CN100506430C - 液体冷却的结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连铸设备的液体冷却的结晶器，它具有一由铜或铜合金组成的成形的结晶器体(1)。在结晶器体内设有从其顶面(6)向底面(7)延伸的冷却通道(5)。冷却通道分别具有两个长度段(10、11)，它们的纵轴(L1、L2)具有相互不同的取向，使得冷却通道(5)到浇铸表面的距离是变化的，并达到与结晶器负荷曲线相匹配的冷却功率。冷却通道由孔构成，一个从顶面出发的长度段相对于垂直方向以角度(α)向型腔方向布置，该长度段在浇注液面(G)区域内达到离型腔最近的位置；一个从底面出发的长度段向型腔方向以角度(β)延伸，并在浇注液面区域内与长度段(10)相交，使得冷却通道在浇注液面区域内具有拐点(12)。

Description

液体冷却的结晶器

技术领域

本发明涉及一种用于连铸设备的液体冷却的结晶器。

背景技术

结晶器用来在连续铸造过程中制造实心型材。结晶器是连铸设备最重要的构件之一。在结晶器内熔液开始硬化。其原理性的构造由一外部的钢结构和结晶器自身特有的成形部分，结晶器体组成。当今结晶器体几乎毫无例外地由铜或铜合金组成。对于出现高的至最高的热负荷的应用场合则采用CuAg-或CuCrZr-材料。

结晶器应该排出金属熔液中的热量，并可以通过起先进行的铸坯冷凝外壳的形成使铸锭完全硬化。特别是在铸造过程中在结晶器体浇铸液面区域内从熔液中传出大量的热量。尤其是在高的连铸速度时存在这样的危险，即，在这里局部超过结晶器材料允许的热负荷。由于这个原因对结晶器体加以冷却。这时力求结晶器体的铸造面尽可能得到良好和均匀的冷却。

由DE 4127333C2已知一种现有技术中的连铸结晶器，其腔壁设有从上向下延伸的连接在冷却水循环回路上的通透的圆柱形的冷却孔。

在热负荷最高的区域内，冷却孔的横截面部分地通过柱塞杆减小，以便提高冷却水的流动速度。由此可以改善在最大热负荷区域内的散热，并降低腔壁温度。

为了特别是对在结晶器体的宽侧壁上局部出现的较高的热量产生较高的冷却效果，在EP 0931609A1中建议，在部分区域内冷却孔设置得密一些。这促使在结晶器的整个高度上形成更高的冷却效果。

但是在结晶体一定区域例如浇铸液面区域上调整到相匹配的冷却效果的要求只能有限地达到。

发明内容

因此从现有技术出发，本发明的目的是，提出一种液体冷却的结晶器，在这种结晶器中可以达到水平和垂直方向相匹配的冷却效果。

按照本发明提出一种用于连铸设备的液体冷却的结晶器，具有一由高导热能力的材料制成的成形的结晶器体，其中在结晶器体内设有从其顶面向底面延伸的冷却通道，至少一条冷却通道具有两个长度段，并且所述长度段的纵轴具有相互不同的取向，其中，在结晶器体内冷却通道到浇铸表面的距离是变化的并且冷却通道由孔构成，其中一个从顶面出发的长度段相对于垂直方向以一角度向型腔方向布置，其特征为：所述从顶面出发的长度段在浇注液面区域内达到离型腔最近的位置；一个从底面出发的长度段向型腔方向以一角度延伸，并在浇注液面区域内与所述从顶面出发的长度段相交，使得冷却通道在浇注液面区域内具有拐点。

本发明的核心思想是这样的措施，即，冷却通道按要求引到浇铸表面附近的高热负荷区内。因此至少一个冷却通道具有两个长度段，其中所述长度段其纵轴具有相互不同的取向。

用这种方法改变冷却通道相对于浇铸表面的水平距离，亦即相对于结晶器体的内壁的距离，并达到与结晶器的负荷图形相匹配的冷却功率。通过相应地调整长度段纵轴的角度或者说长度段的升角可以进行冷却效果与相应区域的按要求的针对负荷的匹配。

冷却介质通过冷却通道引导并到达浇铸表面附近的高温区。在高温区的上方和下方，冷却通道离高温区的距离连续增加。由此不仅使在浇注液面的高温高度区内热负荷显著下降，而且也使结晶器整个高度上的热负荷均匀化。

此外，通过本发明新推荐的相匹配的区域冷却效果确保：在结晶器的高热负荷区内在高温侧达不到铜的重结晶温度。同时避免在低温侧冷却介质的蒸发。

在原则上所有通道可以做得带有折弯的纵轴。当然具有直线和/或折弯分布的单个或合并成组的冷却通道也可以相互组合。

根据结晶器实施形式或应用场合的不同，冷却通道的长度段可以做得一样长或不一样长。

按本发明的解决方案，在结晶器体内可以达到水平和垂直方向的相匹配的冷却效果。

原则上冷却通道可以是冷却槽。但是冷却通道尤其是通过孔实现。

因为对于板式结晶器，特别是结晶器体的宽侧壁局部受到高的热负荷，冷却通道最好设置在宽侧壁内。

本发明结晶器的一种特别优良的结构方案在于，相邻的冷却通道的间距是变化的。这里不仅冷却通道的纵向分布，而且相互之间的距离都是变化的。由此可以达到结晶器冷却功率的三维变化。

因此可以提高冷却强度，并在高热负荷区内均匀化分布。

可以理解，按本发明的冷却通道的结构方案适应于不同类型的结晶器，例如板式结晶器、管式结晶器或轧制工字梁用的异形坯。

附图说明

下面借助于在附图中所示的实施例对本发明作较详细的说明，附图表示：

图1  一结晶器体的简化的垂直剖视图；

图2  结晶器体的俯视图；

图3  结晶器壁连同两条不同的冷却通道的侧视图；

图4  结晶器体的另一种实施形式。

具体实施方式

图1简化表示一用于钢材连铸的结晶器体1。

结晶器体1由一种铜合金组成，并具有一内部型腔2，它在浇入端端面3处的横截面通常大于连铸出口端末端4处的横截面。

为了冷却结晶器体1而设有冷却通道5，它们从其顶面6直至底面7分布在侧壁8、9内。

冷却通道5由孔构成，并分别具有两个带相互不同取向的纵轴L1、L2的长度段10、11。长度段10从顶面6出发，相对于垂直方向以一角度α向型腔2方向布置，并在浇注液面G区域内达到其离型腔2最近的位置。长度段11作为孔从底面7出发向型腔2方向以一角度β延伸，并在浇注液面G区域内与长度段10相交。因此冷却通道5在浇注液面G区域内具有一带拐点12的转折点。

由于长度段10、11的倾斜分布，在结晶器体1高度上，冷却通道5相对于型腔2内的浇铸表面F的水平距离各不相同。

用这种方法使结晶器体1内的冷却效果相应地与承受的热负荷相匹配。

结晶器体1可以是板式结晶器体或管式结晶器体。在图2中这通过一深浅不同的虚线表示。板式结晶器体具有两个相互面对面的宽侧壁13、14和两个限定铸锭宽度的窄侧壁15、16。管式结晶器体由一个金属块制成。在管式结晶器体中不存在图2中通过虚线表示的宽侧壁13、14和窄侧壁15、16之间的分界线。

如图2所示，在宽侧壁13、14内设有冷却通道5。如前所述它们做成折弯的。此外在窄侧壁15、16内也设有冷却通道5。原则上除折弯的冷却通道外也可以设置做成直线的冷却通道。

其次在图2中还可以看到，在宽侧壁13、14内相邻冷却通道5的距离是不同的。在高的机械和热负荷区域B内冷却通道5设置得相互较密。

图3表示结晶器体18的结晶器壁17连同两条不同走向的冷却通道19、20的视图。冷却通道19通过虚线、冷却通道20通过点划线示意表示。

每条冷却通道19或20具有两个带不同取向的纵轴L1和L2的长度段21、22及23、24。由此在垂直方向冷却通道19、20相对于浇铸表面F的距离X是变化的。冷却通道19的长度段21从结晶器壁17的顶面25出发朝浇铸表面F的方向伸展。长度段22从结晶器壁17的底面出发向浇铸表面F方向延伸。长度段21和22在拐点27处相交。

在冷却通道20中，长度段23从顶面25出发向下伸展，背离浇铸表面F，直至它在结晶器壁17的大致中部的高度区域内与长度段24相交于拐点28。长度段24则平行于浇铸表面F垂直布置地向下延伸。

如前所述，通过冷却通道5或19、20的纵向分布的变化可以调整冷却效果与高热负荷和机械负荷区的按要的与负荷区相适应的匹配。其次可以通过将冷却通道5、18、19相互之间的距离选择得比较窄的方法增加高负荷区的冷却强度。

总而言之，在本发明所提出的结晶器中可以达到冷却功率的三维变化。

图4中表示结晶器体29的一种可供选择的实施形式。同样，这里也可以是板式或管式结晶器或轧制工字梁用的异形坯。设置在结晶器体29内的冷却通道30从项面31向底面32延伸。这里冷却通道30相对于其相邻的内表面33从而相对于浇铸表面F倾斜分布。

冷却通道30的纵轴L3相对于内表面33-它在所示实施例中相当于结晶器体29和浇注方向的纵轴-的倾角用γ表示。

用这种方法，特别是通过冷却通道30合适的与实际相匹配的布局和取向，可以在结晶器体29内实现水平和垂直方向相匹配的冷却效果。

附图标记表

1-结晶器体              2-型腔

3-端面                  4-末端

5-冷却通道              6-1的顶面

7-1的底面               8-侧壁

9-侧壁                  10-长度段

11-长度段               12-拐点

13-宽侧壁               14-宽侧壁

15-窄侧壁               16-窄侧壁

17-结晶器壁             18-结晶器体

19-冷却通道             20-冷却通道

21-19的长度段           22-19的长度段

23-20的长度段           24-20的长度段

25-顶面                 26-底面

27-拐点                 28-拐点

29-结晶器体             30-冷却通道

31-顶面                 32-底面

33-29的内表面           L1-10、21或23的纵轴

L2-11、22或24的纵轴

α-夹角                  β-夹角

γ-夹角                  F-浇铸表面

G-浇注液面              X-距离

Claims (6)

1.用于连铸设备的液体冷却的结晶器，具有一由高导热能力的材料制成的成形的结晶器体(1，18)，其中在结晶器体(1，18)内设有从其顶面(6，25)向底面(7，26)延伸的冷却通道(5，19，20)，至少一条冷却通道(5，19，20)具有两个长度段(10，11；21，22；23，24)，并且所述长度段(10，11；21，22；23，24)的纵轴(L1，L2)具有相互不同的取向，其中，在结晶器体(1，18)内冷却通道(5，19，20)到浇铸表面(F)的距离是变化的并且冷却通道(5，19，20)由孔构成，其中一个从顶面(6)出发的长度段(10)相对于垂直方向以一角度(α)向型腔(2)方向布置，其特征为：所述从顶面出发的长度段在浇注液面(G)区域内达到离型腔(2)最近的位置；一个从底面(7)出发的长度段(11)向型腔(2)方向以一角度(β)延伸，并在浇注液面(G)区域内与所述从顶面出发的长度段(10)相交，使得冷却通道(5)在浇注液面区域内具有拐点(12)。

2.按权利要求1的结晶器，其特征为：长度段的长度是相同的。

3.按权利要求1的结晶器，其特征为：长度段的长度是不同的。

4.按权利要求1的结晶器，其特征为：结晶器体由铜或铜合金制成。

5.按权利要求1至4之任一项的结晶器，其中结晶器体具有两个相互面对面的宽侧壁(13，14)和两个限定铸锭宽度的窄侧壁(15，16)，其特征为：冷却通道(5)设置在宽侧壁(13、14)内。

6.按权利要求1至4之任一项的结晶器，其特征为：相邻的冷却通道(5，30)的间距是变化的。

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