устройство для охлаждения кристаллизатора при разливке высокотемпературных металлов

Формула изобретения

Устройство охлаждения кристаллизатора при разливке высокотемпературных металлов, состоящего из четырех, расположенных попарно продольных рабочих стенок, первая пара стенок которого выполнена с возможностью вращательного движения и имеет верхний расширенный и нижний вертикальный участки рабочей поверхности, а вторая пара - с возможностью возвратно-поступательного движения, содержащее вертикальные каналы для охлаждающей среды, выполненные в центральной части второй пары стенок, и дополнительные наклонные каналы для охлаждающей среды, примыкающие к вертикальным каналам, отличающееся тем, что оно снабжено термопарами, подключенными в систему автоматического управления, установленными во второй паре стенок кристаллизатора, горизонтальным каналом, выполненным во второй паре стенок кристаллизатора, герметичной камерой охлаждения, представляющей собой две коаксиально расположенные трубы: меньшего диаметра "Д₂" для подачи охлаждающей среды, с продольными ребрами на внутренней поверхности и большего диаметра "Д₁", соединенной патрубками с вертикальными и дополнительными наклонными каналами для охлаждающей среды, причем горизонтальный канал, вертикальные и дополнительные наклонные каналы для охлаждающей среды и герметичная камера охлаждения образуют замкнутый контур, представляющий собой высокотемпературную тепловую трубу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для получения непрерывнолитых деформированных заготовок в охлаждаемых кристаллизаторах.

Известное устройство при разливке высокотемпературных металлов [1. Патент RU №2113314. Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки металла / В.В.Стулов, В.И.Одиноков. Опубл. 20.06.98. Бюл. №17] содержит кристаллизатор, состоящий из четырех расположенных попарно продольных рабочих стенок, первая пара стенок которого имеет верхний расширенный и нижний вертикальный участки рабочей поверхности и выполнена с возможностью вращательного движения, вторая пара рабочих стенок выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения и содержит вертикальные каналы в центральной части стенок с примыкающими к ним дополнительными наклонными каналами.

Недостаток известного устройства [1] заключается в том, что наличие только вертикальных каналов в центральной части стенок с примыкающими к ним дополнительными наклонными каналами во второй паре рабочих стенок не обеспечивает высокоэффективной теплопроводности самих стенок и возможности автоматического охлаждения стенок после достижения заданной температуры рабочей поверхности.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого устройства, заключается в:

1. Повышении надежности и безопасности охлаждения стенок второй пары кристаллизатора.

2. Возможности регулирования температуры рабочей поверхности стенок второй пары в широких пределах.

3. Уменьшении расхода охлаждающей среды более чем в 5-10 раз.

Заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками:

Ограничительные признаки: четыре расположенные попарно продольные рабочие стенки кристаллизатора; первая пара стенок кристаллизатора выполнена с возможностью вращательного движения и имеет верхний расширенный и нижний вертикальный участки рабочей поверхности, вторая пара рабочих стенок выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения и содержит вертикальные каналы для охлаждающей среды, выполненные в центральной части второй пары стенок, и дополнительные наклонные каналы для охлаждающей среды, примыкающие к вертикальным каналам.

Отличительные признаки: термопары, подключенные в систему автоматического управления, установленные во второй паре стенок кристаллизатора; горизонтальный канал, выполненный во второй паре стенок; герметичная камера охлаждения, представляющая собой две коаксиально расположенные трубы: меньшего диаметра «Д₂» для подачи охлаждающей среды с продольными ребрами на внутренней поверхности и большего диаметра «Д₁», соединенная патрубками с вертикальными и дополнительными наклонными каналами для охлаждающей среды; горизонтальный канал, вертикальные и дополнительные наклонные каналы для охлаждающей среды и герметичная камера охлаждения образуют замкнутый контур, представляющий собой высокотемпературную тепловую трубу.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Выполнение горизонтального канала в рабочих стенках второй пары позволяет соединить между собой вертикальные каналы в центральной части стенок с примыкающими к ним дополнительными наклонными каналами в замкнутом контуре.

Наличие замкнутого контура из горизонтального канала и вертикальных каналов в центральной части стенок второй пары с примыкающими к ним дополнительными наклонными каналами в стенках позволяет организовать высокоэффективное охлаждение второй пары стенок по принципу работы высокотемпературных тепловых труб [2. Толубинский В.И., Шевчук Е.Н. Высокотемпературные тепловые трубы. Киев: Наук. думка, 1989, 168 с.].

Наличие герметичной камеры охлаждения из коаксиально расположенных труб большего «Д ₁» и меньшего «Д₂» диаметров (в замкнутом контуре, представляющем собой высокотемпературную тепловую трубу) позволяет высокоэффективно отводить тепло от второй пары рабочих стенок без подачи охлаждающей среды в вертикальные каналы в центральной части стенок второй пары и примыкающие к ним дополнительные наклонные каналы в стенках.

Наличие продольных ребер внутри трубы меньшего диаметра «Д₂» камеры охлаждения, через которую подается охлаждающая среда, позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи охлаждающей среды внутри трубы меньшего диаметра «Д₂» и количество тепла, отводимого охлаждающей средой.

Наличие соединительных патрубков снаружи трубы большего диаметра «Д₁» камеры охлаждения обеспечивает соединение вертикальных каналов в центральной части стенок с примыкающими к ним дополнительными наклонными каналами во второй паре рабочих стенок с камерой охлаждения в замкнутом контуре. Кроме этого, соединительные патрубки служат для передачи тепла из второй пары рабочих стенок в камеру охлаждения.

Наличие термопар в рабочих стенках второй пары, подключенных в систему автоматического управления работой устройства, позволяет контролировать температуру рабочей поверхности стенок и обеспечивает возможность автоматического включения охлаждения второй пары рабочих стенок после достижения заданной температуры рабочей поверхности.

На фиг.1 приведен внешний вид заявляемого устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1.

Заявляемое устройство состоит из кристаллизатора 1, состоящего из первой пары стенок 2 с верхним расширенным 3 и нижним вертикальным 4 участками рабочей поверхности и второй пары рабочих стенок 5 с вертикальными каналами 6 в центральной части стенок с примыкающими к ним дополнительными наклонными каналами 7, камеры охлаждения 8, содержащей трубу 9 меньшего диаметра «Д₂» с продольными ребрами 10 и трубу 11 большего диаметра «Д₁» с соединительными патрубками 12. Во второй паре рабочих стенок 5 выполнен горизонтальный канал 13 и установлены термопары 14, подключенные в систему автоматического управления работой устройства.

Предварительно перед работой кристаллизатора 1 каналы рабочих стенок 5 второй пары заправляются определенным количеством высокотемпературного теплоносителя с заданной температурой кипения.

Работа устройства заключается в следующем. После заливки высокотемпературного металла в кристаллизатор 1 стенки первой пары 2 приводят во вращательное движение с кристаллизацией и деформацией корочки металла на верхнем расширенном участке 3 рабочей поверхности и калиброванием поверхности заготовки на нижнем вертикальном участке 4 рабочей поверхности стенок второй пары 2, а рабочие стенки 5 второй пары приводят в возвратно-поступательное движение с выталкиванием полученной заготовки. Выделяющееся в процессе кристаллизации металла тепло разогревает стенки 2 первой пары и стенки 5 второй пары. После достижения заданной температуры рабочей поверхности стенок 5 второй пары, контролируемой по показаниям термопар 14, подключенных в систему автоматического управления работой устройства, а также достижения заданного давления паров теплоносителя в замкнутом контуре - высокотемпературной тепловой трубе включается подача охлаждающей среды в трубу меньшего диаметра 9 с продольными ребрами 10 камеры охлаждения 8. При этом пары теплоносителя, находящиеся в герметичной камере охлаждения 8, охлаждаются и конденсируются на поверхности трубы меньшего диаметра 9. Выделяющееся в процессе конденсации паров теплоносителя тепло передается через стенку трубы 9 и отводится охлаждающей средой. Образующийся в камере охлаждения 8 конденсат теплоносителя попадает на трубу 11 большего диаметра и по соединительным патрубкам 12 попадает в вертикальные каналы 6 в центральной части стенок 5 второй пары и примыкающие к ним дополнительные наклонные каналы 7, горизонтальный канал 13 замкнутого контура. В дальнейшем, поступающий во вторую пару рабочих стенок 5 конденсат теплоносителя нагревается, испаряется, а пар поступает в камеру охлаждения 8. Процесс повторяется в замкнутом контуре.