CN109702154A - 一种生产薄板坯用的结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产薄板坯用的结晶器及生产钢坯的方法,涉及钢铁冶金技术领域。所述结晶器包括两个倾斜的宽面、两个倾斜的窄面、四个曲面；两个倾斜的长方形宽面、两个倾斜的长方形窄面、四个曲面一起来构成了上口面积大，下口面积小的形状结晶器的内腔,结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值,本发明的铸坯在结晶器的变形过程中，由于铸坯坯壳不发生压缩或拉伸变形，不需对钢坯坯壳施加较大的变形力，结晶器受到的反作用力就小，结晶器被磨损量变少，减少结晶器损耗，提高结晶器寿命，铸坯坯壳发生表面裂纹等缺陷的几率较低。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术，具体地讲，本发明涉及一种生产薄板坯用的结晶器。
背景技术
薄板坯连铸连轧技术是当今冶金界的一项前沿技术，具有流程紧凑、投资少、能耗低等优势。薄板坯连铸连轧技术中的一项核心技术即为如何生产出厚度规格50～80mm的无缺陷铸坯。
目前国际上生产薄规格铸坯主要采用漏斗形结晶器或透镜形结晶器，结晶器的上口为漏斗形或透镜形，结晶器上口的面积较大，以利于浸入式水口的插入及保护渣的熔化，结晶器下口的面积较小，结晶器下口的面积一般为结晶器上口的面积的40～60％，结晶器下口的周长一般比结晶器上口的周长少200～250mm，钢坯在结晶器内的拉坯过程中被压缩变形，完成从厚板坯向薄板坯的演变。但由于钢坯在结晶器内进行了较大的压缩变形，其横截面积减少40～60％，坯壳横截面周长减少200～250mm，对钢坯施加的变形力较大且结晶器内的铸坯坯壳极薄，易导致铸坯发生表面裂纹、表面褶皱和内部裂纹，甚至发生结晶器漏钢，影响连铸设备的高效运行。
其铸坯发生表面裂纹、表面褶皱和内部裂纹的主要原因为：钢坯坯壳周长在结晶器内被压缩变短，而将坯壳周长压缩变短需要很大的变形力，其变形力远大于仅将坯壳形状改变的力，较大的变形力易使铸坯发生表面裂纹和内部裂纹，且结晶器内铸坯坯壳极薄(小于10mm)，将坯壳周长压缩变短的过程中极易使坯壳发生褶皱。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的以上问题，提供一种生产薄板坯用的结晶器，该结晶器仍然为上口面积大，小口面积小的形状，但区别与现有技术的方面为：结晶器从上向下看，铸坯在结晶器内的横截面积逐渐减小，但铸坯在结晶器内的横截面周长基本不变，铸坯的横截面周长变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值，所以，铸坯坯壳在形状变化过程中不会发生表面褶皱缺陷，在结晶器内，与结晶器铜板接触受冷凝固变为坯壳，坯壳内部包裹钢液，内部为液体，外表面受冷凝固为固体，在此后持续的冷却过程中，坯壳内部的钢液也全部凝固了，就形成了全凝固铸坯。铸坯在结晶器的变形过程中，铸坯逐渐变扁变宽，但铸坯坯壳仅发生形状的变化，铸坯坯壳不会发生压缩或拉伸变形，由于铸坯坯壳不发生压缩或拉伸变形，不需对钢坯坯壳施加较大的变形力，结晶器受到的反作用力就小，结晶器被磨损量变少，减少结晶器损耗，提高结晶器寿命，铸坯坯壳发生表面裂纹等缺陷的几率较低。
一种生产薄板坯用的结晶器，结晶器内腔为上口面积大，下口面积小的形状，其特征在于：结晶器从上向下看，铸坯在结晶器内的横截面积逐渐减小，但铸坯在结晶器内的横截面周长基本不变。
结晶器的内腔由两个倾斜的长方形宽面、两个倾斜的长方形窄面、四个曲面围成，长方形宽面和长方形窄面经曲面连接，每个窄面通过两个曲面与两个宽面相连接，每个宽面通过两个曲面与两个窄面相连接。
优选的，结晶器宽面横向总长度为宽面横向长度与两个曲面在宽面横向方向上分量长度的和，结晶器窄面横向总长度为窄面横向长度与两个曲面在窄面横向方向上分量长度的和；结晶器内腔从上向下看，曲面从上到下的曲率逐渐减小，且曲面对宽面横向总长度的贡献逐渐增多，曲面对窄面横向总长度的贡献逐渐减少，即结晶器内腔的宽面横向总长度逐渐增大，窄面横向总长度逐渐减少，结晶器的内腔形状逐渐变扁，但结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值，本申请所指的凝固收缩值为钢液由液相向固相转变而产生的相变收缩值和铸坯坯壳由高温向低温变化而产生的热收缩值之和。
该结晶器的造型为：结晶器内腔上口的窄面横向总宽度b1为150～200mm，结晶器内腔下口的窄面横向总宽度b2为50～80mm，结晶器内腔上口的窄面横向总宽度为结晶器内腔下口的窄面横向总宽度的2.5～3倍，结晶器上口的宽面横向总宽度为a1为1150～1650mm，结晶器下口的宽面横向总宽度a2为1200～1750mm，结晶器上口的宽面横向总宽度比结晶器下口的宽面横向总宽度的少50～100mm，结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
结晶器的内腔由两个倾斜的长方形宽面、两个倾斜的长方形窄面、四个曲面围成，倾斜的宽面尺寸为：(950～1450)mm×(1100～2000)mm，倾斜的窄面尺寸为：(50～80)mm×(1100～2000)mm，曲面为曲率渐变的曲面，曲率小于25m-1，曲面的横截面为光滑的曲线，曲面的横截面为横截面的弧线，长度为130～180mm；每个窄面通过两个曲面与两个宽面相连接，每个宽面通过两个曲面与两个窄面相连接；结晶器宽面横向总长度为宽面横向长度与两个曲面在宽面横向方向上分量长度的和，结晶器窄面横向总长度为窄面横向长度与两个曲面在窄面横向方向上分量长度的和；结晶器从上向下看，曲面从上到下的曲率逐渐减小，且曲面对宽面横向总长度的贡献逐渐增多，曲面对窄面横向总长度的贡献逐渐减少，即结晶器内腔的宽面横向总长度逐渐增大，窄面横向总长度逐渐减少，结晶器的内腔形状逐渐变扁，但结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
本发明还提供一种生产钢坯的方法，使用本发明所述的结晶器，将钢水灌注于结晶器内，钢液在结晶器内，与结晶器铜板接触受冷凝固变为坯壳，坯壳内部包裹钢液。
坯壳包裹着钢液沿结晶器自上而下移动，两个倾斜的宽面1之间的距离逐渐变小，结晶器将两个倾斜的宽面1之间的铸坯逐渐压缩变薄；两个倾斜的窄面2之间的距离逐渐变大，在曲面矫直变形和钢水静压力作用下，铸坯两个窄面之间的距离也逐渐变大，铸坯变宽；
自上而下运动过程中，铸坯发生形变，坯壳内部的钢液逐渐凝固，形成钢坯。
结晶器从上向下看，铸坯在结晶器内的横截面积逐渐减小，但铸坯在结晶器内的横截面周长基本不变，铸坯的横截面周长变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值，所以，铸坯坯壳在形状变化过程中不会发生表面褶皱缺陷，
优选的，在结晶器倾斜的宽面1、倾斜的窄面2、曲面3以及钢水静压力的协同作用下，铸坯在结晶器运行过程中逐渐变薄变宽，厚度减少60-70％，宽度增加80-120mm。
附图说明
图1为本发明提供的结晶器内腔结构示意图。
图2是本发明提供的结晶器铜板俯视图。
图3是本发明提供的结晶器俯视图上口。
图4是本发明提供的结晶器俯视图下口。
图5是本发明提供的结晶器铜板主视图。
图6是本发明提供的结晶器铜板左视图。
附图标记说明：
其中1所示的阴影为结晶器的倾斜的宽面铜板，2所示的阴影为结晶器的倾斜的窄面铜板，3所示的阴影为结晶器的曲面铜板，4为结晶器内腔的上口，5为结晶器内腔的下口，6为结晶器铜板横截面曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1、2、3、4、5、6所示，针对以上问题，本发明提供一种生产薄板坯用的结晶器，该结晶器的造型为：结晶器内腔上口4的窄面横向总宽度为150～200mm，结晶器内腔下口5的窄面横向总宽度为50～80mm，结晶器内腔上口4的窄面横向总宽度为结晶器内腔下口5的窄面横向总宽度的2.5～3倍，结晶器上口4的宽面横向总宽度为1150～1650mm，结晶器下口5的宽面横向总宽度为1200～1750mm,结晶器上口4的宽面横向总宽度比结晶器下口5的宽面横向总宽度的少50～100mm，结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
结晶器的内腔由两个倾斜的宽面1、两个倾斜的窄面2、四个曲面3围成，倾斜的宽面1的尺寸为：(950～1450)mm×(1100～2000)mm,倾斜的窄面2的尺寸为：(50～80)mm×(1100～2000)mm，曲面3为曲率渐变的曲面，曲面3的曲率小于25m-1，曲面3的横截面为光滑的曲线6，曲线6的长度为130～180mm；每个窄面2通过两个曲面3与两个宽面1相连接，每个宽面1通过两个曲面3与两个窄面2相连接；结晶器宽面横向总长度为倾斜的宽面1横向长度与曲面3在宽面横向方向上分量长度的和，结晶器窄面横向总长度为窄面2横向长度与曲面3在窄面横向方向上分量长度的和；结晶器内腔从上向下看，曲面3从上到下的曲率逐渐减小，且曲面3对宽面横向总长度的贡献逐渐增多，曲面3对窄面横向总长度的贡献逐渐减少，即结晶器内腔的宽面横向总长度逐渐增大，窄面横向总长度逐渐减少，结晶器的内腔形状逐渐变扁，宽度逐渐增加，但结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔的横截面周长为两个倾斜的宽面1、两个倾斜的窄面2、四个曲面3的横截面长度之和，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
用该结晶器生产钢坯时，结晶器从上向下看，两个倾斜的宽面1之间的距离逐渐变小，结晶器将两个倾斜的宽面1之间的铸坯逐渐压缩变薄；结晶器从上向下看，由于曲面3从上到下的曲率逐渐减小，曲面3与曲面3接触的坯壳从上向下运行过程中曲率也逐渐减少，铸坯曲面对铸坯宽面横向总长度的贡献逐渐增多，铸坯曲面对铸坯窄面横向总长度的贡献逐渐减少；结晶器从上向下看，两个倾斜的窄面2之间的距离逐渐变大，在曲面矫直变形和钢水静压力作用下，铸坯两个窄面之间的距离也逐渐变大，铸坯变宽。
在结晶器倾斜的宽面1、倾斜的窄面2、曲面3以及钢水静压力的协同作用下，铸坯在结晶器运行过程中逐渐变薄变宽，厚度减少60～66％，宽度增加50～100mm，同时满足铸坯的横截面周长不变。
实施例1
如图1、2、3、4、5、6所示，针对以上问题，本发明提供一种生产薄板坯用的结晶器，该结晶器的造型为：结晶器内腔上口的窄面横向总宽度b1为150mm，结晶器下口的窄面横向总宽度b2为50mm，结晶器内腔上口的窄面横向总宽度为结晶器下口的窄面横向总宽度的3倍，结晶器上口的宽面横向总宽度a1为1150mm，结晶器下口5的宽面横向总宽度a2为1200mm,结晶器上口的宽面横向总宽度比结晶器下口的宽面横向总宽度的少50mm，结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
结晶器的内腔由两个倾斜的宽面1、两个倾斜的窄面2、四个曲面3围成，倾斜的宽面1的尺寸为：950mm×1100mm,倾斜的窄面2的尺寸为：50mm×1100mm，曲面3为曲率渐变的曲面，曲面3的曲率小于25m-1，曲面3的横截面为光滑的曲线6，曲线6的长度为130mm；每个窄面2通过两个曲面3与两个宽面1相连接，每个宽面1通过两个曲面3与两个窄面2相连接；结晶器宽面横向总长度为倾斜的宽面1横向长度与曲面3在宽面横向方向上分量长度的和，结晶器窄面横向总长度为窄面2横向长度与曲面3在窄面横向方向上分量长度的和；结晶器从上向下看，曲面3从上到下的曲率逐渐减小，且曲面3对宽面横向总长度的贡献逐渐增多，曲面3对窄面横向总长度的贡献逐渐减少，即结晶器内腔的宽面横向总长度逐渐增大，窄面横向总长度逐渐减少，结晶器的内腔形状逐渐变扁，宽度逐渐增加，但结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔的横截面周长为两个倾斜的宽面1、两个倾斜的窄面2、四个曲面3的横截面长度之和，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
用该结晶器生产钢坯时，结晶器从上向下看，两个倾斜的宽面1之间的距离逐渐变小，结晶器将两个倾斜的宽面1之间的铸坯逐渐压缩变薄；结晶器从上向下看，由于曲面3从上到下的曲率逐渐减小，曲面3与曲面3接触的坯壳从上向下运行过程中曲率也逐渐减少，铸坯曲面对铸坯宽面横向总长度的贡献逐渐增多，铸坯曲面对铸坯窄面横向总长度的贡献逐渐减少；结晶器从上向下看，两个倾斜的窄面2之间的距离逐渐变大，在曲面矫直变形和钢水静压力作用下，铸坯两个窄面之间的距离也逐渐变大，铸坯变宽。
在结晶器倾斜的宽面1、倾斜的窄面2、曲面3以及钢水静压力的协同作用下，铸坯在结晶器运行过程中逐渐变薄变宽，厚度减少66％，宽度增加100mm，同时满足铸坯的横截面周长基本不变，铸坯的横截面周长变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
生产实践表明，采用本发明所述结晶器生产薄板坯，由于结晶器上口面积大，结晶器保护渣熔化状态良好，且结晶器上口窄面横向总宽度较大，方便水口的插入，水口离铸坯坯壳仍有大于50mm的距离，从水口流出的钢液不会冲刷铸坯坯壳，由于铸坯的横截面周长不变，铸坯坯壳只发生变形，不发生压缩或拉伸，结晶器给予铸坯坯壳的变形力小，铸坯坯壳表面无裂纹，且结晶器铜板磨损量小，结晶器通钢量达到40000吨以上才更换。
实施例2
如图1、2、3、4、5、6所示，针对以上问题，本发明提供一种生产薄板坯用的结晶器，该结晶器的造型为：结晶器内腔上口的窄面横向总宽度b1为200mm，结晶器下口的窄面横向总宽度b2为80mm，结晶器内腔上口的窄面横向总宽度为结晶器下口的窄面横向总宽度的2.5倍，结晶器上口的宽面横向总宽度a1为1650mm，结晶器下口的宽面横向总宽度a2为1750mm,结晶器上口的宽面横向总宽度比结晶器下口的宽面横向总宽度的少100mm，结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
结晶器的内腔由两个倾斜的宽面1、两个倾斜的窄面2、四个曲面3围成，倾斜的宽面1的尺寸为：1450mm×2000mm,倾斜的窄面2的尺寸为：80mm×2000mm，曲面3为曲率渐变的曲面，曲面3的曲率小于25m-1，曲面3的横截面为光滑的曲线6，曲线6的长度为180mm；每个窄面2通过两个曲面3与两个宽面1相连接，每个宽面1通过两个曲面3与两个窄面2相连接；结晶器宽面横向总长度为倾斜的宽面1横向长度与曲面3在宽面横向方向上分量长度的和，结晶器窄面横向总长度为窄面2横向长度与曲面3在窄面横向方向上分量长度的和；结晶器从上向下看，曲面3从上到下的曲率逐渐减小，且曲面3对宽面横向总长度的贡献逐渐增多，曲面3对窄面横向总长度的贡献逐渐减少，即结晶器内腔的宽面横向总长度逐渐增大，窄面横向总长度逐渐减少，结晶器的内腔形状逐渐变扁，宽度逐渐增加，但结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔的横截面周长为两个倾斜的宽面1、两个倾斜的窄面2、四个曲面3的横截面长度之和，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
用该结晶器生产钢坯时，结晶器从上向下看，两个倾斜的宽面1之间的距离逐渐变小，结晶器将两个倾斜的宽面1之间的铸坯逐渐压缩变薄；结晶器从上向下看，由于曲面3从上到下的曲率逐渐减小，曲面3与曲面3接触的坯壳从上向下运行过程中曲率也逐渐减少，铸坯曲面对铸坯宽面横向总长度的贡献逐渐增多，铸坯曲面对铸坯窄面横向总长度的贡献逐渐减少；结晶器从上向下看，两个倾斜的窄面2之间的距离逐渐变大，在曲面矫直变形和钢水静压力作用下，铸坯两个窄面之间的距离也逐渐变大，铸坯变宽。
在结晶器倾斜的宽面1、倾斜的窄面2、曲面3以及钢水静压力的协同作用下，铸坯在结晶器运行过程中逐渐变薄变宽，厚度减少60％，宽度增加100mm，同时满足铸坯的横截面周长不变，铸坯的横截面周长变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
生产实践表明，采用本发明所述结晶器生产薄板坯，由于结晶器上口面积大，结晶器保护渣熔化状态良好，且结晶器上口窄面横向总宽度较大，方便水口的插入，水口离铸坯坯壳仍有大于50mm的距离，从水口流出的钢液不会冲刷铸坯坯壳，由于铸坯的横截面周长不变，铸坯坯壳只发生变形，不发生压缩或拉伸，结晶器给予铸坯坯壳的变形力小，铸坯坯壳表面无裂纹，且结晶器铜板磨损量小，结晶器通钢量达到60000吨以上才更换。
实施例3
其他同实施例1，不同之处在于：
生产薄板坯用的结晶器的造型为：结晶器内腔上口的窄面横向总宽度b1为175mm，结晶器下口的窄面横向总宽度b2为65mm，结晶器上口的宽面横向总宽度a1为1400mm，结晶器下口的宽面横向总宽度a2为1480mm,结晶器上口的宽面横向总宽度比结晶器下口的宽面横向总宽度的少80mm，结晶器内腔从上到下的横截面周长基本不变，结晶器内腔横截面周长的变化值仅为铸坯坯壳在结晶器内的凝固收缩值。
结晶器的内腔由两个倾斜的宽面1、两个倾斜的窄面2、四个曲面3围成，倾斜的宽面1的尺寸为：1250mm×1700mm,倾斜的窄面2的尺寸为：63mm×1700mm，曲面3为曲率渐变的曲面，曲面3的曲率小于25m-1，曲面3的横截面为光滑的曲线6，曲线6的长度为150mm。
生产实践表明，采用本发明所述结晶器生产薄板坯，由于结晶器上口面积大，结晶器保护渣熔化状态良好，且结晶器上口窄面横向总宽度较大，方便水口的插入，水口离铸坯坯壳仍有大于50mm的距离，从水口流出的钢液不会冲刷铸坯坯壳，由于铸坯的横截面周长不变，铸坯坯壳只发生变形，不发生压缩或拉伸，结晶器给予铸坯坯壳的变形力小，铸坯坯壳表面无裂纹，且结晶器铜板磨损量小，结晶器通钢量达到50000吨以上才更换。
当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种生产薄板坯用的结晶器，结晶器内腔为上口面积大，下口面积小的形状，其特征在于：结晶器从上向下看，铸坯在结晶器内的横截面积逐渐减小，但铸坯在结晶器内的横截面周长基本不变；
结晶器的内腔由两个倾斜的长方形宽面、两个倾斜的长方形窄面、四个曲面围成，长方形宽面和长方形窄面经曲面连接，每个窄面通过两个曲面与两个宽面相连接，每个宽面通过两个曲面与两个窄面相连接。
2.如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，结晶器内腔从上向下看，曲面从上到下的曲率逐渐减小，且曲面对宽面横向总长度的贡献逐渐增多，曲面对窄面横向总长度的贡献逐渐减少。
3.如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，结晶器内腔上口的窄面横向总宽度(b1)为150～200mm，结晶器下口的窄面横向总宽度(b2)为50～80mm。
4.如权利要求3所述的结晶器，其特征在于，结晶器内腔上口的窄面横向总宽度(b1)为结晶器下口的窄面横向总宽度(b2)的2.5～3倍。
5.如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，结晶器上口的宽面横向总宽度为(a1)为1150～1650mm，结晶器下口的宽面横向总宽度(a2)为1200～1750mm。
6.如权利要求5所述的结晶器，其特征在于，结晶器上口的宽面横向总宽度比结晶器下口的宽面横向总宽度的少50～100mm。
7.如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，结晶器的内腔由两个倾斜的长方形宽面、两个倾斜的长方形窄面、四个曲面围成，倾斜的宽面尺寸为：(950～1450)mm×(1100～2000)mm，倾斜的窄面尺寸为：(50～80)mm×(1100～2000)mm。
8.如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，曲面为曲率渐变的曲面，曲率小于25m-1，曲面的横截面为光滑的曲线，曲面的横截面为横截面的弧线，长度为130～180mm。
9.一种生产钢坯的方法，使用权利要求1-8任一项所述的结晶器，将钢水灌注于结晶器内，钢液在结晶器内，与结晶器铜板接触受冷凝固变为坯壳，坯壳内部包裹钢液，
坯壳包裹着钢液沿结晶器自上而下移动，两个倾斜的宽面(1)之间的距离逐渐变小，结晶器将两个倾斜的宽面(1)之间的铸坯逐渐压缩变薄；两个倾斜的窄面(2)之间的距离逐渐变大，在曲面矫直变形和钢水静压力作用下，铸坯两个窄面之间的距离也逐渐变大，铸坯变宽；
自上而下运动过程中，铸坯发生形变，坯壳内部的钢液逐渐凝固，形成钢坯。
10.如权利要求9所述的生产钢坯的方法，其特征在于，在结晶器倾斜的宽面(1)、倾斜的窄面(2)、曲面(3)以及钢水静压力的协同作用下，铸坯在结晶器运行过程中逐渐变薄变宽，厚度减少60-70％，宽度增加80-120mm。
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