Способ охлаждения кристаллизатора для непрерывного литья заготовок или слитков

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ИЛИ СЛИТКОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Марукович Евгений Игнатьевич Стеценко Владимир Юзефович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ охлаждения кристаллизатора для непрерывного литья заготовок или слитков, включающий подачу охладителя в верхний подводящий коллектор, со стороны подачи расплава, равномерное по периметру охлаждение рубашки кристаллизатора струями из отверстий в экране и последующее движение охладителя в кольцевом канале между рубашкой и экраном в отводящий коллектор, отличающийся тем, что охлаждение рубашки кристаллизатора производят затопленными струями под углами 9045 к поверхности охлаждения, при этом глубина охлаждения рубашки кристаллизатора составляет не менее 0,2 ее длины. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отверстия в экране могут быть выполнены в виде вертикальных пазов. 11188 1 2008.10.30 Изобретение относится к металлургии и предназначено для литья заготовок и слитков из металлов и сплавов в металлические водоохлаждаемые формы. Известен способ охлаждения кристаллизатора 1. В данном способе охладитель подается в нижний подводящий коллектор, далее, в виде щелевой радиальной затопленной струи, охлаждает рубашку кристаллизатора, затем движется в кольцевой щели между экраном и рубашкой в отводящий коллектор. В этом способе наиболее интенсивно охлаждается только очень малая часть рубашки, равная высоте кольцевой щели, и только в том случае, если эта величина сравнима с шириной кольцевой щели между экраном и рубашкой кристаллизатора. Известен способ охлаждения кристаллизатора 2. Способ включает подачу охладителя в нижний подводящий коллектор, охлаждение рубашки кристаллизатора затопленными струями из отверстий в экране и последующее движение охладителя в кольцевом канале между рубашкой и экраном в отводящий коллектор. Недостатком данного способа является то, что наиболее интенсивно охлаждается нижняя часть рубашки кристаллизатора на высоте 0,10-0,15 ее длины, в то время как основная интенсивность теплопередачи происходит в верхней части рубашки кристаллизатора, со стороны подачи жидкого металла. Это приводит к снижению производительности процесса литья и ухудшению качества заготовки. Ближайшим техническим решением к предлагаемому (прототип) является Кристаллизатор для непрерывного литья слитков 3, в котором реализован способ охлаждения кристаллизатора. Способ включает подачу охладителя в верхний подводящий коллектор,со стороны подачи расплава, равномерное по периметру рубашки кристаллизатора ее охлаждение затопленными струями из отверстий в экране и последующее движение охладителя в кольцевом канале между рубашкой и экраном в отводящий коллектор. В данном способе не указываются такие важные параметры охлаждения, как глубина охлаждения рубашки, угол охлаждения струями охладителя и их форма, от которых существенно зависят охлаждающая способность кристаллизатора, производительность процесса литья и качество заготовок. Технической задачей, на решение которой направлен заявленный способ охлаждения кристаллизатора для непрерывного литья заготовок или слитков, является повышение производительности процесса литья и улучшение качества заготовки. Поставленная задача достигается тем, что в заявленном способе, включающем подачу охладителя в верхний подводящий коллектор, со стороны подачи расплава, равномерное по периметру охлаждение рубашки кристаллизатора струями из отверстий в экране и последующее движение охладителя в кольцевом канале между рубашкой и экраном в отводящий коллектор, охлаждение рубашки кристаллизатора производят затопленными струями под углами 9045 к поверхности охлаждения, при этом глубина охлаждения рубашки кристаллизатора составляет не менее 0,2 ее длины. Затопленные охлаждающие струи можно формировать не только отверстиями, но и вертикальными сквозными пазами в экране. На фигуре представлена схема струйного охлаждения кристаллизатора при непрерывном литье слитков металлов и сплавов, где 1 - подводящий коллектор, 2 - кожух, 3 - экран, 4 - рубашка кристаллизатора, 5 - отводящий коллектор, 6 - расплав, 7 - слиток. Охлаждение кристаллизатора осуществляют следующим образом. Охладитель подают в верхний подводящий коллектор 1 между кожухом 2 и экраном 3. Далее, через отверстия в экране затопленные струи охладителя равномерно по периметру ударяют в наружную поверхность рубашки 4. Отразившись от нее, поток охладителя движется в кольцевой щели между рубашкой и экраном в отводящий коллектор 5. Для более равномерного по высоте охлаждения кристаллизатора струи охладителя частично или полностью могут ударять под углами 9045 к поверхности охлаждения. 11188 1 2008.10.30 При струйном охлаждении кристаллизатора на глубину(фигура) менее 0,2 от длины рубашки происходит значительное снижение производительности процесса литья вследствие отсутствия газоусадочного зазора между слитком 7 и рубашкой кристаллизатора 4(фигура). При охлаждении рубашки кристаллизатора затопленными струями под углами менее 45 и более 135 к поверхности охлаждения значительно уменьшается охлаждающая способность кристаллизатора по причине существенного возрастания толщины теплового пограничного слоя между наружной поверхностью рубашки кристаллизатора и потоком охладителя. Пример 1. Непрерывным литьем в кристаллизатор со струйным охлаждением получали слиток из бронзы О 3 Ц 7 С 5 Н диаметром 50 мм. Рубашку кристаллизатора охлаждали струями воды под углами 45, 90, 135 к поверхности охлаждения, при этом глубина охлаждения рубашки составляла 0,5 ее длины. При входном давлении 2 атм. и расходе воды 50 м 3/час, по сравнению с обычным (щелевым) кристаллизатором, при прочих равных условиях, струйный позволил увеличить производительность процесса литья в 2 раза и измельчить микроструктуру слитка в 3-5 раз. Пример 2. Литьем в кристаллизатор со струйным охлаждением получали заготовки из силуминов АК 12 и АК 18 диаметром 50 мм и высотой 200 мм. Рубашку кристаллизатора охлаждали струями воды под углом 90 к поверхности охлаждения, при этом глубина охлаждения рубашки составляла 0,9 ее длины. При входном давлении 4 атм. и расходе воды 50 м 3/час,в отсутствие модификаторов, удалось диспергировать в отливках кристаллы первичного кремния до 20-30 мкм, а эвтектического - до 1-2 мкм. Источники информации 1. Бевза В.Ф. и др. Непрерывное литье намораживанием. - Мн. Наука и техника, 1979. С. 184, рис. 84. 2. Баранов О.А. и др. Непрерывное литье чугуна. - М. Металлургия, 1968. - С. 278,рис. 102. 3. Патент на полезную модель 1959,2005.06.30, МПК 22 11/00. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3