RU2113932C1

RU2113932C1 - Continuous metal pouring crystallizer

Info

Publication number: RU2113932C1
Application number: RU96107150/02A
Authority: RU
Inventors: В.И. Уманец; А.Ф. Копылов; Б.А. Чумарин; В.И. Лебедев
Original assignee: Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1996-04-08
Filing date: 1996-04-08
Publication date: 1998-06-27

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: crystallizer has supporting plates, wide and narrow working walls attached to supporting plates and provided with transverse and longitudinal channels. Walls are provided with additional channels extending in parallel with transverse channels in vertical plane of working walls at pitch equal to 1-5 pitches of longitudinal channels, or inclined to one side at an angle of 15-60 deg to longitudinal channels, or alternatively inclined to both sides at an angle of 15-60 deg to longitudinal axis of crystallizer. EFFECT: increased efficiency and enhanced reliability in operation. 4 dwg , 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов. The invention relates to metallurgy, and more particularly to continuous casting of metals.

Наиболее близким по технической сущности является кристаллизатор для непрерывной разливки металлов, включающий опорные плиты и прикрепленные к ним соответственно широкие и узкие рабочие стенки. В рабочих стенках выполнены поперечные каналы, между которыми расположены продольные каналы. Поперечные каналы соединены отверстиями с подводящими и отводящими трубопроводами. Охлаждающая вода подается в продольные каналы сверху вниз [1]. The closest in technical essence is a mold for continuous casting of metals, including base plates and attached to them, respectively, wide and narrow working walls. Transverse channels are made in the working walls, between which longitudinal channels are located. Cross channels are connected by openings with inlet and outlet pipelines. Cooling water is supplied to the longitudinal channels from top to bottom [1].

Недостатком известного кристаллизатора является неудовлетворительная производительность процесса непрерывной разливки стали. Это объясняется недостаточной интенсивностью теплоотвода от граней оболочки слитка к охлаждающей воде, протекающей в каналах рабочих стенок. Сказанное происходит вследствие ламинарного режима течения воды по продольным каналам кристаллизатора. Кроме того, интенсивность теплоотвода недостаточна вследствие малого количества продольных каналов и площади охлаждения рабочих стенок. Увеличение числа продольных каналов или уменьшения их шага в рабочих стенках известного кристаллизатора затрудняется при сверлении медных рабочих стенок. A disadvantage of the known mold is the unsatisfactory performance of the process of continuous casting of steel. This is explained by the insufficient intensity of heat removal from the faces of the shell of the ingot to the cooling water flowing in the channels of the working walls. The foregoing occurs due to the laminar flow of water along the longitudinal channels of the mold. In addition, the heat sink intensity is insufficient due to the small number of longitudinal channels and the cooling area of the working walls. An increase in the number of longitudinal channels or a decrease in their pitch in the working walls of a known mold is difficult when drilling copper working walls.

В этих условиях толщина оболочки граней слитка становится недостаточной для выдерживания ферростатического давления металла на выходе слитка из кристаллизатора, что вызывает его прорывы и прекращение процесса непрерывной разливки. Особенно это проявляется при повышенных скоростях вытягивания слитка. Under these conditions, the shell thickness of the faces of the ingot becomes insufficient to withstand the ferrostatic pressure of the metal at the outlet of the ingot from the mold, which causes its breakthroughs and termination of the continuous casting process. This is especially manifested at increased ingot drawing speeds.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении производительности процесса непрерывной разливки металлов. The technical effect when using the invention is to increase the productivity of the process of continuous casting of metals.

Указанный технический эффект достигается тем, что кристаллизатор для непрерывной разливки металлов включает опорные плиты и прикрепленные к ним соответственно широкие и узкие рабочие стенки с поперечными и продольными каналами, а также подводящие и отводящие трубопроводы. The specified technical effect is achieved by the fact that the mold for continuous casting of metals includes base plates and, respectively, wide and narrow working walls with transverse and longitudinal channels attached to them, as well as inlet and outlet pipelines.

В рабочих стенках кристаллизатора выполнены дополнительные каналы. Дополнительные каналы выполнены параллельно поперечным каналам и расположены по высоте рабочих стенок с шагом, равным 1 - 5 шага продольных каналов, или дополнительные каналы расположены наклонно в одну сторону под углом к продольным каналам в пределах 15 - 60^o и с шагом, равным 1 - 5 шага продольных каналов, или дополнительные каналы поочередно расположены наклонно в обе стороны под углом к продольной оси кристаллизатора в пределах 15 - 60^o.Additional channels are made in the working walls of the mold. Additional channels are made parallel to the transverse channels and are located along the height of the working walls with a step equal to 1 - 5 steps of the longitudinal channels, or additional channels are located obliquely in one direction at an angle to the longitudinal channels within 15-60 ^o and with a step equal to 1 - 5 step of the longitudinal channels, or additional channels are alternately inclined to both sides at an angle to the longitudinal axis of the mold in the range of 15-60 ^o .

Повышение производительности процесса непрерывной разливки металлов будет происходить вследствие увеличения числа каналов в рабочих стенках без уменьшения их шага по ширине стенок кристаллизатора и изменения режима течения воды в каналах с ламинарного на турбулентный. В этих условиях увеличивается площадь стенок кристаллизатора охлаждаемой проточной водой при одновременном увеличении интенсивности теплоотвода от оболочки граней слитка к охлаждающей воде. The increase in productivity of the process of continuous casting of metals will occur due to an increase in the number of channels in the working walls without decreasing their step along the width of the walls of the mold and changing the mode of flow of water in the channels from laminar to turbulent. Under these conditions, the mold wall area of the cooled running water increases, while the intensity of heat removal from the shell of the faces of the ingot to the cooling water increases.

Расположение дополнительных каналов в горизонтальном и наклонном положениях без изменения шага вертикальных продольных каналов по ширине стенок кристаллизатора способствует изменению режима ламинарного течения воды в каналах на турбулентный за счет образования поперечных или наклонных отверстий в боковых стенках продольных каналов. В условиях турбулентного режима течения воды увеличивается интенсивность теплоотвода от оболочки граней слитка к рабочим стенкам и далее к охлаждающей воде. The location of the additional channels in horizontal and inclined positions without changing the step of the vertical longitudinal channels along the width of the mold walls contributes to a change in the laminar flow of water in the channels to turbulent due to the formation of transverse or inclined holes in the side walls of the longitudinal channels. Under the turbulent regime of water flow, the intensity of heat removal from the shell of the faces of the ingot to the working walls and further to the cooling water increases.

Диапазон значений шага поперечных дополнительных каналов, расположенных параллельно поперечным каналам, а также наклонных каналов в пределах 1 - 5 шага продольных каналов объясняется теплофизическими закономерностями теплоотвода от оболочки граней слитка к охлаждающей воде и гидравлическими закономерностями течения воды в каналах рабочих стенок. При меньших значениях будет затруднено выполнение в рабочих стенках поперечных и наклонных каналов. При больших значениях в продольных каналах будет восстанавливаться ламинарный режим течения воды. The range of step values for transverse additional channels parallel to the transverse channels, as well as inclined channels within 1 - 5 steps of the longitudinal channels, is explained by the thermophysical laws of heat removal from the shell of the faces of the ingot to cooling water and the hydraulic laws of water flow in the channels of the working walls. At lower values, it will be difficult to perform transverse and inclined channels in the working walls. At large values in the longitudinal channels, the laminar regime of water flow will be restored.

Указанный диапазон устанавливается в обратной зависимости от величины шага продольных каналов. The specified range is set in inverse proportion to the pitch of the longitudinal channels.

Диапазон значений угла наклона дополнительных каналов в пределах 15 - 60^o объясняется теплофизическими закономерностями теплоотвода от оболочки граней слитка и гидравлическими закономерностями течения воды в продольных и наклонных каналах. При меньших значениях не будет обеспечиваться турбулентный режим течения воды в каналах. Большие значения устанавливать не имеет смысла, т. к. при этом не повышается эффективность турбулентного режима течения воды в каналах.The range of values of the angle of inclination of the additional channels in the range of 15-60 ^o is explained by the thermophysical laws of heat removal from the shell of the faces of the ingot and the hydraulic laws of water flow in the longitudinal and inclined channels. At lower values, a turbulent mode of water flow in the channels will not be ensured. It makes no sense to establish large values, since the efficiency of the turbulent regime of water flow in the channels does not increase.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от ширины рабочей полости кристаллизатора. The specified range is set in direct proportion to the width of the working cavity of the mold.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого кристаллизатора с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод соответствии заявляемого технического решения критерию изобретательский уровень. The analysis of scientific, technical and patent literature shows the lack of coincidence of the distinctive features of the inventive crystallizer with signs of known technical solutions. Based on this, it is concluded that the claimed technical solution meets the criterion of inventive step.

На фиг. 1 показана схема кристаллизатора для непрерывной разливки металлов, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, с поперечными дополнительными каналами, разрез А-А; на фиг. 3 - то же, с наклонными дополнительными каналами, разрез А-А; на фиг. 4 - то же, с наклонными дополнительными каналами, разрез А-А, вариант. In FIG. 1 shows a diagram of a mold for continuous casting of metals, cross section; in FIG. 2 - the same, with transverse additional channels, section AA; in FIG. 3 - the same, with inclined additional channels, section AA; in FIG. 4 - the same, with inclined additional channels, section AA, option.

Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов состоит из опорных плит 1 и 2, широких 3 и узких 4 рабочих стенок, продольных каналов 5, дополнительных наклонных каналов 6, поперечных каналов 7, поперечных дополнительных каналов 8, дополнительных наклонных каналов 9, пробок 10, стяжек 11, гаек 12, отверстий 13 и 14, трубопроводов 15. The mold for continuous casting of metals consists of base plates 1 and 2, wide 3 and narrow 4 working walls, longitudinal channels 5, additional inclined channels 6, transverse channels 7, transverse additional channels 8, additional inclined channels 9, plugs 10, ties 11, nuts 12, holes 13 and 14, pipelines 15.

Кристаллизатор работает следующим образом. The mold works as follows.

Пример. В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор подается сталь марки ст.3 и вытягивается из него слиток прямоугольного поперечного сечения. Кристаллизатор состоит из стальных плит 1 и 2, к которым при помощи шпилек прикреплены соответственно широкие 3 и узкие 4 медные рабочие стенки. В рабочих стенках 3 и 4 выполнены поперечные каналы 7 с отверстиями 13 и 14. Между поперечными каналами 7 по высоте кристаллизатора выполнены продольные каналы 5. Отверстия 13 соединены с подводящими, а отверстия 14 соединены с отводящими трубопроводами 15. По отверстиям 13 подается под давлением охлаждающая вода, которая протекает сверху вниз по продольным каналам 5 и вытекает через отверстия 14. Опорные плиты 1 вместе с широкими стенками 3 прижимаются к торцам узких рабочих стенок 4 при помощи стяжек 11 с гайками 12. Example. In the process of continuous casting, steel of grade 3 is fed into the mold and an ingot of rectangular cross section is drawn from it. The mold consists of steel plates 1 and 2, to which, with the help of studs, are attached wide 3 and narrow 4 copper working walls, respectively. In the working walls 3 and 4 there are transverse channels 7 with holes 13 and 14. Between the transverse channels 7 along the height of the mold, longitudinal channels 5 are made. The holes 13 are connected to the supply pipes and the holes 14 are connected to the discharge pipes 15. Cooling is supplied through the holes 13 under pressure water, which flows from top to bottom along the longitudinal channels 5 and flows through the openings 14. The base plates 1 together with the wide walls 3 are pressed against the ends of the narrow working walls 4 by means of couplers 11 with nuts 12.

Толщина медных стенок 3 и 4 составляет 80 мм. Каналы 5 и 7 расположены по оси симметрии толщины рабочих стенок 3 и 4. Торцы каналов 5 - 9 заглушены пробками 10 на резьбе. The thickness of the copper walls 3 and 4 is 80 mm. Channels 5 and 7 are located along the axis of symmetry of the thickness of the working walls 3 and 4. The ends of the channels 5 - 9 are plugged with plugs 10 on the thread.

В первом варианте конструкции кристаллизатора (фиг. 2) в рабочих стенках 3 и 4 выполнены дополнительные поперечные каналы 8, расположенные параллельно поперечным каналам 7 по высоте рабочих стенок 3 и 4 с шагом, равным 1 - 5 шага продольных каналов 5. In the first embodiment of the mold design (Fig. 2), additional transverse channels 8 are made in the working walls 3 and 4, parallel to the transverse channels 7 along the height of the working walls 3 and 4 with a step equal to 1 - 5 of the longitudinal channels 5.

Во втором варианте (фиг. 3) дополнительные каналы 6 расположены наклонно в одну сторону под углом к продольным каналам 5 в пределах 15 - 60^o и с шагом, равным 1 - 5 шага продольных каналов.In the second embodiment (Fig. 3), additional channels 6 are located obliquely in one direction at an angle to the longitudinal channels 5 within 15-60 ^° and with a step equal to 1-5 steps of the longitudinal channels.

В третьем варианте (фиг. 4) дополнительные каналы 9 поочередно расположены наклонно в обе стороны под углом к продольной оси кристаллизатора в пределах 15 - 60^o.In the third embodiment (Fig. 4), additional channels 9 are alternately positioned obliquely in both directions at an angle to the longitudinal axis of the mold within 15-60 ^o .

При таком расположении продольных и дополнительных каналов обеспечивается турбулентный режим течения охлаждающей воды в каналах, что приводит к увеличению охлаждаемой площади рабочих стенок и, как следствие, к увеличению интенсивности теплоотвода от граней слитка. Обеспечение турбулентного течения воды в каналах происходит вследствие наличия боковых отверстий в продольных каналах, что вызывает нарушение струйного ламинарного режима течения воды и его перевод в турбулентный режим. В этих условиях увеличивается скорость роста толщины оболочки слитка вследствие увеличения интенсивности теплоотвода от слитка. With this arrangement of longitudinal and additional channels, a turbulent flow of cooling water in the channels is ensured, which leads to an increase in the cooled area of the working walls and, as a result, to an increase in the intensity of heat removal from the faces of the ingot. Providing turbulent water flow in the channels occurs due to the presence of side holes in the longitudinal channels, which causes a violation of the jet laminar regime of water flow and its transfer to turbulent mode. Under these conditions, the growth rate of the thickness of the shell of the ingot increases due to an increase in the intensity of heat removal from the ingot.

В таблице приведены примеры работы кристаллизатора с различными конструктивными параметрами. The table shows examples of the operation of the mold with various design parameters.

В первом примере вследствие большого шага дополнительных поперечных каналов 8 не обеспечивается турбулентный режим течения воды по всей длине продольных каналов 5. Кроме того, вследствие малого наклона каналов 6 и 9 также не обеспечивается режим турбулентного течения воды в продольных каналах 5 и 9. In the first example, due to the large step of the additional transverse channels 8, the turbulent mode of water flow along the entire length of the longitudinal channels 5 is not provided. In addition, due to the small inclination of the channels 6 and 9, the mode of turbulent water flow in the longitudinal channels 5 and 9 is also not provided.

В пятом примере вследствие малого шага дополнительных поперечных каналов 8 затрудняется их выполнение методом сверления на всю ширину широких стенок 3. In the fifth example, due to the small pitch of the additional transverse channels 8, it is difficult to implement them by drilling the entire width of the wide walls 3.

В шестом примере (прототип) вследствие отсутствия дополнительных каналов в рабочих стенках не обеспечивается необходимая интенсивность теплоотвода от граней слитка, что вызывает прорывы металла под кристаллизатором под действием его ферростатического давления из-за недостаточной толщины оболочки слитка и, как следствие, ее прочности. In the sixth example (prototype), due to the lack of additional channels in the working walls, the necessary heat removal rate from the faces of the ingot is not provided, which causes breakthroughs of the metal under the mold under the influence of its ferrostatic pressure due to the insufficient thickness of the shell of the ingot and, as a consequence, its strength.

В оптимальных примерах 2 - 4 вследствие выполнения в рабочих стенках дополнительных каналов 6 и 8 и наклона дополнительных каналов 9 в необходимых параметрах обеспечивается повышение величины площади охлаждаемой поверхности рабочих стенок кристаллизатора и повышение интенсивности теплоотвода от граней слитка. In optimal examples 2 to 4, due to the implementation of additional channels 6 and 8 in the working walls and the inclination of the additional channels 9, the required parameters increase the area of the cooled surface of the working walls of the mold and increase the intensity of heat removal from the faces of the ingot.

Применение предлагаемого кристаллизатора позволяет повысить производительность процесса непрерывной разливки стали на 3 - 5% за счет сокращения прорывов металла под кристаллизатором. The use of the proposed mold allows to increase the productivity of the process of continuous casting of steel by 3 - 5% due to the reduction of breakthroughs of metal under the mold.

Claims

A mold for continuous casting of metals, containing base plates and attached to them respectively wide and narrow working walls with transverse and longitudinal channels connected to inlet and outlet pipelines, characterized in that additional channels are made in the working walls located along the height of the working walls in increments equal to the longitudinal pitch channel 15, the additional channels are arranged parallel transverse channels or inclined in one direction at an angle of 15 - 60 ^o to the longitudinal channels or lonno in both directions at an angle of 15 - 60 ^o to the longitudinal axis of the mold alternately.