RU2326751C1

RU2326751C1 - Device for cooling crystalliser at casting of high temperature metals

Info

Publication number: RU2326751C1
Application number: RU2006133417/02A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Викторович Стулов (RU); Вячеслав Викторович Стулов; Валерий Иванович Одиноков (RU); Валерий Иванович Одиноков; Александр Владимирович Шубенцев (RU); Александр Владимирович Шубенцев
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2008-06-20
Also published as: RU2006133417A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: crystalliser contains four working walls assembled in pairs. The first pair of walls is designed to perform rotary movements and has an upper extended and a lower vertical portion. The second pair is designed to perform reciprocal motions. During casting of metal walls of the second pair are cooled by means of thermal pipes. Heated zones of the thermal pipes are located in the central part of walls of the second pair and represent vertical channels, additional inclined channels adjoining the vertical ones, and a horizontal channel with a cooling medium. The cooling zone represents a tight proof chamber made as coaxially assembled pipes of bigger and smaller diameters. The pipe of a smaller diameter has longitudinal ribs on the inside surface. The pipe of a bigger diameter by means of sleeves is connected to vertical and additional inclined channels for cooling medium.

EFFECT: increased reliability of a crystalliser operation and decrease of cooling medium consumption.

3 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для получения непрерывнолитых деформированных заготовок в охлаждаемых кристаллизаторах.The invention relates to metallurgy, in particular to a device for producing continuously cast deformed billets in cooled molds.

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.A known device for casting high temperature metals [1. Patent RU No. 2113314. Prefabricated mold for continuous casting of metal / V.V. Stulov, V.I. Odinokov. Publ. 06/20/98. Bull. No. 17] contains a mold consisting of four longitudinally arranged pairwise longitudinal working walls, the first pair of walls of which has upper expanded and lower vertical sections of the working surface and is made with the possibility of rotational movement, the second pair of working walls is made with the possibility of reciprocating movement and contains vertical channels in the central part of the walls with additional inclined channels adjacent to them.

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.A disadvantage of the known device [1] is that the presence of only vertical channels in the central part of the walls with additional inclined channels adjacent to them in the second pair of working walls does not provide highly efficient thermal conductivity of the walls themselves and the possibility of automatic cooling of the walls after reaching a given temperature of the working surface.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого устройства, заключается в:The technical result obtained by the implementation of the inventive device is:

1. Повышении надежности и безопасности охлаждения стенок второй пары кристаллизатора.1. Improving the reliability and safety of cooling the walls of the second pair of mold.

2. Возможности регулирования температуры рабочей поверхности стенок второй пары в широких пределах.2. The ability to control the temperature of the working surface of the walls of the second pair in a wide range.

3. Уменьшении расхода охлаждающей среды более чем в 5-10 раз.3. Reducing the flow rate of the cooling medium by more than 5-10 times.

Заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками:The inventive device is characterized by the following essential features:

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.Limiting signs: four longitudinally working mold walls located in pairs; the first pair of walls of the mold is made with the possibility of rotational movement and has upper extended and lower vertical sections of the working surface, the second pair of working walls is made with the possibility of reciprocating motion and contains vertical channels for the cooling medium, made in the Central part of the second pair of walls, and additional inclined channels for the cooling medium adjacent to the vertical channels.

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.Distinctive features: thermocouples connected to the automatic control system installed in the second pair of mold walls; a horizontal channel made in the second pair of walls; sealed cooling chamber, which consists of two coaxially arranged pipes: a smaller diameter "D ₂ " for supplying a cooling medium with longitudinal ribs on the inner surface and a larger diameter "D ₁ " connected by pipes with vertical and additional inclined channels for the cooling medium; the horizontal channel, vertical and additional inclined channels for the cooling medium and a sealed cooling chamber form a closed loop, which is a high-temperature heat pipe.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.A causal relationship between the set of essential features of the claimed device and the achieved technical result is as follows.

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.The implementation of the horizontal channel in the working walls of the second pair allows you to connect vertical channels in the Central part of the walls with adjacent additional inclined channels in a closed loop.

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.].The presence of a closed loop of a horizontal channel and vertical channels in the central part of the walls of the second pair with adjoining additional inclined channels in the walls makes it possible to organize highly efficient cooling of the second pair of walls according to the principle of operation of high-temperature heat pipes [2. Tolubinsky V.I., Shevchuk E.N. High temperature heat pipes. Kiev: Science. Dumka, 1989, 168 p.].

Наличие герметичной камеры охлаждения из коаксиально расположенных труб большего «Д₁» 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.The presence of a sealed cooling chamber from coaxially arranged pipes of larger “D ₁ ” and smaller “D ₂ ” diameters (in a closed loop, which is a high-temperature heat pipe) allows highly efficient heat removal from the second pair of working walls without supplying cooling medium to the vertical channels in the central part the walls of the second pair and adjacent additional inclined channels in the walls.

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.The presence of longitudinal ribs inside the pipe of smaller diameter "D ₂ " of the cooling chamber through which the cooling medium is supplied, allows to increase the heat transfer coefficient of the cooling medium inside the pipe of smaller diameter "D ₂ " and the amount of heat removed by the cooling medium.

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.The presence of connecting pipes outside the pipe of larger diameter "D ₁ " cooling chamber provides the connection of vertical channels in the Central part of the walls with adjacent additional inclined channels in the second pair of working walls with the cooling chamber in a closed loop. In addition, the connecting pipes serve to transfer heat from the second pair of working walls to the cooling chamber.

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.The presence of thermocouples in the working walls of the second pair, connected to the automatic control system of the device, allows you to control the temperature of the working surface of the walls and provides the ability to automatically turn on the cooling of the second pair of working walls after reaching the set temperature of the working surface.

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.Figure 1 shows the appearance of the claimed device; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 - section bb in figure 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.The inventive device consists of a mold 1, consisting of a first pair of walls 2 with upper expanded 3 and lower vertical 4 sections of the working surface and a second pair of working walls 5 with vertical channels 6 in the central part of the walls adjacent to them with additional inclined channels 7, cooling chamber 8 containing a pipe 9 of smaller diameter "D ₂ " with longitudinal ribs 10 and a pipe 11 of larger diameter "D ₁ " with connecting pipes 12. In the second pair of working walls 5 a horizontal channel 13 is made and a thermo area 14 connected to the automatic control system of the device.

Предварительно перед работой кристаллизатора 1 каналы рабочих стенок 5 второй пары заправляются определенным количеством высокотемпературного теплоносителя с заданной температурой кипения.Previously, before the operation of the mold 1, the channels of the working walls 5 of the second pair are charged with a certain amount of high-temperature coolant with a given boiling point.

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.The operation of the device is as follows. After pouring the high-temperature metal into the mold 1, the walls of the first pair 2 are rotated with crystallization and deformation of the metal crust on the upper expanded portion 3 of the working surface and the surface of the workpiece is calibrated on the lower vertical portion 4 of the working surface of the walls of the second pair 2, and the working walls 5 of the second pair result in a reciprocating movement with the ejection of the resulting workpiece. The heat released during the crystallization of the metal heats the walls 2 of the first pair and the walls 5 of the second pair. After reaching the set temperature of the working surface of the walls 5 of the second pair, controlled by the readings of thermocouples 14 connected to the automatic control system of the device, as well as reaching the set pressure of the coolant vapor in a closed circuit - a high-temperature heat pipe, the cooling medium flows into a pipe of smaller diameter 9 with longitudinal fins 10 of the cooling chamber 8. In this case, the coolant vapors located in the sealed cooling chamber 8 are cooled and condense on the surface of the pipes s of smaller diameter 9. The heat released during the condensation of the coolant vapor is transferred through the wall of the pipe 9 and is removed by the cooling medium. The coolant condensate formed in the cooling chamber 8 enters the pipe 11 of a larger diameter and through the connecting pipes 12 it enters the vertical channels 6 in the central part of the walls 5 of the second pair and the additional inclined channels 7 adjacent to them, the horizontal channel 13 of a closed loop. Subsequently, the coolant condensate entering the second pair of working walls 5 is heated, evaporates, and the steam enters the cooling chamber 8. The process is repeated in a closed circuit.

Claims

A mold cooling device for casting high-temperature metals, consisting of four longitudinally working working walls arranged in pairs, the first pair of walls of which is rotatable and has upper extended and lower vertical sections of the working surface, and a second pair with reciprocating motion, containing vertical channels for the cooling medium, made in the central part of the second pair of walls, and additional inclined channels for the cooling medium s adjacent to the vertical channels, characterized in that it is equipped with thermocouples connected to the automatic control system installed in the second pair of mold walls, a horizontal channel made in the second pair of mold walls, a sealed cooling chamber, which consists of two coaxially arranged pipes: diameter "D _2" for supplying the cooling medium, with longitudinal ribs on an inner surface and a larger diameter "D _1" which is connected to vertical pipes and additional bubbled inclined channels for a cooling medium, wherein the horizontal channel, additional vertical and oblique channels for a cooling medium and sealed cooling chamber form a closed loop, which is a high-temperature heat pipe.