Кристаллизатор

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Бевза Владимир Федорович Мазько Василий Сергеевич Груша Владимир Петрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(57) Кристаллизатор, содержащий кожух с обечайкой, подводящий и отводящий патрубки и гильзу с пазами на водоохлаждаемой поверхности, отличающийся тем, что пазы выполнены на всю длину гильзы с постоянным суммарным сечением, составляющим 0,80,95 площади сечения подводящего патрубка, при этом гильза сопряжена с обечайкой по скользящей посадке. Полезная модель относится к области литейного производства и предназначена для непрерывно-циклического литья полых цилиндрических заготовок методом направленного затвердевания. 40272007.12.30 Известен кристаллизатор, содержащий гильзу, корпус с патрубками, подводящей полостью, состоящей из двух отсеков, разделенных перегородкой с отверстиями 1. Основным недостатком описанной конструкции является неравномерное охлаждение гильзы по ее высоте за счет отклонения в вертикальной плоскости вектора скоростей потока охлаждающей воды в сторону отводящего патрубка, что обуславливает разнотолщинность отливок в осевом направлении. Кроме того, неравномерность охлаждения гильзы создает условия для возникновения дополнительных термических напряжений в ее стенке, что приводит к короблению и выходу из строя. Наиболее близким по технической сущности является кристаллизатор для непрерывной разливки металлов и сплавов, гильза которого выполнена с пазами на водоохлаждаемой поверхности 2. Недостатком такого кристаллизатора также является неравномерность охлаждения гильзы по ее высоте. Это обусловлено тем, что пазы гильзы выполнены со стороны подвода металла только на длине 0,1-0,5 длины гильзы. Дискретные струи охлаждающей воды вначале проходят по пазам, а затем, после выхода из пазов, сливаются в кольцевом канале в один поток, омывая уже гладкостенную гильзу. На этом участке происходит отклонение в вертикальной плоскости вектора скоростей потока в сторону отводящего патрубка. Это вызывает неблагоприятные условия охлаждения гильзы кристаллизатора в осевом направлении, что приводит к повышенным термическим напряжениям в стенке гильзы и преждевременному выходу кристаллизатора из строя. Технической задачей заявляемого устройства является надежное обеспечение равномерности охлаждения гильзы кристаллизатора по периметру и высоте, а технический результат заключается в снижении разнотолщинности отливок в осевом направлении на 2025 и увеличении ресурса работы кристаллизатора за счет снижения термических напряжений в стенке гильзы. Поставленная задача достигается тем, что кристаллизатор содержит кожух с обечайкой и гильзу с пазами на водоохлаждаемой поверхности, выполненными на всю длину гильзы с постоянным суммарным сечением, составляющим 0,8-0,95 площади сечения подводящего патрубка, при этом гильза сопряжена с обечайкой по скользящей посадке. Закрутка потока воды за счет тангенциальной подачи и рассредоточение концентрированной струи при входе в коллектор создают условия для выравнивания давления по всему его объему. В результате чего расход и скорость потока воды в каждом из вертикальных каналов постоянного сечения имеют одинаковые значения в течение всего процесса литья. В связи с тем, что эти каналы со всех сторон ограничены жесткими стенками,поток охлаждающей воды сохраняет осевое направление по всей высоте гильзы кристаллизатора. Это обеспечивает равномерное охлаждение гильзы по всей ее наружной поверхности и соответственно равномерный теплоотвод от затвердевающей отливки. Это особенно важно при непрерывно-циклическом литье полых цилиндрических заготовок методом направленного затвердевания, так как внутренний диаметр отливки не регламентируется литейной формой, а определяется только фронтом затвердевания. Выполнение каналов суммарным сечением менее 0,8 сечения подводящего патрубка не обеспечивает требуемой эффективности охлаждения. Выполнение каналов суммарным сечением более 0,95 сечения подводящего патрубка не обеспечивает необходимой скорости и турбулизации потока воды в каналах гильзы кристаллизатора. Сопряжение гильзы кристаллизатора с обечайкой по скользящей посадке обеспечивает свободное термическое расширение гильзы в радиальном направлении в процессе работы, что уменьшает возникающие термические напряжения, а обечайка является ограничительной стенкой для потоков воды в каналах. Предлагаемая конструкция кристаллизатора обеспечивает равномерное по периметру и его длине течение охлаждающей воды с высокой степенью турбулизации потоков в каналах, что создает условия для равномерного теплоотвода от затвердевающей отливки и интенсивного теплообмена с охлаждаемой поверхностью гильзы кристаллизатора. Это 2 40272007.12.30 способствует снижению на 20-25 разнотолщинности отливок в осевом направлении и увеличению ресурса работы кристаллизатора. На фиг. 1 представлено сечение в вертикальной плоскости предлагаемого кристаллизатора. На фиг. 2 - фрагмент сечения в горизонтальной плоскости предлагаемого кристаллизатора. Кристаллизатор (фиг. 1) содержит кожух 1, гильзу 2 с вертикальными пазами 3 (фиг. 1,фиг. 2) на водоохлаждаемой поверхности, вставленную в обечайку 4 по скользящей посадке, подводящий 5 и отводящий 6 патрубки, распределительные камеры 7, 8, соединенные отверстиями 9. Кристаллизатор работает следующим образом. Охлаждаемую воду через подводящий патрубок 5 (фиг. 1) тангенциально подают в камеру 7, где поток закручивается, что способствует выравниванию давления жидкости по его периметру. Через отверстия 9 вода поступает отдельными струями в камеру 8, где окончательно выравнивается давление по всему объему. Затем жидкость с равномерной по периметру скоростью поступает в вертикальные пазы 3 (фиг. 1, фиг. 2) и далее через отводящий патрубок 6 в сливной трубопровод. Пример. Был изготовлен кристаллизатор из стали марки Ст.3 с внутренним диаметром гильзы 157 мм высотой 200 мм. На наружной поверхности гильзы было выполнено 48 пазов суммарной площадью сечения 1910-4 м 2, что составило 0,9 от площади сечения подводящего патрубка. Гильза сопрягалась с обечайкой по скользящей посадке по 5-му классу точности, обеспечивающему гарантированный зазор между гильзой и обечайкой не менее 0,6 мм для свободного термического расширения гильзы кристаллизатора в процессе ее работы. Отливали заготовки из серого чугуна со средней толщиной стенки 15 мм на установке непрерывно-циклического литья направленным затвердеванием. Разнотолщинность получаемых заготовок в осевом направлении не превышала 2 мм что на 20 ниже, чем при литье в кристаллизатор с гладкостенной гильзой без пазов на водоохлаждаемой поверхности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3