CN113857444A - 一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，包括结晶器铜管，在结晶器铜管外部装有导流水套，在所述结晶器铜管下端设有足辊装置，以及位于足辊装置外侧的足辊喷淋装置。因此，通过结晶器铜管，高精度组合式导流水套、开有水槽的偏心可调整式足辊装置和分体独立式足辊喷淋装置，能够有效的减少铸坯和铜管之间的气隙，增加散热面积，提高初生坯壳的厚度和均匀性，足辊和喷淋装置为铸坯提供有效的支撑和二次冷却，并且配备合适的冷却水量，从而实现铸机的高拉速生产。解决了铸坯质量难以保证，出现漏钢、脱方、裂纹质量问题。

Description

一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器

技术领域

本发明涉及钢铁冶金行业连铸技术领域，具体说是涉及用于方坯和矩形坯生产的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器。

背景技术

冶金行业连铸生产方坯和矩形坯过程中，液态金属浇入结晶器中，通过结晶器进行热交换，使液态金属凝固形成坯壳，铸坯拉出结晶器后，通过对铸坯喷水进行二次冷却，使铸坯完成凝固形成钢坯。拉速是连铸机的一个重要指标，拉速越高，产量越大，钢厂的效益越好，因此，近几年来，连铸行业都在研究高拉速的连铸机，提高拉速，连铸结晶器是关键，由于刚出结晶器的铸坯内部还是液体状态，只有10-15mm厚的坯壳，如果坯壳的强度不够或均匀性不好，将会产生漏钢、脱方、鼓肚变形和裂纹等质量问题，而且，拉速越高，形成的坯壳越薄，所以提高结晶器的热交换能力和冷却的均匀性，是提高拉速的关键。现在常见的结晶器铜管与水套之间有3-5mm的水缝，冷却水通过水缝对结晶器进行冷却，当拉速达提高到一定程度时，这种冷却方式已不能满足生产的需要，例如，生产150X150连铸坯，拉速很难超过4m/min，尤其生产普碳钢，超过4m/min后，铸坯质量难以保证，会出现漏钢、脱方、裂纹等质量问题。因此，需要研制一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器。

发明内容

本发明针对现有结晶器在高拉速中存在的问题，提供一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器。能够有效的减少铸坯和铜管之间的气隙，增加散热面积，提高初生坯壳的厚度和均匀性，足辊和喷淋装置为铸坯提供有效的支撑和二次冷却，并且配备合适的冷却水量，从而实现铸机的高拉速生产。

本发明的技术解决方案是：一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，包括结晶器铜管，在结晶器铜管外部装有导流水套，在所述结晶器铜管下端设有足辊装置，以及位于足辊装置外侧的足辊喷淋装置。因此，通过结晶器铜管，高精度组合式导流水套、开有水槽的偏心可调整式足辊装置和分体独立式足辊喷淋装置，能够有效的减少铸坯和铜管之间的气隙，增加散热面积，提高初生坯壳的厚度和均匀性，足辊和喷淋装置为铸坯提供有效的支撑和二次冷却，并且配备合适的冷却水量，从而实现铸机的高拉速生产。

本发明中，结晶器铜管外部水槽宽度为6-8mm，深度为8mm，间隔为6mm，开槽铜管的散热面积是相同规格无槽铜管的1.5倍。

本发明中，结晶器铜管内腔锥度形式为曲面型锥度，从结晶器铜管上部450mm开始，铜管内部四个面为圆弧形，圆弧的弦高从上到下，从0开始逐渐增加，弦高的最大值为铸坯尺寸的0.25%-0.35%，铜管内部相对面之间中部的锥度为双锥度，从上部0-450倒锥度为1.85%/m，450-1000倒锥度为1.0%/m，倒锥度的计算公式如下：

T =（S上 - S下）/（S上 X L）X 100%

式中：

T ——结晶器铜管倒锥度%/m；

S上——结晶器铜管上口尺寸mm；

S下——结晶器铜管下口尺寸mm；

L ——结晶器铜管长度m。因此，采用这种锥度的结晶器铜管，可以减少结晶器铜管与铸坯之间的气隙，提高结晶器的传热能力，形成的坯壳更厚、更均匀，从而减少在高拉速情况下，铸坯产生漏钢、脱方、裂纹等质量问题。

本发明中，结晶器铜管材质为银铜之任一种。由于银铜材质具在导热性能好、再结晶器温度高、拉伸成型性能好的特点，最适合用来制造高拉速结晶器铜管。

本发明中，结晶器铜管长度至少为1000mm，保证铸坯在结晶器内足够的冷却时间，形成更厚坯壳。

本发明中，结晶器铜管壁厚为所生产铸坯厚度的0.1-0.13倍，小铸坯取上限值，大铸坯取下限值的合适的铜管壁厚。既要保证铜管具有足够的刚度，防止使用中的变形，也要避免由于厚度太大，影响传热。

本发明中，所述的导流水套，包括分体的两个半管组合而成。

进一步地，导流水套的高度为915mm，壁厚为16mm，材质为304不锈钢。采用此导流水套，可以减少水套的焊接变形，保证水套和铜管之间的装配间隙，使铜管周边的冷却更均匀。

本发明中，所述结晶器的足辊装置，包括足辊架，在其足辊架的四周呈上下两层装有的偏心轴上安装与足辊，该偏心轴引出端装有锁紧块，通过锁紧螺栓将锁紧块固定在足辊架上。采用足辊装置，一方面可以为铸坯提供有效的支撑，防止在高拉速拉速情况下，铸坯产生鼓肚和脱方问题；另一方面利用足辊外表面开设水槽可以避免在生产过程中，在足辊处产生集水和集渣问题，并且可以改善足辊的冷却情况，提高足辊的使用寿命。

进一步地，所述足辊装置的足辊直径90mm，辊距135mm，在足辊外表面设有宽5mm，深5mm水槽，彼此间隔为15mm。

本发明中，所述足辊喷淋装置，包括外弧喷淋管，该外弧喷淋管呈环形设置两组，每组两个外弧喷淋管彼此相对应的分体式结构，所述每个外弧喷淋管上水平设有多排喷嘴，喷嘴的喷射角度为50度的黄铜材质的全锥型喷嘴。采用足辊喷淋装置，可以为铸坯冷却提供足够的二次冷却水量，并且易于维修各更换。

本发明的有益效果是：一、通过外表面开槽曲面锥度的结晶器铜管，可以提高结晶器铜管的散热面积，减少结晶器铜管与铸坯之间的气隙，提高结晶器的传热能力，形成的坯壳更厚、更均匀，从而减少在高拉速情况下，产生漏钢、脱方、裂纹等质量问题。二、导流水套采用分体组合式结构，可以减少水套的焊接变形，保证水套和铜管之间的装配间隙，使铜管周边的冷却更均匀。三、结晶器足辊装置采用两层构足辊、偏心轴可调式结构，可以调整足辊的开口度，保证足辊与铜管精确对弧，为铸坯提供有效的支撑，防止在高拉速拉速情况下，铸坯产生鼓肚和脱方问题。四、结晶器足辊，足辊外表面开设水槽可以避免在生产过程中，在足辊处产生集水和集渣问题，并且改善了足辊的冷却情况，提高足辊的使用寿命。五、足辊喷淋装置，采用3层分体式独立结构，喷嘴为喷射角50度全锥形，可以为铸坯冷却提供足够、均匀的二次冷却水量，并且易于维修各更换。六、适合生产普碳钢的结晶器冷却水量和足辊喷淋水量，保证结晶器内的冷却水流速达到12m/s，足辊喷淋水比水量取值2.0L/kg，可以保证普碳钢凝固收缩的要求，在高拉速生产的情况下，保证铸坯质量。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是结晶器铜管示意图；

图3是A向示意图；

图4是B向示意图；

图5是足辊装置示意图；

图6是A-A剖视图；

图7是足辊示意图；

图8是导流水套示意图；

图9是图8的俯视图；

图10是足辊喷淋装置示意图；

图11是图8的俯视图。

具体实施方式

下面将结合附图实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1至图11所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，包括结晶器铜管1，在所述结晶器铜管1外部装有导流水套2，该结晶器铜管1上、下端分别装有法兰盘，在结晶器铜管1下端的法兰盘位置设有足辊装置3，以及位于足辊装置3外侧的足辊喷淋装置4。本实施例中，结晶器中的高拉速结晶器铜管1的宽、高为150X150mm，结晶器铜管1长度为1000mm，能够保证铸坯在结晶器内足够的冷却时间，形成更厚坯壳。结晶器铜管1壁厚为17mm，结晶器铜管1材质为铜材质，铜材质具在导热性能好、再结晶器温度高、拉伸成型性能好的特点，最适合用来制造高拉速结晶器铜管。上述结晶器铜管1外部设有宽度w为:8mm，深度D为:8mm的水槽，彼此间隔S为:6mm，通过开水槽铜管的散热面积是相同规格无槽铜管的1.5倍，在相同的冷却水量情况下，可以形成更厚的坯壳，从而保证高拉速的生产。上述中，结晶器铜管1内腔锥度形式为曲面型锥度，从结晶器铜管上部450mm开始，铜管内部四个面为向内凸起的圆弧形，圆弧的弦高从上到下，从0开始逐渐增加，弦高的最大值为铸坯尺寸的0.25%-0.35%，铜管内部相对面之间中部的锥度为双锥度，从上部0-450倒锥度为1.85%/m，450-1000倒锥度为1.0%/m，倒锥度的计算公式如下：

T =（S上 - S下）/（S上 X L）X 100%

式中：

T ——结晶器铜管倒锥度%/m；

S上——结晶器铜管上口尺寸mm；

S下——结晶器铜管下口尺寸mm；

L ——结晶器铜管长度m。

因此，通过铜管上端尺寸A1为156.2mm，A2为154.2mm，铜管下端尺寸B1为154mm，B2为152mm求得：铜管内部相对面之间中部的锥度为双锥度，结晶器铜管上部0-450mm锥度值为1.3mm，450-1000mm锥度值为0.9mm，采用这种锥度的结晶器铜管，可以减少结晶器铜管与铸坯之间的气隙，提高结晶器的传热能力，形成的坯壳更厚、更均匀，从而减少在高拉速情况下，产生漏钢、脱方、裂纹等质量问题。本实施例所述导流水套2，是由两个半套部分组合而成，通过螺钉B、螺母C和定位销A联接成一体。导流水套2的高度为915mm，壁厚为16mm，材质为304不锈钢，通过导流水套2，可以减少导流水套2的焊接变形，保证导流水套2和结晶器铜管1之间的装配间隙，使结晶器铜管1周边的冷却更均匀。本实施例中，所述高拉速结晶器的足辊装置3，包括足辊架5，在其足辊架5的四周呈上下两层装有的偏心轴7上安装与足辊6，该偏心轴7引出端装有锁紧块8，通过锁紧螺栓9将锁紧块8固定在足辊架5上。上述中的偏心轴7两端安装在自润滑轴承上。如图5所示，足辊装置3为两层足辊6，采用偏心轴7可调式结构，偏心轴7可以调整足辊6的开口度，保证足辊6与铜管精确对弧，足辊6直径90mm，辊距135mm，采用这种足辊装置，可以为铸坯提供有效的支撑，防止在高拉速拉速情况下，铸坯产生鼓肚和脱方问题。本实施例中，所述足辊装置3中的足辊外表面开设间隔分布的水槽。本实施例水槽宽W为：5mm，深度D为：5mm，彼此间隔S为：15mm。因此，通过足辊6外表面开设水槽可以避免在生产过程中，在足辊处产生集水和集渣问题，并且改善了足辊的冷却情况，提高足辊6的使用寿命。本实施例中，所述高拉速结晶器的足辊喷淋装置4，包括外弧喷淋管10，该外弧喷淋管10呈环形设置两组，每组两个外弧喷淋管10彼此相对应的分体式结构，所述每个外弧喷淋管10上水平设有三层喷嘴11，喷嘴11的喷射角度为50度的全锥型喷嘴。因此，通过双喷嘴结构设计与单喷嘴结构相比较，具有提供冷却水量大，而且冷却更加均匀。

本发明中，适合生产普碳钢的结晶器冷却水量和足辊喷淋水量，普碳钢指钢坯的牌号为Q195和Q235，结晶器冷却水量随着生产铸坯的规格变化而变化，但要保证结晶器内的冷却水流速达到12m/s，足辊喷淋水量是随着生产铸坯的规格和拉速变化而变化，一般按比水量计算：足辊喷淋水量（L/min）=每分钟生产铸坯的重量（kg）X比水量（L/kg）X30%，生产Q195和Q235时，比水量取值为2.0L/kg。

显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，凡是在本实施例范围之内的任何修改，等同替换或改进等，均应包含在本发明权利范围内，本技术方案未详细述及的均为公知技术。

Claims (11)

1.一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，包括结晶器铜管，在结晶器铜管外部装有导流水套，在所述结晶器铜管下端设有足辊装置，以及位于足辊装置外侧的足辊喷淋装置。

2.根据权利要求1所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，结晶器铜管外部水槽宽度为6-8mm，深度为8mm，间隔为6mm，开槽铜管的散热面积是相同规格无槽铜管的1.5倍。

3. 根据权利要求1所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，结晶器铜管内腔锥度形式为曲面型锥度，从结晶器铜管上部450mm开始，铜管内部四个面为圆弧形，圆弧的弦高从上到下，从0开始逐渐增加，弦高的最大值为铸坯尺寸的0.25%-0.35%，铜管内部相对面之间中部的锥度为双锥度，从上部0-450倒锥度为1.85%/m，450-1000倒锥度为1.0%/m，倒锥度的计算公式如下：

T =（S上 - S下）/（S上 X L）X 100%

式中：

T ——结晶器铜管倒锥度%/m；

S上——结晶器铜管上口尺寸mm；

S下——结晶器铜管下口尺寸mm；

L ——结晶器铜管长度m。

4.根据权利要求2所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，结晶器铜管材质为银、铜之任一种。

5.根据权利要求2所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，结晶器铜管长度至少为1000mm，保证铸坯在结晶器内足够的冷却时间，形成更厚坯壳。

6.根据权利要求2所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，结晶器铜管壁厚为所生产铸坯厚度的0.1-0.13倍，小铸坯取上限值，大铸坯取下限值合适的铜管壁厚。

7.根据权利要求1所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，所述的导流水套，为分体的两个半管组合而成。

8.根据权利要求7所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，导流水套的高度为915mm，壁厚为16mm，材质为304不锈钢。

9.根据权利要求1所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，所述结晶器足辊装置，包括足辊架，在其足辊架的四周呈上下两层装有的偏心轴上安装与足辊，该偏心轴引出端装有锁紧块，通过锁紧螺栓将锁紧块固定在足辊架上。

10.根据权利要求9所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，所述足辊装置的足辊直径90mm，辊距135mm，在足辊外表面设有宽5mm，深5mm水槽，彼此间隔为15mm。

11.根据权利要求1所述的一种适合生产普碳钢的高拉速结晶器，其特征是，所述足辊喷淋装置，包括外弧喷淋管，该外弧喷淋管呈环形设置两组，每组两个外弧喷淋管彼此相对应的分体式结构，所述每个外弧喷淋管上水平设有多排喷嘴，喷嘴的喷射角度为50度的黄铜材质的全锥型喷嘴。

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