Кристалізатор машини безперервного (напівбезперервного) лиття заготовок

Реферат: Кристалізатор для безперервного (напівбезперервного) лиття заготовок містить мідні водоохолоджуючі стінки робочого простору, металевий корпус, механізм хитання, керамічну теплоізоляційну вставку у верхній частині. В керамічну теплоізоляційну вставку вмонтований електронагрівальний елемент, оснащений пірометричним датчиком. UA 76678 U (12) UA 76678 U UA 76678 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до металургії, зокрема до процесів безперервного (напівбезперервного) лиття заготовок, і може бути використана як складова частина МБЛЗ (МНБЛЗ). Відомий кристалізатор для безперервного лиття заготовок, що містить мідні водоохолоджуючі стінки робочого простору, металевий корпус і механізм хитання [Целиков А.И. Машины и агрегаты металлургических заводов. Том 2 / А.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребенник и др. - М.: Металлургия, 1988. - С. 216]. Недолік відомого кристалізатора полягає в тому, що при русі кристалізатора вниз при його хитанні мідна водоохолоджуюча стінка стикається з рідкою сталлю і кристалізація коринки металу відбувається не тільки в контакті зі стінкою, а й на поверхні меніска металу. При русі кристалізатора вгору меніск затверділого металу відгинається всередину злитка під дією феростатичного тиску нових порцій металу і залишає на поверхні коринки злитка грубі сліди хитання, які сприяють утворенню дефектів поверхні на злитку і на прокаті. Відомий кристалізатор з плакованими мідними стінками у верхній частині, матеріал плакованого шару - сплав на нікелевій основі [Пат. Україна, № 4861, МПК B22D11/04 / Патон Б.Є., Савчук О.В., Білий О.П. та ін., 15.02.05, Бюл. № 2]. Запобігти утворенню грубих слідів хитання плакуванням мідних стінок металевими матеріалами не вдається через їх велику теплопровідність, тому що тверда коринка на меніску при русі кристалізатора вниз все одно утворюється, формуючи сліди хитання на поверхні злитка. Відомий кристалізатор з лійкоподібною вхідною зоною, на робочу поверхню лійкоподібної вхідної і на паралельні стінки основної зони методом напилювання нанесене покриття, товщина якого на поверхні лійкоподібної вхідної зони, перехідної ділянки від лійкоподібної зони до зони з паралельними стінками і на паралельних стінках різна [Пат. Україна, № 92858, МПК B22D 11/059 / Штройбель Хане, Фелеманн Гереон, 10.12.10, Бюл. № 23]. Недолік відомого кристалізатора полягає в тому, що плівка закристалізованого на поверхні вхідної зони металу при його втягуванні в основну зону мнеться і утворює змішану структуру будови поверхневого і підповерхневого шару заготовки. Є велика ймовірність утворення дефектів у ділянках з неоднорідною структурою коринки заготовки, а також її розривів. Найближчим за технічною суттю до пропонованої корисної моделі є кристалізатор з керамічною теплоізоляційною вставкою у верхній частині, вставка виконана з двох елементів, нижній елемент складається з пористої кераміки і забезпечений системою вдування через нього аргону в метал, що розливають [Bertoletti, С; Courbe, P.; Jolivet, JM; Naveau, P.; Oper, A.; Perrin, E.; Salaris, C; Spierings, AL; Weisseldinger, E.: Meniscus free Casting: Metallurgiacl and Technological Results, Proc. 3rd European Conference on Continuous Casting, 20-23/10/1998, Madrid, Vol. 1, p. 65]. Недоліком відомого кристалізатора є складність конструкції двох'ярусної керамічної вставки з піддувом аргону і ймовірність утворення в підповерхневому шарі металу неметалічних включень і газової пористості. Піддув аргону у відомій розробці необхідний для видалення твердих плівок, що утворилися на керамічній теплоізоляційній вставці. При русі кристалізатора вниз метал, що розливають, потрапляє на оголену поверхню керамічної вставки. Тепловий потік від металу на поверхню 2 2 вставки q  t , Вт/м ; де  - коефіцієнт тепловіддачі Вт/(м ∙К), t - перепад температур між металом і поверхнею вставки, К. Цей перепад невеликий, але в початковий момент тепловідводу, коли метал торкається будь-якої поверхні, дуже великий коефіцієнт тепловіддачі b , де  відповідно до відомого виразу   b - коефіцієнт теплоаккумуляції матеріалу  вставки, b    c   ,  - теплопровідність, Вт/м∙К; c - теплоємність, Дж/кг∙К;  - щільність 3 матеріалу вставки, кг/м . При зіткненні рідкого металу з поверхнею вставки   0 ,    , і плівка твердого металу на поверхні вставки неминуче утвориться. Піддувом аргону цю тонку плівку відтісняють в рідку сталь. Але аргон теж охолоджує метал, а пухирі аргону - це вакуум для розчинених у металі газів, вони можуть ендогенно і екзогенно утворити пористість в підповерхневому шарі злитка, взаємодіяти з плівкою і погіршити структуру коринки, що загрожує утворенням дефектів поверхні злитка. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити кристалізатор машини безперервного (напівбезперервного) лиття заготовок, в якому завдяки введенню в керамічну теплоізоляційну вставку електронагрівального елемента з датчиком, забезпечується формування коринки металу вільного від її кристалізації на меніску, тим самим створюються 1 UA 76678 U 5 10 15 20 25 30 35 умови для отримання заготовки з гладкою поверхнею і без дефектів в поверхневому і підповерхновому шарах. Поставлена задача вирішується тим, що в кристалізаторі, який містить мідні водоохолоджуючі стінки робочого простору, металевий корпус, механізм хитання, керамічну теплоізоляційну вставку у верхній частині, згідно з корисною моделлю, в керамічну теплоізоляційну вставку вмонтований електронагрівальний елемент, оснащений пірометричним датчиком. На кресленні показаний розріз ділянки верхньої частини пропонованого кристалізатора. Кристалізатор містить мідні водоохолоджуючі стінки робочого простору 1, металевий корпус 2, керамічну теплоізоляційну вставку 3, в яку вмонтований електронагрівальний елемент 4, оснащений пірометричним датчиком 5. Частина вставки 6 виконана з особливо стійкого вогнетривкого матеріалу, наприклад магнезитохроміту, а інший простір вставки виконується з шамоту і служить тепловою ізоляцією елементів 4, 6 і металоконструкції кристалізатора (механізм хитання на фігурі не показаний). Частина вставки 6 з особливо стійкого вогнетривкого матеріалу розташовується в безпосередньому контакті з мідними водоохолоджуючими стінками робочого простору 1. Робота пропонованого кристалізатора при розливанні металу полягає в наступному. Електронагрівальний елемент 4 нагрівають до температури металу і в такому стані підтримують протягом усього часу розливання. Пірометричний датчик забезпечує підтримання температури керамічної теплоізоляційної вставки на необхідному рівні. Тепловий потік від металу, що розливають на частину вставки 6 з особливо стійкого вогнетривкого матеріалу і тепловий потік від електронагрівального елемента 4 на ту ж частину вставки 6 спрямовані назустріч один одному, рівні по величині, і тепловий потік від металу дорівнює нулю, q  t  0 , тому що t  0 при будь-якому значенні . Тверда плівка на металі, що знаходиться в кристалізаторі в просторі між рівнем 7 (нижнє положення кристалізатора при його хитанні) і рівнем 8 (верхнє положення кристалізатора) утворитися не може внаслідок того, що t  0 , q  0 . На мідну стінку 1 надходить метал однієї і тієї ж температури. Кристалізація коринки 9 починається на мідній стінці 1 з рідкого металу, абсолютно вільного від коринки на меніску. Створюються умови для отримання заготовки з гладкою поверхнею і без дефектів в поверхневому і підповерхневому шарі, чим виявляється виконаною технічна задача корисної моделі. Матеріал електронагрівального елемента і тип пірометра вибирається в залежності від металу, що розливається. Наприклад для міді електронагрівальний елемент може бути з ніхрому, для сталі - з вуглецю і т.д. Профіль електронагрівального елемента 4 виконують з розрахунком максимальної тепловіддачі від нього на частину вставки 6 з особливо стійкого вогнетривкого матеріалу. Застосування кристалізатора, що пропонується дозволяє значно покращити якість безперервнолитих (напівбезперервнолитих) заготовок за рахунок отримання більш гладкої поверхні і без дефектів в поверхневому і підповерхневому шарах. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Кристалізатор для безперервного (напівбезперервного) лиття заготовок, що містить мідні водоохолоджуючі стінки робочого простору, металевий корпус, механізм хитання, керамічну теплоізоляційну вставку у верхній частині, який відрізняється тим, що в керамічну теплоізоляційну вставку вмонтований електронагрівальний елемент, оснащений пірометричним датчиком. 2 UA 76678 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3