RU2322325C1

RU2322325C1 - Mold cooling method for producing continuously cast deformed blank of high-temperature metals and apparatus for performing the same

Info

Publication number: RU2322325C1
Application number: RU2006121290/02A
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: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2008-04-20
Also published as: RU2006121290A

Abstract

FIELD: continuous casting processes and equipment.

SUBSTANCE: mold includes four working walls with ducts for cooling fluid. First pair of walls is made with possibility of motion and it has inclined upper and vertical lower portions. Second pair of walls is made with possibility of reciprocation motion. Inclined portions of walls are cooled by means of water-air mixture; vertical portions are cooled by means of heating zones of high temperature heat pipes. Heating zones of heat pipes are mounted by tight fit in lower vertical portion of walls of first pair. Ribbed cooling zones of heat pipes are arranged in upper portions of walls with annular gaps. Relation of diameter D1 of duct in upper portion of wall to diameter D of duct of lower vertical portion of wall D1/D = 1.1 - 1.2.

EFFECT: improved quality of blanks.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению непрерывнолитых деформированных заготовок в охлаждаемых кристаллизаторах.The invention relates to metallurgy, in particular to the production of continuously cast deformed billets in cooled molds.

Известен способ охлаждения кристаллизатора с прямоточной системой охлаждения [1. Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф. Непрерывная разливка стали. М.: Металлургия, 1990. 296 с. См. стр.111-112], заключающейся в независимом подводе и отводе охлаждающей воды в вертикальные каналы каждой из четырех стенок кристаллизатора.A known method of cooling a crystallizer with a once-through cooling system [1. Popandopulo I.K., Mikhnevich Yu.F. Continuous steel casting. M .: Metallurgy, 1990.296 s. See p. 111-112], which consists in the independent supply and removal of cooling water into the vertical channels of each of the four walls of the mold.

Недостатком известного способа охлаждения кристаллизатора является применение его преимущественно для охлаждения медных стенок кристаллизатора в существующих машинах непрерывной разливки стали и невозможность его применения для охлаждения кристаллизаторов с четырьмя расположенными попарно продольными рабочими стенками, при этом первая пара рабочих стенок выполнена с верхним, расположенным под углом к вертикали, и вертикальным нижним участками рабочей поверхности, а вторая пара рабочих стенок выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения [2. Патент RU №2084311. Сборный кристаллизатор для непрерывной разливки металла // В.В.Стулов, В.И.Одиноков. Опубл. 20.07.97. Бюл. №20]. Основной задачей кристаллизаторов существующих машин является только обеспечение интенсивного отвода тепла от кристаллизующейся стали и образование по периметру корочки, которая на выходе из кристаллизатора должна выдерживать ферростатическое давление жидкой фазы.A disadvantage of the known method of cooling the mold is its use mainly for cooling the copper walls of the mold in existing continuous casting machines and the impossibility of its use for cooling molds with four longitudinal longitudinal working walls arranged in pairs, while the first pair of working walls is made with the upper one located at an angle to the vertical , and the vertical lower sections of the working surface, and the second pair of working walls is made with the possibility of reciprocating translational motion [2. Patent RU No. 2084311. Prefabricated mold for continuous casting of metal // V.V. Stulov, V.I. Odinokov. Publ. 07/20/97. Bull. No. 20]. The main objective of the crystallizers of existing machines is only to provide intensive heat removal from crystallizing steel and the formation of a crust around the perimeter, which at the exit from the mold must withstand the ferrostatic pressure of the liquid phase.

Кроме этого для охлаждения таких кристаллизаторов требуются большие расходы охлаждающей воды, достигающие 100-400 м³/час, с целью предотвращения подкипания воды в каналах.In addition, for the cooling of such crystallizers, a large flow of cooling water is required, reaching 100-400 m ³ / hour, in order to prevent boiling of water in the channels.

Заявляемый способ направлен на создание высокоэффективного процесса получения непрерывнолитых деформированных заготовок из высокотемпературных металлов.The inventive method is aimed at creating a highly efficient process for the production of continuously cast deformed billets from high-temperature metals.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа заключается в:The technical result obtained by the implementation of the proposed method is:

1. Высокоэффективном охлаждении продольных рабочих стенок кристаллизатора.1. Highly efficient cooling of the longitudinal working walls of the mold.

2. Повышении качества получаемых деформированных заготовок.2. Improving the quality of the obtained deformed workpieces.

3. Отсутствии необходимости наличия системы автоматического управления температурой верхнего и нижнего участков стенок первой пары.3. There is no need for an automatic temperature control system for the upper and lower sections of the walls of the first pair.

Заявляемый способ характеризуется следующими существенными признаками.The inventive method is characterized by the following essential features.

Ограничительные признаки: кристаллизатора состоит из четырех, расположенных попарно продольных рабочих стенок с вертикальными каналами для охлаждающей среды, первая пара стенок которого выполнена с возможностью перемещения и имеет верхний участок, расположенный под углом к вертикали, и нижний вертикальный участок, а вторая пара - с возможностью возвратно-поступательного движения.Restrictive signs: the mold consists of four longitudinally arranged longitudinal working walls with vertical channels for the cooling medium, the first pair of walls of which is movable and has an upper section located at an angle to the vertical and a lower vertical section, and the second pair with the possibility reciprocating motion.

Отличительные признаки: участки, расположенные под углом к вертикали, охлаждают водовоздушной смесью; нижние вертикальные участки охлаждают посредством зон нагрева высокотемпературных тепловых груб, устанавливаемых в вертикальные каналы стенок кристаллизатора.Distinctive features: sections located at an angle to the vertical are cooled with a water-air mixture; the lower vertical sections are cooled by heating zones of high-temperature heat coarse, installed in the vertical channels of the walls of the mold.

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

Охлаждение участков, расположенных под углом к вертикали, водовоздушной смесью обеспечивает высокоэффективный отвод тепла от стенок по причине испарения капель воды в смеси и обеспечения более высокого значения коэффициента теплоотдачи смеси по сравнению с водяным охлаждением. В результате уменьшается расход воды в десятки раз и затраты электроэнергии на ее перекачивание.The cooling of sections located at an angle to the vertical with a water-air mixture provides highly efficient heat removal from the walls due to the evaporation of water droplets in the mixture and providing a higher value of the heat transfer coefficient of the mixture compared to water cooling. As a result, water consumption is reduced tens of times and the cost of electricity for pumping it.

Охлаждение нижних вертикальных участков посредством зон нагрева высокотемпературных тепловых труб, устанавливаемых в вертикальные каналы стенок кристаллизатора [3. Толубинский В.И., Шевчук Е.Н. Высокотемпературные тепловые трубы. Киев: Наук. думка, 1989. 168 с.], устраняет необходимость подачи в вертикальные каналы охлаждающей воды, увеличивает коэффициент теплопередачи стенки, обеспечивает возможность разогрева вертикального нижнего участка первой пары стенок до заданной температуры за более короткий промежуток времени в начале процесса и позволяет поддерживать строго заданную температуру вертикального нижнего участка первой пары стенок на протяжении всего времени работы кристаллизатора.The cooling of the lower vertical sections through the heating zones of high-temperature heat pipes installed in the vertical channels of the walls of the mold [3. Tolubinsky V.I., Shevchuk E.N. High temperature heat pipes. Kiev: Science. Dumka, 1989. 168 p.], eliminates the need for supplying cooling water to vertical channels, increases the wall heat transfer coefficient, provides the possibility of heating the vertical lower section of the first pair of walls to a predetermined temperature in a shorter period of time at the beginning of the process, and allows maintaining a strictly specified vertical temperature the lower portion of the first pair of walls throughout the entire operation of the mold.

Для реализации заявляемого способа заявляется устройство, уровень техники которого известен [2]. Известное устройство для получения непрерывнолитых деформированных заготовок из высокотемпературных металлов представляет собой кристаллизатор, состоящий из четырех расположенных попарно продольных рабочих стенок с каналами, при этом первая пара рабочих стенок выполнена с верхним, расположенным под углом к вертикали и вертикальным нижним участками рабочей поверхности с возможностью перемещения, а вторая пара рабочих стенок выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения, внутри каждого канала установлена трубка с заглушенным концом, по высоте которой выполнены отверстия для распыливания воды.To implement the proposed method, a device is claimed, the prior art of which is known [2]. A known device for producing continuously cast deformed billets of high-temperature metals is a mold consisting of four longitudinally arranged longitudinal working walls with channels, the first pair of working walls made with the upper, located at an angle to the vertical and vertical lower sections of the working surface with the possibility of movement, and the second pair of working walls is made with the possibility of reciprocating motion, a tube with a zag is installed inside each channel tinned end, the height of which holes are made for spraying water.

Недостаток известного устройства заключается в том, что наличие внутри каждого канала трубки с заглушенным концом, по высоте которой выполнены отверстия для распыливания воды, не обеспечивает возможность первоначального охлаждения верхнего, расположенного под углом к вертикали участка рабочей поверхности первой пары рабочих стенок и автоматического охлаждения вертикального нижнего участка первой пары рабочих стенок после достижения заданной температуры рабочей поверхности при получении непрерывнолитых деформированных заготовок из высокотемпературных металлов.A disadvantage of the known device is that the presence of a tube with a plugged end inside each channel, along the height of which holes for spraying water are made, does not provide the possibility of initial cooling of the upper, located at an angle to the vertical section of the working surface of the first pair of working walls and automatic cooling of the vertical lower section of the first pair of working walls after reaching a predetermined temperature of the working surface upon receipt of continuously cast deformed billets from high temperature metals.

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

1. В уменьшении расхода охлаждающей воды и электроэнергии более чем в 10 раз.1. In reducing the consumption of cooling water and electricity by more than 10 times.

2. В повышении надежности и безопасности работы кристаллизатора.2. In improving the reliability and safety of the mold.

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

Ограничительные признаки: кристаллизатор, состоящий из четырех расположенных попарно продольных рабочих стенок; первая пара стенок кристаллизатора выполнена с возможностью перемещения и имеет верхний участок, расположенный под углом к вертикали, и нижний вертикальным участок; вторая пара стенок кристаллизатора выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения; вертикальные каналы для охлаждающей среды, выполненные в стенках кристаллизатора.Restrictive signs: a crystallizer, consisting of four longitudinally arranged working walls arranged in pairs; the first pair of mold walls is movable and has an upper portion located at an angle to the vertical and a lower vertical portion; the second pair of walls of the mold is made with the possibility of reciprocating motion; vertical channels for the cooling medium, made in the walls of the mold.

Отличительные признаки: высокотемпературные цилиндрические тепловые трубы, установленные в вертикальных каналах первой пары рабочих стенок; зоны нагрева тепловых труб установлены по плотной посадке в нижнем вертикальном участке стенок кристаллизатора; ореберные зоны охлаждения тепловых труб расположены в верхних участках стенок кристаллизатора с кольцевыми зазорами, которые сообщены с дополнительными отверстиями для подвода в них водовоздушной смеси; отношение диаметра «Д₁» канала, выполненного в верхнем участке стенки кристаллизатора, к диаметру «Д» канала, выполненного в нижнем вертикальном участке стенки кристаллизатора, составляет Д₁/Д=1,1-1,2.Distinctive features: high-temperature cylindrical heat pipes installed in the vertical channels of the first pair of working walls; heat pipe heating zones are installed by tight fit in the lower vertical section of the mold walls; fins cooling zones of heat pipes are located in the upper sections of the walls of the mold with annular gaps that are in communication with additional holes for supplying a water-air mixture; the ratio of the diameter "D ₁ " of the channel made in the upper portion of the mold wall to the diameter "D" of the channel made in the lower vertical portion of the mold wall is D ₁ / D = 1.1-1.2.

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.

Установка в вертикальные каналы первой пары рабочих стенок высокотемпературных цилиндрических тепловых труб [3] позволяет с высокой эффективностью передавать тепло от стенок и устранить необходимость подачи воды в каналы. Кроме этого заправка тепловой трубы определенным теплоносителем с заданной температурой его кипения позволяет высокоэффективно охлаждать вертикальный нижний участок первой пары рабочих стенок только после достижения заданной температуры рабочей поверхности.Installation in vertical channels of the first pair of working walls of high-temperature cylindrical heat pipes [3] makes it possible to transfer heat from walls with high efficiency and eliminate the need for water supply to the channels. In addition, refueling a heat pipe with a specific heat carrier with a given boiling point allows it to highly efficiently cool the vertical lower section of the first pair of working walls only after reaching the specified temperature of the working surface.

Установление по плотной посадке зоны нагрева тепловых труб в нижнем вертикальном участке стенок кристаллизатора уменьшает термическое сопротивление контакта и увеличивает эффективность передачи тепла тепловой трубой, то есть эффективность охлаждения стенок.The tight fit of the heat pipe heating zone in the lower vertical portion of the mold walls reduces the thermal resistance of the contact and increases the heat transfer efficiency of the heat pipe, that is, the wall cooling efficiency.

Наличие оребренных зон охлаждения тепловых труб, расположенных в верхних участках стенок кристаллизатора с кольцевыми зазорами, которые сообщены с дополнительными отверстиями для подвода в них водовоздушной смеси, увеличивает поверхность зон охлаждения тепловых труб, а соответственно увеличивает количество тепла, передаваемого водовоздушной смеси.The presence of finned cooling zones of heat pipes, located in the upper sections of the crystallizer walls with annular gaps, which are in communication with additional holes for supplying water-air mixture to them, increases the surface of the cooling zones of heat pipes, and accordingly increases the amount of heat transferred to the water-air mixture.

Уменьшение отношения Д₁/Д<1,1 (где «Д₁» - диаметр канала, выполненного в верхнем участке стенки кристаллизатора, «Д» - диаметр канала, выполненного в нижнем вертикальном участке стенки кристаллизатора) приводит к нерациональному увеличению гидравлического сопротивления и уменьшению расхода водовоздушной смеси, а соответственно к уменьшению количества тепла, отводимого смесью от верхнего участка стенки.The decrease in the ratio D ₁ / D <1.1 (where "D ₁ " is the diameter of the channel made in the upper portion of the mold wall, "D" is the diameter of the channel made in the lower vertical portion of the mold wall) leads to an irrational increase in hydraulic resistance and decrease the flow of water-air mixture, and, accordingly, to reduce the amount of heat removed by the mixture from the upper section of the wall.

Увеличение отношения Д₁/Д>1,2 приводит к нерациональному увеличению расхода водовоздушной смеси и ширины стенки первой пары.An increase in the ratio D ₁ / D> 1.2 leads to an irrational increase in the flow rate of the air-water mixture and the wall width of the first pair.

На фиг.1 и 2 приведены внешний вид заявляемого устройства.Figure 1 and 2 shows the appearance of the claimed device.

Заявляемое устройство на фиг.1 и 2 состоит из кристаллизатора 1 с четырьмя расположенными попарно продольными рабочими стенками 2 и 3 с каналами 4, верхнего, расположенного под углом к вертикали, участка 5 и вертикального нижнего участка 6 первой пары рабочих стенок 2, высокотемпературной цилиндрической тепловой трубы 7 с зоной нагрева 8 и оребренной зоной охлаждения 9 с продольными ребрами 10, кольцевого зазора 11, дополнительных отверстий 12.The inventive device in FIGS. 1 and 2 consists of a mold 1 with four longitudinally working working walls 2 and 3 arranged in pairs with channels 4, an upper, located at an angle to the vertical, section 5 and the vertical lower section 6 of the first pair of working walls 2, a high-temperature cylindrical thermal pipes 7 with a heating zone 8 and a finned cooling zone 9 with longitudinal ribs 10, an annular gap 11, additional holes 12.

Предварительно перед работой кристаллизатора включается подача водовоздушной смеси в дополнительные отверстия 12.Previously, before the operation of the crystallizer, the flow of air-water mixture into the additional holes 12 is turned on.

Способ реализуется заявляемым устройством следующим образом. После заливки жидкой стали с температурой 1500-1550°С в кристаллизатор 1 рабочие стенки первой пары 2 и второй пары 3 приводят в движение с деформацией образующейся корочки заготовки, а выделяющееся в процессе кристаллизации металла тепло первоначально разогревает верхний, расположенный под углом к вертикали, участок 5 рабочей поверхности первой пары стенок 2 и отводится водовоздушной смесью, поступающей из отверстий 12 в кольцевой зазор 11 канала 4 диаметром «Д₁».The method is implemented by the claimed device as follows. After pouring liquid steel with a temperature of 1500-1550 ° C into the crystallizer 1, the working walls of the first pair 2 and the second pair 3 are set in motion with deformation of the formed crust of the workpiece, and the heat generated during the crystallization of the metal initially heats the upper section located at an angle to the vertical 5 of the working surface of the first pair of walls 2 and is discharged by the air-water mixture coming from the holes 12 into the annular gap 11 of the channel 4 with a diameter of "D ₁ ".

После разогрева металлом вертикального нижнего участка 6 первой пары рабочих стенок 2 до температуры 500-550°С, а соответственно и разогрева зоны нагрева 8 высокотемпературной тепловой трубы 7 осуществляется передача тепла в зону охлаждения 9 с продольными ребрами 10 тепловой трубы, которое отводится водовоздушной смесью, движущейся в кольцевом зазоре 11.After metal heating of the vertical lower section 6 of the first pair of working walls 2 to a temperature of 500-550 ° C, and accordingly heating of the heating zone 8 of the high-temperature heat pipe 7, heat is transferred to the cooling zone 9 with longitudinal ribs 10 of the heat pipe, which is removed by the air-water mixture, moving in the annular gap 11.

В заявляемом устройстве стенки кристаллизатора изготавливаются из жаростойкой стали. Заявленный способ применим к получаемым заготовкам из высокотемпературных металлов (сталь) по причине того, что наибольшие проблемы, связанные с охлаждением кристаллизатора, возникают именно при разливке металлов с температурой свыше 1000°С.In the inventive device, the walls of the mold are made of heat-resistant steel. The claimed method is applicable to the obtained billets of high-temperature metals (steel) due to the fact that the greatest problems associated with the cooling of the mold arise precisely when casting metals with temperatures above 1000 ° C.

Claims

1. The method of cooling the mold to obtain continuously cast deformed billets of high-temperature metals, consisting of four arranged in pairs longitudinal longitudinal working walls with vertical channels for the cooling medium, the first pair of walls of which are movable and have an upper portion located at an angle to the vertical, and the lower vertical section, and the second pair with the possibility of reciprocating motion, including the supply and removal of the cooling medium in the channels of the walls of the crystal izatora, characterized in that the sections located at an angle to the vertical, water-air mixture is cooled, the lower vertical portions is cooled through the heating zones of high heat pipes installed in the vertical channels of the mold walls.

2. A mold cooling device for producing continuously cast deformed billets of high-temperature metals, consisting of four longitudinally spaced longitudinal working walls, the first pair of walls of which are movable and have an upper section located at an angle to the vertical and a lower vertical section, and the second the pair is made with the possibility of reciprocating motion, containing vertical channels for the cooling medium, made in the walls of the mold, it consists in that it is equipped with high-temperature cylindrical heat pipes installed in the vertical channels of the first pair of working walls, while the heating pipes of the heat pipes are installed by tight fit in the lower vertical section of the mold walls, and the finned cooling zones of the heat pipes are located in the upper sections of the mold walls with annular gaps, which communicate with additional openings for supplying water mixture therein, wherein the ratio of the diameter "D _1" of the channel formed in the upper portion of the mold wall, the diameter "D" of the channel formed in the lower portion of the vertical wall of the mold, is D ₁ / D = 1,1 ÷ 1,2.