CN116274899A - 一种减小角部磨损的结晶器铜管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种减小角部磨损的结晶器铜管，属于连铸技术领域，结晶器铜管的内腔呈矩形，结晶器铜管的一端为铜管上口，另一端为铜管下口，在靠近铜管下口的结晶器铜管上设有铜管过渡口；从铜管上口至铜管过渡口为铜管第一段，铜管第一段的内腔从铜管上口至铜管过渡口按照幂函数曲线规律逐渐缩小；从铜管过渡口至铜管下口为铜管第二段，铜管第二段的内腔从铜管过渡口至铜管下口逐渐变大；结晶器铜管内腔角部内壁向内变形量小于面部内壁向内变形量，以增大角部产生的气隙，避免铸坯角部温度过低，使铸坯周向温度和应力分布均匀，避免产生角部或偏角部质量缺陷，为稳定的高速连铸提供保障的同时，减小铜管角部磨损严重的问题，提高铜管的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于连铸技术领域，涉及一种减小角部磨损的结晶器铜管。
背景技术
高速连铸技术可以减少连铸机流数，降低建设投资和生产运营成本。结晶器铜管是连铸机的重要冷却设备，是决定能否实现高速的关键。
目前，结晶器铜管多采用单锥度、多锥度和抛物线内腔。单锥度、多锥度形状的内腔不能与连铸钢水的凝固规律相吻合，无法满足结晶器的使用要求；抛物线形状的腔型，使结晶器铜管的冷却特点更符合连铸钢水凝固冷却变化规律，但铸坯角部由于二维传热，角部冷却速度最快，导致角部温度明显低于面部温度，引起连铸坯角部裂纹和折叠缺陷。在连铸坯直接轧制过程中，由于铸坯角部温度最低，为了保证直接轧制时铸坯断面温度的均匀一致性，往往采用电磁感应补热和燃气补热的方式对连铸坯角部进行补热，造成了能源的消耗及温室气体的排放。
为了解决上述问题，文献号为CN108907121A的专利文件《幂函数结晶器铜管》提出了一种内腔逐渐变小呈幂函数变化的结晶器铜管，结晶器铜管对角线锥度大于面部锥度，弥补角部产生的气隙。但该结晶器铜管下口处的内壁会向内变形，对已形成初生坯壳的铸坯造成挤压，影响铸坯质量，降低结晶器铜管的使用寿命。文献号为CN111250668A的专利文件《一种结晶器铜管》提出了一种分上下两段的结晶器铜管，其中铜管第二段的内腔从铜管过渡口至铜管下口逐渐变大，避免挤压铸坯而破坏铸坯质量，大幅减轻铜管下口的磨损情况。但该结晶器铜管角部向内变形量大于面部向内变形量，导致铜管角部磨损严重，影响铸坯质量和铜管使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种减小角部磨损的结晶器铜管，以解决现有技术存在的铜管角部磨损严重而影响铸坯质量和铜管使用寿命的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种减小角部磨损的结晶器铜管，结晶器铜管的内腔呈矩形，结晶器铜管的一端为铜管上口，另一端为铜管下口，在靠近铜管下口的结晶器铜管上设有铜管过渡口；从铜管上口至铜管过渡口为铜管第一段，铜管第一段的内腔从铜管上口至铜管过渡口按照幂函数曲线规律逐渐缩小；从铜管过渡口至铜管下口为铜管第二段，铜管第二段的内腔从铜管过渡口至铜管下口逐渐变大；结晶器铜管内腔角部内壁向内变形量小于面部内壁向内变形量；铜管上口的内腔宽度和铜管过渡口的内腔宽度差值的一半为结晶器铜管相对设置的长度方向内壁的面部锥度δ1，铜管上口的内腔对角线长度和铜管过渡口的内腔对角线长度差值的一半为对角线锥度ω，结晶器铜管的四个内壁的相交处设有倒圆角，铜管上口的倒圆角半径大小为R上，铜管下口的倒圆角半径大小为R下，R下＝R上-(δ1-ω)。
可选地，R上为铜管上口的内腔长度或者铜管上口的内腔宽度的3％～16％。
可选地，所述结晶器铜管垂直高度任一位置横截面的面部内壁至倒圆角处，用过渡曲线将铜管内壁的直线段和铜管倒圆角的圆弧光滑的连接起来，过渡曲线的曲率连续变化。
可选地，所述铜管上口的内腔长度和铜管过渡口的内腔长度差值的一半为结晶器铜管相对设置的宽度方向内壁的面部锥度δ2；从铜管第一段内壁上的任一位置到铜管上口的垂直高度为h；
a1，m1，a2，m2，a3，m3均为常数。
可选地，0≤ω≤0.8δ1。
可选地，所述铜管下口的内腔长度比铜管过渡口的内腔长度大0.1～0.4mm；铜管下口的内腔宽度比铜管过渡口的内腔宽度大0.1～0.4mm。
可选地，所述铜管第一段的垂直高度H1为600～1200mm，铜管第二段的垂直高度H2为50～150mm。
可选地，所述铜管上口的内腔长度比铜管上口的内腔宽度大2～3mm。
可选地，所述铜管下口的内腔长度比铜管下口的内腔宽度大2～3mm。
可选地，所述铜管过渡口的内腔长度比铜管过渡口的内腔宽度大2～3mm。
本发明的有益效果在于：
(1)将结晶器铜管分成两段，从铜管上口至铜管过渡口的铜管第一段内腔，遵循从铜管上口至铜管过渡口呈幂函数式逐渐缩小的变化规律；从铜管过渡口至铜管下口的铜管第二段内腔，按照从铜管过渡口至铜管下口逐渐变大的规律来设计，给铜管下口处的向内变形预留一定的空间，避免挤压铸坯而破坏铸坯质量，大幅减轻了铜管下口的磨损情况。
(2)结晶器铜管角部向内变形量小于面部向内变形量，能够增大角部产生的气隙，避免铸坯角部温度过低，使铸坯周向温度和应力分布均匀，避免产生角部或偏角部质量缺陷，减小铜管角部磨损严重的问题，提高铜管的使用寿命。
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为本发明减小角部磨损的结晶器铜管的垂直高度方向的示意图；
图2为铜管上口的俯视示意图；
图3为铜管下口的仰视示意图。
附图标记：铜管上口1、铜管下口2、铜管过渡口3、第二侧壁4、第一侧壁5、过渡曲线6。
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3，一种减小角部磨损的结晶器铜管，结晶器铜管的内腔呈矩形，结晶器铜管的一端为铜管上口1，另一端为铜管下口2，在靠近铜管下口2的结晶器铜管上设有铜管过渡口3；从铜管上口1至铜管过渡口3为铜管第一段，铜管第一段的内腔从铜管上口1至铜管过渡口3按照幂函数曲线规律逐渐缩小；从铜管过渡口3至铜管下口2为铜管第二段，铜管第二段的内腔从铜管过渡口3至铜管下口2逐渐变大；结晶器铜管内腔角部内壁向内变形量小于面部内壁向内变形量。
本发明将结晶器铜管分成两段，从铜管上口1至铜管过渡口3的铜管第一段内腔，遵循从铜管上口1至铜管过渡口3呈幂函数式逐渐缩小的变化规律；从铜管过渡口3至铜管下口2的铜管第二段内腔，按照从铜管过渡口3至铜管下口2逐渐变大的规律来设计，给铜管下口2处的向内变形预留一定的空间，避免挤压铸坯而破坏铸坯质量，大幅减轻了铜管下口2的磨损情况。结晶器铜管角部向内变形量小于面部向内变形量，能够增大角部产生的气隙，避免铸坯角部温度过低，使铸坯周向温度和应力分布均匀，避免产生角部或偏角部质量缺陷，为稳定的高速连铸提供保障的同时，减小铜管角部磨损严重的问题，提高铜管的使用寿命。
实施例
一种减小角部磨损的结晶器铜管，如图1～3所示，结晶器铜管的内腔呈矩形，结晶器铜管的一端为铜管上口1，另一端为铜管下口3，在靠近铜管下口的结晶器铜管上设有铜管过渡口2；从铜管上口1至铜管过渡口2为铜管第一段，铜管第一段的内腔从铜管上口1至铜管过渡口2按照幂函数曲线规律逐渐缩小，在纵向上更符合铸坯的凝固收缩规律；从铜管过渡口2至铜管下口3为铜管第二段，铜管第二段的内腔从铜管过渡口2至铜管下口3逐渐变大，给铜管下口3处的向内变形预留一定的空间，避免挤压铸坯而破坏铸坯质量，大幅减轻铜管下口3的磨损情况。
如图2和图3所示，设定铜管上口1的内腔长度为l11，铜管上口1的内腔宽度为l12；铜管过渡口2的内腔长度为l21，铜管过渡口2的内腔宽度为l22；铜管下口3的内腔长度为l31，铜管下口3的内腔宽度为l32；铜管第一段的垂直高度为H1，铜管第二段的垂直高度为H2。
铜管下口3的内腔长度l31比铜管过渡口2的内腔长度l21大0.1～0.4mm；铜管下口3的内腔宽度l32比铜管过渡口2的内腔宽度l22大0.1～0.4mm。结晶器铜管的垂直高度，也就是铜管第一段的垂直高度H1加上铜管第二段的垂直高度H2之和为600～1200mm，铜管第二段的垂直高度H2为50～150mm。
铜管上口1的内腔长度l11大于铜管过渡口2的内腔长度l21，铜管上口1的内腔宽度l12大于铜管过渡口2的内腔宽度l22。铜管上口1的内腔宽度l12和铜管过渡口2的内腔宽度l22差值的一半为结晶器铜管的其中一对相对设置的长度方向内壁(第一侧壁5)的面部锥度δ1；铜管上口1的内腔长度l11和铜管过渡口2的内腔长度l21差值的一半为结晶器铜管的另外一对相对设置的宽度方向内壁(第二侧壁4)的面部锥度δ2；铜管上口1的内腔对角线长度和铜管过渡口2的内腔对角线长度差值的一半为对角线锥度ω；从铜管第一段内壁上的任一位置到铜管上口1的垂直高度为h；其中：
a1，m1，a2，m2，a3，m3均为常数，并且，0≤ω≤0.8δ1。
如图3所示，结晶器铜管的四个内壁的相交处设有倒圆角，铜管上口1的倒圆角半径大小为R上，R上为铜管上口1的内腔长度l11或者铜管上口1的内腔宽度l12的3％～16％；铜管下口3的倒圆角半径大小为R下，其中：
R下＝R上-(δ1-ω)；
从铜管垂直高度任一位置横截面的面部内壁至倒圆角处，用过渡曲线6将铜管内壁的直线段和铜管倒圆角的圆弧光滑的连接起来，过渡曲线6的曲率连续变化。
另外，铜管上口1的内腔长度l11比铜管上口1的内腔宽度l12大2～3mm；铜管下口3的内腔长度l31比铜管下口3的内腔宽度l32大2～3mm；铜管过渡口2的内腔长度l21比铜管过渡口2的内腔宽度l22大2～3mm。
综上，本发明的结晶器铜管的第一段面度锥度采用幂函数曲线，为稳定的高速连铸提供了保障；结晶器铜管第二段内壁逐渐往外壁变化，内腔逐渐扩大，给内壁下口向内变形预留一定的空间，能够大幅减轻铜管下口的磨损情况；结晶器铜管角部向内变形量小于面部向内变形量，增大角部产生的气隙，避免铸坯角部温度过低，使铸坯周向温度和应力分布均匀，避免产生角部或偏角部质量缺陷，减小铜管角部磨损严重的问题，提高铜管的使用寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业价值。
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 (10)
1.一种减小角部磨损的结晶器铜管，其特征在于：结晶器铜管的内腔呈矩形，结晶器铜管的一端为铜管上口，另一端为铜管下口，在靠近铜管下口的结晶器铜管上设有铜管过渡口；从铜管上口至铜管过渡口为铜管第一段，铜管第一段的内腔从铜管上口至铜管过渡口按照幂函数曲线规律逐渐缩小；从铜管过渡口至铜管下口为铜管第二段，铜管第二段的内腔从铜管过渡口至铜管下口逐渐变大；结晶器铜管内腔角部内壁向内变形量小于面部内壁向内变形量；铜管上口的内腔宽度和铜管过渡口的内腔宽度差值的一半为结晶器铜管相对设置的长度方向内壁的面部锥度δ1，铜管上口的内腔对角线长度和铜管过渡口的内腔对角线长度差值的一半为对角线锥度ω，结晶器铜管的四个内壁的相交处设有倒圆角，铜管上口的倒圆角半径大小为R上，铜管下口的倒圆角半径大小为R下，R下＝R上-(δ1-ω)。
2.如权利要求1所述的减小角部磨损的结晶器铜管，其特征在于：R上为铜管上口的内腔长度或者铜管上口的内腔宽度的3％～16％。
3.如权利要求1所述的减小角部磨损的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管垂直高度任一位置横截面的面部内壁至倒圆角处，用过渡曲线将铜管内壁的直线段和铜管倒圆角的圆弧光滑的连接起来，过渡曲线的曲率连续变化。
4.如权利要求1所述的减小角部磨损的结晶器铜管，其特征在于：所述铜管上口的内腔长度和铜管过渡口的内腔长度差值的一半为结晶器铜管相对设置的宽度方向内壁的面部锥度δ2；从铜管第一段内壁上的任一位置到铜管上口的垂直高度为h；
a1，m1，a2，m2，a3，m3均为常数。
5.如权利要求4所述的减小角部磨损的结晶器铜管，其特征在于：0≤ω≤0.8δ1。
6.如权利要求1所述的减小角部磨损的结晶器铜管，其特征在于：所述铜管下口的内腔长度比铜管过渡口的内腔长度大0.1～0.4mm；铜管下口的内腔宽度比铜管过渡口的内腔宽度大0.1～0.4mm。
7.如权利要求1所述的减小角部磨损的结晶器铜管，其特征在于：所述铜管第一段的垂直高度H1为600～1200mm，铜管第二段的垂直高度H2为50～150mm。
8.如权利要求1所述的减小角部磨损的结晶器铜管，其特征在于：所述铜管上口的内腔长度比铜管上口的内腔宽度大2～3mm。
9.如权利要求1所述的减小角部磨损的结晶器铜管，其特征在于：所述铜管下口的内腔长度比铜管下口的内腔宽度大2～3mm。
10.如权利要求1所述的减小角部磨损的结晶器铜管，其特征在于：所述铜管过渡口的内腔长度比铜管过渡口的内腔宽度大2～3mm。
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