CN209953758U - 一种具有复合角部形状的组合结晶器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于金属凝固和连续铸造领域，特别涉及一种具有复合角部形状的组合结晶器装备，该结晶器装备由外弧铜板和内弧铜板以及两个侧面铜板组成。其中：该组合结晶器的每个工作面角部均为具有至少三个凹角的复合角部形状；外弧铜板(1)和内弧铜板(2)分别与侧面铜板(3)可拆卸的连接；外弧铜板(1)和内弧铜板(2)与侧面铜板(3)的连接边为直线(5)或多分节折线(6)。它使得浇铸出来的连铸坯角部都具有三个大于135度的凸角的形状，生产出来的连铸坯不仅可以有效的防止铸坯在弯曲和矫直过程中角部横裂纹的发生，同时可有效避免铸坯在轧制过程中边部直裂或翘皮缺陷的发生。

Description

一种具有复合角部形状的组合结晶器

技术领域

本实用新型属于金属凝固和连续铸造领域，特别涉及一种具有复合角部形状的组合结晶器。

背景技术

随着世界冶金技术的发展，现代连铸技术不断进步，可浇铸钢种不断扩大，一些高合金、高品质、高裂纹敏感性钢种已经不断在大型钢铁企业连铸生产流程中得以生产。尤其是大断面铸坯连铸技术的发展，使得钢材的压缩比增加、钢材的产品质量提高。但铸坯断面的增大带来的不利影响就是：由于铸坯在连铸机里需要弯曲、矫直，由此会带来铸坯角部裂纹的增加，同时轧制产品的边直裂缺陷不断发生。尤其是近年来连铸机生产的大方坯和大矩形坯厚度更是达到了350～500mm以上，铸坯采用两火成材的轧制工艺，由于角部的冷却不均匀，在弯曲、矫直过程中的应力集中势必导致铸坯角部裂纹的增加以及轧制产品边直裂的增加。

为此，冶金工作者除了在钢水质量、二冷技术方面进行优化外，所采取的一个主要技术措施就是采用带倒角的结晶器技术，它使得铸坯原有的每个直角变成两个钝角，以消除应力集中。

在现有技术中，采用带倒角的结晶器技术是比较普遍的，但在四块铜板组成的组合结晶器中，通常是将组合结晶器的倒角边单独放置在两个侧面上，如中国实用新型专利CN201744629U，名称“一种连铸用组合结晶器的窄边铜板”，提供了一种带侧面倒角的结晶器窄面铜板，该结晶器适合于浇注大板坯；或将倒角单独放置在内外弧上，如中国实用新型专利CN205614025U，名称“一种组合结晶器的具有大倒角的宽面铜板”，该结晶器适合于浇注大方坯和矩形坯。它们的共同特点就是通过在结晶器两个相对面放置的铜板上设置倒角，将原来生产的四个直角的铸坯的每个直角改为两个大于90度的钝角，其倒角结晶器特征的前端倒角角度都为45～60度。在实施案例中所生产出来的铸坯，两个大于90度的钝角一般为一个150度和一个120度的角，或者是两个都是135度的角。其目的都是为了解决连铸坯角部横裂纹缺陷。采用上述技术在实际生产中也取得了良好的生产效果。

对于将原来生产的四个直角的铸坯的每个直角改为两个大于90度的钝角的技术方案：情况1)其倒角结晶器前端倒角的角度最小为45度，其所对应的铸坯的最大角度为135度，进一步减小前端倒角的角度会使结晶器铜板的冷却效果变差、使用寿命大幅度减低；情况2)其倒角结晶器前端倒角的角度最大为60度，进一步加大倒角结晶器前端倒角，会使铸坯上所对应的角的角度小于120度，从而大幅减小对角部横裂纹的控制效果。

因此，此时相对应前端角的倒角连铸坯的角度为120度～135度。

但是，在实际大方坯、大矩形坯生产中，连铸坯角部缺陷不仅仅是角部横裂纹，还有一种在轧制过程中产生的特殊缺陷即线状直裂或翘皮缺陷。尽管采用了带倒角的结晶器技术，由于铸坯的一个角的角度为120度～135度，其值相对较小，上述线状直裂或翘皮缺陷依然存在，无法彻底消除，仍然需要对连铸坯或中间轧制坯进行冷态修磨或清理，由此造成大量的人力和能源的浪费。中国实用新型专利CN205464226U公开了一种‘结晶器’，其相邻的第一侧壁和第二侧壁之间过渡有倒角，该倒角包括至少两条相连的倒角边，相邻的倒角边之间夹角为钝角；但是该结晶器为整体的套筒式结构，各个侧壁无法拆卸开来，壁厚较小为10～40mm。当一个直角变为三个倒角时，每个倒角的角度都会大于135°，即已经很接近于直线了，每个倒角的角度可变化的范围很小。而管式结晶器都是由内模冲压成型的，当铜管的壁厚较大时(如20～40mm)，铜管的倒角面长度较小时(如1～40mm时)，甚至在更大的倒角面范围内，由于铜管壁的弯曲强度太大，根本无法保证所要弯曲的角度，最终可能形成一个较大的弯曲弧面或圆弧面。也就无法达到三个倒角的初衷。

发明内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种具有复合角部形状的组合结晶器，可以有效的防止铸坯在弯曲和矫直过程中角部横裂纹的发生，同时可有效避免铸坯在轧制过程中边部直裂或翘皮缺陷的发生。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种具有复合角部形状的组合结晶器，包括相对设置的外弧铜板1和内弧铜板2，以及两个分别与外弧铜板1和内弧铜板2的端部连接组合的侧面铜板3，外弧铜板1、内弧铜板2和两个侧面铜板3共同构成组合结晶器形腔。

该组合结晶器形腔的每个工作面角部均为具有至少三个凹角的复合角部形状；外弧铜板1和内弧铜板2分别与侧面铜板3可拆卸的连接，在组合结晶器的任意横截面上，外弧铜板1和内弧铜板2与侧面铜板3的连接边为直线5或多分节折线6；或者在组合结晶器的不同高度的横截面上，外弧铜板1和内弧铜板2与侧面铜板3的连接边分别为直线5和多分节折线6。

该组合结晶器的每一块铜板的内侧的两个边部均设有一个凸起倒角，相邻的两个铜板的两个凸起倒角相接，使得该组合结晶器形腔的每个角部均为具有三个凹角的复合角部形状，三个凹角分别为第一凹角α1、第二凹角α2和第三凹角α3。

所述凸起倒角为尖角状倒角4或平台状倒角7。

所述第一凹角α1、第二凹角α2和第三凹角α3的度数均大于135°且小于180°。

所述第一凹角α1、第二凹角α2和第三凹角α3的度数相等。

在组合结晶器的任意横截面上，组合结晶器形腔由两个外弧铜板1和内弧铜板2的中间直线边L3、四个外弧铜板1和内弧铜板2的凸起倒角斜边L1、两个侧面铜板3的中间直线边L4以及四个侧面铜板3的凸起倒角斜边L2构成；其中，外弧铜板1和内弧铜板2的凸起倒角斜边L1和侧面铜板3的凸起倒角斜边L2分别为单一的直线、光滑曲线或直线与曲线的组合。

从上到下，随着结晶器高度的降低，组合结晶器形腔的每个复合角部形状的复合角部边的总长度递减。

在组合结晶器的任意横截面上，组合结晶器形腔的每个复合角部形状的复合角部边的总长度为30～160mm。

在同一组合结晶器的横截面上，四个外弧铜板1和内弧铜板2的凸起倒角斜边L1的长度相等或不相等；四个侧面铜板3的凸起倒角斜边L2的长度相等或不相等。

所述外弧铜板1或内弧铜板2的凸起倒角斜边L1的长度为4～157mm，所述侧面铜板3的凸起倒角斜边L2的长度为3～156mm。

所述外弧铜板1和内弧铜板2的凸起倒角斜边L1与外弧铜板1和内弧铜板2的中间直线边L3之间，以及侧面铜板3的凸起倒角斜边L2与侧面铜板3的中间直线边L4之间均采用圆弧R进行光滑过渡，R值为2～25mm。

每个外弧铜板1、内弧铜板2和侧面铜板3的凸起倒角的冷却方式为单个水槽、多个水槽、单个冷却水孔、多个冷却水孔或水槽与水孔的组合。

每个外弧铜板1、内弧铜板2和侧面铜板3的中间平面部分的冷却方式为一排多个水槽、一排多个冷却水孔或水槽与水孔的组合。

该组合结晶器适用于生产方坯和矩形坯，适用于生产的铸坯宽度为180～560mm、厚度为150～500mm。

所述外弧铜板1、内弧铜板2和侧面铜板3的中间平面部分厚度为41～55mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的一种具有复合角部形状的组合结晶器，在四个铜板(包括：外弧、内弧和两个侧面铜板)内侧的两个边部都设置了凸起倒角，该四个面板组合起来，使的原有直角结晶器的每一个90度角变成3个分别都大于135度的复合倒角。与现有倒角结晶器技术相比，采用该具有复合角部形状的组合结晶器所生产出来的连铸坯，不仅可以有效的防止铸坯在弯曲和矫直过程中角部横裂纹的发生，同时可有效避免铸坯在轧制过程中边部直裂或翘皮缺陷的发生，另外，将结晶器工作面角部复杂的形状分布在外弧铜板和内弧铜板一部分以及侧面铜板一部分，这样可以使设备加工变得简单，同时也可以提高结晶器的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的具有复合角部形状的组合结晶器的横截面示意图；

图2为本实用新型第二实施例的具有复合角部形状的组合结晶器的横截面示意图；

图3为本实用新型第三实施例的具有复合角部形状的组合结晶器的横截面示意图；

图4a～图4i为本实用新型倒角铜板的多种角部冷却方式。

其中的附图标记为：

1 外弧铜板

2 内弧铜板

3 侧面铜板

4 尖角状倒角

5 直线

6 多分节折线

7 平台状倒角

α1 第一凹角

α2 第二凹角

α3 第三凹角

L1 外弧铜板1或内弧铜板2的凸起倒角斜边

L2 侧面铜板3的凸起倒角斜边

L3 外弧铜板1或内弧铜板2的中间直线边

L4 侧面铜板3的中间直线边

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。

一种具有复合角部形状的组合结晶器包括相互对应设置的外弧铜板1和内弧铜板2，以及两个分别与外弧铜板1和内弧铜板2的端部连接组合的侧面铜板3。

组合结晶器的每一块铜板的内侧的两个边部都有一个凸起倒角，将四块铜板组合起来，便使得组合结晶器形腔的每个角部都构成三个大于135度、小于180度的凹角的复合角部形状，三个凹角分别为第一凹角α1、第二凹角α2和第三凹角α3。它使得浇铸出来的连铸坯每个角部都具有三个大于135度的凸角的形状。不仅可以有效的防止铸坯在弯曲和矫直过程中角部横裂纹的发生，同时可有效避免铸坯在轧制过程中边部直裂或翘皮缺陷的发生，也可以提高结晶器的使用寿命。

在组合结晶器的任意横截面上，组合结晶器形腔的每个复合角部的复合角部边都是由外弧铜板1或内弧铜板2的凸起倒角斜边L1与侧面铜板3的凸起倒角斜边L2所组成，L1和L2分别可以是单一的直线，也可以是其它任意光滑曲线，或直线与曲线的组合。这样可以使得3个凹角：第一凹角α1、第二凹角α2和第三凹角α3呈现相同或不同的变化。

组合结晶器形腔的每个复合角部形状的复合角部边的总长度为30～160mm，从上到下，随着结晶器高度的降低，组合结晶器形腔的每个复合角部形状的复合角部边的总长度在不断的减小，这种复合角部边的总长度减小的目的是为了满足钢的凝固收缩的需要。其中外弧铜板1或内弧铜板2的每一个凸起倒角斜边L1的长度为4～157mm，侧面铜板3的每一个凸起倒角斜边L2长度为3～156mm。在同一组合结晶器的横截面上，四个外弧铜板1和内弧铜板2的凸起倒角斜边L1的长度可以是相同的，也可以是不相同的；同样，四个侧面铜板3的凸起倒角斜边L2的长度可以是相同的，也可以是不相同的。多种L1与L2的组合方式，可以使铸坯四个角部的所有与第一凹角α1、第二凹角α2和第三凹角α3相应的凸角都呈现相同或不同等多种的变化方式。

在组合结晶器的4块铜板组合的连接接触方式上，从任意横截面上看，4块铜板组合的连接接触方式可以是单独的直线5，见图1，即单一的面接触；也可以是多分节折线6的接触方式，见图2和图3即多个折面的接触；可以通过提高多分节折线6的加工精度，以保证两块铜板的连接尺寸的精度，同时也可以提高抵抗外力变形的能力。也可以在不同高度上，分别采用直线5接触方式和多分节折线6接触方式进行组合。

为了保证组合结晶器的4块铜板组合的连接接触方式稳定可靠，可以将外弧铜板1、内弧铜板2和侧面铜板3的每个凸起倒角设置为尖角状，见图1中的尖角状倒角4；也可以设置为平台状，见图2中的平台状倒角7；也可以设置为其它的形状。这种结构方式可以保证每块铜板边部倒角的前端倒角角度不小于60度，达到60～150度。这就为倒角角部设置良好的冷却效果提供了基础，确保了结晶器铜板使用寿命的提高。

当L1和L2均为单一的直线且结晶器内腔的每个复合角部的3个倒角的角度是相同的时候，第一凹角α1、第二凹角α2和第三凹角α3的角度值为150度。

在实际使用中，结晶器内腔的每个复合角部的角的个数可以是3个，也可以通过调整构成L1和L2曲线的组成，如使它们成为折线，使得结晶器内腔的每个复合角部的角的个数成为3个以上。

对于第二凹角α2，内弧或外弧铜板的相应的一个凸起倒角斜边L1与侧面铜板的一个凸起倒角斜边L2也可以是光滑过渡相连，此时的第二凹角α2角度为180度。

为了便于加工制造，也是为了减少结晶器内的拉坯阻力，可以使外弧铜板1、内弧铜板2和侧面铜板3的每个凸起倒角斜边L1或L2与中间直线边L3或L4的连接都采用圆弧R进行光滑过渡，R值为2～25mm。

如图4a至图4i所示，在冷却方式上，外弧铜板1、内弧铜板2和侧面铜板3的每个凸起的角部的冷却可以是单个水槽或多个水槽的冷却方式；也可以是单个冷却水孔和多个冷却水孔的冷却方式；也可以是水槽与水孔的组合冷却方式。

外弧铜板1、内弧铜板2和侧面铜板3等的中间平面部分的冷却方式可以是一排多个水槽的冷却方式；也可以是多个冷却水孔的冷却方式；也可以是水槽与水孔的组合冷却方式。

该组合结晶器装备适用于生产方坯和矩形坯，适用于生产的铸坯宽度180～560mm、厚度150～500mm。

Claims (15)

1.一种具有复合角部形状的组合结晶器，包括相对设置的外弧铜板(1)和内弧铜板(2)，以及两个分别与外弧铜板(1)和内弧铜板(2)的端部连接组合的侧面铜板(3)，外弧铜板(1)、内弧铜板(2)和两个侧面铜板(3)共同构成组合结晶器形腔，其特征在于：

该组合结晶器形腔的每个工作面角部均为具有至少三个凹角的复合角部形状；外弧铜板(1)和内弧铜板(2)分别与侧面铜板(3)可拆卸的连接，在组合结晶器的任意横截面上，外弧铜板(1)和内弧铜板(2)与侧面铜板(3)的连接边为直线(5)或多分节折线(6)；或者在组合结晶器的不同高度的横截面上，外弧铜板(1)和内弧铜板(2)与侧面铜板(3)的连接边分别为直线(5)和多分节折线(6)。

2.根据权利要求1所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：该组合结晶器的每一块铜板的内侧的两个边部均设有一个凸起倒角，相邻的两个铜板的两个凸起倒角相接，使得该组合结晶器形腔的每个角部均为具有三个凹角的复合角部形状，三个凹角分别为第一凹角(α1)、第二凹角(α2)和第三凹角(α3)。

3.根据权利要求2所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：所述凸起倒角为尖角状倒角(4)或平台状倒角(7)。

4.根据权利要求2所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：所述第一凹角(α1)、第二凹角(α2)和第三凹角(α3)的度数均大于135°且小于180°。

5.根据权利要求4所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：所述第一凹角(α1)、第二凹角(α2)和第三凹角(α3)的度数相等。

6.根据权利要求2所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：在组合结晶器的任意横截面上，组合结晶器形腔由两个外弧铜板(1)和内弧铜板(2)的中间直线边(L3)、四个外弧铜板(1)和内弧铜板(2)的凸起倒角斜边(L1)、两个侧面铜板(3)的中间直线边(L4)以及四个侧面铜板(3)的凸起倒角斜边(L2)构成；其中，外弧铜板(1)和内弧铜板(2)的凸起倒角斜边(L1)和侧面铜板(3)的凸起倒角斜边(L2)分别为单一的直线、光滑曲线或直线与曲线的组合。

7.根据权利要求1所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：从上到下，随着结晶器高度的降低，组合结晶器形腔的每个复合角部形状的复合角部边的总长度递减。

8.根据权利要求1所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：在组合结晶器的任意横截面上，组合结晶器形腔的每个复合角部形状的复合角部边的总长度为30～160mm。

9.根据权利要求6所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：在同一组合结晶器的横截面上，四个外弧铜板(1)和内弧铜板(2)的凸起倒角斜边(L1)的长度相等或不相等；四个侧面铜板(3)的凸起倒角斜边(L2)的长度相等或不相等。

10.根据权利要求6所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：所述外弧铜板(1)或内弧铜板(2)的凸起倒角斜边(L1)的长度为4～157mm，所述侧面铜板(3)的凸起倒角斜边(L2)的长度为3～156mm。

11.根据权利要求6所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：所述外弧铜板(1)和内弧铜板(2)的凸起倒角斜边(L1)与外弧铜板(1)和内弧铜板(2)的中间直线边(L3)之间，以及侧面铜板(3)的凸起倒角斜边(L2)与侧面铜板(3)的中间直线边(L4)之间均采用圆弧R进行光滑过渡，R值为2～25mm。

12.根据权利要求2所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：每个外弧铜板(1)、内弧铜板(2)和侧面铜板(3)的凸起倒角的冷却方式为单个水槽、多个水槽、单个冷却水孔、多个冷却水孔或水槽与水孔的组合。

13.根据权利要求1所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：每个外弧铜板(1)、内弧铜板(2)和侧面铜板(3)的中间平面部分的冷却方式为一排多个水槽、一排多个冷却水孔或水槽与水孔的组合。

14.根据权利要求1所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：该组合结晶器适用于生产方坯和矩形坯，适用于生产的铸坯宽度为180～560mm、厚度为150～500mm。

15.根据权利要求1所述的具有复合角部形状的组合结晶器，其特征在于：所述外弧铜板(1)、内弧铜板(2)和侧面铜板(3)的中间平面部分厚度为41～55mm。

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