CN110076304B - 一种连铸结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连铸结晶器，属于金属连续铸造领域。该连铸结晶器包括铜管、铜管外套有背板，铜管与背板间留有水缝；沿浇铸方向，铜管内腔的面积从入口至出口逐渐减小，铜管的壁厚依次变薄，铜管与背板间的水缝宽度依次变宽。铜管与背板均为上口大、下口小的形式，这样有利于进入结晶器内的液态钢水稳定；在壁厚设计上，铜管上部的壁厚增加，下部壁厚减薄，水缝宽度是上部较薄，下部较宽，这样可减小铜管上部的冷却强度，降低上部钢液传热，进而增加上部初生坯壳的塑形，降低因结晶器内腔横向截面面积沿浇铸方向变化大而导致的铸坯表面缺陷的风险；该方案结构简单、便于制造、成本低廉、便于推广。
Description
技术领域
本发明属于金属连续铸造领域，具体涉及一种连铸结晶器。
背景技术
近年来，随着我国钢铁行业的产业升级，国家对节能、降耗、环保的要求逐年提高，连铸的高效化(即提高拉速)成为了连铸领域的重点发展方向之一。然而随着连铸速度的提高，结晶器液面波动会随之而变大，尤其是小断面的连铸机，如小方坯(断面小于200mm×200mm的方坯)和小圆坯(断面直径小于200mm的圆坯)等，结晶器内保护渣就会发生较严重的卷渣现象，夹杂物因在结晶器中上浮困难而凝固在铸坯中，造成铸坯质量缺陷，严重则引起漏钢事故。
为了解决结晶器液面波动大的问题，《一种减缓结晶器液面波动的电磁控流方法》(专利号：201310407936.1)中公开了“通过添加电磁装置产生螺旋电磁场抑制结晶器液面波动”的相关内容；《具有消除结晶器液面波动的连铸机结构》(专利号：201020280089.9)中提供了一种“通过调整连铸机辊列布局来改善结晶器液面波动”的方法；《可控制液面流场和波动的连铸结晶器装置》(专利号：200710047480.7)中提出了一种“通过向结晶器内喂丝的技术来控制结晶器内流场以改善液面波动”的方法。
上述方法中，应用电磁制动方式是一种较好的控制结晶器液面波动方案，然而该方案投资较大，且存在长期的运营成本；喂丝方案的弊端与电磁制动方式相同，即成本增加；调整辊列在新建项目中虽可以实现抑制结晶器液面波动，但改造项目实施较为困难，增加了改造成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种连铸结晶器，通过调整结晶器形式，改善连铸高拉速时结晶器液面波动带来的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种连铸结晶器，包括铜管、铜管外套有背板，铜管与背板间留有水缝；沿浇铸方向，铜管内腔的面积从入口至出口逐渐减小，铜管的壁厚依次变薄，铜管与背板间的水缝宽度依次变宽。
进一步，铜管由铜板围成，其内腔的横向截面形状为圆形或方形；为方形时，铜管是由四片铜板围成的横向截面形状为方形的管体结构，相邻铜板间倒角过渡。
进一步，铜管与背板为上段呈广口形式的喇叭形管体结构。
进一步，铜管尺寸满足1.05≤Si/So≤4与1.04≤Ci/Co≤3；其中，Si为铜管内腔的入口面积，So为铜管内腔的出口面积，Ci为铜管内腔的入口周长，Co为铜管内腔的出口周长。
进一步，铜管与背板的横向截面形状为圆形时，上段广口为1/4圆弧线或1/4椭圆弧线绕中心轴线旋转而成；为方形时，上端广口中相邻铜板间通过圆角Ⅰ过渡，圆角Ⅰ为1/4圆弧线或1/4椭圆弧线绕轴线旋转而成。
进一步，铜管与背板的横向截面形状为方形时，下段的相邻铜板间以圆角Ⅱ或斜角过渡，上段与下段间平滑过渡；圆角Ⅱ或斜角沿浇铸方向逐渐缩小。
进一步，铜管的内腔表面从入口至出口为多段线性曲面形式，或一段线性平面形式，或抛物线曲面形式。
本发明的有益效果在于：
该结晶器通过增大内腔入口的面积，稳定进入圆形铜管入口内的液态钢水，改善结晶器内液波动问题；通过增加铜管上部的板厚，降低上部钢液的传热，增加上部初生坯壳的塑形，从而降低因沿浇铸方向椭圆形结晶器内腔变化大导致铸坯表面缺陷的风险；该方案结构简单、便于制造、成本低廉、便于推广。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为结晶器外形图(倒圆锥)；
图2为图1的剖面图；
图3为结晶器外形图(倒方锥)；
图4为图3的剖面图；
图5为图2与图4的K向视图；
图6为铜管的内腔壁面形状示意图；
图7为方坯喇叭形结晶器剖面图；
图8为圆坯喇叭形结晶器剖面图。
附图标记：
入口—1、铜管—2、水缝—3、背板—4、出口—5、倒角—6、多段线性曲面形式—201、一段线性平面形式—202、抛物线曲面形式—203、圆角Ⅰ—601、圆角Ⅱ—602、斜角—603。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，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的具体含义。
请参阅图1～图8，为一种连铸结晶器，包括铜管2、铜管2外套有背板4，铜管2与背板4间留有水缝3；沿浇铸方向，铜管内腔的面积从入口1至出口5逐渐减小，铜管2的壁厚依次变薄，铜管2与背板4间的水缝宽度依次变宽。
该结晶器中的铜管2与背板4均为上口大、下口小的倒锥形形式，这样有利于进入结晶器内的液态钢水稳定；在壁厚设计上，铜管上部的壁厚增加，下部壁厚减薄，与之相对的，水缝宽度是上部较薄，下部较宽，这样可减小铜管上部的冷却强度，降低上部钢液传热，进而增加上部初生坯壳的塑形，降低因结晶器内腔(即铜管内腔)横向截面面积沿浇铸方向变化大而导致的铸坯表面缺陷的风险。
铜管是由铜板围成，铜管有几种形式，为实现方坯与圆坯的浇铸，其内腔的横向截面形状为圆形或方形，即铜管2与背板4为倒圆锥或倒方锥(如图1～图4)。为方形时，铜管是由四片铜板围成的横向截面形状为方形的管体结构，相邻铜板间倒角6过渡。倒角6可为圆角Ⅱ602或斜角603，优选圆角Ⅱ，可改善铜管的应力情况。沿浇铸方向，倒角逐渐减小。
作为上述方案的进一步优化，铜管2与背板4为上段呈广口形式的喇叭形管体结构(如图7～图8)。
具体的，铜管的上段(亦为其入口1端)为广口设计，使铜管内腔的入口面积远大于出口面积，从纵向方向上看，其呈上大下窄的喇叭形，该形式下的铜管内腔入口面积大于倒锥形形式下的铜管内腔入口面积。通过将铜管上端设计成广口形式来进一步增大结晶器内腔上口面积，可使进入结晶器内的液态钢水更加稳定，从而改善结晶器内液面波动大的问题。
需要说明的是：当铜管2浇铸方坯时，铜管上段的广口的横向截面形状为四角为圆角Ⅰ601的方形，其是沿下段壁面向外扩张/延伸形成的。纵向方向上，铜管2与背板4的上段的各圆角Ⅰ是由1/4圆弧线或1/4椭圆弧线绕轴线旋转而成，其与相邻的壁面间平滑相接过渡。当铜管2浇铸圆坯时，铜管上段的广口的横向截面形状为圆形，其是沿下段壁面向外扩张/延伸形成的。纵向方向上，上段广口为1/4圆弧线或1/4椭圆弧线绕中心轴线旋转而成。
对于铜管而言，当Rn1＝Rn2时，铜管2的广口弧线为1/4圆弧线，当Rn1≠Rn2时，铜管2的广口弧线则为1/4椭圆弧线。同样的，对于背板而言，当Rw1＝Rw2时，背板的广口弧线为1/4圆弧线，当Rw1≠Rw2时，背板的广口弧线则为1/4椭圆弧线。Rn1、Rn2以及Rw1、Rw2对应表示为纵向平面上椭圆的长半轴与短半轴。
尺寸设置上，铜管出口5的内腔直径≤200mm，或是铜管出口5的内腔长×宽≤220mm×220mm。铜管入口1处的壁厚在30mm～10mm之间，出口5处的壁厚在20mm～5mm之间。水缝宽度满足1mm≤Ti-To≤20mm；其中，Ti为铜管出口处对应的水缝宽度，To为铜管入口处对应的水缝宽度。铜管入口至出口间距离为L，900mm≤L≤2000mm。
当铜管在纵向方向上为倒锥形时，铜管尺寸满足1.05≤Si/So≤4与1.04≤Ci/Co≤3；其中，Si为铜管内腔的入口面积，So为铜管内腔的出口面积，Ci为铜管内腔的入口周长，Co为铜管内腔的出口周长。
上述规格设定下，圆坯拉速控制在5m/min≤Vc≤10m/min。该条件下，铜管内液面波动及坯壳的成型可达到最优匹配。
作为上述方案的进一步优化，铜管的内腔壁面从入口至出口为多段线性曲面形式201，或一段线性平面形式202，或抛物线曲面形式203。具体可根据实际情况进行选择，以减小坯壳外表面与铜管内壁面间的气隙热阻。
以某一结晶器具体结构为例：
该圆坯结晶器的特点在于：铜管、水缝与背板由内至外依次设置。沿着浇铸方向，铜管内腔入口位于上端，铜管内腔出口位于下端；铜管内腔入口(横向截面)面积远大于铜管内腔出口(横向截面)面积，整个结晶器呈倒锥形。铜管壁厚沿着浇铸方向依次变薄，水缝3宽度沿着浇铸方向依次变宽，铜管的内腔壁面沿着浇铸方向可为平面或曲面。通过上述方案，可达到减小结晶器液面波动，提高连铸拉速和改善铸坯质量的目的。
该结晶器中，圆形的铜管内腔出口直径Ro为160mm。圆形的铜管内腔入口直径为320mm，面积Si为80384mm2；入口周长Ci为1004.8mm；圆形的铜管内腔出口的面积So为20096mm2，出口周长Co为502.4mm。Si/So＝80384/20096＝4；Ci/Co＝1004.8/502.4＝2。铜管入口至出口间距离为L＝1500mm。
对应的，圆形的铜管内腔入口处的壁厚为15mm，圆形的铜管内腔出口处的壁厚为10mm，壁厚沿浇铸方向从入口至出口逐渐变薄。而圆形的水缝入口宽度To为5mm，圆形的水缝出口宽度Ti为10mm，Ti-To＝5mm。连铸圆坯拉速Vc优选7m/min。
该结晶器通过增大内腔入口的面积，稳定进入圆形铜管入口内的液态钢水，改善结晶器内液波动问题；通过增加铜管上部的板厚，降低上部钢液的传热，增加上部初生坯壳的塑形，从而降低因沿浇铸方向椭圆形结晶器内腔变化大导致铸坯表面缺陷的风险；该方案结构简单、便于制造、成本低廉、便于推广。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种连铸结晶器，包括铜管、铜管外套有背板，铜管与背板间留有水缝；其特征在于：沿浇铸方向，铜管内腔的面积从入口至出口逐渐减小，铜管的壁厚依次变薄，铜管与背板间的水缝宽度依次变宽。
2.根据权利要求1所述的连铸结晶器，其特征在于：铜管由铜板围成，其内腔的横向截面形状为圆形或方形；为方形时，铜管是由四片铜板围成的横向截面形状为方形的管体结构，相邻铜板间倒角过渡。
3.根据权利要求2所述的连铸结晶器，其特征在于：铜管与背板为上段呈广口形式的喇叭形管体结构。
4.根据权利要求2所述的连铸结晶器，其特征在于：铜管尺寸满足1.05≤Si/So≤4与1.04≤Ci/Co≤3；其中，Si为铜管内腔的入口面积，So为铜管内腔的出口面积，Ci为铜管内腔的入口周长，Co为铜管内腔的出口周长。
5.根据权利要求3所述的连铸结晶器，其特征在于：铜管与背板的横向截面形状为圆形时，上段广口为1/4圆弧线或1/4椭圆弧线绕中心轴线旋转而成；为方形时，上端广口中相邻铜板间通过圆角Ⅰ过渡，圆角Ⅰ为1/4圆弧线或1/4椭圆弧线绕轴线旋转而成。
6.根据权利要求5所述的连铸结晶器，其特征在于：铜管与背板的横向截面形状为方形时，下段的相邻铜板间以圆角Ⅱ或斜角过渡，上段与下段间平滑过渡；圆角Ⅱ或斜角沿浇铸方向逐渐缩小。
7.根据权利要求1～6任一所述的连铸结晶器，其特征在于：铜管的内腔表面从入口至出口为多段线性曲面形式，或一段线性平面形式，或抛物线曲面形式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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