CN110039013A - 小变形连铸管式结晶器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金设备领域，具体公开了一种小变形连铸管式结晶器，旨在解决现有的连铸管式结晶器在使用过程中其铜管中部易产生较大变形的问题。该小变形连铸管式结晶器，包括铜管和水套；铜管呈矩形，且铜管上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接；水套套设在铜管上，且水套与铜管之间形成有水缝；圆弧部上沿铜管高度方向的局部朝外凸起形成有凸棱，凸棱的厚度与水缝的宽度相一致，且凸棱的外表面为与水套的内表面相匹配的弧形面。通过在铜管的圆弧部外表面形成凸棱，一方面可以加强铜管的结构强度，另一方面凸棱能够与水套紧密配合在一起，因此可显著减小铜管中部的变形量，并提高所生产连铸坯的质量和该结晶器的使用寿命。

Description

小变形连铸管式结晶器
技术领域
本发明属于冶金设备领域，具体涉及一种小变形连铸管式结晶器。
背景技术
连铸管式结晶器的主体是由一块铜管直接成型，铜管外套设有水套，冷却水与整个铜管冷面接触。相比于组合式结晶器，连铸管式结晶器没有铜板之间的角缝，并且角部水缝布置更为合理，对铸坯冷却更均匀，角部质量更好。但是连铸管式结晶器的铜管一般较薄，仅在结晶器顶部和底部用法兰将铜管与水套固定，阻止顶部和底部的变形，铜管的中部与水套之间无法像组合式结晶器一样用螺栓连接固定，又由于连铸管式结晶器的高度较大，一般在0.9m左右，因此容易在钢水静压力、冷却水静压力和热应力作用下导致铜管中部产生较大变形，铜管变形最大的区域在钢液液面下0.1m的位置。
研究表明，随着连铸管式结晶器横截面的增大，变形量也随之增加0.4～1.4mm，传热热阻增加30％～70％，会显著影响铸坯的传热和凝固行为，造成局部传热不均，形成裂纹等缺陷，尤其是铸坯角部裂纹。此外，铜管变形量增加后，铜管与铸坯的磨损增加，会降低铜管的使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种小变形连铸管式结晶器，旨在解决现有的连铸管式结晶器在使用过程中其铜管中部易产生较大变形的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：小变形连铸管式结晶器，包括铜管和水套；所述铜管呈矩形，且铜管上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接；所述水套套设在铜管上，且水套与铜管之间形成有水缝；所述圆弧部上沿铜管高度方向的局部朝外凸起形成有凸棱，所述凸棱的厚度与水缝的宽度相一致，且凸棱的外表面为与水套的内表面相匹配的弧形面。
进一步的是，所述凸棱外表面的弧形长度为5～40mm，凸棱的厚度为4～10mm。
进一步的是，所述铜管的高度为H1，所述凸棱的高度为H2，100mm≤H2≤H1-20mm。
进一步的是，所述凸棱的顶部比铜管的顶部低至少10mm，所述凸棱的底部比铜管的底部高至少10mm。
进一步的是，所述凸棱的侧面与铜管的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接。
进一步的是，所述圆弧倒角的半径为2～10mm。
进一步的是，所述圆弧部上形成有至少两个凸棱，且各圆弧部上的凸棱沿铜管的高度方向间隔分布。
进一步的是，所述圆弧部上相邻的两个凸棱之间的间距为20～400mm。
进一步的是，所述凸棱所在区域为铜管上的中部加强区，所述中部加强区的顶部与铜管顶部之间的距离为80mm，中部加强区的底部与铜管顶部之间的距离为300mm。
进一步的是，所述铜管的顶部和底部上分别设有顶部法兰和底部法兰，并通过顶部法兰和底部法兰分别与水套的顶部和底部固定在一起。
本发明的有益效果是：通过在铜管的圆弧部外表面形成凸棱，一方面可以加强铜管的结构强度，另一方面凸棱能够与水套紧密配合在一起，因此可显著减小铜管中部的变形量，并提高所生产连铸坯的质量和结晶器的使用寿命。同等工况下测试，该小变形连铸管式结晶器与现有的连铸管式结晶器相比，铜管变形量减小了28％～60％(平均约为48％)，铸坯角部裂纹率降低了27％～41％(平均约为32％)，使用寿命增加了30％～65％。
附图说明
图1是本发明的实施结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图中标记为：铜管10、凸棱11、水套20、水缝30。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
结合图1和图2所示，小变形连铸管式结晶器，包括铜管10和水套20；铜管10呈矩形，且铜管10上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接；水套20套设在铜管10上，且水套20与铜管10之间形成有水缝30；圆弧部上沿铜管10高度方向的局部朝外凸起形成有凸棱11，凸棱11的厚度与水缝30的宽度相一致，且凸棱11的外表面为与水套20的内表面相匹配的弧形面。
铜管10包括有四个圆弧部，分别位于其四个角部；一般在铜管10的顶部和底部上分别设有顶部法兰和底部法兰，并通过顶部法兰和底部法兰分别与水套20的顶部和底部固定在一起。凸棱11位于圆弧部的外表面上，其与圆弧部为一体式结构；由于凸棱11的厚度与水缝30的宽度相一致，且凸棱11的外表面为与水套20的内表面相匹配的弧形面，因此水套20套在铜管10上后，凸棱11能够与水套20紧密配合在一起。为了使凸棱11与水套20完美配合在一起，优选使凸棱11外表面的弧形长度为5～40mm，凸棱11的厚度为4～10mm。
通常铜管10的高度为H1，凸棱11的高度为H2；为了尽可能减小了铜管10中部的变形量，并保证冷却效果，优选使100mm≤H2≤H1-20mm。即使得凸棱11的最小高度不小于100mm，最大高度比铜管10的高度小20mm。再优选的，成型凸棱11时，需使得凸棱11的顶部比铜管10的顶部低至少10mm，凸棱11的底部比铜管10的底部高至少10mm。
再如图2所示，为保证凸棱11与铜管10相接部位的结构强度，并提高对水的导流效果，通常使凸棱11的侧面与铜管10的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接。优选的，上述圆弧倒角的半径为2～10mm。
作为本发明的一种优选方案，该小变形连铸管式结晶器中，圆弧部上形成有至少两个凸棱11，且各圆弧部上的凸棱11沿铜管10的高度方向间隔分布。通过在圆弧部上成型多个凸棱11，能够进一步减小铜管10的变形量，同时还提高了冷却水的冷却效果。
在上述基础上，优选使圆弧部上相邻的两个凸棱11之间的间距为20～400mm。
一般将凸棱11所在区域划分为铜管10上的中部加强区，为最大程度减小铜管10中部的变形量，优选使中部加强区的顶部与铜管10顶部之间的距离为80mm，中部加强区的底部与铜管10顶部之间的距离为300mm。
实施例1
某小变形连铸管式结晶器，包括铜管10和水套20；铜管10横截面为320mm×410mm的矩形，铜管10上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接，共四个圆弧部；水套20套设在铜管10上，且水套20与铜管10之间形成有水缝30；圆弧部上沿铜管10高度方向的局部朝外凸起形成有凸棱11，凸棱11的厚度与水缝30的宽度相一致，且凸棱11的外表面为与水套20的内表面相匹配的弧形面；凸棱11共四个并分别位于四个圆弧部上，凸棱11外表面的弧形长度为20mm，凸棱11的厚度为4mm，凸棱11的高度为800mm；凸棱11的顶部比铜管10的顶部低50mm，凸棱11的底部比铜管10的底部高50mm；凸棱11的侧面与铜管10的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接，圆弧倒角的半径为3mm。
同等工况下测试，该小变形连铸管式结晶器与现有的连铸管式结晶器相比，连铸过程中冷却水温度升高4～5℃，铸坯角部缺陷降低41％，下线后测量铜管10变形量减少60％，结晶器的寿命增加65％。
实施例2
某小变形连铸管式结晶器，包括铜管10和水套20；铜管10横截面为150mm×150mm的矩形，铜管10上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接，共四个圆弧部；水套20套设在铜管10上，且水套20与铜管10之间形成有水缝30；圆弧部上沿铜管10高度方向的局部朝外凸起形成有凸棱11，凸棱11的厚度与水缝30的宽度相一致，且凸棱11的外表面为与水套20的内表面相匹配的弧形面；凸棱11共四个并分别位于四个圆弧部上，凸棱11外表面的弧形长度为10mm，凸棱11的厚度为5mm，凸棱11的高度为700mm；凸棱11的顶部比铜管10的顶部低100mm，凸棱11的底部比铜管10的底部高100mm；凸棱11的侧面与铜管10的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接，圆弧倒角的半径为4mm。
同等工况下测试，该小变形连铸管式结晶器与现有的连铸管式结晶器相比，连铸过程中冷却水温度升高5～6℃，铸坯角部缺陷降低27％，下线后测量铜管10变形量减少28％，结晶器的寿命增加30％。
实施例3
某小变形连铸管式结晶器，包括铜管10和水套20；铜管10横截面为200mm×200mm的矩形，铜管10上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接，共四个圆弧部；水套20套设在铜管10上，且水套20与铜管10之间形成有水缝30；圆弧部上沿铜管10高度方向的局部朝外凸起形成有凸棱11，凸棱11的厚度与水缝30的宽度相一致，且凸棱11的外表面为与水套20的内表面相匹配的弧形面；凸棱11外表面的弧形长度为15mm，凸棱11的厚度为5mm，凸棱11的高度为100mm；凸棱11共12个，每个圆弧部上沿铜管10的高度方向间隔分布有3个凸棱11；其中，位于上部的4个凸棱11的顶部比铜管10的顶部低80mm，位于中部的4个凸棱11的顶部比铜管10的顶部低200mm，位于下部的4个凸棱11的顶部比铜管10的顶部低350mm；凸棱11的侧面与铜管10的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接，圆弧倒角的半径为4mm。
同等工况下测试，该小变形连铸管式结晶器与现有的连铸管式结晶器相比，连铸过程中冷却水温度升高5～6℃，铸坯角部缺陷降低35％，下线后测量铜管10变形量减少47％，结晶器的寿命增加52％。

Claims (10)

1.小变形连铸管式结晶器，包括铜管(10)和水套(20)；所述铜管(10)呈矩形，且铜管(10)上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接；所述水套(20)套设在铜管(10)上，且水套(20)与铜管(10)之间形成有水缝(30)；其特征在于：所述圆弧部上沿铜管(10)高度方向的局部朝外凸起形成有凸棱(11)，所述凸棱(11)的厚度与水缝(30)的宽度相一致，且凸棱(11)的外表面为与水套(20)的内表面相匹配的弧形面。
2.如权利要求1所述的小变形连铸管式结晶器，其特征在于：所述凸棱(11)外表面的弧形长度为5～40mm，凸棱(11)的厚度为4～10mm。
3.如权利要求1所述的小变形连铸管式结晶器，其特征在于：所述铜管(10)的高度为H1，所述凸棱(11)的高度为H2，100mm≤H2≤H1-20mm。
4.如权利要求3所述的小变形连铸管式结晶器，其特征在于：所述凸棱(11)的顶部比铜管(10)的顶部低至少10mm，所述凸棱(11)的底部比铜管(10)的底部高至少10mm。
5.如权利要求1所述的小变形连铸管式结晶器，其特征在于：所述凸棱(11)的侧面与铜管(10)的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接。
6.如权利要求5所述的小变形连铸管式结晶器，其特征在于：所述圆弧倒角的半径为2～10mm。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的小变形连铸管式结晶器，其特征在于：所述圆弧部上形成有至少两个凸棱(11)，且各圆弧部上的凸棱(11)沿铜管(10)的高度方向间隔分布。
8.如权利要求7所述的小变形连铸管式结晶器，其特征在于：所述圆弧部上相邻的两个凸棱(11)之间的间距为20～400mm。
9.如权利要求8所述的小变形连铸管式结晶器，其特征在于：所述凸棱(11)所在区域为铜管(10)上的中部加强区，所述中部加强区的顶部与铜管(10)顶部之间的距离为80mm，中部加强区的底部与铜管(10)顶部之间的距离为300mm。
10.如权利要求7所述的小变形连铸管式结晶器，其特征在于：所述铜管(10)的顶部和底部上分别设有顶部法兰和底部法兰，并通过顶部法兰和底部法兰分别与水套(20)的顶部和底部固定在一起。
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