Патент на изобретение №2376104

(54) КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ С УСТРОЙСТВОМ КАЧАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии. Кристаллизатор для непрерывной разливки содержит гильзу, рубашку, окружающую гильзу, систему охлаждения гильзы, рычаг, поддерживающий гильзу. Рычаг совершает колебания вокруг поворотной оси, перпендикулярной литейной плоскости, проходящей через литейную ось, и передает механические колебания гильзе. Качающийся кожух кристаллизатора соединен с верхним концом рубашки. Гильза поддерживается на своем верхнем конце качающимся кожухом, который с возможностью поворота поддерживается рычагом снаружи рубашки кристаллизатора. Между качающимся кожухом и верхним концом рубашки кристаллизатора размещен уплотнительный элемент, например кольцевое манжетное уплотнение. Обеспечивается снижение массы кристаллизатора и упрощение конструкции. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к кристаллизатору для непрерывной разливки с устройством качания.

Кристаллизатор для непрерывной разливки, как правило, состоит из гильзы кристаллизатора для направления расплавленного металла, цилиндрической рубашки кристаллизатора, ограничивающей камеру охлаждения вокруг гильзы кристаллизатора, и системы охлаждения, сформированной внутри этой камеры охлаждения для охлаждения гильзы кристаллизатора. В процессе непрерывного литья расплавленный металл затвердевает в контакте с внутренней поверхностью охлажденной гильзы кристаллизатора и образует внешнюю окружную корочку заготовки. Присоединение или прилипание затвердевшей корочки к внутренней поверхности гильзы кристаллизатора ведет к прорывам корочки. Хорошо известное решение для снижения такого риска заключается в обеспечении колебаний кристаллизаторов для непрерывной разливки вдоль оси литья.

Для создания колебательного движения кристаллизатора для непрерывной разливки известна постановка последнего на колебательный стол. Следовательно, весь кристаллизатор, включая гильзу кристаллизатора, рубашку кристаллизатора с системой охлаждения и, возможно, электромагнитным индуктором, то есть значительная масса, должна совершать колебания с частотой порядка 5 Гц и выше и амплитудой в несколько миллиметров.

Для снижения осциллирующей массы известно присоединение устройства качания непосредственно к гильзе кристаллизатора и качание последнего внутри рубашки кристаллизатора, которая остается неподвижной. Такое решение описано, например, в Патенте США 5676194. В этом известном кристаллизаторе устройство качания присоединено непосредственно к гильзе кристаллизатора при помощи двуплечего колебательного рычага. Уплотнительные диафрагмы присоединены между неподвижной рубашкой и гильзой кристаллизатора, с тем чтобы обеспечить возможность осевого колебания гильзы кристаллизатора, в то же время обеспечивая герметичность камеры охлаждения, размещенной вокруг гильзы кристаллизатора и работающей при повышенном давлении. Колебательный рычаг, который поддерживается рубашкой кристаллизатора, поддерживает одним плечом гильзу кристаллизатора внутри рубашки, а другим плечом присоединен к гидравлическому цилиндру, расположенному вне рубашки кристаллизатора. Недостаток последнего решения заключается в том, что колебательный рычаг должен быть введен сквозь герметичный проход в рубашке кристаллизатора в камеру охлаждения. Более того, колебательный рычаг, пересекающий камеру охлаждения, препятствует охлаждению верхнего конца гильзы кристаллизатора. Задачей настоящего изобретения является создание улучшенного кристаллизатора для непрерывной разливки с механизмом качания. Данная задача решается при помощи кристаллизатора для непрерывной разливки в соответствии с п.1.

Кристаллизатор для непрерывной разливки в соответствии с изобретением содержит по существу известную гильзу кристаллизатора, образующую литейный канал вдоль литейной оси, рубашку кристаллизатора, окружающую гильзу кристаллизатора, систему охлаждения внутри рубашки кристаллизатора для охлаждения гильзы кристаллизатора и колебательный рычаг, поддерживающий гильзу кристаллизатора. Для передачи механических колебаний гильзе кристаллизатора колебательный рычаг выполнен с возможностью осцилляции вокруг поворотной оси, по существу перпендикулярной плоскости литья, содержащей литейную ось. В соответствии с настоящим изобретением кристаллизатор для непрерывной разливки дополнительно содержит кожух кристаллизатора, соединенный с верхним концом рубашки кристаллизатора. Гильза кристаллизатора поддерживается на своем верхнем конце качающимся кожухом кристаллизатора, который с возможностью поворота поддерживается колебательным рычагом снаружи рубашки кристаллизатора. Уплотнительный элемент обеспечивает уплотнение между качающимся кожухом кристаллизатора и верхним концом рубашки кристаллизатора. Очевидно, что в кристаллизаторе для непрерывной разливки в соответствии с изобретением осциллирующая масса снижена до общей массы гильзы кристаллизатора и упомянутого кожуха кристаллизатора. Более того, так как колебательный рычаг присоединен к качающемуся кожуху кристаллизатора снаружи рубашки кристаллизатора, охлаждение верхнего конца гильзы кристаллизатора не нарушается, и нет необходимости в сложном герметизированном проходе в рубашке кристаллизатора для колебательного рычага.

Качающийся кожух кристаллизатора преимущественно поддерживается колебательным рычагом так, чтобы иметь возможность поворачиваться вокруг поворотной оси, которая по существу параллельна поворотной оси колебательного рычага, посредством чего качающийся кожух кристаллизатора остается параллельным самому себе, когда колебательный рычаг поворачивается вокруг своей поворотной оси.

Достигается очень компактная и эффективная конструкция кристаллизатора для непрерывной разливки, если качающийся кожух кристаллизатора располагается над рубашкой кристаллизатора и колебательный рычаг имеет центральную кольцеобразную часть, в которой с возможностью поворота поддерживается качающийся кожух кристаллизатора. Этот колебательный рычаг, следовательно, имеет, с одной стороны центральной кольцеобразной части, поддерживающие плечи и, с другой ее стороны, приводное плечо. Шарнирные опоры расположены по бокам рубашки кристаллизатора, при этом поддерживающие плечи механически соединены с шарнирными опорами, для того чтобы ограничивать ось поворота для колебательного рычага. Устройство качания расположено снаружи рубашки кристаллизатора на противоположной стороне относительно шарнирных опор и присоединено к приводному плечу колебательного рычага.

Устройство качания преимущественно представляет собой линейное приводное устройство, которое с возможностью поворота поддерживается снаружи рубашки кристаллизатора и присоединено посредством шарнирного соединения к приводному плечу колебательного рычага.

В предпочтительном варианте кожух кристаллизатора содержит кольцевую опору для кристаллизатора, которая с возможностью поворота поддерживается колебательным рычагом и опорным фланцем, к которому прикреплен верхний конец гильзы кристаллизатора. Этот опорный фланец расположен в центральной полости кольцевой опоры кристаллизатора и с возможностью разъема прикреплен к ней. Опорный фланец преимущественно содержит массивный блок, формирующий нечто вроде центральной входной воронки для гильзы кристаллизатора.

Если система охлаждения представляет собой систему распылительного охлаждения, уплотнительный элемент предпочтительно представляет собой кольцевое манжетное уплотнение. Вышеуказанное кольцевое манжетное уплотнение предпочтительно прикреплено к качающемуся кожуху кристаллизатора и имеет свободный упругий обод, который радиально прижимается к цилиндрической внутренней стенке рубашки кристаллизатора. Альтернативно, кольцевое манжетное уплотнение может также быть прикреплено к рубашке кристаллизатора и иметь свободный упругий обод, который радиально прижимается к цилиндрической поверхности качающегося кожуха кристаллизатора.

На своем нижнем конце такой кристаллизатор для непрерывной разливки преимущественно содержит кольцевой элемент, присоединенный к нижнему концу гильзы кристаллизатора, и донную пластину, присоединенную к нижнему концу рубашки кристаллизатора, при этом донная пластина включает в себя центральное отверстие, в котором расположен кольцевой элемент. В предпочтительном варианте реализации кристаллизатора для непрерывной разливки с распылительным охлаждением графитное кольцо формирует, внутри центрального отверстия, кольцевой контакт и направляющую поверхность между кольцевым элементом и донной пластиной.

Если система охлаждения представляет собой проточную систему охлаждения, уплотнительный элемент предпочтительно представляет собой кольцевую диафрагму, установленную герметичным образом между кожухом кристаллизатора и верхним концом рубашки кристаллизатора.

Далее будут описаны предпочтительные варианты реализации изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает продольное сечение первого варианта выполнения кристаллизатора для непрерывной разливки в соответствии с изобретением;

Фиг.2 изображает поперечное сечение кристаллизатора для непрерывной разливки по Фиг.1;

Фиг.3 изображает продольное сечение второго варианта реализации кристаллизатора для непрерывной разливки в соответствии с изобретением.

На Фиг. 1-3 изображен кристаллизатор 10, 10′ для непрерывной разливки, используемый, например, при непрерывной разливке металлических заготовок, стальных заготовок и тому подобное. Такой кристаллизатор содержит гильзу 12, имеющую внутреннюю поверхность 14 и внешнюю поверхность 16. Внутренняя поверхность 14 ограничивает литейный канал 18 для расплавленной стали. Ссылочная позиция 20 обозначает центральную ось литейного канала 18. Эта литейная ось 20 содержится в вертикальной литейной плоскости, которая соответствует плоскости по Фиг.1. Она может быть прямой или изогнутой; в последнем случае она, как правило, представляет собой дугу окружности с радиусом в несколько метров. Гильза 12 кристаллизатора, как правило, представляет собой толстостенную медную трубу. Ее внутреннее поперечное сечение определяет поперечное сечение литого изделия. Стрелка со ссылочной позицией 21 указывает направление потока расплавленной стали через гильзу 12 кристаллизатора.

Ссылочная позиция 24 в целом обозначает цилиндрическую рубашку кристаллизатора, окружающую изогнутую гильзу 12. На Фиг.1 эта рубашка 24 кристаллизатора радиально окружает известную систему 26 распылительного охлаждения для интенсивного охлаждения гильзы 12 кристаллизатора. Такая система 26 распылительного охлаждения содержит ряд вертикальных труб 28 для охлаждающей воды, проходящих от кольцевого коллектора (не показан) на нижнем конце к верхнему концу рубашки 24 кристаллизатора. Каждая из этих труб 28 включает в себя ряд распылительных форсунок 29, которые распыляют охлаждающую воду на гильзу 12 кристаллизатора.

Ссылочная позиция 30 в общем обозначает кожух кристаллизатора, который располагается над верхним концом рубашки 24 кристаллизатора. Этот кожух 30 кристаллизатора содержит кольцевую опору 32 кристаллизатора и опорный фланец 34 для гильзы 12 с фланцем. Опорный фланец 34 расположен в центральной полости 36 кольцевой опоры 32 кристаллизатора и съемно присоединен к ней, например, при помощи болтов 33. Верхний конец гильзы 12 прикреплен к опорному фланцу 34, который представляет собой массивный блок, формирующий аналог центральной входной воронки 35.

Кристаллизатор 10 для непрерывной разливки дополнительно содержит колебательный рычаг 40, который поддерживает кожух 30 кристаллизатора вместе с гильзой 12. Как наилучшим образом показано на Фиг.2, колебательный рычаг 40 содержит центральную кольцеобразную часть 41 на первой стороне с двумя парами симметрично расположенных опорных плеч 42, 42′ и, на противоположной стороне, с приводным плечом 44. Опорные плечи 42, 42′ механически присоединены к шарнирным опорам 46, 46′ с тем, чтобы ограничивать поворотную ось 45 для колебательного рычага 40. Теперь, ссылаясь одновременно на Фиг.1 и Фиг.2, будет отмечено, что поворотная ось 45 перпендикулярна литейной плоскости и что шарнирные опоры 46, 46′ расположены на внешней опорной раме 48 сбоку от рубашки 24 кристаллизатора.

Кристаллизатор 10 для непрерывной разливки дополнительно снабжен линейным приводом 50, например гидравлическим поршнем или линейным электромотором. Последний располагается снаружи рубашки 24 кристаллизатора, где он поддерживается с возможностью поворота через шарнирное соединение 52 внешней опорной рамой с противоположной стороны относительно шарнирных опор 46, 46′. Он содержит шток 54 поршня, который присоединен к приводному рычагу 44 колебательного рычага 40 посредством шарнирного соединения 56. Гидравлический контур (который известен сам по себе и, поэтому, не показан и не описан) подвергает шток 54 поршня возвратно-поступательному движению с амплитудой в несколько миллиметров и частотой в несколько герц, таким образом качая колебательный рычаг 40 вокруг его горизонтальной поворотной оси 45. Очевидно что линейный привод может быть замещен ротационным мотором, снабженным эксцентриком, производящим механические колебания.

Кольцевая опора 32 кристаллизатора подвешена внутри центральной кольцеобразной части 41 колебательного рычага 40, с тем чтобы иметь возможность поворачиваться вокруг поворотной оси 70. Эта поворотная ось 70, параллельная поворотной оси 45, сформирована двумя шарнирными опорами 72, 72′, которые соединяют кольцевую опору 32 кристаллизатора с центральной кольцеобразной частью 41 колебательного рычага 40. Так как существует кольцевой зазор 75 между центральной кольцеобразной частью 41 колебательного рычага 40 и кольцевой опорой 32 кристаллизатора, последняя способна поворачиваться вокруг горизонтальной оси 70, если колебательный рычаг 40 совершает колебания вокруг его горизонтальной поворотной оси 45.

На Фиг.1 кожух 30 кристаллизатора присоединен герметичным образом к верхнему концу рубашки 24 кристаллизатора посредством кольцевого манжетного уплотнения 90, прикрепленного к кольцевой опоре 32 кристаллизатора. Это кольцевое манжетное уплотнение 90 имеет свободный упругий обод 92, который радиально прижат к цилиндрической внутренней стенке 94 рубашки 24 кристаллизатора, посредством чего манжетное уплотнение 90 по окружности уплотняет зазор между рубашкой 24 кристаллизатора и кожухом 30 кристаллизатора, в то же время позволяя кожуху 30 кристаллизатора, поддерживающему гильзу 12, совершать колебания вдоль литейной оси 20.

На нижнем конце кристаллизатора 10 для непрерывной разливки кольцевой элемент 80 прикреплен к нижнему концу гильзы 12 и донная пластина 82 присоединена к нижнему концу рубашки 24 кристаллизатора. Донная пластина 82 включает в себя центральное отверстие, в котором расположен кольцевой элемент 80. Графитное кольцо 84 формирует внутри вышеуказанного центрального выреза кольцевой контакт и направляющую поверхность между кольцевым элементом 80 и донной пластиной 82. Это графитное кольцо 84 выполняет функцию уплотнения, а также направляет качающийся кольцевой элемент 80, посредством чего создается строго очерченная траектория колебаний на нижнем конце гильзы 12 кристаллизатора.

На Фиг.3 изображено продольное сечение другого варианта выполнения кристаллизатора 10′ для непрерывной разливки в соответствии с изобретением. Данный вариант отличается от варианта по Фиг.1 в основном системой охлаждения и уплотнительными элементами. Система охлаждения на Фиг.3 представляет собой проточную систему охлаждения вместо системы распылительного охлаждения, показанной на Фиг.1. Внутренняя рубашка 100 окружает гильзу 12 кристаллизатора почти по всей ее высоте и формирует вокруг внешней поверхности 16 гильзы 12 кристаллизатора первое кольцевое пространство 102, обеспечивающее канал с очень узким кольцевым поперечным сечением. Рубашки 24 литейной формы 10 для непрерывной разливки окружают внутреннюю рубашку 100 и формируют с последней второе кольцевое пространство 104, которое окружает первое кольцевое пространство 102 и ограничивает канал со значительно большим кольцевым поперечным сечением. Стрелка 110 схематично изображает контур для подачи охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость входит сквозь кольцевой подающий отсек 108, расположенный на верхнем конце рубашки 24 кристаллизатора, и проходит в первое кольцевое пространство 102. Она протекает через последнее с большой скоростью до ее выброса во второе кольцевое пространство 104. Из последнего она выводится наружу из рубашки 24 кристаллизатора, что схематично показано стрелкой 120. Для отделения кольцевого подающего отсека 108 герметичным образом от второго кольцевого пространства 104 внутренняя рубашка 100 оборудована внешним фланцем 124, который сообщается с внутренним сопрягающимся фланцем 126 рубашки 24 кристаллизатора.

Вместо манжетного уплотнения 90 кольцевая диафрагма 130 соединяет кожух 30 кристаллизатора герметичным образом с верхним концом рубашки 24 кристаллизатора. Внешний обод этой кольцевой диафрагмы 130 прикреплен герметичным образом к кольцевому фланцу 132 рубашки 24 кристаллизатора, и ее внутренний обод прикреплен герметичным образом к кольцевому фланцу 134 кольцевой опоры 32 кристаллизатора. Кольцевая диафрагма 130 способна упруго деформироваться и предпочтительно изготовлена из резины или материала, похожего на резину. Однако металлические диафрагмы или композитные диафрагмы не исключаются.

На нижнем конце кристаллизатора 10′ для непрерывной разливки радиальный зазор, который существует между кольцом 80 и донной пластиной 82, уплотняется кольцевой диафрагмой 140.

Формула изобретения

1. Кристаллизатор для непрерывной разливки, содержащий гильзу (12) кристаллизатора, образующую литейный канал (18) вдоль литейной оси (20), при этом упомянутая гильза (12) имеет верхний конец и нижний конец, рубашку (24) кристаллизатора, окружающую гильзу (12), при этом упомянутая рубашка (24) кристаллизатора имеет верхний конец и нижний конец, систему охлаждения (26) внутри упомянутой рубашки (24) кристаллизатора для охлаждения гильзы (12), колебательный рычаг (40), окружающий упомянутую гильзу (12) кристаллизатора, при этом колебательный рычаг (40) способен совершать колебания вокруг поворотной оси (45), по существу перпендикулярной литейной плоскости, содержащей вышеуказанную литейную ось (20), для передачи механических колебаний гильзе (12) кристаллизатора, отличающийся тем, что предусмотрен качающийся кожух (30) кристаллизатора, соединенный с верхним концом упомянутой рубашки (24) кристаллизатора, при этом гильза (12) литейной формы поддерживается на своем верхнем конце качающимся кожухом (30) кристаллизатора, при этом качающийся кожух кристаллизатора (30) с возможностью поворота поддерживается колебательным рычагом (40) снаружи рубашки (24) кристаллизатора, причем предусмотрен уплотнительный элемент (90, 130), обеспечивающий уплотнение между вышеуказанным качающимся кожухом (30) кристаллизатора и указанным верхним концом рубашки (24) кристаллизатора.

2. Кристаллизатор по п.1, в котором упомянутый качающийся кожух (30) кристаллизатора поддерживается колебательным рычагом (40) с возможностью поворота вокруг поворотной оси (70), которая по существу параллельна вышеуказанной поворотной оси (45) колебательного рычага (40).

3. Кристаллизатор по п.1 или 2, в котором вышеуказанный качающийся кожух (30) кристаллизатора расположен над вышеуказанной рубашкой (24) кристаллизатора, при этом указанный колебательный рычаг (40) имеет центральную кольцеобразную часть (41), в которой с возможностью поворота поддерживается качающийся кожух (30) кристаллизатора.

4. Кристаллизатор по п.3, в котором указанный колебательный рычаг (40) имеет на одной стороне указанной центральной кольцеобразной части (41) опорные плечи (42, 42′), и на противоположной ее стороне – приводное плечо (44).

5. Кристаллизатор по п.4, который дополнительно содержит шарнирные опоры (46, 46′), расположенные сбоку от указанной рубашки (24) кристаллизатора, при этом указанные опорные плечи (42, 42′) механически присоединены к указанным шарнирным опорам (46, 46′), с тем, чтобы ограничивать указанную поворотную ось (45) колебательного рычага (40), и устройство (50) качания, расположенное снаружи рубашки (24) кристаллизатора на противоположной стороне относительно вышеуказанных шарнирных опор (46, 46′), и присоединенное к указанному приводному плечу (44) указанного колебательного рычага (40).

6. Кристаллизатор по п.5, в котором указанное устройство (50) качания представляет собой линейный привод, который с возможностью поворота поддерживается снаружи рубашки (24) кристаллизатора, и присоединен через шарнирное соединение (56) к указанному приводному плечу (44) указанного колебательного рычага (40).

7. Кристаллизатор по п.1, в котором указанный кожух (30) литейной формы содержит кольцевую опору (32) литейной формы, с возможностью поворота поддерживаемую указанным колебательным рычагом (40), при этом указанная кольцевая опора (32) кристаллизатора включает в себя центральную полость (36), и опорный фланец (34), к которому прикреплен указанный верхний конец гильзы (12) кристаллизатора, при этом указанный опорный фланец (34) расположен в указанной центральной полости (36) указанной кольцевой опоры (32) кристаллизатора, и съемно присоединен к ней.

8. Кристаллизатор по п.7, в котором опорный фланец (34) формирует массивный блок, образующий аналог центральной входной воронки (35).

9. Кристаллизатор по п.1, в котором система охлаждения представляет собой систему (26) распылительного охлаждения.

10. Кристаллизатор по п.9, в котором уплотнительный элемент представляет собой кольцевое манжетное уплотнение (90).

11. Кристаллизатор по п.10, в котором указанное кольцевое манжетное уплотнение прикреплено к качающемуся кожуху (30) кристаллизатора, и имеет свободный упругий обод, который радиально прижат к цилиндрической внутренней стенке вышеуказанной рубашки (24) кристаллизатора.

12. Кристаллизатор по пп.9 и 10 или 11, который дополнительно содержит кольцевой элемент (80), прикрепленный к указанному нижнему концу гильзы (12) кристаллизатора, донную пластину (82), присоединенную к нижнему концу указанной рубашки (24) кристаллизатора, при этом указанная донная пластина имеет центральное отверстие, в котором расположен кольцевой элемент (80), и графитовое кольцо (84), образующее внутри указанного центрального отверстия кольцевой контакт и направляющую поверхность между указанным кольцевым элементом (80) и указанной донной пластиной (82).

13. Кристаллизатор по п.1, в котором система охлаждения представляет собой проточную систему охлаждения.

14. Кристаллизатор по п.13, в котором уплотнительный элемент представляет собой кольцевую диафрагму (130), установленную герметичным образом между качающимся кожухом (30) кристаллизатора и указанным верхним концом рубашки (24) кристаллизатора.

РИСУНКИ