CN104858378A - 直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管及结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管，包括顺次连接的管段Ⅰ，结晶器弯月面处管段和管段Ⅱ，所述结晶器弯月面处管段的内腔的倒锥度为所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内腔的总倒锥度的44％，所述结晶器弯月面处管段的外壁包括四个侧壁Ⅰ，所述侧壁Ⅰ上设有铣槽。本发明还公开了一种使用上述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的管式结晶器，一种使用上述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的组合式结晶器，一种使用上述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的板坯结晶器。本发明采用阶梯曲线锥度，使得直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内壁与不同状况下的钢水紧密贴合，得到更好的铸坯质量，而且锥度设计简单有效。

Description

直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管及结晶器

技术领域

本发明涉及一种涉及冶金连铸设备用的结晶器铜管领域，具体地说是一种直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管及结晶器。

背景技术

目前，结晶器是连铸机的关键设备，作为一次冷却区，连铸结晶器是钢液过热、凝固潜热及显热释放的一个复杂载体。其传热过程控制铸坯的形状和初始凝固，直接影响铸坯的质量。

连铸坯的许多质量缺陷如漏钢、脱方、鼓肚、角裂等绝大部分都起源于结晶器，与坯壳、结晶器铜管之间的传热不均匀方面有关。钢水冷却凝固产生热收缩，坯壳就会与铜管表面产生间隙，此间隙会增加热阻，降低了换热效果，导致区域性坯壳变薄，不能连续进行热交换，这个时期铸坯缺陷产生的可能性增大。

由于钢水的热收缩性能，结晶器铜管为了始终保持与铸坯壳贴合紧密，使之进行连续性的热传递过程，铜管的锥度设计成上口大，下口小的倒锥度形式。锥度大小应与铸坯冷却收缩程度相适应，过小的倒锥度会形成气隙，过大的倒锥度会增大拉坯阻力。而结晶器内弯月面的行为对坯壳初始凝固时的状态有决定性的影响。钢水与保护渣及结晶器接触，形成一个半径很小的弯月面区域，由于钢液表面张力的作用，弯月面具有弹性薄膜性能，能抵抗剪切力，并在结晶器不断振动的情况下传递钢液内部的热量，形成具有一定表面质量的连铸坯壳。因此，弯月面的形成是坯壳初始凝固的起点，在相同的生产条件下，坯壳质量决定于弯月面的性能。

目前，随着连铸技术的发展，连铸拉速越来越大，铸坯种类越来越多，单一的结晶器已经不能满足连铸工艺的要求。

发明内容

根据上述提出的现有技术中由于结晶器铜管与坯壳之间传热不均匀而引起连铸坯的质量缺陷的技术问题，而提供一种直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管。本发明采用的技术手段如下：

一种直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管，包括顺次连接的管段Ⅰ，结晶器弯月面处管段和管段Ⅱ，所述管段Ⅰ，所述结晶器弯月面处管段和所述管段Ⅱ的横截面均呈矩形环状结构，

所述管段Ⅰ的内腔的倒锥度为0，所述结晶器弯月面处管段的内腔的倒锥度为所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内腔的总倒锥度的44％，所述结晶器弯月面处管段的外壁包括四个侧壁Ⅰ，所述侧壁Ⅰ上设有铣槽。所述管段Ⅰ的内腔的倒锥度为0，使得所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内腔的倒锥度合理的分配到有效的铸坯收缩处，所述结晶器弯月面处管段的内腔的倒锥度为所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内腔的总倒锥度的44％，使结晶器的倒锥度分布更加合理的满足铸坯的收缩性能，保证了结晶器的出坯质量。

所述总倒锥度等于所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的上口与下口的尺寸差。

弯月面区域大锥度，弯月面区域下部小锥度。这样保证在所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管有限的倒锥度设计中，无钢水区域(所述管段Ⅰ)无锥度，钢水收缩大处(所述结晶器弯月面处管段)倒锥度大，钢水收缩小处(所述管段Ⅱ)倒锥度小的设计理念，保证所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内壁最大程度的与钢水热收缩性能相吻合。具体的所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内腔尺寸设计要依据连铸机的整体工艺参数确定，内腔曲线设计的核心：弯月面上口无锥度，弯月面区域大倒锥度，弯月面下部区域小倒锥度。

所述铣槽的槽深为所述结晶器弯月面处管段的管壁厚度的10％-25％；所述铣槽的槽深设计与所述结晶器弯月面处管段的管壁厚度有关，不能一概而论。通过有限元软件分析计算，在不影响所述结晶器弯月面处管段热力性能的前提下，尽大可能增加所述铣槽的槽深，达到钢水在弯月面区域最大的热收缩，形成尽量厚度的原始坯壳，为坯壳随后进行的冷却打好基础。

所述铣槽在所述侧壁Ⅰ上的正投影呈倒等腰梯形，所述倒等腰梯形的相邻边之间通过倒圆角Ⅰ相连。通过所述铣槽的设置加强铸坯在弯月面处的冷却强度，使坯壳加厚。

所述铣槽的上槽壁和下槽壁与所述侧壁Ⅰ的外表面之间均设有倒圆角Ⅱ，所述上槽壁和所述下槽壁分别与所述倒等腰梯形的上下底相对应；

所述铣槽的左槽壁和右槽壁与所述侧壁Ⅰ的外表面之间均设有倒圆角Ⅲ，所述左槽壁和所述右槽壁分别与所述倒等腰梯形的两腰相对应。

所述管段Ⅰ的长度为100mm，所述结晶器弯月面处管段的长度为300mm。

所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的外壁包括四个侧壁，相邻所述侧壁之间通过倒圆角相连。所述管段Ⅰ的外壁包括四个侧壁Ⅱ，所述管段Ⅱ的外壁包括四个侧壁Ⅲ，因此所述侧壁指的是位于同一方向上的所述侧壁Ⅱ，所述侧壁Ⅰ和所述侧壁Ⅲ的整体。

本发明还公开了一种使用上述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的管式结晶器。

本发明还公开了一种使用上述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的组合式结晶器。

本发明还公开了一种使用上述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的板坯结晶器。

本发明具有以下优点：

1、结晶器弯月面处管段带有一定形状和槽深的铣槽，可以更好的使弯月面区域的钢水与结晶器弯月面处管段的内壁相贴合，对坯壳形成有更好的作用，从而更好的保证了铸坯原始坯壳成形的质量与形状。

2、本发明的直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内壁呈阶梯曲线锥度，即弯月面区域上部采用直口形式，无倒锥度，弯月面区域倒锥度为直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内腔的总倒锥度的44％，弯月面区域下部采用小倒锥度。这种阶梯锥度的采用，都为了使直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内壁与不同状况下的钢水紧密贴合，得到更好的铸坯质量，而且锥度设计简单有效。

3、弯月面上口无倒锥度，使直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管有限的倒锥度合理有效的分配，增大了直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的冷却效果。

4、过钢量相比普通结晶器铜管更有优越性，市场更有竞争性。

5、结构简单，易于加工制造。

6、成本低，可靠性强。

基于上述理由本发明可在冶金连铸设备用的结晶器铜管等领域广泛推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的具体实施方式中直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的结构示意图。

图2是图1中A-A向剖视图。

图3是本发明具体实施方式中直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管内腔宽度沿铜管长度方向的变化曲线。

具体实施方式

如图1，图2所示，一种直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管，包括顺次连接的管段Ⅰ1，结晶器弯月面处管段2和管段Ⅱ3，所述管段Ⅰ1，所述结晶器弯月面处管段2和所述管段Ⅱ3的横截面均呈矩形环状结构，

所述管段Ⅰ1的内腔的倒锥度为0，所述结晶器弯月面处管段2的内腔的倒锥度为所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内腔的总倒锥度的44％，所述结晶器弯月面处管段2的外壁包括四个侧壁Ⅰ4，所述侧壁Ⅰ4上设有铣槽5。

所述铣槽5的槽深为所述结晶器弯月面处管段2的管壁厚度的10％-25％；

所述铣槽5在所述侧壁Ⅰ4上的正投影呈倒等腰梯形，所述倒等腰梯形的相邻边之间通过倒圆角Ⅰ51相连，即与所述倒圆角Ⅰ51相对应的所述铣槽5的槽壁成圆弧状；

所述铣槽5的上槽壁和下槽壁与所述侧壁Ⅰ4的外表面之间均设有倒圆角Ⅱ52；

所述铣槽5的左槽壁和右槽壁与所述侧壁Ⅰ4的外表面之间均设有倒圆角Ⅲ53。

所述管段Ⅰ1的长度为100mm，所述结晶器弯月面处管段2的长度为300mm。

所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的外壁包括四个侧壁，相邻所述侧壁之间通过倒圆角6相连。所述管段Ⅰ1的外壁包括四个侧壁Ⅱ7，所述管段Ⅱ3的外壁包括四个侧壁Ⅲ8，因此所述侧壁指的是位于同一方向上的所述侧壁Ⅱ7，所述侧壁Ⅰ4和所述侧壁Ⅲ8的整体。

本发明的目的是提供一种新的结晶器铜管，其通过合理的结构计算与设计，可以有效的克服现有的结晶器铜管的使用缺点，可以更好的适应高效的连铸机工艺参数，包括适应多钢种与高拉速等多种工艺状况，使坯壳与直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管内壁更加完美接触良好，从而具有更好的传热效果，是坯壳生产更加均匀，重点在坯壳成形关键区域的弯月面区域，保持铸坯出结晶器时一定的坯壳厚度，从而提高铸坯的生产质量与生产率，延长铜管的使用寿命，提高结晶器铜管的生产效率。

使用本具体实施方式中直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的连铸机，其主要参数如下：

连铸机类型：全弧型，

铸机半径：4m，

铸坯断面尺寸：120mm×120mm，

直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管：900mm，

浇注钢种：Q235，

拉速：1.5m/min，

根据常规设计，该连铸工艺下直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的倒锥度为1.0mm，所述管段Ⅰ1(0～100mm)为直口，无倒锥度，长度为100mm；所述结晶器弯月面处管段2(100～400mm)的倒锥度为1.0×44％＝0.44mm，长度300mm；所述管段Ⅱ3(400～900mm)的倒锥度为0.56mm，长度500mm。据此可以得到直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内腔宽度阶梯曲线，如图3所示，其中横坐标X(mm)是直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管从顶面算起的长度坐标，纵坐标Y(mm)是铜管内腔倒锥度。

其中，图1和图2中，D1＝100mm，D2＝200mm，D3＝300mm，R1(所述倒圆角Ⅰ51的尺寸)＝25mm，R2(所述倒圆角Ⅱ52的尺寸)＝25mm，R3(所述倒圆角Ⅲ53的尺寸)＝5mm，D4(所述槽深的尺寸)＝5mm。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管，其特征在于：包括顺次连接的管段Ⅰ，结晶器弯月面处管段和管段Ⅱ，所述管段Ⅰ，所述结晶器弯月面处管段和所述管段Ⅱ的横截面均呈矩形环状结构，

所述管段Ⅰ的内腔的倒锥度为0，所述结晶器弯月面处管段的内腔的倒锥度为所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的内腔的总倒锥度的44％，所述结晶器弯月面处管段的外壁包括四个侧壁Ⅰ，所述侧壁Ⅰ上设有铣槽。

2.根据权利要求1所述的直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管，其特征在于：

所述铣槽的槽深为所述结晶器弯月面处管段的管壁厚度的10％-25％；

所述铣槽在所述侧壁Ⅰ上的正投影呈倒等腰梯形，所述倒等腰梯形的相邻边之间通过倒圆角Ⅰ相连；

所述铣槽的上槽壁和下槽壁与所述侧壁Ⅰ的外表面之间均设有倒圆角Ⅱ；

所述铣槽的左槽壁和右槽壁与所述侧壁Ⅰ的外表面之间均设有倒圆角Ⅲ。

3.根据权利要求1所述的直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管，其特征在于：所述管段Ⅰ的长度为100mm，所述结晶器弯月面处管段的长度为300mm。

4.根据权利要求1所述的直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管，其特征在于：所述直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的外壁包括四个侧壁，相邻所述侧壁之间通过倒圆角相连。

5.一种使用权利要求1-4任一权利要求所述的直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的管式结晶器。

6.一种使用权利要求1-4任一权利要求所述的直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的组合式结晶器。

7.一种使用权利要求1-4任一权利要求所述的直口阶梯曲线带铣槽式结晶器铜管的板坯结晶器。