CN106180604A - 一种结晶器结构、冷却装置及结晶器内部的冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷却装置、采用该冷却装置的结晶器结构以及结晶器内部的冷却方法，其中，冷却装置包括进水管、出水管和中间连接管道。进水管和出水管分别与中间连接管道相连通，在冷却装置内部通入冷却工质，能够对与冷却装置外部相接触的钢液进行冷却，钢液与冷却工质温差大并且浸入式水口附近钢液流速快，对流传热迅速，能起到良好的冷却效果。本方案所提供的一种结晶器结构、冷却装置及结晶器内部的冷却方法，改变了传统上由表及里的连铸坯冷却方式，主要通过结晶器内部的中间连接管道冷却钢液，其结构简单合理，能够降低铸坯凝固前沿和铸坯液芯之间温度梯度，起到降低浇注过程中钢液过热度的作用。

Description

一种结晶器结构、冷却装置及结晶器内部的冷却方法

技术领域

本发明涉及属于钢铁冶金技术领域，具体地讲，本发明涉及一种结晶器结构、冷却装置及结晶器内部的冷却方法。

背景技术

传统连铸坯冷却凝固方式都是由表及里的冷却凝固方式，铸坯凝固前沿和铸坯液芯之间有较大的温度梯度，根据钢液凝固过程中的选份结晶理论和结晶学上的择优生长理论，铸坯凝固过程中势必会造成偏析、柱状晶发达等固有缺陷，铸坯中心则可能会有中心缩孔、疏松、偏析等问题。低过热度浇注是解决以上问题的有效方法，在接近液相线温度的低过热度区会形成大量等轴晶的晶核，等轴晶的长大可以进一步阻止柱状晶的发展。但在实际生产中将中间包内钢液的过热度降低到液相线附近进行浇铸是不可行的，因为这会造成“冻水口现象”，中间包向结晶器的浇注过程无法顺利进行。

目前在结晶器内降低钢液过热度的方法有结晶器电磁搅拌、结晶器喂钢带技术。电磁搅拌技术利用在铸坯的液相穴内感生的电磁力强化液相穴内钢液的运动，起到破碎树枝晶，阻止柱状晶的生长的作用，电磁搅拌造成的旋转运动还能加速铸坯中心高过热度的钢液向凝固坯壳的对流传热，但因感应电流的集肤效应影响，电磁搅拌只能搅拌范围很小的钢液，会带来电磁搅拌位置难以准确控制，适应性差，维护费用高，冷却钢液速度慢等问题，并且部分老式连铸机由于空间受限，无法在结晶器位置安装电磁搅拌装置。结晶器喂钢带技术是通过向结晶器内部喂入冷钢带，以吸收钢液过热度，但存在喂线设备占地面积大、喂钢带过程引起的结晶器液面卷渣会污染钢液等问题。

为解决以上问题，本发明提供了一种结晶器结构、冷却装置及结晶器内部的冷却方法，以达到降低钢液过热度的目的。

发明内容

本发明提供了一种冷却装置，具有简单合理的结构，使浇注过程中钢液过热度得以降低。针对此装置本发明提供了一种采用该冷却装置的结晶器结构。本发明又一目的在于提供一种结晶器内部的冷却方法，采用上述结晶器结构，来降低浇注过程中的钢液过热度。

为解决上述技术问题，本发明所提供的一种冷却装置，应用于结晶器内部，包括进水管、出水管和中间连接管道，所述进水管和所述出水管分别与所述中间连接管道相连通。

优选地，在上述冷却装置中，所述进水管和/或所述出水管为用于与外部供水系统连接的管道。

优选地，在上述冷却装置中，所述进水管和所述出水管均为纵向布置的管道，所述中间连接管道为横向布置的管道。

优选地，在上述冷却装置中，所述中间连接管道为多个圆环状管道或椭圆环状管道。

优选地，在上述冷却装置中，所述圆状管道或所述椭圆状管道的管径在自上而下的方向上逐渐变小。

优选地，在上述冷却装置中，所述进水管和所述出水管和所述中间连接管道为钢质管道。

本发明还提供一种结晶器结构，包括结晶器，还包括位于结晶器内的冷却装置，所述冷却装置应用本发明所提供的一种冷却装置。

优选地，在上述结晶器结构中，所述冷却装置与所述结晶器保护渣接触的位置处设置有绝热部件。

本发明还提供一种结晶器内部的冷却方法，所述冷却方法应用本发明所提供的一种结晶器结构，所述冷却方法包括以下步骤：

1)所述冷却装置设置在所述结晶器内部；

2)将钢液通入所述结晶器内部，与所述冷却装置相接触，在所述冷却装置内通入冷却工质；

3)所述结晶器相对于所述冷却装置振动，直至浇注过程结束；

4)将所述冷却装置从所述结晶器中拆卸下来并取出。

本发明提供了一种冷却装置、采用该冷却装置的结晶器结构以及结晶器内部的冷却方法，其中，冷却装置包括进水管、出水管和中间连接管道。进水管和出水管分别与中间连接管道相连通，在冷却装置内部通入冷却工质，能够对与冷却装置外部相接触的钢液进行冷却，钢液与冷却工质温差大并且浸入式水口附近钢液流速快，对流传热迅速，能起到良好的冷却效果。本方案所提供的一种冷却装置、结晶器结构以及结晶器内部的冷却方法，改变了传统上由表及里的连铸坯冷却方式，主要通过结晶器内部的中间连接管道冷却钢液，其结构简单合理，能够降低铸坯凝固前沿和铸坯液芯之间温度梯度，起到降低浇注过程中钢液过热度的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的结晶器内部的冷却装置的主视图；

图2为本发明所提供的结晶器内部的冷却装置的俯视图；

图3为本发明所提供的结晶器内部的冷却装置的左视图。

图中，1-浸入式水口，2-中间连接管道，3-绝热部件，4-结晶器保护渣，5-结晶器，6-钢液，7-坯壳，8-进水管，9-出水管。

具体实施方式

本发明提供了一种冷却装置，具有简单合理的结构，使浇注过程中钢液过热度得以降低。针对此装置本发明提供了一种采用该冷却装置的结晶器结构。本发明又一目的在于提供一种结晶器内部的冷却方法，采用上述结晶器结构，来降低浇注过程中的钢液过热度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1-图3，本发明所提供一种冷却装置，应用于结晶器内部，包括进水管8、出水管9和中间连接管道2，进水管8和出水管9分别与中间连接管道2相连通。在冷却装置内部通入冷却工质，能够对与冷却装置外部相接触的钢液6进行冷却。

本方案所提供的一种冷却装置，改变了传统上由表及里的连铸坯冷却方式，通过结晶器内部设置冷却装置冷却钢液，其结构简单合理，能够降低铸坯凝固前沿和铸坯液芯之间温度梯度，起到降低浇注过程中钢液过热度的作用。在进水管8、出水管9和中间连接管道2内部通冷却水，冷却强度大，其冷却效果是结晶器喂钢带、结晶器电磁搅拌所不能比拟的。

在连续铸钢过程中，将结晶器保护渣4置于结晶器内的钢液液面上，用以保温、防氧化和吸收非金属夹杂。进水管8和/或出水管9与外部供水系统连接，冷却装置与结晶器保护渣4接触的位置处设置有绝热部件3，防止在浇注过程中冷却装置冷却结晶器保护渣产生的保护渣结壳现象而对产品质量造成影响。

布置方式可以为进水管8和出水管9均为纵向布置的管道，中间连接管道2为横向布置的管道。具体地，中间连接管道2可以为多个圆环状管道或椭圆环状管道，管道围成圆环状或椭圆环状，每个圆环状管道或椭圆环状管道均与进水管8和出水管9连接。个数优选可以设置为3-10个，通过在结晶器5内部布置圆环状管道或椭圆环状管道组成的中间连接管道2，组合成冷却装置。可以根据不同形状的铸坯设计不同类型的管道形状，以达到均匀冷却结晶器5内钢液6的效果，圆环状管道适用于方坯，椭圆环状管道适用于矩形坯和板坯，椭圆环状管道的长轴方向在铸坯的宽面方向上、短轴方向在铸坯的短轴方向上。

由于冷却装置的冷却作用，结晶器5内钢液6会附着在冷却装置的外壁上，并会在冷却装置外壁上凝固成固体钢质，该处凝固在管上的钢质和图1中结晶器5外壁上的坯壳7不是一个概念，结晶器坯壳7是因为结晶器5外壁通冷却水冷却而形成的，由于结晶器5外壁通冷却水冷却是公知技术，所以本发明未加叙述，本发明只是冷却结晶器5内的钢液6，使钢液6温度降低，起降低钢液过热度的作用，铸坯的坯壳7是向结晶器5外壁通冷却水而形成的，而钢液6在冷却装置外壁的凝固过程的传热适用于傅立叶传热定律：

jT＝-k(ΔT)/(Δx)，

式中jT为热流密度(W·m-2)，κ导热系数(W·m-1·K-1)，T为温度(K)，x为在导热面上的厚度(m)

根据傅里叶定律，随着冷却装置的外壁上凝固钢质的增加，也即是导热面厚度增加，传热变慢，冷却装置外壁上凝固钢质的生长速度变慢，生长到某一临界值时，钢液6传递到凝固前沿的热量等于凝固前沿传递到冷却装置外壁的热量，凝固前沿的温度不变，凝固前沿停止生长，所以冷却装置外壁凝固钢质的生长厚度有一个极限值，可以通过控制管道内冷却水的水量及流速来控制冷却管道组件外壁凝固钢质的生长厚度，尽可能的降低钢液过热度又使钢管外壁凝固坯壳的厚度值不影响浇注的正常进行。

由于结晶器5内钢液6的温度从上往下是逐渐降低的，冷却装置上圆环状管道或椭圆环状管道的管径在自上而下的方向上逐渐变小，即如图1所示图中的结晶器5的内部且远离结晶器5入口的方向为自上而下的方向，最终达到从上到下的热流传输量是递减的效果，以避免冷却装置下部冷却装置外壁上的凝固钢质生长过厚。

进一步，进水管8和出水管9和中间连接管道2可以为钢质材料的管道。钢质材料的熔化温度与连铸浇注温度接近，在管道内部通适量冷却水的情况下，冷却管道不会熔化且有一定刚度，设备使用过程中很安全。

本发明提供了一种结晶器结构，包括结晶器5，以及位于结晶器5内的冷却装置。本结晶器结构中采用上述内容中的冷却装置，具有同样的有益效果，改变了传统上由表及里的连铸坯冷却方式，使得具有该冷却装置的结晶器结构简单合理，能够降低铸坯凝固前沿和铸坯液芯之间温度梯度，起到降低浇注过程中钢液过热度的作用。

进一步，冷却装置与结晶器保护渣4接触的位置处设置有绝热部件3，绝热部件3采用绝热材料制成，以避免冷却装置对结晶器保护渣4产生冷却作用，影响结晶器保护渣的物理化学性质。在一种具体实施例中，可将进水管8和出水管9分别与结晶器保护渣4接触的位置处包裹上绝热部件3。

本发明还提供了一种结晶器内部的冷却方法，冷却方法应用上述结晶器结构，冷却方法包括以下步骤：

1)冷却装置设置在结晶器5内部。

2)将钢液6通入结晶器5内部，与冷却装置相接触，在冷却装置内通入冷却工质。

3)结晶器5相对于冷却装置振动，直至浇注过程结束。

4)将冷却装置从结晶器5中拆卸下来并取出。

在实际生产过程中一般采用图中所示的浸入式水口1向结晶器5中通入钢液，浸入式水口1可以设置在冷却装置的内部，也可以设置在冷却装置的周围。当浸入式水口1可以设置在冷却装置的内部时，钢液6可直接冲击到冷却装置上，冷却效果较好。冷却装置内的冷却工质接入连铸泵房，不需要额外增加设备。浇注过程中先在冷却装置内通入冷却工质，然后将钢液6通入结晶器5内部。

钢液6冲击到冷却装置上，由于钢液6与冷却工质的温差大，并且钢液流速快，对流传热迅速，能起到良好的冷却效果。浇注过程中，结晶器5内的铸坯相对于冷却装置振动，冷却装置周围接近液相线温度的钢液6随之向下流动，高温钢液6不断的补充到冷却装置周围，冷却装置持续的冷却高温钢液6。生产中根据铸坯断面尺寸的不同，需设计合适的冷却钢管管径和冷却水流量，达到良好的冷却效果，又不影响浇注的正常进行，最终能够降低浇注过程中的钢液过热度。

钢液6在结晶器5外壁凝固成坯壳7后，随着结晶器5的振动和结晶器保护渣4的润滑作用，坯壳7和结晶器5分离，二冷段位置安装有拉矫机，拉矫机把坯壳和坯壳内的钢液6拉出结晶器5。

具体提供下面三种具体实施例。

实施例1：一种内置于板坯结晶器中的冷却装置。

一种内置于板坯结晶器中的冷却装置，装置如图1-3所示，铸坯规格为160mm×1260mm，在结晶器5中布置10个椭圆环状管道，组成冷却装置，冷却装置上部的第一根圆管内径0.8mm，下部最后一根圆管内径0.4mm，圆管内径从上向下递减，圆管壁厚5mm，圆管内水流速0.4m/s，冷却装置的进水管8和出水管9与结晶器保护渣4接触的部位需包裹上绝热部件3，以避免本装置对结晶器保护渣4产生冷却作用，管道材质为钢质，从结晶器5外部接入冷却水系统后，水在进水管8、中间连接管道2、出水管9内流通，起到降低钢液过热度的作用，浇注过程中，铸坯相对于冷却装置向下运动，冷却装置周围接近液相线温度的钢液随之向下流动，从水口流出的高温钢液不断的补充到冷却装置周围，冷却装置能持续的冷却高温钢液。生产过程中冷却装置外壁上凝固钢质的生长厚度极限值不会影响浇注的正常进行，铸坯等轴晶比例为60％，无中心偏析、缩孔现象，起到提高铸坯质量的良好作用。

实施例2：一种内置于方坯结晶器中的冷却装置。

一种内置于方坯结晶器中的冷却装置，装置如图1-3所示，铸坯规格为220mm×220mm，在结晶器5中布置3个圆环状管道，组成冷却装置，冷却装置上部的第一根圆管内径0.9mm，下部最后一根圆管内径0.5mm，圆管内径从上向下递减，圆管壁厚6mm，圆管内水流速0.5m/s，冷却装置的进水管8和出水管9与结晶器保护渣4接触的部位需包裹上绝热部件3，以避免本装置对结晶器保护渣4产生冷却作用，管道材质为钢质，从外部接入冷却水系统后，水在进水管8、中间连接管道2、出水管9内流通，起到降低钢液过热度的作用，浇注过程中，铸坯相对于冷却装置向下运动，冷却装置周围接近液相线温度的钢液随之向下流动，从水口流出的高温钢液不断的补充到冷却装置周围，冷却装置持续的冷却高温钢液。生产过程中冷却装置外壁上凝固钢质的生长厚度极限值不会影响浇注的正常进行，铸坯等轴晶比例为70％，无中心偏析、缩孔现象，起到提高铸坯质量的良好作用

实施例3：一种内置于板坯结晶器中的冷却装置。

一种内置于板坯结晶器中的冷却装置，装置如图1-3所示，铸坯规格为300mm×1800mm，在结晶器5中布置6个圆环状管道，组成冷却装置，冷却管道组上部的第一根圆管内径1.5mm，下部最后一根圆管内径1mm，圆管内径从上向下递减，圆管壁厚8mm，圆管内水流速0.8m/s，冷却装置的进水管8和出水管9与结晶器保护渣4接触的部位需包裹上绝热部件3，以避免本装置对结晶器保护渣4产生冷却作用，管道材质为钢质，从外部接入冷却水系统后，水在进水管8、中间连接管道2、出水管9内流通，起到降低钢液过热度的作用，浇注过程中，铸坯相对于冷却装置向下运动，冷却装置周围接近液相线温度的钢液随之向下流动，从水口流出的高温钢液不断的补充到冷却装置周围，冷却装置持续的冷却高温钢液。生产过程中冷却装置外壁上凝固钢质的生长厚度极限值不会影响浇注的正常进行，铸坯等轴晶比例为50％，无中心偏析、缩孔现象，起到提高铸坯质量的良好作用

以上对本发明所提供的一种结晶器结构、冷却装置及结晶器内部的冷却方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种冷却装置，应用于结晶器内部，其特征在于，包括进水管(8)、出水管(9)和中间连接管道(2)，所述进水管(8)和所述出水管(9)分别与所述中间连接管道(2)相连通。

2.根据权利要求1中所述的冷却装置，其特征在于，所述进水管(8)和/或所述出水管(9)为用于与外部供水系统固定连接的管道。

3.根据权利要求1中所述的冷却装置，其特征在于，所述进水管(8)和所述出水管(9)均为纵向布置的管道，所述中间连接管道(2)为横向布置的管道。

4.根据权利要求3中所述的冷却装置，其特征在于，所述中间连接管道(2)为多个圆环状管道或椭圆环状管道。

5.根据权利要求4中所述的冷却装置，其特征在于，所述圆状管道或所述椭圆状管道的管径在自上而下的方向上逐渐变小。

6.根据权利要求1中所述的冷却装置，其特征在于，所述进水管(8)和所述出水管(9)和所述中间连接管道(2)为钢质管道。

7.一种结晶器结构，包括结晶器(5)，其特征在于，还包括位于结晶器(5)内的冷却装置，所述冷却装置为如权利要求1-6任意一项所述的冷却装置。

8.根据权利要求7中所述的结晶器结构，其特征在于，所述冷却装置与所述结晶器保护渣(4)接触的位置处设置有绝热部件(3)。

9.一种结晶器内部的冷却方法，其特征在于，所述冷却方法应用权利要求7或8中所述的结晶器结构，所述冷却方法包括以下步骤：

1)所述冷却装置设置在所述结晶器(5)内部；

2)将钢液(6)通入所述结晶器(5)内部，与所述冷却装置相接触，在所述冷却装置内通入冷却工质；

3)所述结晶器(5)相对于所述冷却装置振动，直至浇注过程结束；

4)将所述冷却装置从所述结晶器(5)中拆卸下来并取出。