CN108941486A - 一种均匀冷却的结晶器铜管 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种均匀冷却的结晶器铜管，结晶器铜管的角部外表面设定尺寸范围内粘合有一层设定厚度的5920‑SN型密封胶作为耐高温绝热涂层，铜管角部粘合耐高温绝热涂层处通过喷砂或激光进行预先毛化处理。设定绝热涂层的厚度为0.04～0.2mm、与所述结晶器铜管角部粘合绝热涂层宽度不大于所在角部外表面过渡圆弧的弧长，不小于1/4过渡圆弧弧长，绝热涂层的导热系数介于0.02～0.1w/k.m之间，绝热涂层在260~300℃时，可保持基本强度大于1.5MPa的工作时间大于500h。该结晶器铜管解决了铜管的冷却不均匀问题,改善了铸坯角部过冷现象，特别是可确保绝热涂层牢固的粘附在铜管角部，从而不影响使用效果，易于实现，可靠性高，有益于推广使用。

Description

一种均匀冷却的结晶器铜管
技术领域
本发明涉及一种均匀冷却的结晶器铜管，具体涉及一种工作时可高效均匀冷却的结晶器铜管以及该铜管的加工方法，属于钢铁冶金机械行业连铸技术领域。
背景技术
结晶器是整个连铸机的第一个冷却设备，其冷却性能直接影响着铸坯的质量，是连铸机的重点管控设备，现有连铸生产线中，方形、矩形或多边形截面结晶器内铸坯的凝固过程中，液态金属浇入结晶器铜管后，在铜管外部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，位于结晶器内角部区域的金属受到相邻两面铜管的冷却，往往比边部冷却强度大，导致角部金属与边部金属温度、坯壳厚度及收缩不均匀，增加了铸坯角裂的倾向，限制了铸机的拉坯速度。
为解决上述问题，现有技术中，已公开的解决方案如中国实用新型专利“一种均匀冷却结晶器铜管”（201520116800.X），是通过在结晶器角部设置一个夹层方法，以减缓位于角部的铸坯冷却效果，从而使坯壳在横截上冷却均匀，这种方法虽然原理简单，但在实际生产中很难实现该角部夹层的设置，也难于保证其使用寿命的提高；中国发明专利“角部包覆缓冷条的结晶器铜管”（200920104178）公开的技术方案是：在结晶器铜管外角部包覆具有大热阻材料性质的缓冷条，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，达到降低角部冷却速度效果，提高结晶器铜管铸坯的冷却均匀性，该方案直接解决了铜管的冷却不均匀问题，但该技术方案存在结构缺陷，原因是在铜管内部高温，外部高速水流条件下，缓冷条很难依靠几个嵌入铜管上盲孔的凸柱体而稳固的定位在结晶器铜管的角部。
综上所述，现有各种已公开的技术方案虽然考虑到通过降低结晶器角部冷却强度的方法，以改善铸坯角部的过冷问题，但这些方案基本上只是一种理想的结构方式，难于实施，存在的主要问题是：可靠性低、使用寿命短、不能实现稳固支撑，因此未见广泛推广使用。
发明内容
本发明目的是针对背景技术的不足，提供一种均匀冷却的结晶器铜管，是一种适用于连续铸造金属方坯、矩形坯或多边型铸坯的均匀冷却结晶器铜管，是在结晶器铜管外的角部表面粘合一层耐高温的绝热涂层，本发明还公开了加工该种均匀冷却结晶器铜管的方法，以满足工作中铜管内壁均匀受热，进而提高结晶器铜管使用寿命，在确保拉坯质量前提下，尽量提高拉速。
本发明的技术方案是：
一种均匀冷却的结晶器铜管，包括方形、矩形或多边型结晶器铜管：其特征在于：所述结晶器铜管的角部外表面设定尺寸范围内粘合有一层设定厚度的耐高温绝热涂层。
如上所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：设定所述结晶器铜管角部粘合的绝热涂层为耐高温密封胶，所述耐高温密封胶的型号为5920-SN。
如上所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：设定所述结晶器铜管角部粘合绝热涂层的厚度大于0.04mm且小于0.2mm。
如上所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：设定与所述结晶器铜管角部粘合绝热涂层宽度不大于所在角部外表面过渡圆弧的弧长，且不小于1/4过渡圆弧弧长。
如上所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：设定与所述结晶器铜管角部粘合绝热涂层的导热系数介于0.02～0.1w/k.m之间。
如上所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：设定与所述结晶器铜管角部粘合的绝热涂层所承受最高工作温度在260~300℃时，保持基本强度时间大于500h。
如上所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：所述与所述结晶器铜管角部粘合的绝热涂层在设定工作温度区间内的基本强度大于1.5MPa。
如上所述一种均匀冷却的结晶器铜管的加工方法，其特征在于：首先对所述结晶器铜管角部进行毛化处理，然后再在毛化区表面粘合一层耐高温绝热涂层。
如上所述一种均匀冷却的结晶器铜管的加工方法，其特征在于：所述毛化处理方法包括：喷砂毛化或者是激光刻蚀毛化。
本发明的有益效果是：按照本发明的结晶器铜管，采用角部表面粘合一层耐高温的绝热涂层方式，直接解决了铜管的冷却不均匀问题, 改善铸坯角部的过冷现象。特别是可确保绝热涂层牢固的粘附在铜管角部，从而不影响使用效果，易于实现，可靠性高，有利于推广使用。
附图说明
图1为本发明 “一种均匀冷却的结晶器铜管” 实施例示意图；
图2图1之A-A向剖面示意图；
图3为本发明 “一种均匀冷却的结晶器铜管” 实施例中，为进行温度场测试而选取某一型号的结晶器铜管局部示意图。
附图中的标记说明：1—结晶器铜管，2—角部耐热涂层,a—绝热涂层包覆角。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内，本技术方案中未详细述及的，均为公知技术。
如图1～2所示，本发明一种均匀冷却的结晶器铜管，实施方式以方形结晶器铜管为例，结晶器铜管1外部四个角部表面粘合一层耐高温的绝热涂层，所述绝热涂层选定为5920-SN型耐高温密封胶，以满足结晶器铜管1内壁均匀受热。
实际上，依照本发明技术方案所提供的一种均匀冷却的结晶器铜管，在工作中角部所处位置最高温度不高于260℃，而粘合的5920-SN型耐高温密封胶在316℃高温下，可保持所需的基本强度大于1.5MPa的正常工作状态大于500h，从而可确保绝热涂层牢固的粘附在铜管角部，不影响铜管的正常使用效果。
本发明实施例中，设定所述结晶器铜管角部粘合绝热涂层2的厚度介于0.04～0.2mm之间，当结晶器铜管截面尺寸较大时取上限值0.2mm，反之取下限值0.04mm；绝热涂层2的宽度不大于所在角部外表面过渡圆弧的弧长，且不小于1/4过渡圆弧弧长。设定结晶器铜管角部粘合绝热涂层具有一定绝热效果，其导热系数介于0.02～0.1w/k.m之间。另外，该绝热涂层具有一定耐高温性能，其所承受最高工作温度大于260℃。具体实施过程中，粘合绝热涂层以前，应先对结晶器铜管角部进行毛化处理，所述毛化处理方法包括：喷砂毛化或者是激光刻蚀毛化，然后再将绝热涂层粘合在所述毛化区上，预先毛化有利于粘合绝热涂层与结晶器铜管之间具有较强的结合力，使其在工作过程中不至脱落。
以下通过一个更具体的实施例对本发明技术方案进一步的解释：
如图3所示，为某一型号的结晶器铜管局部示意图，本具体实施例中，选取并设定结晶器铜管等相关参数如下：
铜管厚度14.5mm；
绝热涂层厚度为0.06mm，绝热涂层所承受最高工作温度在260~300℃时，可保持所需的基本强度≥1.5MPa的正常工作状态大于500h；
绝热涂层的导热系数取0.04w/m.k；
铜的导热系数取355w/m.k。
为了得到最佳的均匀冷却效果，在弯月面附近截面角部粘合了不同包覆角的绝热涂层，再通过应用ANSYS商业软件，对该不同包覆角模型进行温度场分析。
分别选取绝热涂层包覆角a分别为：a=0゜（无绝热涂层）、40゜、60゜、65゜、68゜、70゜、90゜共七组数据，通过分析铜管温度场分布可知，当包覆角a=70゜时，铜管热面温差最小，此时的铸坯冷却更均匀，对应的涂层宽度约为27mm。
通过以上分析可知，采用本发明结晶器铜管，可以减少铸坯角部冷却，从而使坯壳冷却均匀。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“截面”、“厚度”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (9)

1.一种均匀冷却的结晶器铜管，包括方形、矩形或多边型结晶器铜管：其特征在于：所述结晶器铜管的角部外表面设定尺寸范围内粘合有一层设定厚度的耐高温绝热涂层。
2.如权利要求1所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：设定所述结晶器铜管角部粘合的绝热涂层为耐高温密封胶，所述耐高温密封胶的型号为5920-SN。
3.如权利要求1所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：设定所述结晶器铜管角部粘合绝热涂层的厚度大于0.04mm且小于0.2mm。
4.如权利要求1所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：设定与所述结晶器铜管角部粘合绝热涂层宽度不大于所在角部外表面过渡圆弧的弧长，且不小于1/4过渡圆弧弧长。
5.如权利要求1所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：设定与所述结晶器铜管角部粘合绝热涂层的导热系数介于0.02～0.1w/k.m之间。
6.如权利要求1所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：设定与所述结晶器铜管角部粘合的绝热涂层所承受最高工作温度在260~300℃时，保持基本强度时间大于500h。
7.如权利要求1所述一种均匀冷却的结晶器铜管，其特征在于：所述与所述结晶器铜管角部粘合的绝热涂层在设定工作温度区间内的基本强度大于1.5MPa。
8.一种均匀冷却的结晶器铜管的加工方法，其特征在于：首先对所述结晶器铜管角部进行毛化处理，然后再在毛化区表面粘合一层耐高温绝热涂层。
9.如权利要求8所述一种均匀冷却的结晶器铜管的加工方法，其特征在于：所述毛化处理方法包括：喷砂毛化或者是激光刻蚀毛化。
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