Кристаллизатор для непрерывно-циклического литья направленным затвердеванием

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов НАН Беларуси(72) Авторы Марукович Евгений Игнатьевич Стеценко Владимир Юзефович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов НАН Беларуси(57) Кристаллизатор для непрерывно-циклического литья направленным затвердеванием,содержащий кожух с подводящим и отводящим патрубками, верхним и нижним фланцами, экран и гильзу, отличающийся тем, что экран соединен с нижним фланцем и удален от верхнего фланца на расстояние 320 мм, а ширинакольцевого канала между гильзой и экраном определяется из уравнения,где Н - ширина кольцевого канала в верхней части кристаллизатора- высота экрана- высота экрана, на которой определяется ширина кольцевого канала, причем ширина кольцевого канала верхней части кристаллизатора составляет 310 мм, а нижней части кристаллизатора - 10100 мм.(56) 1. А.с. СССР 952422, МПК 22 11 /04, 1982. 2. А.с. СССР 904876, МПК 22 11/04, 1982. 3. Кутателадзе Основы теории теплообмена. - . Атомиздат, 1979. 4. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. - . Металлургия, 1976. 5. Исаев С.И., Кожинов И.А., Кофанов В.И. и др. Теория тепломассообмена. - . Высшая школа, 1979. Полезная модель относится к литейному производству и предназначена для литья цилиндрических заготовок направленным затвердеванием. Известен кристаллизатор 1, в котором выравнивание температурного поля по длине гильзы производится за счет утолщения ее нижней наиболее охлаждаемой части. Это приводит к увеличению разностенности извлекаемой отливки по ее высоте и значительному увеличению припусков на механическую обработку, что уменьшает выход годной продукции. Известен кристаллизатор 2, содержащий кожух с подводящим и отводящим патрубками, верхним и нижним фланцами, гильзу и экран. Подвод охладителя осуществляется из подводящего патрубка через нижний коллектор и кольцевую щель между экраном и нижним фланцем. Охлаждение гильзы происходит при вынужденном движении охладителя в кольцевом канале между гильзой и экраном. Отвод охладителя осуществляется через кольцевую щель между экраном и верхним фланцем, далее - через верхний коллектор в отводящий патрубок. Основной недостаток данной конструкции - одинаковая ширина кольцевого канала между гильзой и экраном. Поскольку движение охладителя в кольцевом канале по его высоте нестабилизированно, то при постоянной скорости охладителя коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности гильзы будет переменным. В нижней части гильзы этот коэффициент будет максимальным, а в верхней - минимальным. Это приводит к короблению гильзы и снижению качества отливок. Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель,является устранение коробления гильзы кристаллизатора и повышение качества отливок,а получаемый технический результат заключается в повышении стабильности процесса литья и увеличении выхода годных деталей. Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом кристаллизаторе для непрерывно-циклического литья направленным затвердеванием, включающем кожух с подводящим и отводящим патрубками, верхним и нижним фланцами, экран и гильзу, экран соединен с нижним фланцем и удален от верхнего фланца на расстояние 320 мм, а ширинакольцевого канала между гильзой и экраном определяется из уравнения,где Н - ширина кольцевого канала в верхней части кристаллизатора- высота экрана- высота экрана, на которой определяется ширина кольцевого канала, причем ширина кольцевого канала верхней части кристаллизатора составляет 310 мм, а нижней части кристаллизатора 10100 мм. Если экран удален от верхнего фланца на расстояние менее 3 мм, то существенно увеличивается гидравлическое сопротивление кристаллизатора и уменьшается его производительность. Если это расстояние больше 20 мм, то уменьшается скорость потока в верхней части гильзы, что приводит к неравномерности ее охлаждения и короблению. При ширине кольцевого канала в верхней части кристаллизатора менее 3 мм существенно увеличивается гидравлическое сопротивление кристаллизатора. Если это расстояние более 10 мм, то происходит снижение скорости потока охладителя и уменьшение интенсивности 2 23012005.12.30 охлаждения гильзы, что уменьшает производительность процесса литья. При ширине кольцевого канала в нижней части кристаллизатора менее 10 мм происходит дополнительное увеличение интенсивности охлаждения нижней части гильзы струями из отверстий экрана, что ведет к неравномерному затвердеванию отливки и ухудшению ее качества. Если это расстояние более 100 мм, то происходит существенное снижение интенсивности охлаждения нижней части гильзы, что ведет к неравномерности затвердевания отливки и ухудшению ее качества. Уравнениеполучено из условия постоянства коэффициента теплоотдачина поверхности гильзы. Он определяется уравнением 3 где- коэффициент теплопроводности охладителя- толщина теплового пограничного слоя. Он определяется уравнением 4-5 0, 20,37, где- средняя скорость потока охладителя в кольцевом канале, на высоте- чисСр ло Прандтля, равно где- средняя скорость потока охладителя в кольцевом канале на высоте . Для кольцевых сечений ширинойисправедливо уравнение неразрывности птока(6),где- площадь поперечного сечения кольцевого канала на высоте- площадь поперечного сечения кольцевого канала на высоте . Значения ,определяются уравнениями(-)(7)(-),где- наружный диаметр гильзы кристаллизатора. Из уравнений (5), (6), (7) следует 464.На чертеже представлен продольный разрез предлагаемого кристаллизатора. Он состоит из гильзы 1, корпуса 2 с подводящим 3 и отводящим 4 патрубками, нижнего 5 и верхнего 6 коллекторов, нижнего 7 и верхнего 8 фланцев, экрана 9 и перегородки 10. Экран соединен с нижним фланцем. В нижней части экрана 9, для подвода охладителя из 3 23012005.12.30 нижнего коллектора 5 в кольцевой канал, между экраном и гильзой 1 выполнены отверстия 11. Кристаллизатор работает следующим образом. Охладитель из подводящего патрубка 3 тангенциально поступает в нижний коллектор 5, затем через отверстия 11 в нижней части экрана 9 - в кольцевой канал переменного сечения между экраном и гильзой 1, далее - в верхний коллектор 6 и отводящий патрубок 4. Профиль внутренней поверхности экрана,выполненный в соответствии с уравнением (9), обеспечивает по всей высоте внутренней поверхности гильзы постоянный коэффициент теплоотдачи. Это устраняет коробление гильзы кристаллизатора и повышает качество получаемых заготовок. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4