CN102371348B - 电磁软接触连铸结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及切缝分瓣外水冷型电磁软接触连铸结晶器。一种电磁软接触连铸结晶器，包括切缝铜管（1）、上段内水套（3）、下段内水套（2）、电磁感应线圈（4）、以及构成结晶器总成结构的外壳（8）、上法兰（9）和下法兰（10），所述上段内水套由工程塑料材质制成并套装于电磁感应线圈内；所述切缝铜管外壁面沿每条切缝（5）加工一个凹槽（12），每条切缝内插入耐高温绝缘片（11），在凹槽内涂抹填充粘接胶（120）；所述绝缘片插入的末端边缘略微突出凹槽的底平面，粘结胶将耐高温绝缘片与切缝铜管固定。所述在切缝铜管外壁与上段内水套间，针对每条切缝设置有顶筋密封条（7）。本发明具有电磁透磁能力大和冷却水路安全可靠的优点。

Description

电磁软接触连铸结晶器

技术领域

本发明涉及电磁软接触连铸结晶器，尤其涉及切缝分瓣外水冷型电磁软接触连铸结晶器。

背景技术

电磁软接触连铸是一种新兴的连铸技术，其基本原理是在结晶器外部设置供交流电的电磁感应线圈以激发电磁场，由法拉第电磁感应定律可知，时变电磁场作用于钢液会在钢液表面感生涡电流，而电磁场和涡电流之间的相互作用会产生指向铸坯内部的电磁压力，该电磁压力抵消了部分钢水静压力，使熔融的钢液在结晶器弯月面处凸起，从而拓宽了保护渣的流入通道，加强了结晶器润滑作用；同时，该电磁压力微微推开钢液，使得结晶器内壁与钢液初生凝固壳之间呈非接触或接触摩擦力很小的状态（又称软接触，一般非接触气隙<1mm），从而有效减轻甚至消除了由结晶器振动造成的铸坯表面振痕缺陷。

电磁软接触连铸采用的电磁频率一般为高频，而结晶器的纯铜材质对高频电磁场产生了强烈的屏蔽作用，为解决电磁屏蔽并充分保证电磁场作用于钢液表面，一般的电磁软接触连铸结晶器均采用切缝结构，如图1所示，其中标号31为电磁软接触结晶器壁（也称分瓣体），标号32结晶器的切缝，标号33为电磁感应线圈。现有技术中，中国专利CN01254020.X和CN01254021.8等也公开了一些结晶器的切缝形式，但工业上这种结晶器结构比较复杂、成本高昂，甚至无法加工出来。

电磁软接触连铸在结晶器上进行切缝，解决了电磁渗透的屏蔽问题，但同时也带来一个如何解决结晶器一冷水设置的问题。（钢液在结晶器内的冷却水，连铸领域俗称一冷水；钢液出结晶器凝固成一定厚度的坯壳，仍需要冷却水，一般为喷淋方式，俗称二冷水）。大家公知的是，结晶器工作条件非常恶劣，高温钢液在结晶器内完成凝固过程，需要结晶器外部高速高压的一冷水带走大量的热量。而电磁软接触连铸结晶器一旦切缝，其内壁高温钢液有渗入切缝的可能，而外壁被高速高压一冷水包围，也存在一冷水通过切缝进入结晶器内壁的可能，这样冷却水和钢液的混合会造成重大的安全隐患，甚至爆炸事故。因此，如何设计一种电磁透磁大和冷却水路安全可靠的电磁软接触连铸结晶器是关键。

现有技术中，电磁软接触连铸结晶器主要有两大类。一是切缝分瓣外水冷型，该类结晶器与传统结晶器非常类似，也包括铜管、内水套及它们之间形成的高速一冷水窄水缝通道，其优点是电磁透磁能力大，设计和制造简单，对现有的连铸机的改造少，非常适合于电磁软接触连铸；但缺点是该结晶器切缝的密封材料和密封方法要求特别高，现有技术中，中国专利CN200410025660.1、CN200420082457.3、CN200510023268.8和CN200510023267.3就公开了这类电磁软接触结晶器及其切缝密封方法，这些现有技术实施起来非常困难，成本高，尤其在结晶器剧烈冷热变化的条件下，切缝密封仍存在撕裂的可能，目前还无法在大工业生产中推广应用。并且该类结晶器还有一个缺点就是，电磁感应线圈往往装配在其内水套内部，造成电磁感应线圈的电极引出结构复杂，而且电磁感应线圈的内部直接和一冷水窄水缝通道内的高压高速冷却水接触，电磁感应线圈很容易受到冷却水冲击损坏其绝缘；另外，电磁感应线圈的内部一般不能加工成弧形，造成与铜管外壁弧面的水缝不均匀，造成钢液凝固不均，产生连铸生产问题。中国专利CN200810035078.1也公开了一种切缝密封方法，目前已通过冷态考核测试，但现场生产单元和技术人员仍对该发明是否存在密封的不确定性有疑虑，同时，该发明也存在一些插条操作和施工难度。

现有技术中，第二类电磁软接触连铸结晶器是切缝分瓣内水冷型。该类结晶器与悬浮熔炼的水冷铜坩埚类似，一般没有类似于传统结晶器的不锈钢外水套，其冷却完全依靠空心的分瓣体内部通水冷却，由于一冷水与结晶器切缝完全隔离，能有效防止钢水和冷却水通过切缝相互渗透造成的安全隐患，可以说解决了电磁软接触连铸结晶器冷却水路的安全可靠性问题，但该类结晶器尺寸较大，电磁透磁能力却大大减小，增加了能源消耗，而且结晶器的内水冷结构设计和制造困难，相比传统结晶器成本高10倍以上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁软接触连铸结晶器，该结晶器同时具有电磁透磁能力大和冷却水路安全可靠的优点，其结构简单，密封可靠，成本低廉，适合工业生产应用。

本发明是这样实现的：一种电磁软接触连铸结晶器，包括切缝铜管、上段内水套、下段内水套、电磁感应线圈、以及构成结晶器总成结构的外壳、上法兰和下法兰，所述上段内水套和下段内水套为环形，上段内水套和下段内水套上下连接后套装于切缝铜管外部，上下段内水套与切缝铜管间的空间形成高速高压的一冷水窄水缝通道；

所述上段内水套由工程塑料材质制成，上段内水套套装于电磁感应线圈内；

所述切缝铜管外壁面沿每条切缝加工一个凹槽，每条切缝内插入被涂覆有耐高温胶的耐高温绝缘片，在凹槽内涂抹填充粘接胶；所述绝缘片插入的前端边缘与切缝铜管内壁相平或略微凹入切缝铜管内壁，绝缘片插入的末端边缘略微突出凹槽的底平面，但不大于凹槽深度；粘结胶固化后将耐高温绝缘片与切缝铜管固定成一体，并且粘结胶与切缝铜管的外壁面平齐。

所述在切缝铜管外壁与上段内水套间，针对每条切缝设置有顶筋密封条，顶筋密封条前端压住切缝入口，后端与上段内水套连接，顶筋密封条与切缝一一对应，数目与切缝的数量相同，顶筋密封条的长度与切缝长度相等或略长，其宽度能覆盖切缝铜管外壁上切缝开设的凹槽。

所述顶筋密封条由互相粘结的前端和后端两部分构成，顶筋密封条后端部分为硬质绝缘性材质，前端部分为一橡胶密封条，后端固定于上段内水套（3）所开的凹槽内。

所述顶筋密封条后端部分与前端部分厚度相等，或后端厚度大于前端厚度，即顶筋密封条为长方形或楔形。

所述顶筋密封条后端部分为工程塑料材质，顶筋密封条后端与上段内水套为整体式结构。

所述凹槽的边缘沿切缝四边等距扩展尺寸为0.5～5mm，凹槽深度在0.1～5mm。

本发明电磁软接触连铸结晶器是在现有结晶器的基础上，通过对上段内水套采用工程塑料材质制成，并且将电磁感应线圈套装在上段内水套外，从而充分保证电磁软接触连铸结晶器的电磁透磁能力，并且能固定电磁感应线圈，方便电磁感应线圈的电极引出，有效保证了电磁感应线圈的使用寿命和绝缘性能；并且上段内水套的内壁可以很方便的机加工成内壁弧形，与切缝铜管的弧形外壁一起构成一冷水窄水缝通道的均匀水缝，能优化和提高结晶器内钢液的凝固质量。通过在现有技术的切缝铜管外壁面沿每条切缝加工有一个凹槽，在凹槽内涂抹填充粘接胶，粘结胶固化后把置于铜管切缝内的耐高温绝缘片和铜管固定成一体，从而阻挡高温钢液向切缝内的渗透，以及有效防止一冷水窄水缝通道内的高压高速一冷水向切缝内渗透。通过在一道密封的基础上采用二道密封形式，即切缝铜管内插入耐高温绝缘片密封的同时，在一冷水窄水缝通道内针对每条切缝增设顶筋密封条，顶筋密封条和切缝一一对应，能有效防止高压高速一冷水渗入切缝内。因而本发明在保证结晶器具有充分电磁透磁能力的前提下，又提高了切缝所带来的一冷水可能向切缝内渗透的安全防护等级，消除了一冷水可能渗入切缝的安全隐患。本发明结构简单，安全可靠，加工和施工容易，成本低廉，具有工业应用推广的价值。

附图说明

图1为现有的电磁软接触连铸结晶器及切缝结构图；

图2为本发明电磁软接触连铸结晶器总成结构图；

图3为图2中A-A水平切面图；

图4为本发明结晶器切缝铜管未填充密封介质的正面示意图；

图5为图3中局部B的一个切缝密封结构放大示意图；

图6为本发明包括一个切缝的平面展开示意图；

图7为本发明工程塑料材质上段内水套的一水平切面示意图；

图8为本发明一方形电磁软接触连铸结晶器的水平切面图；

图中：1结晶器铜管（切缝铜管），2不锈钢材质的下段内水套，3塑料材质的上段内水套，4电磁感应线圈，5切缝，6窄水缝通道，7顶筋密封条，71顶筋密封条后端，顶筋密封条前端72，8结晶器外壳，9上法兰，10下法兰，11耐高温绝缘片，12凹槽，120粘接胶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图2、图3、图4，一种电磁软接触连铸结晶器，是采用目前工业用传统连铸结晶器的铜管，在铜管上切缝形成中间切缝铜管，以下称切缝铜管1，即切缝铜管1顶部以下50～150mm，优选的距离是50～100mm为切缝5的起点，切缝5长度在50～250mm之间，优选长度是100～200mm，切缝5数目在8~40个，优选数目是16~32个，切缝5宽度0.1～3mm，优选的切缝宽度0.5～1.5mm。本发明切缝铜管1，具有足够的结构强度和刚度。

如图2所示，一种电磁软接触连铸结晶器，包括切缝铜管1、工程塑料材质的上段内水套3、不锈钢材质的下段内水套2、电磁感应线圈4、以及构成结晶器总成结构的外壳8、上法兰9和下法兰10等部件。工程塑料材质的上段内水套3和不锈钢材质的下段内水套2为环形，上段内水套3和下段内水套2上下连接后套装于切缝铜管1外部，上下水套3、2与切缝铜管1间的空间形成高速高压的一冷水窄水缝通道6，根据连铸生产要求，窄水缝通道6的内部一冷水流量在1000～5000l/min之间，一冷水流速在5～20m/s之间，即满足连铸生产中钢液在切缝铜管1内的凝固要求；工程塑料材质的上段内水套3套装于本发明电磁软接触连铸结晶器所述的电磁感应线圈4内，由于工程塑料为抗电磁性材质，即不导磁不导电材质，充分保证本发明电磁软接触连铸结晶器的电磁透磁能力；同时，所述的上段内水套3用来固定电磁感应线圈4，方便了电磁感应线圈4的电极引出，而又隔离了一冷水窄水缝通道6内的高压高速冷却水对电磁感应线圈4的冲击，有效保证了电磁感应线圈4的使用寿命和绝缘性能；并且上段内水套3的内壁可以很方便的机加工成内壁弧形，与切缝铜管1的弧形外壁一起构成一冷水窄水缝通道6的均匀水缝，可以优化提高结晶器内钢液的凝固质量。

电磁软接触结晶器切缝铜管1的切缝5，其密封的可靠性是关键。本发明的解决方法是在所述的切缝铜管1外壁面，沿每条切缝5加工一个凹槽12，如图5所示。凹槽12的边缘沿切缝5四边等距扩展尺寸约0.5～5mm，凹槽12深度在0.1～5mm，参见图6为包括一个铜管切缝的平面展开示意图；于切缝铜管1外壁的每条切缝由外向内壁插入由陶瓷或云母等材质制成的耐高温绝缘片11，绝缘片11插入的前端边缘与切缝铜管1内壁相平或略微凹入切缝铜管1内壁，绝缘片11插入的末端边缘略微突出凹槽12的底平面0.1～5mm，但不大于凹槽深度；密封施工操作时，所述铜管1的切缝5内预先清洁和打磨，所述的绝缘片11在插入前可以预先涂敷耐高温胶；切缝5在插入耐高温绝缘片11后，在凹槽12内涂抹填充粘接胶120，粘结胶120固化后与切缝铜管1的外壁面平齐，而耐高温绝缘片11略微突出凹槽12的底平面，被粘结胶120固化后牢牢固定住，把耐高温绝缘片11和切缝铜管1固定成一体，防止从切缝铜管1内壁脱离或拉出。所述的耐高温绝缘片11于切缝铜管1内壁阻挡高温钢液向切缝5内的渗透，而若在极恶劣状况下有部分钢液可能渗入切缝5内，由于结晶器的高速冷却作用被迅速凝固，这样有效防止了高温钢液向切缝5内的渗透；所述的切缝铜管1外壁面的凹槽12内填充一定厚度粘结胶120，固化后具备充分防水功能，从而有效防止了一冷水窄水缝通道6内的高压高速一冷水向切缝5内的渗透。

为进一步保证本发明电磁软接触连铸结晶器的冷却水路设置问题，即一冷水向切缝渗透的安全性问题，本发明另一个技术特征是在上述切缝5填充耐高温绝缘片11的基础上，同时于切缝铜管1外壁，针对每条切缝5增加一个顶筋密封条7压住切缝5入口，防止高压高速一冷水的渗透，顶筋密封条7与切缝5的一一对应，数目与切缝5的数量完全相同，参见图2所示。

如图5所示，所述的顶筋密封条7由互相粘结的两部分构成，后端71部分由硬质绝缘性材质，比如工程塑料、陶瓷等制作，而前端72部分为一橡胶密封条。所述的后端71部分与前端72部分厚度相等，或后端71厚度大于前端72厚度，即顶筋密封条7为长方形或楔形。顶筋密封条7的长度与切缝5长度相等或略长，其宽度能覆盖切缝铜管1外壁上针对切缝5开设的凹槽12。顶筋密封条7可以有两种结构形式，前端72顶住切缝5的入口，后端71固定于工程塑料材质的上段内水套3内的凹槽内，参见图7所示的C区域的示意图；所述凹槽位于上段内水套3内壁面上，并且均匀设置，与切缝5相对应，用于插入顶筋密封条7。一般情况下，工业用连铸结晶器的一冷水窄水缝通道6的尺寸都很小，一般在2～5mm之间，这样造成顶筋密封条7的尺寸也很小，为方便加工，其后端71部分也可以与工程塑料材质的上段内水套3为整体式结构，参见图7所示的D区域的示意图。

本发明电磁软接触连铸结晶器采用二道密封形式，即切缝铜管1内插入耐高温绝缘片11密封的同时，在一冷水窄水缝通道6内针对每条切缝5增设顶筋密封条7，顶筋密封条7和切缝5一一对应，能有效防止高压高速一冷水渗入切缝5内。因而本发明在保证结晶器具有充分电磁透磁能力的前提下，又实现了切缝5所带来的一冷水可能向切缝内渗透的安全问题，本发明结构简单，安全可靠，加工和施工容易，成本低廉，具有工业应用推广的价值。

本发明所述的顶筋密封条厚度尺寸1～8mm，对一冷水流量影响小，不会影响钢液在结晶器内的冷却；或者略微扩大工程塑料材质上段内水套3的内径以补偿部分流量损失。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，比如，图8为本发明方形电磁软接触连铸结晶器的一水平切面图，同样限定在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种电磁软接触连铸结晶器，包括切缝铜管（1）、上段内水套（3）、下段内水套（2）、电磁感应线圈（4）、以及构成结晶器总成结构的外壳（8）、上法兰（9）和下法兰（10），所述上段内水套（3）和下段内水套（2）为环形，上段内水套（3）和下段内水套（2）上下连接后套装于切缝铜管（1）外部，上下段内水套（3、2）与切缝铜管（1）间的空间形成高速高压的一冷水窄水缝通道（6），其特征是：

所述上段内水套由工程塑料材质制成，上段内水套（3）套装于电磁感应线圈（4）内；

所述切缝铜管（1）外壁面沿每条切缝（5）加工一个凹槽（12），每条切缝（5）内插入被涂覆有耐高温胶的耐高温绝缘片（11），在凹槽（12）内涂抹填充粘接胶（120）；所述绝缘片（11）插入的前端边缘与切缝铜管（1）内壁相平或略微凹入切缝铜管（1）内壁，绝缘片（11）插入的末端边缘略微突出凹槽（12）的底平面，但不大于凹槽（12）深度；粘结胶（120）固化后将耐高温绝缘片（11）与切缝铜管（1）固定成一体，并且粘结胶（120）与切缝铜管（1）的外壁面平齐。

2.根据权利要求1所述的电磁软接触连铸结晶器，其特征是：所述在切缝铜管（1）外壁与上段内水套（3）间，针对每条切缝（5）设置有顶筋密封条（7），顶筋密封条（7）前端压住切缝（5）入口，后端与上段内水套（3）连接，顶筋密封条（7）与切缝（5）一一对应，数目与切缝（5）的数量相同，顶筋密封条（7）的长度与切缝（5）长度相等或略长，其宽度能覆盖切缝铜管（1）外壁上切缝（5）开设的凹槽（12）。

3.根据权利要求2所述的电磁软接触连铸结晶器，其特征是：所述顶筋密封条（7）由互相粘结的前端（72）和后端（71）两部分构成，顶筋密封条后端（71）部分为硬质绝缘性材质，前端（72）部分为一橡胶密封条，后端（71）固定于上段内水套（3）所开的凹槽内。

4.根据权利要求3所述的电磁软接触连铸结晶器，其特征是：所述顶筋密封条后端（71）部分与前端（72）部分厚度相等，或后端（71）厚度大于前端（72）厚度，即顶筋密封条（7）为长方形或楔形。

5.根据权利要求3或4所述的电磁软接触连铸结晶器，其特征是：所述顶筋密封条后端（71）部分为工程塑料材质，顶筋密封条后端（71）与上段内水套（3）为整体式结构。

6.根据权利要求1所述的电磁软接触连铸结晶器，其特征是：所述凹槽（12）的边缘沿切缝（5）四边等距扩展尺寸为0.5～5mm，凹槽（12）深度在0.1～5mm。

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