CN102962415B - H型组合式结晶器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种H型组合式结晶器，其包括两个凸缘宽板以及两个窄板，每一个凸缘宽板包括向中间凸出形成的腹板和位于所述腹板两侧的翼缘，所述腹板在铸坯时用于限定形成H型铸坯的腹板部位，所述翼缘与所述窄板在铸坯时共同作用以限定形成H型铸坯的翼缘部位；所述翼缘包括翼稍和位于所述腹板和所述翼稍之间的翼缘斜面部，所述窄板设置于相对的两个所述翼稍的内部；其中，所述窄板的工作壁外侧设置有多个水管，所述腹板和所述翼缘的工作壁外侧沿所述凸缘宽板的长度方向设置有多个水管，并且位于所述腹板中心线附近的所述水管的截面积最小。本申请避免由于急剧冷却产生的应力对腹板中心部的影响与破坏，使坯壳腹板均匀散热，提升铸坯凝固质量。

Description

H型组合式结晶器

技术领域

本申请涉及一种H型组合式结晶器，更具体地讲，本申请涉及一种能够改善H型铸坯腹板凝固质量的H型组合式结晶器。

背景技术

结晶器是一个水冷的铜模，是连铸机极其重要的核心部件。钢水在结晶器内冷却，初步凝固成形，并具有一定厚度的坯壳，这一过程是在坯壳与结晶器壁连续、相对运动下完成的，因此结晶器具有良好且均匀的导热性和刚性，以使凝固过程均匀、平稳。

现有技术的结晶器由铜板或铜管与外面的钢结构组成，铜板或铜管的作用是将钢水的热量传递给冷却水。这样的结晶器一般有两类：（1）内表面没有镀层或涂层的结晶器；（2）内表面镀上一层厚度约为20～80微米、比铜耐磨的金属或合金（如镍或铬的合金）的结晶器，增加该镀层的目的在于提高结晶器的使用寿命和减缓铜板磨损，但是不能够改变结晶器原来的导热性能。而当前的连铸生产中，结晶器的导热性是显著影响连铸坯质量的重要因素。

无论哪一种类型的结晶器，已经凝固的坯壳与结晶器内壁接触的散热形式可以视为一维传热，H型结晶器腹板部也视为一维传热，但是铸坯腹板较薄，导热率高于其他部位，因此，常常导致腹板部急剧冷却，严重影响凝固质量甚至出现裂纹。

具体而言，H型组合式结晶器内铸坯腹板处坯壳受结晶器壁作用，可看做处于一维传热状态，与翼缘相比厚度较薄，热流量大使腹板急剧冷却，腹板坯壳中心处与两端相比存在温度梯度，在冷却强度一样的情况下，铸坯腹板中部冷却较快，较早形成坯壳，两端冷却较慢，较晚形成坯壳，从而导致腹板坯壳受应力作用，严重时腹板中部坯壳在应力作用下形成腹板纵向裂纹。由于腹板中部冷却快，使初生坯壳收缩较早，从凝固开始就形成不均匀气隙，导致热阻急剧增加，影响坯壳均匀生长。无论内表面是有或无镀层、涂层的结晶器，都无法改变结晶器原来的导热性。

中国专利申请CN1401449A公布一种适用于连铸设备中的具有隔热耐磨镀层的结晶器产品。该结晶器的组成是在结晶器铜壁的外部套有水套，在结晶器内的铜壁上部涂有隔热耐磨镀层，但是该专利申请没有考虑到由于H型结晶器形状不同以及散热环境的不同对连铸坯腹板产生的特殊影响，无法在有效改善连铸坯的表面和内部质量的同时兼顾H型铸坯腹板部凝固质量。

为解决上述问题，业界更普遍的做法是，考虑到H型铸坯腹板的均匀冷却，减少H型铜管腹板部水腔体积，但是依旧无法解决H型铸坯腹板部均匀冷却的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种H型组合式结晶器，以解决现有技术存在的铸坯腹板中部的冷却问题。

本申请的目的在于提供一种H型组合式结晶器，以解决现有技术存在的铸坯腹板冷却不均匀的问题。

为了解决上述问题，本申请提供一种H型组合式结晶器，包括两个凸缘宽板以及两个窄板，其中，每一个凸缘宽板包括向中间凸出形成的腹板和位于所述腹板两侧的翼缘，所述腹板在铸坯时用于限定形成H型铸坯的腹板部位，所述翼缘与所述窄板在铸坯时共同作用以限定形成H型铸坯的翼缘部位；所述翼缘包括翼稍和位于所述腹板和所述翼稍之间的翼缘斜面部，所述窄板设置于相对的两个所述翼稍的内部；所述窄板的工作壁外侧设置有多个水管，所述腹板和所述翼缘的工作壁外侧沿所述凸缘宽板的长度方向设置有多个水管，并且位于所述腹板中心线附近的所述水管的截面积最小。

根据上述H型组合式结晶器的一种优选实施方式，其中，所述水管为圆管型水管或方管型水管。

根据上述H型组合式结晶器的一种优选实施方式，其中，所述水管对称分布于所述腹板中心线两侧。

根据上述H型组合式结晶器的一种优选实施方式，其中，所述腹板中心线上的所述水管的截面积最小。

根据上述H型组合式结晶器的一种优选实施方式，其中，所述腹板的工作壁外侧的所述多个水管的截面积沿所述腹板中心线往翼缘方向逐渐增大，靠近翼缘处的水管的截面积最大。

根据上述H型组合式结晶器的一种优选实施方式，其中，所述腹板的工作壁外侧的所述腹板中心线处的所述水管的直径或宽度为12～16mm。

根据上述H型组合式结晶器的一种优选实施方式，其中，靠近所述腹板翼缘处的所述水管的直径或宽度为32～36mm。

根据上述H型组合式结晶器的一种优选实施方式，其中，所述腹板宽度内所述水管的个数为5～11个。

根据上述H型组合式结晶器的一种优选实施方式，其中，沿所述腹板中心线处往翼缘方向，所述腹板的工作壁外侧的所述水管的直径或宽度按等差数列的方式增大，公差为4～12mm。

根据上述H型组合式结晶器的一种优选实施方式，其中，沿所述腹板中心线处往翼缘方向，所述腹板的工作壁外侧的相邻所述水管之间的中心距按等差数列的方式增大，公差为6～12mm。

本申请在其凸缘宽板工作壁外侧设有大小不等的水管，位于所述腹板中心线附近的所述水管截面积相对较小，在保证对铸坯表面及心部质量控制水平和实现在线调宽等技术正常应用的前提下，弱化坯壳腹板以及坯壳腹板中心部的散热强度，使腹板以及腹板中心部冷却速度减缓，借此，既可以避免由于急剧冷却产生的应力对腹板中心部的影响与破坏，又可以避免由于初生坯壳较早收缩形成的不均匀气隙导致的热阻不受控制的增加，对坯壳均匀生长产生的不良影响，从而使坯壳腹板均匀散热，提升铸坯凝固质量。

附图说明

图1为根据本申请优选实施例一的结构示意图；

图2为根据本申请优选实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细说明。

为了改善现有H型组合式结晶器存在的腹板冷却不均匀的问题，本申请提供一种能够改善H型连铸坯腹板冷凝质量的H型组合式结晶器。

本申请在其凸缘宽板工作壁外侧设有大小不等的水管，在保证现有结晶器对铸坯表面及心部质量控制水平和实现在线调宽等技术正常应用的前提下，弱化铸坯的坯壳腹板以及坯壳腹板中心部的散热强度，使腹板以及腹板中心部冷却速度减缓，既避免了由于急剧冷却产生的应力对腹板中心部的影响与破坏，又避免了由于初生坯壳较早收缩形成的不均匀气隙导致的热阻不受控制的增加而影响坯壳的均匀生长，使坯壳腹板均匀散热。

如图1和图2所示，本申请优选实施例一和优选实施例二的H型组合式结晶器均包括两个凸缘宽板1以及两个窄板2。其中每一个凸缘宽板1包括向中间凸出形成的腹板3和位于腹板3两侧的翼缘4，其中，腹板3在铸坯时用于限定形成H型铸坯的腹板部位，翼缘4与窄板2在铸坯时共同作用以限定形成H型铸坯的翼缘部位。另外，翼缘4包括翼稍6和位于腹板3和翼稍6之间由斜面和倒角相连形成光滑过渡的翼缘斜面部5，窄板2设置于相对的两个翼稍6的内部。在凸缘宽板1的工作壁外侧（凸缘宽板1的工作壁内侧就是形成H型铸坯的界面），从腹板3经翼缘斜面5到翼稍6设有多个水管40和水管41，其中水管41表示位于腹板3的中心线9上的水管，水管40表示其余的水管。水管40和水管41沿凸缘宽板1的长度方向设置，并且位于腹板3中心线附近的水管截面积相对较小。

图1所示优选实施例一的水管41和水管40为圆管型水管，图2所示优选实施例二的水管41和水管40为方管型水管，但是本申请并不局限于此，还可以为截面呈椭圆形、三角形等的水管。

优选地，在凸缘宽板1的冷却壁（工作壁）外侧，虽然水管41和水管40的直径或宽度不等，但是多根水管41和水管40按照一定规律排列，而窄板的工作壁外侧处设置的水管42直径保持不变（当然也可以根据实际情况进行调整）。例如，水管40对称分布于腹板3的中心线9的两侧，多个水管40沿腹板3的中心线9往翼缘方向有规律的逐渐增大，靠近翼缘处的水管40的直径或宽度最大（至于翼缘斜面5处的水管和翼稍6处的水管的直径可以相同，也可以从翼缘斜面5到翼稍6水管直径逐渐增大，根据实际需要确定）。优选地，位于腹板3的中心线9上的水管41的截面面积最小。例如，中心线9处的圆管型水管或方管型水管的直径或宽度为12～16mm，靠近翼缘处的圆管型水管或方管型水管的直径或宽度为32～36mm。圆管型水管或方管型水管的设置密度并无固定数值，例如，腹板3的宽度内圆管型水管或方管型水管的个数为5～11个。沿腹板3从中心线9处往翼缘方向，圆管型水管或方管型水管的直径或宽度按等差数列的方式增大，公差为4～12mm。相邻的圆管型水管或方管型水管之间的中心距后一个与前一个的差值为一个定值，也即中心距也按等差数列的方式增大，公差可取范围为6～12mm。

再如图1所示，本申请优选实施例一包括凸缘宽板1、窄板2以及附属于凸缘宽板1上的圆管型水管41和水管40。在该优选实施例一中，窄面的宽度M为440mm，凸缘宽面的宽度L为600mm，铸坯腹板厚度S为90mm。位于腹板3的中心线9上的水管41的直径R1为12mm，从中心线9向翼缘方向延伸，相邻的水管40的直径分别为：R2为20mm、R3为28mm、R4为36mm，也即，呈公差为8mm的等差数列分布。相应地，水管41与依次相邻的水管40之间的中心距N1、N2、N3为分别为34mm、42mm、50mm，也即，呈公差为8mm的等差数列分布。

再如图2所示，本申请优选实施例二包括凸缘宽板1、窄板2以及附属于凸缘宽板1上的水管40和水管41。在该优选实施例二中，窄面的宽度M为440mm，凸缘宽面的宽度L为600mm，铸坯腹板厚度尺寸S为90mm。位于腹板3的中心线9上的水管41的宽度B1为12mm，从中心线9向翼缘方向延伸，相邻的水管40的宽度分别为：B2为20mm、B3为28mm、B4为36mm，也即，呈公差为8mm的等差数列分布。相应地，水管41与依次相邻的水管40之间的中心距N1、N2、N3为分别为34mm、42mm、50mm，也即，呈公差为8mm的等差数列分布。

本领域技术人员应该理解，本申请优选实施例一和优选实施例二的规格并不局限于M为440mm、L为600mm、S为90mm。相应地，圆管型水管的直径和方管型水管的宽度及其中心距也不局限于上述数值，可以根据散热需要和结晶器的规格进行调整。圆管型水管或方管型水管可以采用现有技术中的铸造、化学腐蚀、机械加工、爆炸等方法加工成型。

本申请通过在腹板部增设直径或宽度不等的圆管型水管和方管型水管，可以使腹板中部的热流量降低18%～42%，因为截面积较大的水管可以更快速散热，截面积较小的水管则散热较慢，借此，本申请可以有效改善腹板部散热过快的问题，降低由于腹板较薄冷却水流量大散热大且快导致的急剧冷却引起的腹板中部纵向开裂等缺陷。

综上所述，本申请提供的H型组合式结晶器具有如下优点：

第一，结构简单、投资少、易于实现和维护。

第二，不影响现有技术对连铸坯表面及心部的质量控制水平及H型组合式结晶器的在线调宽技术。

第三，使坯壳腹板部位置的温度降低减少，从而使由于收缩小而形成的气泡小，有助于坯壳均匀生长。

第四，可以广泛应用于内表面没有镀层或涂层的H型结晶器以及内表面镀有比铜耐磨的金属或合金的H型组合式结晶器。

由技术常识可知，本申请可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本申请范围内或在等同于本申请的范围内的改变均被本申请包含。

Claims (8)

1.一种H型组合式结晶器，包括两个凸缘宽板以及两个窄板，其中，

每一个凸缘宽板包括向中间凸出形成的腹板和位于所述腹板两侧的翼缘，所述腹板在铸坯时用于限定形成H型铸坯的腹板部位，所述翼缘与所述窄板在铸坯时共同作用以限定形成H型铸坯的翼缘部位；

所述翼缘包括翼稍和位于所述腹板和所述翼稍之间的翼缘斜面部，所述窄板设置于相对的两个所述翼稍的内部，其特征在于；

所述窄板的工作壁外侧设置有多个水管，所述腹板和所述翼缘的工作壁外侧沿所述凸缘宽板的长度方向设置有多个水管，并且位于所述腹板中心线上的所述水管的截面积最小，所述腹板的工作壁外侧的所述多个水管的截面积沿所述腹板中心线往所述翼缘方向逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的H型组合式结晶器，其特征在于，

所述水管为圆管型水管或方管型水管。

3.根据权利要求1所述的H型组合式结晶器，其特征在于，

所述水管对称分布于所述腹板中心线两侧。

4.根据权利要求2所述的H型组合式结晶器，其特征在于，

所述腹板的工作壁外侧的所述腹板中心线处的所述水管的直径或宽度为12～16mm。

5.根据权利要求2所述的H型组合式结晶器，其特征在于，

设置在所述腹板上的靠近翼缘处的所述水管的直径或宽度为32～36mm。

6.根据权利要求1所述的H型组合式结晶器，其特征在于，

所述腹板宽度内所述水管的个数为5～11个。

7.根据权利要求2所述的H型组合式结晶器，其特征在于，

沿所述腹板中心线处往翼缘方向，所述腹板的工作壁外侧的所述水管的直径或宽度按等差数列的方式增大，公差为4～12mm。

8.根据权利要求1所述的H型组合式结晶器，其特征在于，

沿所述腹板中心线处往翼缘方向，所述腹板的工作壁外侧的相邻所述水管之间的中心距按等差数列的方式增大，公差为6～12mm。