RU2651083C1

RU2651083C1 - Crystallizer for obtaining continuous cylindrical workpieces

Info

Publication number: RU2651083C1
Application number: RU2016148133A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Викторович Стулов
Original assignee: Вячеслав Викторович Стулов
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-04-18

Abstract

FIELD: foundry.

SUBSTANCE: invention relates to continuous metal casting. Crystallizer comprises body (1) with heat pipe installed therein, condenser (5) connected by steam lines (4) and condensate lines (6) with heat pipe with the formation of a closed evaporative-condensation circuit, and casing (7). In the space between the pipes of the heat pipe, longitudinal ribs of 4-5 mm thick and 5-7 mm high are uniformly located along the perimeter at a distance of 12-15 mm from each other. Inner surface of pipe (3) between the fins is covered with a porous coating of 0.4-0.7 mm thick. Coolant impregnating the coating is poured into the space between pipes (2) and (3) and heated by electric heating elements (10). After reaching the set temperature and shutdown of elements (10), metal is poured into pipe (3). Coolant vapor, which is formed uniformly along the height of the crystallizer due to the porous coating, enters the condenser through the steam lines, where it is cooled by water supplied into the space between the condenser and the casing.

EFFECT: increase in the cooling reliability of the wall of the crystallizer and an increase in the strength of the structure are ensured.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к охлаждению кристаллизатора при получении непрерывнолитых цилиндрических заготовок.The invention relates to metallurgy, in particular to cooling the mold upon receipt of continuously cast cylindrical billets.

Известен кристаллизатор для получения непрерывнолитых заготовок [Патент РФ №2556167. Кристаллизатор для получения непрерывнолитых заготовок. 20.07.2015], содержащий трубы, коаксиально установленные одна в другой с образованием между ними замкнутого пространства для теплоносителя, образующие тепловую трубу, корпус с тепловой трубой, конденсатор, связанный паропроводами и конденсатопроводами с тепловой трубой с образованием замкнутого испарительно-конденсационного контура, кожух с двумя люками, выполненный с возможностью подачи в него охлаждающей воды для охлаждения конденсатора, электрические нагревательные элементы, расположенные в нижней части замкнутого пространства между трубами, и термопары, подключенные к системе автоматического управления охлаждением кристаллизатора.A known mold for producing continuously cast billets [RF Patent No. 2556167. Mold for continuously cast billets. 07/20/2015], containing pipes coaxially installed one into the other with the formation of a closed space between them for the heat carrier, forming a heat pipe, a housing with a heat pipe, a condenser connected by steam and condensate pipelines to a heat pipe to form a closed evaporative-condensation circuit, a casing with two hatches, configured to supply cooling water to it for cooling the condenser, electric heating elements located in the lower part of the enclosed space between pipes, and thermocouples connected to the mold cooling automatic control system.

Недостаток известного кристаллизатора заключается в возможности перегрева стенок кристаллизатора при скоростях разливки цилиндрических заготовок 2,5-5 м/мин и плотностях тепловых потоков более 3 МВт/м² по причине возможного наступления кризиса кипения теплоносителя на охлаждаемой стенке внутренней трубы.A disadvantage of the known mold is the possibility of overheating of the walls of the mold at a casting speed of cylindrical billets of 2.5-5 m / min and heat flux densities of more than 3 MW / m ² due to the possible onset of a crisis of boiling coolant on the cooled wall of the inner pipe.

Заявляемый кристаллизатор направлен на повышение надежности охлаждения стенки кристаллизатора при скоростях разливки цилиндрической заготовки 2,5-5 м/мин, повышение прочности конструкции.The inventive mold is aimed at improving the reliability of cooling the mold wall at a casting speed of a cylindrical billet of 2.5-5 m / min, increasing the strength of the structure.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого кристаллизатора, заключается в возможности увеличения скорости разливки заготовок более 2,5 м/мин, исключения перегрева стенки и ее деформации.The technical result obtained by the implementation of the inventive mold, is the possibility of increasing the casting speed of the workpieces more than 2.5 m / min, eliminating wall overheating and its deformation.

Заявляемый кристаллизатор характеризуется следующими существенными признаками.The inventive mold is characterized by the following essential features.

Ограничительные признаки: коаксиально установленные одна в другой трубы с образованием между ними замкнутого пространства для теплоносителя; тепловая труба и корпус с тепловой трубой; конденсатор; конденсатор связан паропроводами и конденсатопроводами с тепловой трубой; замкнутый испарительно-конденсационный контур; кожух с двумя люками, выполненный с возможностью подачи в него охлаждающей воды для охлаждения конденсатора; электрические нагревательные элементы, расположенные в нижней части замкнутого пространства между трубами; термопары, подключенные к системе автоматического управления охлаждением кристаллизатора.Restrictive signs: coaxially installed one in another pipe with the formation between them of a closed space for the coolant; heat pipe and casing with heat pipe; capacitor; the condenser is connected by steam lines and condensate lines to a heat pipe; closed evaporative condensation circuit; a casing with two hatches, configured to supply cooling water to it for cooling the condenser; electric heating elements located in the lower part of the enclosed space between the pipes; thermocouples connected to the mold cooling automatic control system.

Отличительные признаки: в замкнутом пространстве между коаксиально установленными одна в другой трубами равномерно по периметру располагаются продольные ребра; параметры ребер: толщина в=4-5 мм и высота а=5-7 мм, расстояние между ребрами с=12-15 мм; внутренняя поверхность стенки рабочей трубы между ребрами покрывается пористым покрытием; толщина пористого покрытия h=0,4-0,7 мм.Distinctive features: in the confined space between coaxially installed pipes in one another, longitudinal ribs are evenly distributed around the perimeter; ribs parameters: thickness b = 4-5 mm and height a = 5-7 mm, distance between ribs c = 12-15 mm; the inner surface of the wall of the working pipe between the ribs is covered with a porous coating; the thickness of the porous coating h = 0.4-0.7 mm

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

Расположение равномерно по периметру в замкнутом пространстве между коаксиально установленными одна в другой трубами продольных ребер повышает жесткость рабочей стенки кристаллизатора во время его работы.The arrangement of longitudinal ribs evenly around the perimeter in a confined space between longitudinally coaxially mounted tubes in one another increases the rigidity of the mold working wall during its operation.

Уменьшение толщины ребер в<4 мм не обеспечивает в ряде случаев требуемой жесткости рабочей стенки.Reducing the thickness of the ribs in <4 mm does not in some cases provide the required rigidity of the working wall.

Увеличение толщины ребер в>5 мм приводит к нецелесообразному уменьшению площади сечения зазора проходу охлаждающей смеси.An increase in the thickness of the ribs in> 5 mm leads to an inappropriate reduction of the cross-sectional area of the gap to the passage of the cooling mixture.

Уменьшение высоты ребер а<5 мм приводит к нецелесообразному уменьшению величины зазора для прохода охлаждающей среды между трубами, что уменьшает передаваемый тепловой поток и нерационально увеличивает сопротивление движению охлаждающей среды.Reducing the height of the ribs a <5 mm leads to an inappropriate reduction of the gap for the passage of the cooling medium between the pipes, which reduces the transmitted heat flux and irrationally increases the resistance to movement of the cooling medium.

Увеличение высоты ребер а>7 мм приводит к нерациональному увеличению диаметра трубы и массы кристаллизатора.An increase in the height of the ribs a> 7 mm leads to an irrational increase in the diameter of the pipe and the mass of the mold.

Уменьшение расстояния между ребрами с<12 мм приводит к нерациональному увеличению количества ребер и ухудшению охлаждения стенки кристаллизатора.Reducing the distance between the ribs with <12 mm leads to an irrational increase in the number of ribs and a deterioration in the cooling of the mold wall.

Увеличение расстояния между ребрами с>15 мм в ряде случаев не обеспечивает требуемой жесткости стенки при работающем кристаллизаторе.An increase in the distance between the ribs with> 15 mm in some cases does not provide the required wall stiffness with a working mold.

Покрытие внутренней поверхности стенки трубы пористым покрытием обеспечивает более эффективный процесс парообразования на стенке трубы при меньших значениях ее перегрева, а также большие (в 2-3 раза) значения отводимых до наступления кризиса кипения тепловых потоков [Высокотемпературные тепловые трубы / В.И. Толубинский, Е.Н. Шевчук. Киев: Наук. думка, 1989, 168 с.].Coating the inner surface of the pipe wall with a porous coating provides a more efficient process of vaporization on the pipe wall with lower values of its overheating, as well as large (2–3 times) values of heat fluxes removed before the boiling crisis occurs [High-temperature heat pipes / V.I. Tolubinsky, E.N. Shevchuk. Kiev: Science. Dumka, 1989, 168 p.].

Уменьшение толщины пористого покрытия h<0,4 мм затрудняет крепление покрытия на поверхности стенки и не обеспечивает достаточно эффективный и равномерный процесс парообразования в порах.A decrease in the thickness of the porous coating h <0.4 mm makes it difficult to mount the coating on the wall surface and does not provide a sufficiently effective and uniform process of vaporization in the pores.

Увеличение толщины пористого покрытия h>0,7 мм значительно увеличивает сопротивление движению в нем пара теплоносителя, вызывает рост перепада давлений на входе и выходе из покрытия, уменьшает значения теплового потока, отводимого от стенки трубы.An increase in the thickness of the porous coating h> 0.7 mm significantly increases the resistance to movement of the heat carrier vapor in it, causes an increase in the pressure drop at the inlet and outlet of the coating, and reduces the values of the heat flux removed from the pipe wall.

На фиг. 1 приведен внешний вид кристаллизатора для получения непрерывнолитых цилиндрических заготовок, на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 - сечение В-В фиг. 1.In FIG. 1 shows the appearance of a mold for producing continuously cast cylindrical blanks; FIG. 2 is a section AA of FIG. 1, in FIG. 3 is a section BB of FIG. one.

Кристаллизатор на фиг. 1-3 состоит из корпуса 1 с коаксиально установленными в нем трубами 2 большего «Д₁» и меньшего «Д₂» диаметров 3, паропроводов 4, конденсатора 5, конденсатопроводов 6, образующих замкнутый испарительно-конденсационный контур тепловой трубы, кожуха 7 с люками 8 и 9, электронагревательных элементов 10, термопар 11-14, подключенных в систему автоматического управления охлаждением кристаллизатора, патрубков 15 и 16, продольных ребер 17, пористого покрытия 18.The mold of FIG. 1-3 consists of a housing 1 with coaxially mounted pipes 2 of a larger “D ₁ ” and a smaller “D ₂ ” of diameters 3, steam pipelines 4, a condenser 5, condensate pipelines 6 forming a closed evaporation-condensation circuit of the heat pipe, a casing 7 with hatches 8 and 9, electric heating elements 10, thermocouples 11-14 connected to the automatic cooling control of the mold, nozzles 15 and 16, longitudinal ribs 17, porous coating 18.

Предварительно в пространство между трубами 2 и 3 устанавливаются продольные ребра 17, между которыми закрепляются пористые покрытия 18. Заливается определенное количество теплоносителя с пропитыванием пористых покрытий. Включаются электронагревательные элементы 10, которые разогревают теплоноситель с трубами 2 и 3, продольные ребра 17, пористые покрытия 18, пропитанные теплоносителем. После достижения заданной температуры, фиксируемой по показаниям термопар 11 и 12, кристаллизатор подготовлен к разливке в него металла.Preliminarily, longitudinal ribs 17 are installed in the space between the pipes 2 and 3, between which the porous coatings 18 are fixed. A certain amount of coolant is filled with impregnation of the porous coatings. The electric heating elements 10 are turned on, which heat up the coolant with pipes 2 and 3, longitudinal ribs 17, porous coatings 18 impregnated with coolant. After reaching the set temperature, fixed according to the readings of thermocouples 11 and 12, the mold is prepared for casting metal into it.

Работа кристаллизатора осуществляется следующим образом. Отключаются электронагревательные элементы 10 и производится заливка жидкого металла во внутрь трубы 3, что приводит к дальнейшему ее разогреву с пористым покрытием 18 и теплоносителем. При разогреве пористого покрытия 18 с теплоносителем равномерно по высоте кристаллизатора образуется пар, который поступает в пространство между трубами 2 и 3, и вдоль продольных ребер 17 поступает по паропроводам 4 в конденсатор 5, температура в котором фиксируется по показаниям термопары 12. Включается подача охлаждающей воды через патрубки 15 в пространство между конденсатором 5 и кожухом 7, что приводит к охлаждению пара и его конденсации в конденсаторе 5. Нагретая охлаждающая вода выходит через патрубок 16. Конденсат по конденсатопроводам 6 стекает в нижнюю часть пространства с трубами 2 и 3. Температура воды фиксируется по показаниям термопары 13 и 14, что позволяет при известном расходе воды на кристаллизатор установить величину отводимого от разливаемого металла теплового потока.The operation of the mold is as follows. The electric heating elements 10 are turned off and liquid metal is poured into the inside of the pipe 3, which leads to its further heating with a porous coating 18 and a coolant. When heating a porous coating 18 with a coolant uniformly along the height of the mold, steam is formed that enters the space between pipes 2 and 3, and along the longitudinal ribs 17 flows through the steam lines 4 to the condenser 5, the temperature of which is fixed according to the readings of the thermocouple 12. The cooling water supply is turned on through the nozzles 15 into the space between the condenser 5 and the casing 7, which leads to the cooling of the steam and its condensation in the condenser 5. The heated cooling water exits through the nozzle 16. Condensate through the condensate lines 6 flows into the lower part of the space with pipes 2 and 3. The water temperature is recorded according to the readings of thermocouples 13 and 14, which allows for a known flow rate of water to the mold to establish the value of the heat flux removed from the cast metal.

Claims

A mold for producing continuous cylindrical billets, comprising a housing with a heat pipe located therein, formed by pipes coaxially installed one into another to form a closed space between them for the coolant, a condenser connected by steam and condensate pipelines to the heat pipe to form a closed evaporative-condensation circuit, casing with two hatches, configured to supply cooling water to it for cooling the condenser, electric heaters e elements located in the lower part of the closed space between the pipes, and thermocouples connected to the automatic cooling system of the mold, characterized in that in the closed space between the coaxially installed pipes in one another, longitudinal ribs with a thickness of 4-5 mm are made uniformly around the perimeter and a height of a = 5-7 mm, located at a distance of c = 12-15 mm from each other, and the inner surface of the pipe of smaller diameter between the ribs is covered with a porous coating with a thickness of h = 0.4-0.7 mm.