CN1597183A - 水缝－分瓣体内水冷式软接触电磁连铸结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水缝－分瓣体内水冷式软接触电磁连铸结晶器，主要由上法兰、下法兰、线圈、结晶器套管、冷却水套、冷却水管、连接件、吊装装置构成，其特点是结晶器套管上部采用局部中间切缝结构，在分瓣体内设置有冷却水管，结晶器套管下部与冷却水套间形成水缝结构，从而形成水缝和分瓣体内水冷相结合的冷却方式，保证冷却效果的连续性；结晶器套管的切缝处的中心位置附近安装有高频线圈；上述新结构，可以保证在金属弯月面附近具有均匀且良好透磁性，对液态金属具有良好的冷却效果，达到软接触电磁连铸的需要，而且结晶器有足够的强度和较高的耐热变形性能，较易于加工，可实现钢等高熔点金属的圆坯、方坯的软接触电磁连铸，本发明可应用于实际生产。

Description

水缝—分瓣体内水冷式软接触电磁连铸结晶器

技术领域

本发明涉及一种冶金连铸结晶器，特别涉及一种水缝—分瓣体内水冷式软接触电磁连铸结晶器。

背景技术

目前，铝和铜的电磁铸造工艺已日趋成熟，同传统的直接铸造法相比，铸坯表面质量得到显著提高。由于钢的密度大，所需电磁推力大；电导率小，产生的电磁推力小；导热系数低、熔点高且拉速较快，不利于坯壳生成，所以钢很难完全实现无模电磁连铸。法国学者Ch.Vives受铝的电磁铸造技术和冷坩埚技术的启发，提出在连铸结晶器外施加交流电磁场，利用电磁力使钢液和结晶器在“软接触(Soft-Contact)”条件下实现凝固的铸造方法，称之为软接触电磁连铸。但是这种工艺对连铸结晶器提出了很高的要求。首先，结晶器要有足够的强度，不轻易发生变形；同时，结晶器要有良好的冷却效果，保证铸坯不发生鼓肚拉漏事故。因此，钢的软接触电磁连铸技术能否在工业生产中得以成功应用，关键取决于结晶器是否能同时满足上述要求。

用于钢的软接触电磁铸造的结晶器同传统结晶器相比较，采用了不同的材质及特殊结构。目前，钢的软接触电磁连铸结晶器按其结构的不同可分为切缝式软接触结晶器和无缝式软接触结晶器两种。切缝式软接触结晶器一般采用直通式结构，由本体、感应线圈、分瓣体和分瓣体间切缝等构成，如中国专利申请号：96222452.9，发明人：任忠鸣、周月明、邓康、蒋国昌；发明名称为金属软接触电磁连铸结晶器，就是这种结构。切缝式软接触结晶器虽然提高了磁场穿透性，极大地改善了铸坯质量，但它仍存在一些缺陷。如：(1)切缝采用上下直通式结构，破坏了结晶器的整体性，降低了结晶器的整体强度，为工业生产带来了不稳定因素。(2)由于切缝的存在，每个金属片层相互独立，导致冷却水回路系统复杂，设计困难。(3)结晶器内磁场分布不均匀，直接影响到铸坯质量的改善。尽管科技工作者对上述切缝式结晶器进行了大量实验研究，但目前尚没有将切缝式结晶器成功应用于钢的电磁连铸工业生产的相关报道。无缝式软接触结晶器目前有以下两种典型设计：(1)分段式无缝软接触结晶器采用分段式结构，其中结晶器上部由高电阻率的非磁性不锈钢制成，下部由高电导率的铜质材料制成。分段式无缝软接触结晶器同普通铜质结晶器相比，透过结晶器壁的磁通密度为原来的1.8倍，对铸模内钢水产生的电磁约束力为原来的3.4倍。其最大缺点是由于上下两段采用性质各异的材料，两者在交接处平滑衔接困难，而且，由于热膨胀系数的差异，在高温热应力的作用下，这种缺陷表现得更加明显，尚无法在实际冶金生产中应用。(2)整体式无缝软接触结晶器的结构特点是对切缝式软接触结晶器进行了改进，在高电导率的铜质材料片层之间填充高电阻率的铜(铜合金)粉末，经热等静压烧结加工而成为一体。它使结晶器强度得到大幅提高，冷却水回路的布置简单化，与纯铜质结晶器相比，其磁场透磁率可提高3倍，结晶器内磁场分布比较均匀。然而这种设计的结晶器依旧未能完全解决大幅提高透磁率及磁场均匀化的难题，而且必须克服其在材质的选择、制备工艺上的困难。上述结晶器目前均处于开发研究阶段，都没应用于实际的工业生产。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述已知技术存在的缺陷，并基于传统连铸结晶器和切缝式结晶器的结构设计，提供一种新型水缝—分瓣体内水冷式软接触电磁连铸用切缝结晶器，使结晶器既具有均匀良好的透磁性，同时又能使结晶器有足够的强度和较高的耐热变形性能，还能使液态金属具有良好的冷却效果，最终达到可应用于实际生产的目的。

本发明水缝—分瓣体内水冷式软接触电磁连铸结晶器，主要由上法兰、下法兰、线圈、结晶器套管、冷却水套、壳体、连接件、冷却水管、进出口水箱、切缝、分瓣体、导向辊轴承、吊装装置构成，要点是结晶器套管上部采用局部中间切缝结构，在分瓣体内设置有冷却水管，结晶器套管下部与冷却水套间形成水缝结构。

在结晶器套管所设的切缝位置是在结晶器上部，距其顶端0～30mm以下位置，采用局部中间切缝结构。该切缝结构为0.1～3mm宽，80～300mm长，切缝里填充云母片或密封胶绝缘材料。

所述的分瓣体内设置的冷却水管位置是在结晶器套管上部弯月面附近。该冷却水管选取尺寸为Φ5～25mm。关于分瓣体数量和长度是根据铸坯尺寸不同而变化。

结晶器套管下部与冷却水套间形成的水缝选取1～7mm。由此冷却方式采用水缝和分瓣体内水冷相结合的方式，分别对结晶器的上部和下部的铜管进行冷却，促进钢液的凝固并保证冷却效果的连续性。通过进出口处的水箱分别连接进水口、水缝和分瓣体水管、出水口，从而保证水压均匀。

上述的结晶器套管，根据铸坯要求不同，可以是圆柱形或方形。同时根据生产需要，在结晶器内可以安装电磁搅拌装置，如旋转电磁搅拌参数为100～250KW，200～500A，150～400V，1～50HZ；结晶器套管上的切缝处的中心位置，安装有高频线圈，线圈高度根据生产要求可调。

本发明与已有技术相比较，具有明显的优点和效果。由于在结晶器套管上部采取了局部中间切缝结构，可以保证在金属弯月面附近具有均匀且良好的透磁性，同时又能使结晶器有足够的强度和较高的耐热变形性能；另外本发明又采用水缝和分瓣体内水冷相结合的冷却方式，使结晶器对液态金属具有良好的冷却效果，达到软接触电磁连铸的需要。另外，考虑到结晶器的生产成本，所采用的切缝结构和冷却方式保证结晶器套管易于加工、成型。该结晶器可以实现钢等高熔点金属的圆坯、方坯甚至板坯的软接触电磁连铸，有效提高金属铸坯的表面质量和生产率。由此可见，本发明结构合理，加工成本低，与已有技术相比具有明显优势，完全可应用于实际生产。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是圆坯结晶器套管的结构剖面视图；

图3是图2的A-A剖面图；

图1、2、3中：1上法兰，2下法兰，3线圈，4支撑架，5结晶器套管，6冷却水套，7壳体，8连接件，9弯月面，10吊装装置，11导向辊轴承，12进水口，13出水口，14冷却水管，15固定螺栓、螺母，16水缝，17进口水箱，18出口水箱，19切缝，20分瓣体，21绝缘材料。

具体实施方式

例1、参见图1、2、3，本发明的结晶器有一个结晶器套管(5)，直径为178mm的圆坯结晶器套管，采用磷脱氧铜材料制成，结晶器套管上部距顶端10mm处以下，开有长150mm，宽0.2mm的中间切缝结构，切缝(19)内填加有绝缘材料云母片，所形成的分瓣体(20)共32个，其内设置有Φ8mm的冷却水管(14)；结晶器套管(5)和壳体(7)的上、下两端分别通过上法兰(1)和下法兰(2)加以固定，在壳体(7)内，围绕结晶器套管(5)上部切缝(19)处的中心位置，安装有高频线圈(3)，线圈(3)通过支撑架(4)安装在冷却水套(6)上部的水平面上。冷却水套(6)处于外壳体(7)和结晶套管(5)外壁之间，下部通过连接件(8)与外壳体(7)连接，上部水平面端头与结晶器套管(5)壁面间装填密封件后，上面用压板压紧，并用螺母固定。结晶器套管(5)下部通过冷却水套(6)和结晶器套管(5)间形成的水缝(16)进行冷却，水缝选用4mm。结晶器套管(5)上部弯月面(9)附近通过均匀分布在分瓣体(20)内的冷却水管(14)进行分瓣体内冷却。进水口(12)通过进口水箱(17)和水缝(16)相连；出水口(13)与冷却水管(14)上端处的出口水箱(18)相连。一对吊装装置(10)、焊接在壳体(7)外壁上，其下方是一个用于将结晶器装配于结晶器支架上固定件(15)，用做与导向支撑辊相匹配的导向辊轴承(11)装配在结晶器下方。

例2、其它结构均与例1相同，不同的是结晶器套管(5)采用银铜材质制成，结晶器套管(5)上部距顶端30mm处以下开有长80mm，宽3mm的中间切缝结构，且切缝(19)内填加有绝缘材料密封胶，所形成的分瓣体(20)共16个，其内设置有Φ25mm的冷却水管(14)。冷却水套(6)和结晶器套管(5)间形成的水缝为7mm。

例3、其它结构与例1相同，不同的是，选的100×100mm²方坯结晶器套管(5)，采用铬锆铜制成，结晶器套管(5)上部距顶端20mm处以下开有长300mm，宽0.1mm的中间切缝结构，且切缝(19)内填加有绝缘材料的云母片，所形成的分瓣体(20)共24个，其内设置有Φ5mm的冷却水管(14)，冷却水套(6)和结晶器套管(5)间形成的水缝为1mm。

例4、其它结构与例1相同，不同的是选取直径Φ100的圆坯结晶器套管(5)，采用银铜材料制成，在结晶器套管(5)上部距顶端2mm处以下开有长200mm，宽0.3mm的中间切缝结构，且切缝(19)内填加有绝缘材料的云母片，所形成的分瓣体(20)共24个，其内设置有Φ7mm的冷却水管(14)，冷却水套(6)和结晶器套管(5)间形成的水缝为5mm。

Claims (8)

1、一种软接触电磁连铸结晶器，主要由上法兰、下法兰、线圈、结晶器套管、冷却水套、壳体、连接件、冷却水管、吊装装置构成，其特征在于结晶器套管上部采用局部中间切缝结构，在分瓣体内设置有冷却水管，结晶器套管下部与冷却水套间形成水缝结构。

2、按照权利要求1所述的一种软接触电磁连铸结晶器，其特征在于在结晶器套管上部距顶端0～30mm以下采用局部中间切缝结构。

3、按照权利要求1或2所述的一种软接触电磁连铸结晶器，其特征在于所述的切缝结构为0.1～3mm宽，80～300mm长，切缝里填充有云母片或密封胶绝缘材料。

4、按照权利要求1所述的一种软接触电磁连铸结晶器，其特征在于结晶器套管上部弯月面附近的分瓣体内设置有冷却水管，冷却水管通过水箱和出水口相连。

5、按照权利要求1或4所述的一种软接触电磁连铸结晶器，其特征在于分瓣体内设置有Φ5～25mm的冷却水管。

6、按照权利要求1所述的一种软接触电磁连铸结晶器，其特征在于结晶器套管上的切缝处的中心位置安装有高频线圈，线圈高度根据生产要求可调。

7、根据权利要求1、2、4或6所述的一种软接触电磁连铸结晶器，其特征在于结晶器套管可以是圆柱形也可以是方形，根据生产需要，结晶器内可以安装电磁搅拌装置。

8、按照权利要求1所述的一种软接触电磁连铸结晶器，其特征在于结晶器套管下部与冷却水套间形成的水缝选取1～7mm。