4.4.1.4. Кристаллизаторы
Важнейшим узлом УНРС является кристаллизатор, обеспечивающий интенсивный отвод тепла от кристаллизующейся стали и образование по периметру непрерывно формируемой корочки, которая на выходе из кристаллизатора должна выдерживать ферростатическое давление жидкой фазы слитка. Кроме того, поверхность стенок кристаллизатора должна быть устойчивой к истиранию. Одним из важных критериев оценки материала, применяемого для изготовления стенок кристаллизатора, является отношение коэффициента термического расширения β к коэффициенту теплопроводности λ.
Чем меньше это отношение β/λ, тем более перспективным для изготовления кристаллизатора является материал: для меди β/λ = 4,8 • 10-8 м/Вт, для графита (1,5–2,6) • 10-8 м/Вт, для алюминия 20,8 • 10-8 м/Вт, для стали 21,6 10-8 м/Вт. Обычно в качестве материала для изготовления кристаллизатора используют медь или графит. Для повышения стойкости и сохранения стабильности размеров кристаллизаторов стороны стенок, которые соприкасаются с металлом, покрывают тонким слоем материала, стойкого к истиранию. Наиболее часто внутреннюю поверхность медного кристаллизатора покрывают тонкими слоями вначале никеля, затем хрома.
Для предотвращения прилипания корочки слитка к кристаллизатору и возможного при этом зависания слитка (и образования трещин) при помощи механизмов качания организуют непрерывное возвратно-поступательное движение кристаллизатора. интенсивность качания должна быть очень высокой (на современных УНРС до 400 и более раз в минуту),чтобы избежать появления на поверхности слитка грубых складок (следов качания), Режим возвратно-поступательного движения обычно подчиняется синусоидальному закону. Хорошие результаты получаются также при организации вибрации кристаллизатора.
Конструкции кристаллизаторов могут быть достаточно сложными. Например, для повышения производительности установок и уменьшения продолжительности простоев оборудования по ходу непрерывной разливки при необходимости можно изменять размеры отливаемой заготовки. Для этого потребуется изменить по ходу разливки сечение кристаллизатора. На (рис. 102) показана конструкция регулируемого кристаллизатора, разработанная в НИИтяжмаш ПО «Уралмаш». Отличительной особенностью конструкции является П-образная форма широкой базовой стенки 1. В объемных боковинах 2 ее выполнены пазы, в которые входят шипы подвижной широкой стенки малого радиуса 3. Узкие стенки 4 подвешиваются на специальных скалках и шарнирно связаны с крючками толкателей двух червячно-винтовых механизмов, установленных в боковинах. Скалки воспринимают поперечное усилие от массы стенок и разгружают толкатели, которые работают только в тянуще-толкающем режиме. Сборочное усиление зажатия узких стенок между широкими достигается при помощи пружин 5 на двух стяжках 6.
Рис. 102. Кристаллизатор конструкции по «уралмаш»
На внешней стороне широкой подвижной стенки малого радиуса находятся два регулируемых винтовых упора 7, через которые при помощи подвижной балки механизма качения 8, имеющей пружинно-гидровлический привод, создаются усилие зажатия узких стенок между широкими стенками и прижатие всего кристаллизатора к базовым упорам механизма качения. Перед регулированием положения узких стенок кристаллизатор «распускается» при помощи обратного (по отношению к сжатию) хода подвижной балки механизма качения, имеющей захваты и оттягивающей подвижную широкую стенку малого радиуса. При этом снимается усилие зажатия с узких стенок, а базовая стенка остается неподвижной относительно базовых поверхностей механизма качения.
Регулирование конусности торцевых стенок и перенастройка их на другой (по ширине) диапазон заготовок осуществляется при помощи двух червячно-винтовых механизмов ручной настройки, смонтированных в боковинах базовой стенки. Ручные приводы этих механизмов при помощи специального ключа 9 позволяют разделить перемещение верхнего и нижнего винтов или, наоборот, одновременно перемещать их. Раздельное перемещение требуется для регулировки конусности. Одновременное перемещение верхнего и нижнего винтов позволяет настраивать кристаллизатор на требуемый диапазон слитков по ширине. Применение регулируемого кристаллизатора позволяет оперативно в зависимости от марки стали и скорости разливки, а, следовательно, от истинной усадки слитка регулировать положение (конусность) торцевых стенок, контролируя усадку формирующегося слитка непосредственно в установке. Это качество конструкции регулируемого кристаллизатора способствует уменьшению износа стенок, улучшению качества заготовок, увеличению межремонтного периода работы.
При разливке небольших серий плавок на различные по ширине сечения нет необходимости каждый раз менять кристаллизатор; настройку на другую ширину можно выполнять непосредственно в УНРС. В этом случае можно уменьшить общее число (парк) кристаллизаторов.
На (рис.102) показано, что стенки кристаллизатора пронизаны отверстиями для охлаждения водой. Существуют варианты организации охлаждения стенок, в том числе так называемое струйное охлаждение. По некоторым данным, использование струйного охлаждения кристаллизаторов позволяет избежать появления продольных угловых трещин, увеличить скорость разливки и контролировать интенсивность отвода тепла. Современные установки позволяют получать непрерывнолитые заготовки сложной конфигурации.