Кристаллизатор

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов НАН Беларуси(72) Авторы Бевза Владимир Федорович Марукович Евгений Игнатьевич Мазько Василий Сергеевич Груша Владимир Петрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов НАН Беларуси(57) Кристаллизатор, содержащий гильзу, корпус с патрубками для подачи и отвода охлаждающей воды и подводящей и отводящей полостью и кольцевой канал между наружной поверхностью гильзы и внутренней обечайкой корпуса, отличающийся тем, что патрубки соединены с корпусом тангенциально, а подводящая полость выполнена из двух отсеков,разделенных перегородкой с отверстиями, причем объем отсека, непосредственно примыкающего к кольцевому каналу, составляет 0,03-0,06 от объема второго отсека подающей полости, при этом отношение суммарного живого сечения отверстий в перегородке к поперечному сечению кольцевого канала составляет 1,05-1,30. 25442006.02.28 Полезная модель относится к металлургии, в частности к непрерывно-циклическому литью полых заготовок без применения стержня из черных и цветных сплавов. Известен кристаллизатор содержащий гильзу, корпус с подающим и отводящим патрубками и подводящей и отводящей полостью, кольцевые щели между торцами внутренней обечайки корпуса и крышками, и кольцевой канал для охлаждения наружной поверхности гильзы 1. Основным недостатком описанного кристаллизатора является различная скорость потока охлаждающей жидкости в кольцевом канале по его периметру. Это вызывает неравномерность охлаждения гильзы кристаллизатора по ее поверхности и обусловливает разнотолщинность отливок в поперечном сечении. Кроме того, неравномерность охлаждения гильзы создает условие для возникновения дополнительных термических напряжений в ее стенке, что приводит к ее короблению и преждевременному выходу из строя. Наиболее близким по технической сущности является кристаллизатор для установок непрерывной разливки металлов, выполненный со шлицами по торцам внутренней обечайки кожуха для упрощения изготовления и сборки и прохода охладителя, и имеющий дополнительный зазор между кожухом и крышками кристаллизатора 2. Недостатком этого кристаллизатора также является неравномерность охлаждения гильзы по периметру. Это обусловлено тем, что поток охлаждающей воды поступает в подающую полость в виде концентрированной струи и затем сразу перетекает в кольцевой канал через зазор между кожухом и нижней крышкой кристаллизатора и шлицевые отверстия. Давление жидкости в подающей полости в зоне входа концентрированной струи заметно выше, чем в остальных зонах по периметру подающей полости, что определяет различную скорость потока охлаждающей воды и ее расход по периметру кольцевого канала. В результате в кольцевом канале образуется застойная зона, в которой расход жидкости, отнесенный к единице охлаждаемой поверхности, заметно ниже, чем в других зонах по высоте и периметру этого канала. Это вызывает неблагоприятные условия охлаждения гильзы кристаллизатора, что приводит к разнотолщинности отливок по периметру,повышенным термическим напряжениям в стенке гильзы и преждевременному выходу кристаллизатора из строя. Технической задачей заявляемого устройства является обеспечение равномерности охлаждения гильзы кристаллизатора по периметру и высоте, а технический результат заключается в снижении разнотолщинности отливок в поперечном сечении на 25-35 и увеличении ресурса работы кристаллизатора за счет уменьшения термических напряжений в стенке гильзы. Поставленная задача достигается тем, что кристаллизатор содержит гильзу, корпус с патрубками для подачи и отвода охлаждающей воды и подводящей и отводящей полостями и кольцевой канал между наружной поверхностью гильзы и внутренней обечайкой корпуса, причем патрубки соединены с корпусом тангенциально, а подводящая полость выполнена из двух отсеков, разделенных перегородкой с отверстиями, при этом объем отсека, непосредственно примыкающего к кольцевому каналу, составляет 0,030,06 от объема второго отсека подающей полости, а отношение суммарного живого сечения отверстий в перегородке к поперечному сечению кольцевого канала составляет 1,051,30. Тангенциальная подача охлаждающей воды в подводящую полость кристаллизатора способствует выравниванию поля давления по ее периметру, а наличие перегородки с отверстиями дополнительно повышает равномерность давления в отсеке, непосредственно примыкающем к кольцевому каналу. В результате течение охлаждающей жидкости в кольцевом канале происходит с одинаковой скоростью и расходом по периметру, что исключает образование застойных зон и обеспечивает равномерное охлаждение гильзы кристаллизатора по всей наружной поверхности и соответственно равномерный теплоотвод от затвердевающей отливки. Это особенно важно при непрерывно-циклическом литье полых заготовок методом направленного затвердевания без применения стержня, так как 2 25442006.02.28 внутренняя поверхность отливки не регламентируется литейной формой, а определяется только фронтом затвердевания. Выполнение отсека, непосредственно примыкающего к кольцевому каналу, по объему меньше, чем 0,03 от объема второго отсека, не обеспечивает полного выравнивания поля давления. Выполнение этого отсека объемом более чем 0,06 от объема второго отсека нецелесообразно, так как принципиально уже не изменяет характер течения потока. Выполнение перегородки с отверстиями, отношение суммарного живого сечения которых к поперечному сечению кольцевого канала меньше, чем 1,05, не обеспечивает достаточно напорного течения жидкости в кольцевом канале, что ухудшает условия охлаждения гильзы кристаллизатора. Увеличение этого отношения больше чем 1,3 приводит к уменьшению скорости течения жидкости через отверстия, что снижает степень турбулизации потока и также ухудшает условия охлаждения гильзы. Предлагаемая конструкция кристаллизатора обеспечивает равномерное по периметру течение охлаждающей воды и высокую степень турбулизации потока в кольцевом канале,что создает условия для равномерного теплоотвода от затвердевающей отливки и интенсивного теплообмена с охлаждаемой поверхностью гильзы кристаллизатора. Это способствует снижению на 25-35 разнотолщинности отливок в поперечном сечении и увеличению ресурса работы кристаллизатора. На чертеже изображен кристаллизатор, вертикальный разрез. Кристаллизатор содержит корпус 1 и центрированную соосно с ним гильзу 2. В корпусе 1 выполнена подводящая полость, разделенная перегородкой 3 с отверстиями 4 на отсеки 5 и 6, и отводящая полость 7. К корпусу 1 тангенциально присоединены патрубки для подачи 8 и отвода 9 охлаждающей жидкости. Между наружной поверхностью гильзы 2 и внутренней обечайкой 10 корпуса 1 выполнен кольцевой канал 11, соединенный при помощи зазора 12 с отводящей полостью 7. Кристаллизатор работает следующим образом. Охлаждаемую воду через патрубок 8 подают в отсек 5. За счет тангенциальной подачи поток закручивается в этом отсеке, что способствует выравниванию давления жидкости по его периметру. Благодаря дополнительному сопротивлению, создаваемому перегородкой 3 с отверстиями 4, происходит равномерное растекание набегающего потока по фронту перегородки и одновременно перетекание охлаждающей воды через отверстия 4 в отсек 6 отдельными струйками с повышенной скоростью. Это окончательно выравнивает давление жидкости по объему отсека 6 и создает условия для высокой степени турбулизации потока. Затем жидкость с равномерной по периметру скоростью и расходом проходит по кольцевому каналу 11 и далее через зазор 12 поступает в отводящую полость 7, из которой вытесняется через отводящий патрубок 9 в сливной трубопровод. Пример Был изготовлен кристаллизатор с внутренним диаметром гильзы 126 мм, высотой 200 мм с тангенциальной подачей и отводом охлаждающей воды. Подающая полость была разделена перегородкой с отверстиями 3 мм в количестве 270 штук. Отношение суммарного живого сечения отверстий к поперечному сечению кольцевого канала составляло 1,24, а объем отсека, непосредственно примыкающего к кольцевому каналу, составлял 0,053 от объема второго отсека. Отливали заготовки из серого чугуна со средней толщиной стенки 12 мм на установке непрерывно-циклического литья направленным затвердеванием без применения стержня. Разнотолщинность получаемых заготовок в поперечном сечении не превышала 1,0 мм. При литье в кристаллизатор старой конструкции эта величина составляла 1,4 мм. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.