一种连铸圆坯椭圆形结晶器的制作方法

本实用新型属于金属连续铸造领域，具体涉及一种连铸圆坯椭圆形结晶器。

背景技术：

近年来，随着我国钢铁行业的产业升级，国家对节能、降耗、环保的要求逐年提高，连铸的高效化(即提高拉速)成为了连铸领域的重点发展方向之一。然而随着连铸速度的提高，结晶器液面波动会随之而变大，尤其是小断面的连铸机，如小方坯(断面小于200mm×200mm的方坯)和小圆坯(断面直径小于200mm的圆坯)等，结晶器内保护渣就会发生较严重的卷渣现象，夹杂物因在结晶器中上浮困难而凝固在铸坯中，造成铸坯质量缺陷，严重则引起漏钢事故。

为了解决结晶器液面波动大的问题，《一种减缓结晶器液面波动的电磁控流方法》(专利号：201310407936.1)中公开了“通过添加电磁装置产生螺旋电磁场抑制结晶器液面波动”的相关内容；《具有消除结晶器液面波动的连铸机结构》(专利号：201020280089.9)中提供了一种“通过调整连铸机辊列布局来改善结晶器液面波动”的方法；《可控制液面流场和波动的连铸结晶器装置》(专利号：200710047480.7)中提出了一种“通过向结晶器内喂丝的技术来控制结晶器内流场以改善液面波动”的方法。

上述方法中，应用电磁制动方式是一种较好的控制结晶器液面波动方案，然而该方案投资较大，且存在长期的运营成本；喂丝方案的弊端与电磁制动方式相同，即成本增加；调整辊列在新建项目中虽可以实现抑制结晶器液面波动，但改造项目实施较为困难，增加了改造成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种连铸圆坯椭圆形结晶器，通过调整结晶器形式，改善连铸高拉速时结晶器液面波动带来的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种连铸圆坯椭圆形结晶器，包括铜管与套在铜管外的背板，铜管与背板间留有水缝；沿浇铸方向，铜管与背板均分为上、下两段，其中上段的横向截面形状为椭圆形，下段的横向截面形状为圆形，上段与下段间平滑过渡，铜管的上段与背板的上段对应设置，铜管的下段与背板的下段对应设置；铜管内腔的面积从入口至出口逐渐减小，铜管的壁厚依次变薄，铜管与背板间的水缝宽度依次变宽，铜管的内腔表面为平面或曲面。

进一步，铜管尺寸满足：(1)1.05≤si/so≤4，(2)1.04≤ci/co≤3；

其中，si为铜管入口的内腔面积，so为铜管出口的内腔面积，ci为铜管入口的内腔周长，co为铜管出口的内腔周长。

进一步，铜管出口的内腔直径≤200mm。

进一步，铜管入口处的壁厚在30mm～10mm之间，出口处的壁厚在20mm～5mm之间。

进一步，水缝分为上、下两段，其中上段的横向截面形状为椭圆环形，下段的横向截面形状为圆环形；水缝宽度满足1mm≤ti-to≤20mm；其中，ti为铜管出口处对应的水缝宽度，to为铜管入口处对应的水缝宽度。

进一步，铜管入口至出口间距离为l，900mm≤l≤2000mm。

进一步，铜管的内腔壁面从入口至出口为多段线性曲面形式，或一段线性平面形式，或抛物线曲面形式。

本实用新型的有益效果在于：

该结晶器通过增大内腔入口的面积，稳定进入椭圆形铜管入口内的液态钢水，改善结晶器内液波动问题；通过增加铜管上部的板度，降低上部钢液的传热，增加上部初生坯壳的塑形，从而降低因沿浇铸方向椭圆形结晶器内腔变化大导致铸坯表面缺陷的风险；该方案结构简单、便于制造、成本低廉、便于推广。

本实用新型的其他优点、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，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型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

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型中的结晶器外形图；

图2为图1的剖面图；

图3为图2的k向视图；

图4为铜管的内腔壁面形状示意图；

图5为本实用新型中的结晶器的俯视图。

附图标记：入口—1、铜管—2、水缝—3、背板—4、出口—5、多段线性曲面形式—201、一段线性平面形式—202、抛物线曲面形式—203。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型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实用新型的基本构想，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，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，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。

本实用新型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；在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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，不能理解为对本实用新型的限制，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5，为一种连铸圆坯椭圆形结晶器，包括铜管2与套在铜管2外的背板4，铜管2与背板4间留有水缝3；沿浇铸方向，铜管2与背板4均分为上、下两段，其中上段的横向截面形状为椭圆形(见图5)，下段的横向截面形状为圆形，上段与下段间平滑过渡，铜管的上段与背板的上段对应设置，铜管的下段与背板的下段对应设置；铜管内腔的面积从入口1至出口5逐渐减小，铜管2的壁厚沿浇铸方向依次变薄，铜管与背板间的水缝宽度沿浇铸方向依次变宽，铜管的内腔表面为平面或曲面。

该结晶器通过分段，将铜管上口处内腔的横向截面形状调整为椭圆形，使得其内腔入口面积远大于内腔出口面积，达到增大结晶器内腔上口面积的目的，而下段则仍保持圆形状态，从而获得圆形铸坯。该设置可使进入椭圆形结晶器内的液态钢水稳定，从而改善结晶器内液面波动大的问题。

该结晶器还通过增加铜管上部的壁厚、同时控制水缝宽度以减小铜管上部的冷却强度，降低上部钢液传热，进而增加上部初生坯壳的塑形，降低因(沿浇铸方向)椭圆形结晶器内腔(即铜管内腔)变化大而导致的铸坯表面缺陷的风险。

优选的，铜管尺寸满足：(1)1.05≤si/so≤4，(2)1.04≤ci/co≤3；其中，si为铜管入口的内腔面积，so为铜管出口的内腔面积，ci为铜管入口的内腔周长，co为铜管出口的内腔周长。该条件下，铜管内液面波动及坯壳的成型可达到最优匹配。

作为上述方案的进一步优化，铜管出口5的内腔直径≤200mm。铜管入口1处的壁厚在30mm～10mm之间，出口处的壁厚在20mm～5mm之间。

因铜管2与背板4的上段的横向截面形状为椭圆形，下段的横向截面形状为圆形，故位于铜管2与背板4之间的水缝3也分为上、下两段，其中上段的水缝的横向截面形状为椭圆环形，下段的水缝的横向截面形状为圆环形；水缝宽度满足1mm≤ti-to≤20mm；其中，ti为铜管出口处对应的水缝宽度，to为铜管入口处对应的水缝宽度。

铜管入口至出口间距离为l，900mm≤l≤2000mm。

上述规格设定下，圆坯拉速控制在5m/min≤vc≤10m/min。

作为上述方案的进一步优化，铜管的内腔壁面从入口至出口可为多段线性曲面形式201，或一段线性平面形式202，或抛物线曲面形式203。具体可根据实际情况进行选择，以减小坯壳外表面与铜管内壁面间的气隙热阻。

以某一结晶器具体结构为例：

该椭圆形结晶器的特点在于：椭圆形的铜管内腔入口、圆形的铜管内腔出口；上段椭圆、下段圆形的背板及水缝；铜管、水缝与背板由内至外依次设置。沿着圆坯浇铸方向，椭圆形的铜管内腔入口位于上端，圆形的铜管内腔出口位于下端；椭圆形的铜管内腔入口(横向截面)面积远大于圆形的铜管内腔出口(横向截面)面积。铜管壁厚沿着浇铸方向依次变薄，水缝3宽度沿着浇铸方向依次变宽，铜管的内腔壁面沿着浇铸方向可为平面或曲面。通过上述方案，可达到减小结晶器液面波动，提高连铸拉速和改善铸坯质量的目的。

该结晶器中，圆形的铜管内腔出口直径ro为160mm。椭圆形的铜管内腔入口的半长轴ri2为200mm，半短轴ri1为120mm，面积si为75360mm²；入口周长ci为1036.2mm；圆形的铜管内腔出口的面积so为20096mm²，出口周长co为502.4mm。si/so＝75360/20096＝3.75；ci/co＝1004.8/502.4＝2.06。铜管入口至出口间距离为l＝1500mm。

对应的，椭圆形的铜管内腔入口处的壁厚为15mm，圆形的铜管内腔出口处的壁厚为10mm，壁厚沿浇铸方向从入口至出口逐渐变薄。而椭圆形的水缝入口宽度to为5mm，圆形的水缝出口宽度ti为10mm，ti-to＝5mm。连铸圆坯拉速vc优选7m/min。

该结晶器通过增大内腔入口的面积，稳定进入椭圆形铜管入口内的液态钢水，改善结晶器内液波动问题；通过增加铜管上部的板厚，降低上部钢液的传热，增加上部初生坯壳的塑形，从而降低因沿浇铸方向椭圆形结晶器内腔变化大导致铸坯表面缺陷的风险；该方案结构简单、便于制造、成本低廉、便于推广。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型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，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。