CN201264077Y - 湍流式高效冷却连铸结晶器 - Google Patents

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晋艳娟
张柱
刘浩
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Abstract

本实用新型涉及金属连续铸造设备,尤其是高效冷却连铸结晶器。由水套、冷却水缝、铜结晶器组成,其特点是在铜结晶器(包括圆坯、方坯、板坯或矩形坯)外表面上设有间断排布的横向梯形沟槽,或者在铜结晶器的外壁面上设有间断排布横向梯形凸条,使水套与布满梯形沟槽的结晶器外表面之间形成凹凸不平的水缝。它可增大结晶器与冷却水的换热面积,改善水缝内水的流动状态,使冷却水的流动为强烈的湍流,提高冷却效果和使用寿命,及提高连铸坯的拉速,可广泛应用于钢的连铸,及铜、铝等各种有色金属的连铸中。

Description

湍流式高效冷却连铸结晶器
技术领域
本实用新型涉及金属连续铸造设备,尤其是高效冷却连铸结晶器。
背景技术
冶金连铸技术方面在经历了“20世纪40年代的试验开发,50年代工业生产,60年代弧形连铸机的出现,70年代的大发展,80年代日趋成熟的技术和90年代面临一场新的变革”近60年历史发展的历程。高效连铸是80年代中后期发展起来的连铸技术,是指比常规连铸生产效率更高,以高拉速为核心,以高质量、高温无缺陷坯料生产为基础,实现高连浇、高作业率的连铸系统技术,是优化当代连铸生产的重要发展方向。高效连铸技术在世界各主要钢铁企业、工程公司、设备制造商中都受到高度重视,这是因为它在减少投资费用、提高生产效率、简化工艺流程、降低消耗和成本等方面更进一步发挥了连铸技术的优势,近年来在提高拉速方面已经取得了显著进步。
连铸结晶器是连续铸钢中的铸坯成型设备,是连铸机的核心设备之一。其基本功能是利用冷却水通过水冷铜板间接带走钢水中热量,使钢水在结晶器内连续地形成具有一定厚度和一定强度的坯壳。在这个过程中,结晶器一直处于机械应力与热应力的综合作用之下,工作条件较为恶劣。除了规范生产操作、选择合适的保护渣和避免机械损伤外,合理地设计结晶器的冷却水缝,能有效地提高传热效率,对于提高连铸生产率,维持连铸过程正常生产,以及保证铸坯质量都起着至关重要的作用。因而,研究开发新型结晶器在当今的冶金生产中就显得尤为重要。
国外高效方坯连铸机结晶器研究自从连铸机进入工业生产领域后,国外的众多钢铁科技人员就开始对连铸机结晶器这一关键部件进行了广泛而深入的研究,其中有德马克公司的抛物线锥度结晶器、STEL-TEK公司的喷淋结晶器、康卡斯特公司CCT结晶器、达涅利公司的DANAM结晶器和奥钢联公司的DIAMOND结晶器等。国内的钢铁研究人员对铸坯传热机理的研究也做了大量的工作,东北大学、北京科技大学等大专院校以及北京钢铁研究总院等科研院所都有许多关于铸坯和结晶器传热机理的研究设计文章在近几年发表。从结晶器的角度进行的相关研究,主要集中在对结晶器倒锥度、结晶器壁厚度、结晶器铜管材质、结晶器水缝宽度、水速和水温以及负滑动时间和结晶器超前的研究。
目前,结晶器外壁结构始终使用的是平整光滑平面或曲面(方形结晶器为平面,而圆形结晶器为曲面),结晶器的水缝中的冷却水流是一种层流状态,并以层流状态进行水的热交换和冷却结晶器。因此,由于冷却水是一种层流状态,水的流动较为平稳,没有相对流动,或者说搅动,因而其水与结晶器壁的热交换的速度也就相对较慢,即热交换率较低,冷却效果相对也慢,最终影响拉坯速度,同时也影响企业生产效率。
发明内容
本实用新型的目的是在现有结晶器技术的基础上进行改进,并克服现有结晶器技术不足,设计和提供一种可增大结晶器与冷却水的换热面积,改善水缝内水的流动状态,使冷却水为强烈的湍流流动,提高冷却效果和使用寿命,及提高连铸坯的拉速的湍流式高效冷却连铸结晶器。
本实用新型所采用的技术方案是:
湍流式高效冷却连铸结晶器是由水套、冷却水缝、铜结晶器组成,其特点是在铜结晶器(包括圆坯、方坯、板坯或矩形坯)外表面上设有间断排布的横向梯形沟槽,或者在铜结晶器的外壁面上设有间断排布横向梯形凸条,使水套与布满梯形沟槽或凸起的结晶器外表面之间形成凹凸不平的水缝。
本实用新型具有的有益效果和优点是:
(1)增大了结晶器外表面的散热面积,即增大了结晶器与冷却水的换热能力,提高冷却效果;
(2)利用结晶器外表面间断排布的横向凸条或沟槽,水套与结晶器外壁之间形成凹凸不平的水缝,从而改变冷却水的流动状态,使其形成湍流流动,利用湍流效应,有效地增大结晶器与冷却水的换热能力,综合换热系数在4000W/m2以上,提高冷却效果;
(3)可保证结晶器的铜板温度足够低、避免冷却水沸腾,结晶器的温度不超过铜材的相变温度250℃,从而提高了使用寿命。
(4)由于水缝内的冷却水为湍流流动,可以在一定程度上避免冷却水在结晶器表面形成水垢。
本实用新型可以提高连铸坯的拉速,广泛应用于钢的连铸,及铜、铝等各种有色金属的连铸中。
附图说明
图1是本实用新型用于圆坯连铸结晶器的结构示意图。
图2是图1的局部放大图。
图3是本实用新型用于方坯连铸结晶器的结构示意图。
图4是图3的局部放大图。
图5是湍流式冷却连铸结晶器的纵向剖面图。
图6是湍流式冷却连铸结晶器横向沟槽的局部放大图。
具体实施方法
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1和图2所示,本实用新型用于圆坯连铸结晶器的结构。如图3和图4所示,本实用新型用于方坯连铸结晶器的结构。如图5和图6所示,本实用新型湍流式冷却连铸结晶器的纵向剖面和局部放大。
湍流式冷却圆坯连铸结晶器包括水套1、铜结晶器3、水套与铜结晶器之间构成的冷却水缝2,在铜结晶器的外壁面上设有间断排布横向梯形沟槽,或者在铜结晶器的外壁面上设有间断排布横向梯形凸条。所述的梯形槽或梯形凸条的两面所夹角α为30°~60°。
本实用新型这种间断排布横向梯形凸条或沟槽使水套与结晶器外表面之间形成凹凸不平的水缝,使现有连铸结晶器中水缝内水的层流状态改变为湍流状态,并增强了水流的湍动效果,使冷却水在水缝中全部参与热交换和冷却结晶器。

Claims (2)

1、一种湍流式高效冷却连铸结晶器,包括水套(1)、铜结晶器(3)、水套(1)与铜结晶器(3)之间构成的冷却水缝(2),其特征在于:铜结晶器外壁表面设有间断排布的横向梯形沟槽或凸条,使冷却水缝为凹凸不平的水缝。
2、按照权利要求1所述的湍流式高效冷却连铸结晶器,其特征在于:所述的梯形槽或梯形凸条的两面夹角α为30°~60°。
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