CN111036866A - 一种连铸板坯结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连铸板坯结晶器，属于连铸设备技术领域，包括：冷却套；冷却套的内部设有用于钢水通过的冷却腔，冷却腔的截面积自上而下逐渐减小，冷却套自上而下划分为多个单独控制的冷却区，且多个冷却区的热流密度自上而下依次递增。本发明提供的一种连铸板坯结晶器，实现了在降低结晶器弯月面处的热流密度的同时，又能够提高结晶器出口处的热流密度。既提高了连铸板坯的表面质量，又保证了从结晶器拉出的连铸板坯的坯壳厚度。由于冷却腔的截面积自上而下逐渐减小，使得连铸板坯与冷却腔的侧壁始终保持良好的接触状态，从而提高了连铸板坯的表面质量，保证了坯壳厚度。
Description
技术领域
本发明属于连铸设备技术领域，更具体地说，是涉及一种连铸板坯结晶器。
背景技术
连铸结晶器是连铸机的“心脏”，结晶器冷却的作用是保证坯壳在结晶器出口有足够的安全厚度，以承受钢水静压力，防止漏钢事故；同时使钢水在结晶器内均匀冷却，形成均匀坯壳，防止表面裂纹的产生。连铸板坯(钢坯)表面质量在很大程度上取决于结晶器弯月面处初生坯壳的均匀性，而初生坯壳的均匀性取决于弯月面处的热流密度和传热的均匀性，若热流密度过大，则初生坯壳增长过快，初生坯壳提早收缩，导致初生坯壳的厚度不均；若传热不均，则会导致初生坯壳的局部产生凹陷。
目前，为了提高降低弯月面处的热流密度，大多数采用降低结晶器冷却水流量的技术方案，这种传统的技术方案操作简单，易于实现，但是降低结晶器冷却水流量会导致结晶器出口坯壳厚度达不到安全厚度，从而产生漏钢事故，所以这种技术方案有局限性，只能在一定程度上降低结晶器弯月面处的热流密度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连铸板坯结晶器，旨在解决现有技术中的结晶器存在无法同时保证连铸板坯的表面质量和坯壳厚度的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种连铸板坯结晶器，包括：冷却套；所述冷却套的内部设有用于钢水通过的冷却腔，所述冷却腔的截面积自上而下逐渐减小，所述冷却套自上而下划分为多个单独控制的冷却区，且多个所述冷却区的热流密度自上而下依次递增。
作为本申请另一实施例，所述冷却套上沿竖直方向设有多个单独控制的冷却水道，所述冷却水道环绕在所述冷却腔的四周，且与所述冷却区一一对应。
作为本申请另一实施例，所述冷却区的数量为三个，自上而下依次为第一冷却区、第二冷却区和第三冷却区。
作为本申请另一实施例，所述冷却腔为矩形腔，所述冷却腔的两个宽面为沿竖直方向设置的平面且两个宽面之间的距离保持不变，所述冷却腔的两个窄面自上而下向内倾斜。
作为本申请另一实施例，所述冷却套由多个冷却铜板拼装而成，所述冷却水道开设在所述冷却铜板远离所述冷却腔的一侧。
作为本申请另一实施例，所述冷却铜板沿竖直方向设有多层，每个所述冷却区对应至少一层所述冷却铜板。
作为本申请另一实施例，所述冷却套的外侧面沿竖直方向设置为阶梯状，且所述冷却套的壁厚自上而下逐渐减薄。
作为本申请另一实施例，所述冷却套上设有单独控制的角部冷却区，所述角部冷却区与所述冷却腔的窄面对应设置且靠近所述冷却腔的角部。
作为本申请另一实施例，所述第一冷却区为距离所述冷却套的进口200mm-300mm，所述第三冷却区为距离所述冷却套的出口200mm-250mm。
作为本申请另一实施例，所述第一冷却区与所述第二冷却区的所述冷却水道的截面积的比值为0.5-0.8，所述第三冷却区与所述第二冷却区的所述冷却水道的截面积的比值为1.1-1.5。
本发明提供的一种连铸板坯结晶器的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种连铸板坯结晶器，冷却套的内部设有冷却腔，冷却套自上而下划分为多个单独控制的冷却区，多个冷却区的热流密度自上而下依次递增。铜水从冷却套的进口注入到冷却腔内，依次经过不同热流密度的冷却区，最后从冷却套的出口拉出，形成具有安全厚度的连铸板坯。连铸板坯结晶器采用分区冷却的方式，可将不同冷却区的热流密度控制在合理范围内，实现了在降低结晶器弯月面处的热流密度的同时，又能够提高结晶器出口处的热流密度。既提高了连铸板坯的表面质量，又保证了从结晶器拉出的连铸板坯的坯壳厚度。由于连铸板坯在不断冷却凝固过程中，会产生一定的收缩量，导致连铸板坯与冷却腔的侧壁之间产生一定的气隙，由于该气隙内会充满气体和其他杂质，不仅会阻碍连铸板坯的正常传热，导致连铸板坯的冷却速度降低，同时还会造成连铸板坯的传热不均，从而影响连铸板坯的表面质量和坯壳厚度。本申请中的冷却腔的截面积自上而下逐渐减小，使得连铸板坯与冷却腔的侧壁始终保持良好的接触状态，从而提高了连铸板坯的表面质量，保证了坯壳厚度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种连铸板坯结晶器的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的一种连铸板坯结晶器的结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的一种连铸板坯结晶器的结构示意图；
图4为本发明实施例四提供的一种连铸板坯结晶器的结构示意图；
图5为图1的俯视结构示意图；
图6为本发明实施例五提供的一种连铸板坯结晶器的结构示意图；
图7为本发明实施例一提供的窄面冷却铜板的结构示意图。
图中：1、冷却套；101、冷却腔；102、冷却水道；103、流量调节装置；104、温度传感器；201、第一冷却区；202、第二冷却区；203、第三冷却区；204、角部冷却区；3、冷却铜板；301、窄面冷却铜板；302、宽面冷却铜板；303、铜板本体；304、活动板；305、液压缸；4、隔离板。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1，现对本发明提供的一种连铸板坯结晶器进行说明。所述一种连铸板坯结晶器，包括：冷却套1；冷却套1的内部设有用于钢水通过的冷却腔101，冷却腔101的截面积自上而下逐渐减小，冷却套1自上而下划分为多个单独控制的冷却区，且多个冷却区的热流密度自上而下依次递增。
本发明提供的一种连铸板坯结晶器，与现有技术相比，冷却套1的内部设有冷却腔101，冷却套1自上而下划分为三个单独控制的冷却区，多个冷却区的热流密度自上而下依次递增。铜水从冷却套1的进口注入到冷却腔101内，依次经过不同热流密度的冷却区，最后从冷却套1的出口拉出，形成具有安全厚度的连铸板坯。连铸板坯结晶器采用分区冷却的方式，可将不同冷却区的热流密度控制在合理范围内，实现了在降低结晶器弯月面处的热流密度的同时，又能够提高结晶器出口处的热流密度。既提高了连铸板坯的表面质量，又保证了从结晶器拉出的连铸板坯的坯壳厚度。由于连铸板坯在不断冷却凝固过程中，会产生一定的收缩量，导致连铸板坯与冷却腔101的侧壁之间产生一定的气隙，由于该气隙内会充满气体和其他杂质，不仅会阻碍连铸板坯的正常传热，导致连铸板坯的冷却速度降低，同时还会造成连铸板坯的传热不均，从而影响连铸板坯的表面质量和坯壳厚度。本申请中的冷却腔101的截面积自上而下逐渐减小，使得连铸板坯与冷却腔101的侧壁始终保持良好的接触状态，从而提高了连铸板坯的表面质量，保证了坯壳厚度。
作为本发明提供的一种连铸板坯结晶器的一种具体实施方式，请参阅图6，冷却套1上沿竖直方向设有多个单独控制的冷却水道102，冷却水道102环绕在冷却腔101的四周，且与冷却区一一对应。本实施例中，冷却水道102沿冷却腔101的周向均匀排布，保证连铸板坯周向的冷却速度保持一致。每个冷却水道102对应设置有冷却水的流量调节装置103，通过控制流量调节装置103，改变各个冷却水道102的冷却水的流量，从而调整各个冷却水道102的冷却速度。流量调节装置103为流量调节阀，流量调节阀安装在冷却水道102的进水端。
作为本发明提供的一种连铸板坯结晶器的一种具体实施方式，请参阅图1，冷却区的数量为三个，自上而下依次为第一冷却区201、第二冷却区202和第三冷却区203。钢水在第一冷却区201经过初步冷却后，在钢水的外周形成一层薄坯壳，该薄坯壳即为初生坯壳，通过将该冷却区的热流密度控制在合理范围内，使得初生坯壳保持平稳增长，防止初生坯壳产生提早收缩的现象，从而提高初生坯壳厚度的均匀性。第二冷却区202作为第一冷却区201和第三冷却区203的中间过渡区，在初生坯壳的基础上，继续对连铸板坯内的钢水进行冷却凝固，使得连铸板坯的厚度继续加厚。连铸板坯经过第三冷却区203后，最终形成了安全厚度的坯壳。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1及图5，冷却腔101为矩形腔，冷却腔101的两个宽面为沿竖直方向设置的平面且两个宽面之间的距离保持不变，冷却腔101的两个窄面自上而下向内倾斜。本实施例中，连铸板坯的截面形状为矩形，且连铸板坯的长度尺寸在2-2.4m之间，宽度尺寸在200-250mm之间。由于连铸板坯的长度尺寸远大于宽度尺寸，所以连铸板坯在经过冷却凝固过程中，其收缩变形主要集中在长度方向，而宽度方向的收缩变形可忽略不计，所以只需将冷却腔101的窄面设置为向内倾斜结构，而冷却腔101的窄面的倾斜角度(锥度)根据连铸板坯的收缩率确定。由于各个冷却区的热流密度不同，导致连铸板坯在各个冷却区的收缩率也不相同。第一冷却区201的冷却强度低，收缩率最小，所对应的窄面的锥度在0.7-0.8％，；第二冷却区202的冷却强度中等，所对应的窄面的锥度在0.8-1％；第三冷却区203的冷却强度最高，所对应的窄面的锥度在1-1.25％。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图5至图7，冷却套1由多个冷却铜板3拼装而成，冷却水道102开设在冷却铜板3远离冷却腔101的一侧。本实施例中，由于冷却套1的冷却腔101的截面形状为矩形，且窄面带有一定的锥度，将冷却套1设计为分体结构，降低了冷却套1的加工难度，同时节省了原材料成本。由于冷却套1长期处于高温环境中，其工作面会存在一定的磨损，在工作一端时间后，需要对冷却套1进行检修，如果磨损严重甚至需要更换，采用分体拼装结构的冷却套1只需将其中存在问题的冷却铜板3拆卸下来进行维修或者更换，大大降低了维修成本，同时也缩短了维修周期。冷却腔101的窄面所对应的冷却铜板3内侧面的锥度均是参考连铸板坯收缩率的理论值设计，但在实际生产过程中，受到多种环境因素的影响，连铸板坯的实际收缩率与理论计算的收缩率存在一定的误差，会造成连铸板坯与冷却腔101的侧壁依然会存在一定的气隙，从而影响连铸板坯的导热速率，无法对连铸板坯的质量做到准确控制。位于冷却腔101窄面一侧的冷却铜板3称为窄面冷却铜板301，位于冷却腔101窄宽面一侧的冷却铜板3称为宽面冷却铜板302。窄面冷却铜板301包括铜板本体303和活动板304，活动板304位于靠近冷却腔101的一侧且与铜板本体303铰接连接，铜板本体303上还铰接安装有液压缸305，液压缸305的驱动端与活动板304铰接连接。铜板本体303上开设有用于避让液压缸305的避让空间。通过液压缸305驱动活动板304绕轴转动，从而改变活动板304的外侧面的锥度，方便了对冷却腔101窄面锥度的调节，提高了调试效率。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，冷却铜板3沿竖直方向设有多层，每个冷却区对应至少一层冷却铜板3。本实施例中，冷却铜板3分为上、中、下三层，分别对应第一冷却区201、第二冷却区202和第三冷却区203，每层冷却铜板3的数量为四个，每个冷却铜板3上均布置有冷却水道102，每层的冷却铜板3的导热速率均相同。通过将冷却铜板3分层设置，不仅方便了对每个冷却区进行单独控制，同时可根据不同的钢材任意更换不同冷却区的冷却铜板3。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图3及图4，冷却套1的外侧面沿竖直方向设置为阶梯状，且冷却套1的壁厚自上而下逐渐减薄。本实施例中，由于连铸板坯的热量需要先经过冷却铜板3，然后再由冷却水道102内的冷却介质将热量带走。为了进一步降低结晶器弯月面处的热流密度，通过加厚第一冷却区201的冷却铜板3厚度，从而提高了第一冷却区201的导热热阻，同时为了提高结晶器中下部的热流密度，使连铸板坯尽快在结晶器的出口形成一定安全厚度的坯壳，将第二冷却区202和第三冷却区203的冷却铜板3厚度依次减薄，从而降低了等热流密度冷却区和第三冷却区203的导热热阻。阶梯状的冷却套1的具体设置为：第一冷却区201的冷却铜板3厚度为20-30mm，第二冷却区202的冷却铜板3厚度为30-40mm，第三冷却区203的冷却铜板3厚度为40-50mm。此时，单个冷却铜板3均为矩形结构(不考虑窄面的存在的锥度)，机械加工的切削量小，且装配方便。作为本实施例的另一种具体实施方式，冷却套1的四个外侧面均为向内倾斜的斜面，此时单个冷却铜板3为梯形结构。采用此种结构，冷却铜板3的导热热阻自上而下按线性曲线逐渐变小，冷却过渡更加平缓，使得坯壳在每个冷却区内实现线性增长。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，冷却套1上安装有多个隔离板4，隔离板4用于分隔相邻两个冷却区。本实施例中，由于每个冷却区通过单独控制的冷却水道102控制，从而产生不同的热流密度，每个冷却区对连铸板坯所起到的作用不同。为了防止相邻两个冷却区之间产生相互影响，保证每个冷却区能够单独对处于该区域的连铸板坯进行冷却，所以在相邻冷却区之间设置了隔离板4。隔离板4具有良好的隔热性和耐热性，保证相邻两个冷却区之间不发生热交换。隔离板4的厚度为10mm-50mm。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图5，冷却套1上设有单独控制的角部冷却区204，角部冷却区204与冷却腔101的窄面对应设置且靠近冷却腔101的角部。本实施例中，由于连铸板坯的角部属于二维冷却传热，与连铸板坯的其他部位相比，该处的冷却强度大，收缩变形量大，容易产生角部横裂纹等质量缺陷。角部冷却区204内设有单独的冷却水道102，通过控制冷却水道102内的冷却介质的流速，从而降低连铸板坯角部的冷却强度，避免连铸板坯的角部出现横裂纹，提高连铸板坯的表面质量。通过传热数值模拟计算，位于窄面上的角部冷却区204的宽度保持在20mm-35mm。为了保证角部冷却区204与相邻冷却区之间不发生相互影响，在角部冷却区204的四周也设置了隔离板4。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，第一冷却区201为距离冷却套1的进口200mm-300mm，第三冷却区203为距离冷却套1的出口200mm-250mm。本实施例中，通常情况下，冷却腔101内的钢水液面距离冷却套1的进口端在100mm左右，所以结晶器的弯月面也距离冷却套1的进口端在100mm左右，所以将第一冷却区201设定在距离冷却套1的进口200mm-300mm。连铸板坯经过低等热流密度冷却区冷却后形成一定厚度的凝固坯壳，具有了一定的机械强度，可以承受一定的热应力。通常情况下，连铸板坯的拉速设定为1m/min，连铸板坯运行200mm需要12s，12s内通过第三冷却区203，足以确保从结晶器的出口拉出的连铸板坯的安全厚度要求。由于一般的连铸结晶器的长度(竖直方向)为900mm，所以第二冷却区202位于第一冷却区201下部400mm-500mm的位置。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，第一冷却区201与第二冷却区202的冷却水道102的截面积的比值为0.5-0.8，第三冷却区203与第二冷却区202的冷却水道102的截面积的比值为1.1-1.5。本实施例中，通过改变各个冷却区内冷却水道102的截面尺寸，来改变各个冷却区的热流密度。在冷却水道102内的流速和压力相同的情况下，冷却水道102的截面积越大，冷却介质的流量则越大，冷却速度越快，热流密度则越高。相邻两个冷却区的冷却水道102的截面积最大控制在2倍以内，防止因相邻两个冷却区之间的热流密度相差过大，导致连铸板坯发生急剧冷却，产生局部凹陷。由上述内容可知，第一冷却区201与第二冷却区202的冷却介质的流量比值为0.5-0.8，第三冷却区203和第二冷却区202的冷却介质的流量比值为1.1-1.5。角部冷却区204对应的冷却介质的流量根据角部冷却区204占冷却腔101的窄面总宽度的比例确定。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图6，每个冷却水道102的进水端和出水端均安装有温度传感器104。本实施例中，借助温度传感器104测量出每个冷却水道102经过进水端和出水端的冷却介质的温度。通过观测进水端和出水端的冷却介质的温度变化，判断各个冷却区的冷却速率。第一冷却区201的进水端温度与出水端温度差控制在3℃-6℃，第二冷却区202的进水端温度与出水端温度差控制在5℃-8℃，第三冷却区203的进水端温度与出水端温度差控制在7℃-10℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种连铸板坯结晶器，其特征在于，包括：冷却套；所述冷却套的内部设有用于钢水通过的冷却腔，所述冷却腔的截面积自上而下逐渐减小，所述冷却套自上而下划分为多个单独控制的冷却区，且多个所述冷却区的热流密度自上而下依次递增。
2.如权利要求1所述的一种连铸板坯结晶器，其特征在于，所述冷却套上沿竖直方向设有多个单独控制的冷却水道，所述冷却水道环绕在所述冷却腔的四周，且与所述冷却区一一对应。
3.如权利要求2所述的一种连铸板坯结晶器，其特征在于，所述冷却区的数量为三个，自上而下依次为第一冷却区、第二冷却区和第三冷却区。
4.如权利要求1所述的一种连铸板坯结晶器，其特征在于，所述冷却腔为矩形腔，所述冷却腔的两个宽面为沿竖直方向设置的平面且两个宽面之间的距离保持不变，所述冷却腔的两个窄面自上而下向内倾斜。
5.如权利要求2所述的一种连铸板坯结晶器，其特征在于，所述冷却套由多个冷却铜板拼装而成，所述冷却水道开设在所述冷却铜板远离所述冷却腔的一侧。
6.如权利要求5所述的一种连铸板坯结晶器，其特征在于，所述冷却铜板沿竖直方向设有多层，每个所述冷却区对应至少一层所述冷却铜板。
7.如权利要求1所述的一种连铸板坯结晶器，其特征在于，所述冷却套的外侧面沿竖直方向设置为阶梯状，且所述冷却套的壁厚自上而下逐渐减薄。
8.如权利要求3所述的一种连铸板坯结晶器，其特征在于，所述冷却套上设有单独控制的角部冷却区，所述角部冷却区与所述冷却腔的窄面对应设置且靠近所述冷却腔的角部。
9.如权利要求3所述的一种连铸板坯结晶器，其特征在于，所述第一冷却区为距离所述冷却套的进口200mm-300mm，所述第三冷却区为距离所述冷却套的出口200mm-250mm。
10.如权利要求3所述的一种连铸板坯结晶器，其特征在于，所述第一冷却区与所述第二冷却区的所述冷却水道的截面积的比值为0.5-0.8，所述第三冷却区与所述第二冷却区的所述冷却水道的截面积的比值为1.1-1.5。
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