CN104624990B - 一种均匀冷却结晶器铜管及其制造方法 - Google Patents

一种均匀冷却结晶器铜管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种金属连铸用均匀冷却结晶器铜管，在结晶器铜管的角部管壁（1）外有角部外层管壁（2），角部外层管壁（2）与角部管壁（1）之间构成的夹层降低了铜管角部的冷却强度，使铜管角部与边部的冷却均匀。角部外层管壁（2）与结晶器铜管是一体的，以适应高温和热变形的使用条件。本发明结构简洁，直接解决铜管角部冷却不匀问题，降低了铸坯角裂倾向，提高了连铸机的拉锭速度，也放宽了连铸工艺宽容度，减少了连铸机的设备投资。本发明采用液态模锻方法直接制造方管形毛坯管，毛坯管角部的壁厚大于边部，为均匀冷却结晶器铜管角部结构的制造创造了条件，液态模锻工艺制造毛坯管也降低了结晶器铜管的制造成本。

Description

一种均匀冷却结晶器铜管及其制造方法
技术领域
本发明属于金属凝固和连续铸造领域，特别涉及一种均匀冷却结晶器铜管。
背景技术
在方形、矩形及板形等多边形横截面铸坯的金属连铸生产中，液态金属浇入结晶器铜管后，在铜管外冷却水的作用下沿结晶器内壁结晶凝固，形成坯壳并发生凝固收缩，结晶器铜管内角部区域的金属受到两面管壁的冷却，比边部冷却强度大，导致角部与边部金属温度、坯壳厚度及收缩不均匀，增加了铸坯角裂倾向，限制了连铸机的拉锭速度。
为解决上述问题，现有技术中有许多解决方案。例如，中国专利“96190354.6”公开了一种称为钻石结晶器的方法：根据结晶器铜管角部和边部冷却强度的不同，将角部和边部金属凝固坯壳收缩的差异量补偿移植于结晶器铜管，使结晶器铜管角部的角度减小、边部管壁内凸，从而改善了结晶器铜管与坯壳的接触，促进了坯壳的均匀生长。钻石结晶器避免了坯壳裂纹，显著提高了连铸机的拉锭速度。但由于补偿移植于结晶器铜管的差异量精度极高，其使用以严格控制连铸系统各工艺参数为前提，而影响金属凝固的因素较多，如金属成分、温度等，所以钻石结晶器使用成本或技术改造费用较高，对金属牌号、钢种的适应性差。
中国专利“200920104178.5”公开了一种方案：在结晶器铜管外角部包覆大热阻材料的缓冷条，以缓冷条中的凸柱体镶嵌进结晶器铜管的盲孔中，将缓冷条固定于结晶器铜管角部，降低角部的冷却，提高结晶器铜管冷却的均匀性。该方案直接解决结晶器铜管的冷却不均匀问题，但结晶器铜管的工作条件严酷，管壁内为高温熔融的金属，管壁外为流速约每秒10米的冷却水流，管壁内外温差大，生产中温度剧烈变化造成结晶器铜管热变形严重，缓冷条难以可靠地镶嵌包覆在结晶器铜管角部。
现有技术中解决结晶器铜管冷却不均匀的方案有两类，一类是以钻石结晶器为代表，在结晶器铜管冷却不匀匀的前提下，以结晶器铜管的内腔尺寸补偿因冷却不匀匀造成的收缩。在实际应用中避免了铸坯角裂，显著提高了连铸速度，但设备投资较高，钢种的适应性较差。另一类方案是在铜管角部粘贴或镶嵌热阻材料，直接降低结晶器铜管角部的冷却强度，但可靠性低，未见推广应用。
发明内容
本发明的目的是解决上述技术中的不足，提供一种均匀冷却结晶器铜管及其制造方法，其角部管壁的夹层准确地降低结晶器铜管角部的冷却强度，实现角部与边部均匀冷却，从而提高连铸机的拉锭速度。
本发明的另一目的是提供一种结晶器铜管的制造方法，可以降低制造成本。
本发明的技术方案是：一种用于连续铸造金属方坯、矩形坯、板坯或多边形铸坯的结晶器铜管，其特征在于：在所述结晶器铜管的角部管壁外有角部外层管壁，角部外层管壁边缘与角部管壁相连，角部外层管壁和结晶器铜管是一体的。
根据本发明所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管的角部外层管壁覆盖的区域在下述范围内：长度为结晶器铜管的上半部分，宽度为结晶器铜管角部两侧30 mm内，自上而下逐渐缩小。
在角部管壁和角部外层管壁之间构成管壁夹层，管壁夹层降低管壁外冷却水对管壁内金属的冷却强度，使结晶器铜管角部与边部冷却均匀。
本发明所述结晶器铜管，包括角部管壁、角部外层管壁是一体的、材料是连续的，以适应结晶器铜管高温、热变形的服役条件。
根据本发明所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管的角部外层管壁中间为空洞。
根据本发明所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管角部外层管壁的空洞上有盖板与角部外层管壁连接，连接方法包括焊接、螺栓连接。由于未直接在结晶器铜管本体上焊接和螺栓连接，避免了对其性能的影响。
角部外层管壁中间有空洞和盖板的技术方案，便于制造。
根据本发明所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管的角部管壁外有肋板。
根据本发明所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管的角部外层管壁与角部管壁之间，设置有低导热系数的缓冷板。缓冷板采用螺钉、粘结方法固定。
角部外层管壁与角部管壁之间设置低导热系数的缓冷板、角部管壁外设置肋板，增加了调节结晶器铜管角部冷却的手段和抗变形能力。
根据本发明所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管的外表面，除角部外层管壁的外表面之外，设置有横向的波纹，波纹的高度为0.1～1.5 mm，波纹的间距为2～25mm，波纹与结晶器铜管轴向的角度为45～90度。所述的波纹可以提高水流与结晶器铜管外表面换热，加强边部管壁的冷却强度。
根据本发明所述结晶器铜管的制造方法，是将结晶器铜管的毛坯管，采用变薄引伸、机械加工等技术制造，其特征在于：所述的毛坯管为方管形状，角部的壁厚大于边部,毛坯管是采用液态模锻的方法制造的，液态模锻制造毛坯管的主要工艺参数如下：
1、模具预热温度150～350℃，铜液浇注温度控制在高于熔点50～250℃；
2、将铜液置入预热好的模具中，合模加压，压力范围：20～300 MPa，保压时间：10秒～2分钟。
毛坯管角部的厚壁为本发明所述的结晶器铜管角部结构的制造创造了条件。
一种用于制造金属连铸结晶器铜管的毛坯管，所述的毛坯管为管状，其特征在于：所述的毛坯管是采用液态模锻的方法制造的，主要工艺参数与前述液态模锻制造毛坯管的主要工艺参数相同。
本发明所述的毛坯管制造方法，也适用于其它各类结晶器铜管毛坯管的制造，包括圆毛坯管、方毛坯管。
本发明具有以下积极效果。
本发明解决铜管角部与边部冷却不均匀问题，效果直观、作用明确，降低了铸坯角裂倾向，提高结晶器铜管的冷却强度，将提高连铸机的拉锭速度。
整个结晶器铜管，包括角部外层管壁是一体的，可靠性高。
由于直接实现结晶器铜管的均匀冷却，与钻石结晶器等现有技术相比，降低整个连铸系统的工艺宽容度，也就降低了连铸机的使用成本或设备投资。
采用液态模锻方法生产结晶器铜管的毛坯管，缩短了生产流程，提高了铜材利用率，降低结晶器铜管的生产成本。
附图说明
图１是均匀冷却结晶器铜管示意图。
图2是均匀冷却结晶器铜管俯视图的示意图。
图3是均匀冷却结晶器铜管俯视图的示意图，其中角部外层管壁中间为空洞，空洞上焊接有盖板。
图4是均匀冷却结晶器铜管俯视图的示意图，其中角部外层管壁中间为空洞，角部外层管壁与角部管壁之间设置有低导热系数的缓冷板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例１。
图１和图2所示本发明的均匀冷却结晶器铜管，在角部管壁１外有角部外层管壁２，角部外层管壁２边缘与角部管壁１相连。角部外层管壁２覆盖的长度为结晶器铜管的上半部分，宽度自结晶器铜管角部顶端至两侧25mm，自上而下逐渐缩小。
结晶器铜管的外表面，除铜管角部顶端两侧30mm内，设置有垂直于铜管轴向的波纹，波纹的高度为0.15 mm，波纹的间距为５mm。
制造方法：是将毛坯管，采用变薄引伸，机械加工等技术制造，其特征在于：所述的毛坯管为方管形状，角部的壁厚大于边部，采用液态模锻的方法制造，主要步骤和工艺参数如下：
1、将模具预热至150～300℃，喷涂涂料；
2、将铜液浇注温度控制在高于熔点50～150℃；
3、将铜液置入预热好的模具中，合模加压，压力范围：200～300 MPa；
4、保压时间：60～80秒，卸压开模，取出毛坯管。
均匀冷却结晶器铜管角部管壁１与角部外层管壁２之间的腔体采用电火花加工成形。
实施例２。
见附图3，与实施例1不同的是，角部外层管壁２中间为空洞，空洞上有盖板3封闭空洞。
制造方法与实施例1不同的是，角部外层管壁2采用机械加工成形，盖板３与角部外层管壁２的连接为焊接。
实施例３。
见附图4，与实施例1的区别是，角部外层管壁２中间为空洞。角部外层管壁2与角部管壁1之间，设置有低导热系数的缓冷板４。
制造方法与实施例1不同的是，角部外层管壁２采用机械加工成形，缓冷板４采用螺钉固定于角部外层管壁２。

Claims (5)

1.一种用于连续铸造金属方坯、矩形坯、板坯或多边形铸坯的结晶器铜管，其特征在于：在所述结晶器铜管的角部管壁(1)外有角部外层管壁(2)，角部外层管壁(2)边缘与角部管壁(1)相连，角部外层管壁(2)和结晶器铜管是一体的，角部管壁(1)与角部外层管壁(2)之间构成空腔；角部外层管壁(2)覆盖的区域在下述范围内：长度为结晶器铜管的上半部分，宽度为结晶器铜管角部两侧30mm内，自上而下逐渐缩小。
2.根据权利要求1所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管的角部外层管壁(2)中间为空洞。
3.根据权利要求2所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管角部外层管壁(2)的空洞上有盖板(3)与角部外层管壁(2)连接，连接方法包括焊接、螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管的角部管壁(1)外有肋板。
5.根据权利要求1所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管的外表面，除角部外层管壁(2)的外表面之外，设置有横向的波纹，波纹的高度为0.1～1.5mm，波纹的间距为2～25mm，波纹与结晶器铜管轴向的角度为45～90度。
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