专利名称：基于坯壳拉拔规整理论的大锥度连铸结晶器铜管的制作方法
技术领域：
本发明涉及到钢铁铸造领域，特别涉及到基于坯壳拉拔规整理论的大锥度连铸结晶器铜管及其阐述初生坯壳生成方式和拉拔规整的理念。
背景技术：
连铸过程中，钢水在结晶器内形成初生固态坯壳并随着铸坯的下行在铜管内得到冷却而不断增加其厚度，铸坯离开结晶器后，具有一定厚度的固态坯壳保持着内部液态钢水继续下行到二冷室，具有足够安全厚度无缺陷固态坯壳是结晶器内冷却形核和凝固的关键所在，是连铸得以连续进行最重要的条件。钢水在结晶器内得到冷却凝固过程称为一冷过程，结晶器是整个连铸设备中最为重要的部件。结晶器铜管设计至关重要，不仅直接影响到生产的各项技术经济指标，而且对连铸坯的表面质量起到了决定性的作用。钢水在结晶器上部弯月面处沿着铜管壁四周形成了初生的坯壳，由于钢水比重与高温固态坯壳相比较小，导致了初生坯壳的收缩，而且在随后的包晶反应过程中再次收缩， 使部分初生的固态坯壳离开铜管壁产生间隙，也称为气隙。气隙热阻巨大，一冷传热过程不能正常进行，气隙附近固态坯壳没有得到持续有效的传热来增加坯壳厚度，当铸坯离开铜管约束后时候，达不到安全坯壳厚度，将造成二冷室漏钢工艺事故或者铸坯表面产生种种缺陷，严重影响连铸的正常生产和铸坯质量。目前连铸界在结晶器铜管设计中采用了铸坯坯壳收缩理论，即固态坯壳在不断的冷却中密度提高造成了体积收缩，在整个固态坯壳上产生收缩，铜管内腔上大下小的锥度曲线就是为了弥补固态坯壳温度降引起的固态坯壳收缩而设计的。但是这个理论不能解释为什么要使用较大锥度曲线才能保持铸坯的正常生产，不能解释结晶器为什么有较大的阻力和铸坯表面为什么往往出现凹陷现象，特别在圆坯生产过程中铸坯表面凹陷较为严重。 现有的一冷设计思想理论不能指导当代结晶器铜管的设计，当高强高韧钢种不断出现，钢中的碳含量不断降低，合金含量上升，包晶反应严重，铸坯表面质量难以控制，所以亟待需要一个新的理论来解释一冷过程，从而有正确的理念来指导结晶器铜管的内腔曲线设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用独特大锥度连铸结晶器铜管内腔曲线设计，并且阐述了保护渣坯壳和金属固态坯壳生成机理，通过大量的实践和思考，建立了在结晶器铜管内形成初生坯壳机理，并且阐述了通过拉拔来规整固态铸坯消除气隙的理论，在此基础上设计了新型的结晶器铜管曲线，从而实现本发明的目的。本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现基于坯壳拉拔规整理论的大锥度连铸结晶器铜管，其特征在于，在铜管的上部采用大锥度设计，常规锥度约为1%，而新设计的锥度达到1.5% _2%，并且在从铜管上口到下面375mm铜管长度范围内，铜管斜度具有的差值占到整个差值的65%以上。比如生产 Φ280mm圆坯时候，铜管上下口直径差值为4. 2mm，那么在上部的375mm的范围内差值就达到了 2. 73mm以上。阐述了保护渣坯壳和金属坯壳生成机理，其特征在于，所述方法包括如下步骤1)金属坯壳生成之前在结晶器铜管冷却作用下，保护渣液渣层首先在铜管内腔形成一用于稳定传热的保护渣层，然后液态钢水在这个保护渣层上形成初生坯壳；2)不断增加厚度的坯壳通过铜管内腔的整个下行过程中，在结晶器上下振动形成的拉拔作用，将固态坯壳的凹陷产生的气隙逐渐拉拔规整消除，同时将熔融的保护渣层挤入到气隙中，配合拉拔达到消除气隙的目的；3)在坯壳通过铜管下部的过程中，继续通过拉拔作用造成坯壳紧密接触铜管内壁的条件，始终保持稳定的一冷传热过程，使得固态坯壳不断增加厚度，离开结晶器后达到安全的固态坯壳厚度，从而保证铸坯的表面质量。本发明的优点在于根据坯壳的形成规律和收缩过程中的行为，采用不同于往常的设计，大大提高了铜管的锥度量，特别是在铜管弯月面下部的锥度。在初生坯壳的形成中，在固态坯壳上不可避免产生局部凹陷现象，必须在较短的距离上通过拉拔作用，将产生凹陷的坯壳规整成形，使坯壳沿着四周或者圆周上贴紧铜管，保持固态坯壳以正常规整矩形或者圆型形状，在结晶器上下振动中，逐步消除凹陷产生的气隙，从而达到均勻一致的一冷传热。从结晶器出口后，至少达到安全坯壳厚度，以完美无暇的坯壳接受二冷过程的洗礼。
图1是本发明所述的结晶器铜管的示意图。图2是本发明所述的锥度设计曲线图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。如图1所示，本发明所述的基于坯壳拉拔规整理论的大锥度连铸结晶器铜管，在弯月面下部采用大的锥度，常规锥度约为1%，而新设计的锥度达到1. 5% -2%，在设计中铜管上口到下面375mm距离上，铜管斜度具有的差值占到整个差值的65 %以上，从而实现快速拉拔规整，将气隙消除，在随后的一冷中得到良好的传热冷却，达到最终一冷所需的坯
壳安装厚度。图2的纵坐标是铜管长度，从上向下就是从铜管的上口到铜管的下口。横坐标是铜管内腔的差值，铜管上口时候差值最大，到下口结束为零。图形中的曲线就对应着铜管不同长度上的差值。比如生产Φ ^Omm圆坯，铜管长度为800mm，总锥度达到1.815%，铜管上口和下口的直径差为4. 2mm，在距离铜管上口 375mm的地方，已经使用了 65%以上的差值， 目的是在弯月面下以最大的斜度来拉拔规整成形，达到尽快消除气隙的目的。图中的几条曲线是设计不同的锥度值显示。一种采用锥度设计的连铸结晶器铜管外，还阐述了保护渣坯壳和金属坯壳生成机理，包括如下步骤1)在金属坯壳生成之前，液渣池在结晶器上下运动，将保护渣涂抹在结晶器铜管
4上，产生了一层用于稳定传热和润滑的保护渣层，然后钢水在这个保护渣上形成初生的金属固态坯壳；2)在坯壳通过弯月面下部铜管的整个过程中，铸坯的下行和结晶器上下振动形成的拉拔作用可以将熔融状态的保护渣层挤入到气隙中，配合拉拔作用达到消除气隙的目的；3)在坯壳通过铜管下部的过程中，继续通过拉拔造成坯壳紧密接触铜管内壁的条件，从而始终保持稳定的一冷传热过程。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都在要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.基于坯壳拉拔规整理论的大锥度连铸结晶器铜管，其特征在于，在铜管的上部采用大锥度设计理念，常规锥度约为1 %，而新设计的锥度达到1. 5 % -2 %，并且在从铜管上口起到下面的375mm距离上，铜管斜度差值占到整个差值的65%以上。
2.基于坯壳拉拔规整理论的大锥度连铸结晶器铜管内坯壳生成方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤1)金属坯壳生成之前在结晶器铜管冷却作用下，保护渣液渣层首先在铜管内腔形成一用于稳定传热的保护渣层，然后液态钢水在这个保护渣层上形成初生坯壳；2)不断增加厚度的坯壳通过铜管内腔的整个下行过程中，在结晶器上下振动形成的拉拔作用，将固态坯壳的凹陷产生的气隙逐渐拉拔规整消除，同时将熔融的保护渣层挤入到气隙中，配合拉拔达到消除气隙的目的；3)在坯壳通过铜管下部的过程中，继续通过拉拔作用造成坯壳紧密接触铜管内壁的条件，始终保持稳定的一冷传热过程，使得固态坯壳不断增加厚度，离开结晶器后达到安全的固态坯壳厚度，从而保证铸坯的表面质量。
全文摘要
本发明公开了基于坯壳拉拔规整理论的大锥度连铸结晶器铜管及其初生坯壳生成和固态坯壳拉拔规整的机理，其特征在于，在铜管的上部采用较大连续锥度设计，常规锥度约为1％，而新设计的锥度达到1.5％-2％，并且在连铸结晶器铜管上口到下面的375mm距离上，铜管斜度具有的差值占到整个差值的65％以上。本发明提出了保护渣坯壳和金属固态坯壳生成机理和金属坯壳表面凹陷消除思想，设计了合理有效的锥度曲线，阐述了固态坯壳和铜管内腔之间保护渣层的真实作用，当铸坯下行时候，由于结晶器上下往复振动，铸坯在铜管内形成拉拔规整消除气隙，同时熔融状态下的保护渣层也在拉拔过程中挤入到气隙中，从而有利于气隙的消除。
文档编号B22D11/059GK102266923SQ201110209639
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者刘小军, 唐杰民, 夏磊 申请人:上海亚新冶金设备有限公司, 上海亚新连铸技术工程有限公司