SU950489A1 - Кристаллизатор - Google Patents

Description

(5) КРИСТАЛЛИЗАТОР

Изобретение относитс  к металлургии , а конкретнее к непрерывному литью. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  кристаллизатор , содержащий формирующий стакан и охлаждающую рубашку, снабженный пластинами из пористого материала , установленными в полости дл  охлаждающей жидкости и примыкающими к поверхности формующего стакана, пр чем в поверхности пластин, обращенных к стакану, выполнены каналы дл  удалени  паров охлаждающей жидкости l. Недостатком существующего кристал лизатора  вл етс  опасность его взры ва при прожоге стенок ({юрмирующего стакана. При этом расплавленный металл оказываетс  в контакте с больши объемом жидкости, циркулирующей в охлаждающей рубашке, в результата че го резко растет давление в корпусе кристаллизатора (это  вл етс  следст вием того, что объем образовавшегос  пара примерно в 1500 раз превышает объем жидкости). При литье титана, алюмини , магни  и их сплавов такой контакт с водой и ее паром при высоких температурах приводит к образованию большого количества водорода, что увеличивает разрушени  при взрыве кристаллизатора. Кроме того,кристаллизатор характеризуетс  относитель но малой интенсивностью теплоотдачи от стенок формирующего стакана к охлаждающей жидкости. Это уменьшает срок службы кристаллизатора из-за значительных перегревов стенок формирующего стакана и снижает скорость лить . Целью изобретени   вл етс  повышение техники безопасности, увеличение срока службы кристаллизатора и скорости лить . Цель достигаетс  тем, что кристаллизатор , содержащий внутренний ({юрмирующий стакан и охлаждающую рубашку, снабжаетс  дополнительным охлаждающим устройством, установленным между формирующим стаканом и охлаждающей рут башкой, выполненным в виде коаксиальной тепловой трубы, внутренние стенки которой покрыты материалом с капилл р ной структурой. Внутренние стенки дополнительного охламдающего устройства покрыты войло ком. Внутренние стенки дополнительного Охлаждающего устройства покрыты металлической сеткой. Дополнительное охлаждающее устройство предназначено дл  того, чтобы удалить больиой объем жидкости, циркулирующей в охлаждающей рубашке, от стенок формирующего стакана и таким образом устранить их непосредственный контакт. Это устройство может быть выполнено ввиде коаксиальной тепловой трубы (системы тепловых труб) или термогенератора. Однако последние в насто щее врем  еще не могут быть использованы в реальных установках изЬа относительно большого термического сопротивлени  существующих образцов при больших плотност х теплового .потока, которые надо отводить от стенок формирующего стакана, перепад температур по толщине термобатареи столь велик, что она выходит из стро  Коаксиальна  теплова  труба представл ет собой замкнутую полость, внутренние стенки которой покрыты капилл рной структурой. Объем этой капилл рной структуры весьма мал и не превышает от объема полости, что обусловлено небольшой толщиной .структуры (не более 1 мм), необходимой дл  обеспечени  устойчивого транспорта жидкогр теплоносител  к любой точке охлаждаемой стенки формирующего стакана. В качестве капилл рной струк туры можно использовать металлические сетки или войлок. Количество рабочей жидкости, необходимой дл  заправки замкнутой полости, определ етс  аналогичным образом как и дл  тепловых труб. За минимальное количество рабочей жидкости принимаетс  величина , необходима  дл  заполнени  парового пространства паром и капилл рной структуры жидкостью. Это количество должно примерно в 1,1 раз превышать объем капилл рной структуры. При количестве жидкости, в 1,3 раза превышающем объем капилл рной структуры, предельные тепловые нагрузки, отводимые от охлаждаемой поверхности, примерно в 8 раз превышают тепловые нагрузки при минимальном (1,1 раза) количестве теплоносител . Кипение жидкости в капилл рной структуре сопровождаетс  выбросом капель жидкости в паровой объем, что увеличивает необходимый дл  устойчивой работы зар д теплоносител . Интенсивность разбрызгивани  сильно зависит от давлени  и уменьшаетс  с его ростом. При отсутствии разбрызгивани  (давление пор дка 0,4 МПа) необходимый объем жидкости действительно близок к 1,3 объема капилл рной структуры. По мере роста интенсивности разбрызгивани  (уменьшени  давлени  в полости) необходимый объем увеличиваетс  и при давлении пор дка 0,01 МПа он примерно в 2 раза превышает объем капилл рной структуры. Более низкие давлени  в замкнутой полости дополнительного охлаждающего устройства создавать не имеет смысла, так как это сопр жено с большими, техническими трудност ми (давление 0,01 МПа всего в два раза больше того., которое создаетс  в конденсаторах турбин за счет совместного охлаждени  проточной водой и отсасывани  неконденсирующихс  газов эжек торными насосами). Исход  из сказанного,  сно, что объем жидкого теплоносител , который может оказатьс  в контакте с жидким металлом,весьма мал ( расчеты показывают , что в зависимости от размеров кристаллизатора он составл ет 1-10 кг). Кроме того, контакт жидкого металла с теплоносителем значительно раст нут во времени, так как последний удерживаетс  силами поверхностног о нат жени  в капилл рной структуре. Все это значительно понижает рост давлени  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 капилл рных структурах в раз превышают коэффициенты теплоотдачи при кипении в кристаллизаторах с испарительным охлаждением. Это способствует снижению температуры стенки формирующего стакана, у.величению срока его службы и скорости лить . Введение дополнительной пс ,лости тепловой трубы между формирующим стаканом и охлаждающей рубашкой

весьма незначительно снижает коэффициент теплопередачи от стенки стакана и охлаждающей жидкости, циркулирующей в рубашке, так как эЛфективна  теплопроводность подобных устройств на четыре пор дка выше, чем у серебра Введение дополнительного охлаждающего устройства не приводит к значительному увеличению габаритов кристаллизатора , так как величина зазора между его внутренней и наружной стенками не превышает 20-50 мм (при таких величинах зазора между испарителем и конденсатором тепловые трубы работают вполне устойчиво).

. На чертеже представлен кристаллизатор .

Кристаллизатор содержит внутренний .формирующий стакан 1, замкнутую полость 2, стенки которой покрыты кап лл рной структурой 3, пропитанной жидкостью, и охлаждающую рубашку А с патрубками дл  ввода и вывода жидкого хладагента.

Кристаллизатор работает следующим образом.

При подаче жидкого металла в формирующий стакан 1 от него происходит отбор тепла к холодным стенкам стакана . Низка  температура последних поддерживаетс  за счет кипени  теплоносител , в капилл рной структуре 3 замнутой полости 2. Образовавшийс  пар конденсируетс  на внешней стенке замкнутой полости, охлаждаемой за счет циркул ции теплоносител  в рубашке . Сконденсировавша с  жидкость капилл рными силами транспортируетс  по капилл рной структуре 3 к стенкам формирующего стакана 1. Обычно высота кристаллизатора значительно превышает ту высоту, на которую капилл рна  структура может транспортировать жидкость, необходимую дл  сн ти  больших плотностей теплового потока (последн   составл ет 100 мм). Из-за

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

Использование данного изобретени  позвол ет полностью избежать опасности взрыва кристаллизатора при прожоге стенок формирующего стакана. Из-за большой интенсивности теплоотдачи при кипении жидкости в капилл рной структуре можно значительно (примерно в 1,5-2 раза с учетом увеличени  износа стенок формирую1цего стакана) увеличит скорость -лить  при сохранении неизменной температуры стенок формирующег стакана.

Claims (2)

1.Кристаллизатор, содержащий внутренний формирующий стакан и охлаждающую рубашку, отли чающийс  тем, что, с целью повышени  техники безопасности, увеличени  срока службы кристаллизатора и скорости лить , он снабжен дополнительным охлаждающим устройством, установленным между формирующим стаканом и охлаждающей рубашкой и выполненным в виде коаксиальной тепловой трубы, внутренние стенки которой покрыты материалом сокапилл рной структурой.

2.Кристаллизатор по п. 1 , о т л i чающийс  тем, что внутренние стенки дополнительного охлаждающего устройства покрыты войлоком.

3- Кристаллизатор по п. 1, о т л ичающийс  тем, что внутренние стенки дополнительного охлаждающего устройства покрыты металлической сеткой .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 500881, кл, В 22 D П/04, 1976.