Кристаллизатор

и 950489 Союз СоветскинСоциалис тически нРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет В 22 О 11/04 Гееударстецивй квинтет СССР ав делам нэобретеннй и вткрытнй(71) Заявитель нститут технической теплофизики А(54) кристдллиздто 1Изобретение относится к металлургии, а конкретнее к непрерывному литью.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является кристаллизатор, содержащий формирующий стакан и охлаждающую рубашку, снабженный пластинами из пористого материала, установленными в полости для охлаждающей жидкости и примыкающими к поверхности формующего стакана, при цем в поверхности пластин, обращен- . ных к стакану, выполнены каналы для удаления паров охлаждающей жидкос" ти 11)Недостатком существующего кристаллизатора является опасность его взрыва при прожоге стенок Формирующего стакана. При этом расплавленный металл оказывается в контакте с большим объемом жидкости, циркулирующей в охлаждающей рубашке, в результата чего резко растет давление в корпусе кристаллизатора (это является следствием того, цто объем образовавшегосяпара примерно в 1500 раз превышаетобъем жидкости). При литье титана,алюминия, магния и их сплавов такойконтакт с водой и ее паром при высоких температурах приводит к образованию большого количества водорода,что увеличивает разрушения при взрыве кристаллизатора. Кроме того, кристаллизатор характеризуется относително малой интенсивностью теплоотдачиот стенок Формирующего стакана к охлаждающей жидкости. Это уменьшаетсрок службы кристаллизатора из-зазначительных перегревов стенок формирующего стакана и снижает скорость литьяЦелью изобретения является повышние техники безопасности, увелиценисрока службы кристаллизатора и ско"рости литьяЦель достигается тем, что кристализатор, содержащий внутренний формрующий стакан и охлаждающую рубашку, 950489снабжается дополнительным охлаждающимустройством, установленным между формирующим стаканом и охлаждающей рубашкой, выполненным в виде коаксиальной тепловой трубы, внутренние стенкикоторой покрыты материалом с капиллярной структурой.Внутренние стенки дополнительногоохлаждающего устройства покрыты войлоком. 1 ОВнутренние стенки дополнительногоохлаждающего устройства покрыты металлической сеткой,Дополнительное охлаждающее устройство предназнацено для того, чтобы 5удалить большой объем жидкости, циркулирующей в охлаждающей рубашке, отстенок формирующего стакана и такимобразом устранить их непосредственный онтакт. Это устройство может быть щвыполнено в виде коаксиальной тепловой трубы систеиы тепловых труб) илитермогенератора, Однако последние внастоящее время еще не могут быть использованы в реальных установках из ЗЬа относительно большого термического сопротивления существующих образ"цов упри больших плотностях теплового,потока, которые надо отводить отстенок формирующего стакана, перепадтемператур по толщине термобатареистоль велик, цто она выходит из строя).Коаксиальная тепловая труба представляет собой замкнутую полость,внутренние стенки которой покрыты ка"пиллярной структурой, Объем этой капиллярной структуры весьма мал и непревышает 3-5 Ж от объема полости, цтообусловлено небольшой толщиной .структуры не более 1 мм), необходимойдля обеспечения устойчивого транспорта жидкого теплоносителя к любой точке охлаждаемой стенки формирующегостакана, В качестве капиллярной структуры можно использовать металлические сетки или войлок. Количество рабочей жидкости, необходимой для за"правки замкнутой полости, определяется аналогичным образом как и для тепловых труб, За минимальное количество50рабочей жидкости принимается величина, необходимая для заполнения парового пространства паром и капиллярнойструктуры жидкостью. Это количестводолжно примерно в 1,1 раз превышатьобъем капиллярной структуры. При ко 5лицестве жидкости, в 1,3 раза превышающем объем капиллярной структуры,предельные тепловые нагрузки, отводимые от охлаждаемой поверхности, примерно в 8 раз превышают тепловые нагрузки при минимальном (1,1 раза) количестве теплоносителя. Кипение жидкости в капиллярной структуре сопровождается выбросом капель жидкости в паровой объем, что увеличивает необходимый для устойчивой работы заряд теплоносителя. Интенсивность разбрызгивания сильно зависит от давления и уменьшается с его ростом. При отсутствии разбрызгивания (давление порядка 0,4 НПа) необходимый объем жидкости действительно близок к 1,3 объема капиллярной структуры. По мере роста интенсивности разбрызгивания уменьшения давления в полости) необ" ходимый объем увеличивается и при дав" лении порядка 0,01 ИПа он примерно в 2 раза превышает объем капиллярной структуры. Более низкие давления в замкнутой полости дополнительного охлаждающего устройства создавать не имеет смысла, так как это сопряжено, с большими. техническими трудностями 1,давление 0,01 ИПа всего в два раза большетого которое создается в конденсаторах турбин за счет совместногоохлаждения проточной водой и отсасывания неконденсирующихся газов эжек" торными насосами).Исходя из сказанного, ясно, что объем жидкого теплоносителя, который может оказаться в контакте с жидким металлом, весьма мал ( расчеты показывают, что в зависимости от размеров кристаллизатора он составляет 1- 10 кг), Кроме того, контакт жидкого металла с теплоносителем значительно растянут во времени, так как последний удержи" вается силами поверхностного натяжения в капиллярной структуре. Все это значительно понижает рост давления в корпусе кристаллизатора при аварии и предотвращает его взрыв, Установка предохранительного клапана в верхней части охлаждающего устройства полностью ликвидирует опасность взрыва, Коэффициенты теплоотдаци при кипениижидкости в капиллярных структурах в 5- 10 раз превышают коэФфициенты тепло- отдачи при кипении в кристаллизаторах с испарительным охлаждением.Это способствует снижению температуры стенки формирующего стакана, увеличению срока его службы и скорости литья. Введение дополнительной по,лости тепловой трубы между Формирующим стаканом и охлаждающей рубашкой5 9 Оч весь ма не значи тель но снижает коэффициент теплопередачи от стенки стакана и охлаждающей жидкости, циркулирующей в рубашке, так как эффективная теплопроводность подобных устройств на четыре порядка выше, чем у серебра. Введение дополнительного охлаждающего устройства не приводит к значительному увеличению габаритов кристаллизатора, так как величина зазора между 1 О его внутренней и наружной стенками не превышает 20-50 мм (при таких величинах зазора между испарителем и конденсатором тепловые трубы работают вполне устойчиво),15. На чертеже представлен кристаллизатор.Кристаллизатор содержит внутренний .формирующий стакан 1, замкнутую по о лость 2, стенки которой покрыты капцллярной структурой 3, пропитанной жидкостью, и охлаждающую рубашку 4 с патрубками для ввода и вывода жидкого хладагента. 25.Кристаллизатор .работает следующим образом.При подаче жидкого металла в формирующий стакан 1 от него происходит отбор тепла к холодным стенкам стака на. Низкая температура последних поддерживается за счет кипения теплоносителя, в капиллярной структуре 3 замкнутой полости 2, Образовавшийся пар конденсируется на внешней стенке замкнутой полости, охлаждаемой за счет циркуляции теплоносителя в рубашке Й. Сконденсировавшаяся жидкость капиллярными силами транспортируется по капиллярной структуре 3 к стенкам 40 формирующего стакана 1. Обычно высота кристаллизатора значительно превышает ту высоту, на которую капил" лярная структура может транспортировать жидкость, необходимую для снятия 5 больших плотностей теплового потока (последняя составляет 100 мм), Из-за 89 6этого внутреннюю замкнутую полость охлаждающего устройства следует разбить перегородками на изолированные отсеки так, чтобы высота каждого из отсеков не превышала 100,мм,Использование данного изобретения позволяет полностью избежать опаснос" ти взрыва кристаллиэатора при прожо" ге стенок формирующего стакана, Из-эа большой интенсивности теплоотдачи при кипении жидкости в капиллярной структуре можно значительно примерно в 1,5-2 раза с учетом увеличения износа стенок формирующего стакана) увеличить скорость литья при сохранении неизменной температуры стенок формирующего стакана.формула изобретения1. Кристаллизатор, содержащий внут. ренний формирующий стакан и охлаждающую рубашку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения техники безопасности, увеличения срока службы кристаллизатора и скорости литья, он снабжен дополнительным охлаждающим устройством, установленным между формирующим стаканом и охлаждающей рубашкой и выполненным в виде коаксиальной тепловой трубы, внутренние стенки которой покрыты материалом сокапиллярной структурой.2. Кристаллиэатор по и. 1, о т л 6. ч а ю щ и й с я тем, что внутренние стенки дополнительного охлаждающего устройства покрыты войлоком,3 Кристаллизатор по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что внутренние стенки дополнительного охлаждающего устройства покрыты металлической сеткой.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе Авторское свидетельство СССР М 500881, кл. В 22 0 11/ОЙ, 1976.Составительа Техреа А, А Балашо Редактор ща юг ие юЗаказ 582 исно Огар ек оектн ород, ул Филиал Митров15ВНИИПИпо1035,Тираж 352 Государственного елам изобретений осква Нд Рау"Патент", г. Уж омитета СССРоткрытийкая наб. 8, /5