1.Область техники

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам охлаждения кристал- лизаторов машин непрерывной разливки металла, преимущественно для получения ци- линдрических заготовок.

2. Предшествующий уровень техники

Известен способ охлаждения стенок кристаллизатора с прямоточной системой охла- ждения [Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф. Непрерывная разливка стали. М.: Метал - лургия, 1990. - 296 с. См. стр. 111 - 112], заключающийся в подводе и отводе холодной воды в вертикальные каналы стенок.

Недостатки известного способа охлаждения кристаллизатора следующие:

- использование в системе охлаждения холодной воды с температурой не более 30 °С;

- высокие требования к качеству охлаждающей воды;

- недопустимость нагрева воды в каналах стенок кристаллизатора больше, чем на 10 - 11 °С;

- потери низкопотенциального тепла воды в холодильной машине или в градирне;

- заливка металла в непрогретый кристаллизатор ухудшает качество заготовок по при - чине переохлаждения поверхностных слоев металла.

3. Раскрытие изобретения

Заявляемый способ направлен на создание высокоэффективного процесса разогрева и охлаждения преимущественно цилиндрического кристаллизатора при получении неп- рерывных заготовок из высокотемпературных металлов и сплавов.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа, заключается в следующем:

- разогрев кристаллизатора и циркулирующей в нем воды до заданной температуры перед разливкой металла;

- увеличении интенсивности теплообмена охлаждающей воды в каналах стенок и уве- личении коэффициента теплопередачи кристаллизатора;

- возможности уменьшения расхода охлаждающей воды, уменьшения расхода электро- энергии на привод электродвигателя насоса, уменьшении габаритов и массы насоса;

- улучшении качества получаемой заготовки.

Заявляемый способ характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: подача охлаждающей воды в вертикальные каналы; контроль температуры и расхода воды на входе и выходе из кристаллизатора.

Отличительные признаки: разогрев стенок кристаллизатора и циркулирующей по замкнутому контуру и в каналах стенок охлаждающей воды до температуры 150 - 170 °С; прекращение разогрева стенок и циркулирующей воды после достижения заданной температуры с одновременной заливкой жидкого металла и охлаждением циркулирую- щей в замкнутом контуре горячей воды.

Причинно - следственная связь между совокупностью существенных признаков за- являемого способа и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Разогрев стенок кристаллизатора и циркулирующей по замкнутому контуру и в ка - налах стенок воды до рабочей температуры уменьшает вероятность перевода в брак жидкого металла, заливаемого в начале разливки в пустой кристаллизатор. Кроме это - го, уменьшается вероятность негативного воздействия первых порций заливаемого жи- дкого металла на рабочую поверхность стенок кристаллизатора.

Уменьшение температуры разогрева стенок кристаллизатора и циркулирующей по замкнутому контуру и в каналах стенок воды до t < 150 °С не позволяет в значительной степени (на 30 - 50 %) повысить значение коэффициента теплоотдачи воды в каналах без увеличения скорости воды, по сравнению с коэффициентом теплоотдачи холодной воды (t = 15 - 40 °С) при той же скорости. Более высокие теплофизические свойства горячей воды (t = 150 - 170 °С), в частности коэффициент теплопроводности и коэффи- циент кинематической вязкости, по сравнению с холодной водой определяют более вы- сокое значение коэффициента теплоотдачи воды в канале стенки.

Увеличение температуры разогрева стенок кристаллизатора и циркулирующей по замкнутому контуру и в каналах стенок воды до t > 170 °С приводит к нецелесообраз - ному увеличению давления воды в контуре и необходимости увеличения толщины сте- нок трубопровода. Кроме этого, уменьшается значение коэффициента теплопроводнос- ти воды, что отражается на значении коэффициента теплоотдачи воды. Дополнитель- но, увеличивается температура рабочей поверхности стенки и металла заготовки, нару- шающие технологический процесс.

Прекращение разогрева стенок и циркулирующей по замкнутому контуру воды пос- ле достижения заданной температуры исключает дальнейшее увеличение температуры циркулирующей воды.

Одновременная заливка в кристаллизатор жидкого металла и охлаждение циркули - рующей в контуре горячей воды исключает возможность дальнейшего увеличения тем- пературы горячей воды и температуры рабочей поверхности стенки кристаллизатора.

4. Краткое описание чертежей

На Fig. показано устройство охлаждения кристаллизатора горячей водой.

Устройство охлаждения кристаллизатора состоит из кристаллизатора 11 с щелевы- ми каналами 12, коллекторов 13 и 14 для подвода и отвода горячей воды соответстве- нно, электрического нагревателя 117, водяного насоса 15, теплообменника 16 с патру- бком 110 и обтекаемым телом 17, щелевых каналов 18 и 19 для горячей и холодной во- ды соответственно, люков 112, термопар 113 - 116, подключенных с нагревателем 117 в систему автоматического управления работой устройства. Предварительно щелевые каналы 12 кристаллизатора 11, коллектора 13 и 14, а также подводящие и отводящие трубопроводы воды, входящие в замкнутый контур циркуляции теплоносителя, запол- няются охлаждающей водой. Способ охлаждения реализуется устройством следую- щим образом. Включается электрический нагреватель 117 и водяной насос 15 для ци- ркуляции теплоносителя. После достижения заданной температуры нагрева воды, фи- ксируемой по показанию термопары 114, системой автоматического управления ра- ботой устройства отключается электрический нагреватель 117. Одновременно произ- водится заливка жидкого металла в кристаллизатор 11 и включается подача охлаждаю- щей воды через патрубок 111 в теплообменник 16. Вода, проходящая в щелевых кана- лах 12 и 19, отводит тепло соответственно от разливаемого металла и от горячей воды, движущейся в щелевом канале 18. Температура циркулирующей горячей воды контро- лируется по показаниям термопар 113 и 114, а температура холодной воды - по показа- ниям термопар 115 и 116. При отклонении температуры горячей воды за пределы зада- нных значений системой автоматического управления осуществляется увеличение (уменьшение) расхода холодной воды, подаваемой в теплообменник 16. При обслужи- вании устройства снимаются люки 1 12 и производится очистка поверхностей тепло- обмена от возможных загрязнений охлаждающей водой.

5. Лучший вариант осуществления изобретения

Лучший вариант осуществления изобретения получается при охлаждении цилинд- рического кристаллизатора для отливки цилиндрических стальных заготовок. В качест- ве материала кристаллизатора используется никелевый лист толщиной 5 мм. В этом случае обеспечивается возможность разогрева кристаллизатора и циркулирующей по замкнутому контуру воды до температуры 150 - 170 °С.

6. Промышленная применимость

Промышленная применимость может быть продемонстрирована при получении стальных цилиндрических заготовок диаметром 150 мм в никелевом кристаллизаторе высотой 500 мм при средней плотности подводимого теплового потока 1,5 10 ⁶ Вт/м ² и объемном расходе горячей воды 86,4 м /час. Щелевой зазор проходу воды равен 5 мм. Средняя расчетная температура поверхности внутренней стенки кристаллизатора рав - няется 200 °С, средняя температура наружной рабочей поверхности стенки 295 °С. Теплообменник для отвода тепла горячей воды: длина 1200 мм, диаметр обтекаемого тела 160 мм, температура входящей и выходящей воды соответственно 20 и 80 °С. Зазор проходу воды 4 мм. Объемный расход воды на теплообменник 5,15 м /час. Горя- чая вода, выходящая из теплообменника, может быть использована на обогрев помеще- ний, а также на бытовые нужды.