311 C1 RU2084311 C1 RU 2084311C1 RU 94043921 A RU94043921 A RU 94043921A RU 94043921 A RU94043921 A RU 94043921A RU 2084311 C1 RU2084311 C1 RU 2084311C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tube
water
holes
mold
channel
Prior art date
Application number
RU94043921A
Other languages
English (en)
Other versions
RU94043921A (ru
Inventor
В.В. Стулов
В.И. Одиноков
Original Assignee
Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН filed Critical Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН
Priority to RU94043921A priority Critical patent/RU2084311C1/ru
Publication of RU94043921A publication Critical patent/RU94043921A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2084311C1 publication Critical patent/RU2084311C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Изобретение относится к конструкции кристаллизатора для получения непрерывно-литых заготовок. Сборный кристаллизатор с перемещающимися наклонными и вертикальными гранями имеет сквозные каналы для прохода охлаждающей воды. Во внутрь каждого канала вставляется трубка с заглушенным концом, по высоте которой равномерно расположены отверстия для распыливания воды, причем отверстия расположены на боковой поверхности трубки. С целью улучшения теплообмена трубка с отверстиями вставляется в канал эксцентрично со смещением "е" в сторону, противоположную рабочей поверхности грани, причем расстояние между отверстиями "h", число отверстий в трубке "n", смещение трубки "е" связаны с диаметром канала "D", диаметром отверстия "d", диаметром наружным трубки "D0" и полный высотой кристаллизатора "Н" зависимостями: h = (0,11-0,50)•(D+2,1d); n = (6-9)•H/(D+2,1d); e = D0/2. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к непрерывной разливке металлов, а именно к конструкции кристаллизатора и его охлаждению.
Широко известен кристаллизатор для непрерывной разливки металла [1] содержащий стальной корпус с медными плитами, внутри которых просверлены каналы для прохода охлаждающей воды, при этом вертикальные каналы по периметру стенок объединены в три секции с образованием петлевой системы движения воды или каждая из четырех рабочих стенок выполнена с независимым подводом и отводом воды и образованием прямоточной системы охлаждения кристаллизатора.
Известен также кристаллизатор для непрерывной разливки металлов [2] содержащий водоохлаждаемые рабочие стенки с углублениями на рабочих поверхностях со стороны выхода из кристаллизатора, каналы для подвода в углубления и пароотводящие отверстия, направленные в сторону входа в кристаллизатор, причем углубления на рабочих стенках выполнены цилиндрическими, каналы для подвода воды расположены касательно к углублениям, а пароотводящие отверстия коаксиальны, при этом отношение площади пароотводящего отверстия к площади основания углубления составляет 0,002-0,013, а к площади поперечного сечения канала для подвода воды 4-19.
Наиболее близким к заявляемому кристаллизатору является кристаллизатор для непрерывного вертикального литья стальной ленты [3] содержащей охлаждаемые широкие и узкие стенки, широкие боковые стенки которого в верхней части выполнены с углом наклона к вертикали менее 10o, сужены книзу до размера получаемой ленты и образуют рабочую полость конической формы, концевые участки широких боковых стенок выполнены параллельными, а их ширина равна по меньшей мере толщине получаемой ленты. Кроме этого, в кристаллизаторе [3] широкие боковые стенки конической части выполнены дугообразными, а узкие стенки выполнены с возможностью перемещения в зоне параллельных участков широких стенок.
Недостатком конструкции кристаллизатора [1] является значительный расход воды и неравномерность охлаждения кристаллизатора по периметру. При течении воды в канале происходит нагрев только пристеночных слоев воды, непосредственно контактирующих со стенкой, а в центре канала воды практически не нагревается. Уменьшение расхода воды с целью увеличения времени ее пребывания в канале приводит к увеличению количества выделяющихся на внутренней охлаждаемой поверхности канала отложений. Увеличение толщины отложений ухудшает теплообмен в кристаллизаторе за счет их большого термического сопротивления. В кристаллизаторах поперечных сечений 1650 х 250 мм2 количество каналов достигает 100 шт. при длине канала h=1,2 м и диаметре отверстия d= 0,02 м. Удаление отложений солей в каналах является очень трудоемкой операцией, так как каналы открыты только со стороны входа и выхода из них.
Недостатком конструкции кристаллизатора [2] является возможность его использования для получения непрерывно-литых заготовок больших поперечных сечений без деформации металла. Наличие углублений на рабочих поверхностях со стороны выхода из кристаллизатора делает его неприемлемым для получения непрерывно-литых деформированных заготовок.
Кроме этого, за счет того, что кристаллизаторы [1, 2] предназначены только для кристаллизации металла и формирования оболочки заготовки без деформации металла и калибровки ее поверхности, то применение их конструкции приводит к недостаточной эффективности охлаждения металла в заявляемом кристаллизаторе.
Недостатком кристаллизатора для непрерывного вертикального литья стальной ленты [3] является возможность его использования только для получения стальных лент. Кроме этого, выполнение широких боковых стенок кристаллизатора [3] с углом наклона к вертикали менее 10o не обеспечивает эффективное охлаждение разливаемого металла за счет увеличения расстояния δ от поверхности стенки до водоохлаждаемого канала по сравнению с расстоянием до канала в вертикальных стенках кристаллизаторов [1, 2] Уменьшение расстояния до водоохлаждаемого каналов в кристаллизаторе [3] за счет сверления наклонных отверстий с углом наклона к вертикали значительно усложняет технологию их изготовления по причине сверления отверстий с двух сторон широких стенок и необходимости очень точной разметки. В противном случае наклонные и вертикальные каналы получаются несоосными.
Дополнительно к этому, изготовление стенок кристаллизатора с углом наклона к вертикали из металлов с низким коэффициентом теплопроводности снижает эффективность их охлаждения и не обеспечивает возможность получения качественных непрерывно-литых заготовок.
Большое термическое сопротивление стенки ((δ/λ, где δ- толщина стенки до водоохлаждающего канала, l коэффициент теплопроводности металла) приводит к большому перепаду температур по толщине металла, и как результат низкая температура поверхности водоохлаждающего канала. Соответственно уменьшается количество тепла, передаваемого охлаждающей воде, что следует из выражения
Q=αF(tк-tв),
где α коэффициент теплоотдачи воды, Вт/(м2oC), F площадь боковой поверхности канала, м2, tк и tв соответственно температура поверхности канала и воды, oC.
Заявляемый кристаллизатор направлен на создание высокоэффективного и ресурсосберегающего процесса получения непрерывно-литых заготовок.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого кристаллизатора заключается в:
1) повышении эффективности охлаждения разливаемого и деформируемого металла;
2) повышении надежности работы кристаллизатора;
3) уменьшении расхода охлаждающей воды;
4) уменьшении трудовых затрат на обслуживание кристаллизатора.
Заявляемый кристаллизатор характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаки: четыре попарно расположенные продольные рабочие стенки; первая пара водоохлаждаемых рабочих стенок выполнена с верхним расширенным к вертикали и вертикальным нижним участками рабочей поверхности; участок перехода с расширенного верхнего в вертикальный нижний участок выполнен криволинейным с определенным радиусом кривизны; вторая пара водоохлаждаемых рабочих стенок выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения.
Отличительные признаки: первая пара рабочих стенок выполнена с возможностью вращательного движения; труба с заглушенным концом, по высоте которой равномерно расположены отверстия; отверстия расположены только на боковой поверхности трубки, обращенной в сторону жидкого металла; трубка с отверстиями установлена эксцентрично в канал со смещением в сторону, противоположную рабочей поверхности стенки; расстояние между отверстиями "h", число отверстий в трубке "n", смещение трубки "e" связаны с диаметром канала "D", диаметром отверстия "d", диаметром наружным трубки "D0" и полной высотой кристаллизатора "H" зависимостями
Figure 00000002

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого кристаллизатора и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Совершение в процессе работы стенками первой пары вращательного движения обеспечивает условия захвата, обжатия и проталкивания металла к выходу кристаллизатора. При этом отпадает необходимость наличия дополнительного устройства для вытягивания заготовки, а соответственно уменьшаются затраты времени на обслуживание устройства, повышается надежность работы кристаллизатора.
Установка вовнутрь каждого канала заглушенной трубки с отверстиями уменьшает расход охлаждающей воды, с одной стороны, за счет образования кольцевого зазора для прохода воды, а с другой стороны, за счет равномерного распределения струй воды по боковой поверхности канала.
Подача распыленной воды из отверстий трубки на нагретую поверхность канала приводит к интенсивному прогреву капель жидкости и их испарению. Регулируя расход охлаждающей воды добиваются различной интенсивности теплообмена. При распыливании воды на поверхности канала образуется тонкая испаряющаяся пленка жидкости. В случае малого расхода воды пленка жидкости испаряется и образуется пар, который под давлением выходит из кристаллизатора в его нижней части. При испарении воды на поверхности канала удается отвести значительно большее количество теплоты по сравнению с конвективным течением воды в канале. При этом количество тепла, отводимого испаряющимися каплями (пленкой) воды можно определить по выражению
Figure 00000003

где C удельная теплоемкость воды, Дж/(кгoC);
Figure 00000004
массовый секундный расход воды, кг/с; tk и t0 соответственно температура кипения воды и ее начальная температура, oC; r скрытая теплота кипения (испарения) воды, Дж/кг.
При конвективном течении воды в канале количество отводимого тепла определяется по формуле
q=αвF(tc-to), (2)
где α коэффициент теплоотдачи воды, Вт/(м2oC); F площадь поверхности теплообмена, м2; tc и t0 соответственно температура поверхности канала и начальная температура воды.
Коэффициент теплоотдачи воды определяется скоростью течения воды в канале w, при этом расход воды определяется как
Figure 00000005
, где ρ плотность воды, кг/м3; f площадь проходного сечения канала, м2.
Количество тепла, отводимого водой по выражению (1) в несколько раз превышает количество тепла, определяемого по формуле (2).
Расположение отверстий для распыливания воды только на половине боковой поверхности трубки, обращенной в сторону жидкого металла, обусловлено следующим. В кристаллизаторах непрерывной реализации металла имеет место односторонний нагрев канала, поэтому его боковая поверхность, обращенная в сторону жидкого металла, прогревается до более высокой температуры. Поэтому распределение отверстий по всей боковой поверхности трубки приводит к неэффективному расходу охлаждающей воды.
Установка трубки в канал эксцентрично со смещением в сторону, противоположную рабочей поверхности стенки, увеличивает объем пространства заполняемого распыливаемой водой, что позволяет увеличить эффективность теплообмена.
Некоторое увеличение диаметра водоохлаждаемого канала D и уменьшение общего количества каналов n значительно облегчает изготовление кристаллизатора и упрощает его конструкцию.
Истечение жидкости через отверстие в трубке может быть определено по формуле [4] Скорость воды на основном участке струи
Ux=Um(1-3η2+3η2), (3)
где η= r/B, b= tgβo(x+xo), tgβo=0,22; Um -скорость на оси струи; U0 начальная скорость воды на выходе из отверстия трубки; x расстояние от отверстия, x0=2,06 r0 полюсное расстояние.
Скорость воды на оси струи определяется выражением
Figure 00000006

где r0 радиус отверстия в трубке.
Как следует из формул (3) и (4) увеличение расстояние x от отверстия трубки до поверхности канала приводит к большому раскрытию струи, определяемому по формуле b=tgβo(x+xo), а соответственно к большой поверхности теплообмена. По этой причине с увеличением расстояния x расстояние между отверстиями h может быть увеличено. Слишком малое расстояние между отверстиями h приводит к перекрытию фронтов струй, что выражается на потере их кинетической энергии. С увеличением расстояния h может оказаться, что часть поверхности канала не смачивается водой и поэтому перегревается.
Расстояние x от отверстия в трубке ограничено диаметром водоохлаждаемого канала D, смещением трубки e и ee диаметром D0. В конструкции кристаллизатора параметры D и D0 ограничены.
Для эффективного разбрызгивания (распыливания) воды площадь проходного отверстия в трубке F=π(Do-2δ)2/4, где δ толщина стенки трубки должна равняться сумме площадей всех отверстий Fo=nπd2/4, где n количество отверстий в трубке. Отсюда следует, что диаметр отверстия в трубке равняется
Figure 00000007
/
Из конструктивных соображений следует, что наиболее оптимальное расстояние x от отверстия в трубке до поверхности канала равняется x-D/2, а максимальное смещение e=D0/2. Тогда линейный размер поверхности канала, омываемый струей, определяется из выражения для b по формуле (3)
B=0,11D+0,23d.
Соответственно оптимальное расстояние между отверстиями в трубке равняется h=0,11(D+2,1d).
Соблюдение расстояния между отверстиями в трубке h=0,11(D+2,1d) на практике часто затруднено из-за необходимости просверливания большого числа отверстий и малой скорости распыливаемой воды. С учетом стекания пленки распыливаемой воды по стенке водоохлаждаемого канала расстояние h между отверстиями без нарушения режима охлаждения может быть увеличено. С учетом сказанного расстояние между отверстиями лежит в пределах h=(0,11-0,50)(D+2,1d).
Уменьшение расстояния h между отверстиями h<0,11(D+2,1d) приводит к перекрытию границ фронтов истекающих струй, что нарушает сплошность струи и способствует ее распаду, то есть энергия струй реализуется не в полной мере. Увеличение расстояния h>0,5(D+2,1d) приводит к ухудшению эффективности охлаждения кристаллизатора за счет уменьшения толщины пленки воды, стекающей по внутренней поверхности канала. Недостаточное охлаждение кристаллизатора приводит к повышению температуры его поверхности, деформации рабочих граней и выходу кристаллизатора из строя. Общее количество отверстий в трубке определяется с учетом расстояния h между отверстиями и общей высоты кристаллизатора.
При смещении трубки в сторону, противоположную рабочей поверхности кристаллизатора, достаточно расположить по три отверстия в каждом горизонтальном сечении трубки на расстоянии h одного сечения от другого. При этом одно отверстие направлено в сторону рабочей поверхности стенки, а два других отверстия расположены на оси перпендикулярно к первому отверстию. Отсутствие четвертого отверстия, расположенного симметрично первому отверстию к сечению трубки, обусловлено односторонностью теплового потока от разливаемого металла.
Общее число отверстий в трубке n при полной высоте кристаллизатора H определяется как
Figure 00000008

Общее число отверстий в трубке n связано с расстоянием h между ними, поэтому закономерности их влияния на охлаждение кристаллизатора общие. Уменьшение числа отверстий n<6H/(D+2,1d) ухудшает эффективность охлаждения кристаллизатора за счет малого расхода распыливаемой воды.
Увеличение n>9H/(D+2,1d) приводит к уменьшению скорости истечения воды из отверстий трубки за счет увеличения общей площади всех отверстий. Кроме этого, увеличивается трудоемкость изготовления трубки (просверливание большего количества отверстий).
На фиг. 1 и 2 приведены внешний вид заявляемого кристаллизатора.
Заявляемый кристаллизатор на фиг. 1 и 2 состоит из водоохлаждаемого канала 1, выполненного в теле наклонной в верхней части стенки 2, патрубка 3 с гайкой 4 для подвода воды, трубки 5 с отверстиями 6 для распыливания воды, заглушки 7, наклонного участка 8, соответствующего зоне намораживания металла и вертикального участка 9, соответствующего зоне обжатия металла, стенки 2, вертикальных стенок 10.
При сборке кристаллизатора патрубок 3 с трубкой 5 устанавливается в водоохлаждаемый канал 1 наклонной стенки 2. Гайкой 4 осуществляется фиксация трубки в канале. На фиг. 2 трубка установлена со смещением "e" относительно центра канала, при этом оси двух отверстий проходят параллельно одной из осей канала, а ось третьего отверстия расположена перпендикулярно второй оси канала.
Охлаждение кристаллизатора при его работе осуществляется следующим образом. При заливке жидкого металла в кристаллизатор на фиг. 1 происходит его кристаллизация (намораживание) на наклонном 8 и деформация на участке 9 стенки 2. В процессе работы кристаллизатора с обжатием металла вертикальные стенки 10 совершают возвратно-поступательное движение, что исключает прилипание к ним металла. Выделяющееся в процессе разливки и кристаллизации металла тепло разогревает стенки кристаллизатора, а соответственно разогревается рабочая поверхность водоохлаждаемого канала 1. Вода, поступающая через патрубок 3, закрепленный гайкой 4 со стенкой 2, проходит внутри трубки 5 с заглушкой 7 и через отверстия 6 в ней разбрызгивается на поверхность канала 1. В результате разбрызгивания воды происходит ее нагрев на участках канала, соответствующих зоне намораживания (участок 8) и обжатия металла (участок 9) стенки 2. За счет нагрева воды происходит охлаждение кристаллизатора. Нагретая вода отводится в нижней части канала 1.
Источники информации
1. Попандопуло И. К. Михневич Ю. Ф. Непрерывная разливка стали. М. Металлургия, 1990, с. 111-114.
2. А. с. 1720787 СССР, B 22 D 11/04, 1992.
3. Патент СССР N 1336943, B 22 D 11/00, 1987.
4. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник. Е.В. Аметистов, В.А. Григорьев, Б.Т. Емцев и др. М. Энергоиздат, 1982, с. 61.

Claims (2)

1. Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки металла, состоящий из четырех расположенных попарно продольных рабочих стенок с водоохлаждаемыми каналами, при этом первая пара рабочих стенок выполнена с верхним, расположенным под углом к вертикали, и вертикальным нижним участками рабочей поверхности, а вторая пара рабочих стенок выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения, отличающийся тем, что первая пара рабочих стенок выполнена с возможностью перемещения, а внутри каждого водоохлаждаемого канала установлена трубка с заглушенным концом, по высоте которой выполнены отверстия для распыливания воды, равномерно расположенные на половине боковой поверхности трубки, обращенной в сторону рабочей полости кристаллизатора.
2. Кристаллизатор по п. 1, отличающийся тем, что трубка с отверстиями расположена эксцентрично в канале со смещением е в сторону, противоположную рабочей поверхности стенки, а расстояние между отверстиями h, число отверстий в трубке n и смещение трубки е установлены по следующим зависимостям:
h (0,11 0,50)(D + 2,1d),
n (6 9) • H/(D + 2,1d),
е D0/2,
где D диаметр канала;
d диаметр отверстий;
D0 наружный диаметр трубки;
H высота кристаллизатора.
RU94043921A 1994-12-14 1994-12-14 Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки металла RU2084311C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94043921A RU2084311C1 (ru) 1994-12-14 1994-12-14 Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки металла

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94043921A RU2084311C1 (ru) 1994-12-14 1994-12-14 Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки металла

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94043921A RU94043921A (ru) 1996-10-20
RU2084311C1 true RU2084311C1 (ru) 1997-07-20

Family

ID=20163147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94043921A RU2084311C1 (ru) 1994-12-14 1994-12-14 Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки металла

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2084311C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711276C1 (ru) * 2018-12-05 2020-01-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Устройство для непрерывного литья и прессования

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент СССР N 1336943, кл. B 22 D 11/04, 1987. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711276C1 (ru) * 2018-12-05 2020-01-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Устройство для непрерывного литья и прессования

Also Published As

Publication number Publication date
RU94043921A (ru) 1996-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108838352A (zh) 一种双水套结构的结晶器
RU2084311C1 (ru) Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки металла
RU2310543C2 (ru) Согласование теплопередачи у кристаллизаторов, в частности, в зоне зеркала расплава
CN114850424B (zh) 一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器
RU2195384C2 (ru) Усовершенствованный узел установки непрерывного высокоскоростного литья высококачественных тонких стальных слябов
CN108705063A (zh) 一种三维打印压铸模具冷却结构
US20020170700A1 (en) Metal-casting method and apparatus, casting system and cast-forging system
CN113175837A (zh) 双侧喷雾冷却换热器
EP0010286B1 (en) Cooled panels for walls of electric furnaces
RU2799513C1 (ru) Ресурсосберегающий кристаллизатор для получения непрерывнолитых стальных заготовок
JPS59141347A (ja) 連続鋳造用鋳型
JP2004506520A (ja) 金属鋳造用の冷却式連続鋳造鋳型
RU2105632C1 (ru) Кристаллизатор для непрерывной разливки и деформации металла
RU2133170C1 (ru) Кристаллизатор
RU2108890C1 (ru) Установка для непрерывной разливки металла
RU2323798C1 (ru) Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки и деформации высокотемпературного металла
RU3230U1 (ru) Установка для непрерывной разливки металла
SU1011331A1 (ru) Формирующее устройство дл получени профилированных изделий из расплава по способу Степанова
CN213671737U (zh) 铸坯冷却用喷淋条
CN216656268U (zh) 一种双辊薄带连铸结晶器
RU2077409C1 (ru) Устройство для непрерывной разливки заготовок
JPH01170551A (ja) 鋼の連続鋳造用鋳型
CN219151541U (zh) 定向凝固设备及其冷却环
SU1715482A1 (ru) Установка дл непрерывного лить
JPH0260422B2 (ru)