专利名称：结晶器铜管的冷却装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于铜及有色金属方坯及园坯连铸结晶器铜管的冷却装置。
高温液态金属在结晶器铜管内连续结晶而形成铸坯，其过程是在高温液态金属注入结晶器铜管后，通过铜管壁的传热冷却，液态金属即开始冷疑而形成具有特定形状的凝壳，给所铸钢或有色金属以确定的外形。凝固潜热及坯壳冷却放出的热量，通过流经内水套与铜管壁之间水缝中的高速冷却水所带走，使结晶器铜管保持较低的温度，以免铜管被高温金属液融化或改变形状。
目前国内外连铸设备所使用的管式结晶器的冷却装置大多数是相同的，为保持铜管外壁与内水套间水缝的间距，在内水套两端的内壁上安装数个定位钉或定位条，铜管外壁为光滑面。安装时，将结晶器铜管插入内水套中进行套装，而铜管中部没有支撑装置，这样铜管就要承受高温金属液的静压力，铜管的刚度很难保证，如在生产现场中，当使用大于130mm宽度的铜管时，管壁就发生外凸的挠性变形。因此采用这种冷却装置，直接影响了铸坯拉坯速度和铜管本身的使用寿命，而且还限制了管式结晶器在较大断面连铸坯上的应用，而不得不使用结构复杂、设备重量级大的组合式结晶器。此外由于制造误差，不能保证外水套与铜管的形状相似，套装极为困难，往往不得不将定位钉或条的顶部锉平，以增大安装间隙；又由于内水套与铜管的同心性很难保证，加之是定位钉或定位条磨损或脱落等原因，易造成铜管外四周水缝不均匀，严重时铜管外壁与内水套的一边或一角已接近接触的程度，致使铜壁各面冷却条件差异过大，从而坯壳凝固厚度不均匀，甚至引起漏钢及菱变。为解决结构晶器铜管冷却的均匀性，在中国实用新型专利9723877.9X说明中公开了一种结晶器铜管，即在铜管外表的四个面沿纵向布有波纹槽，这种形式虽然增加了热传导面积，但却引起铜管支撑固定方面的困难，只能在两端光滑部分与内水套作点状支撑，内水套起不到加强抗变形能力的作用，同时波纹槽的凹槽减弱了铜管承受钢水静压力和热应力的能力，更易导致铜管外凸变形，内水套与铜管之间的水缝间距难以保证。
这些结晶器铜管为防止连接接缝漏水，一般采用侧密封，顶密封或双层密封，这几种密封方式也都存在缺陷，顶密封是采用常规的耐高温橡胶“0”型密封圈，由于直接受高温辐射，密封圈很容易烧坏；侧密封稍好于顶密封，但铜管上口端都无水，当金属液面较高时，仅依靠铜管的传导传热尚不足以防止铜管上口端温度升高，且密封圈密封面以上部分无水冷却，也易造成密封圈烧融及硬化；双层密封即同时采用侧密封和顶密封，但由于顶密封圈的工作条件极端恶劣，在下层侧密封失效以前，顶封“0”型橡胶密封圈早已烧坏，因此实际上仍是侧密封在起作用。
本实用新型的目的是针对上述存在的缺陷和问题，提供一种能保持结晶器铜管四周水缝均匀、防止结晶器铜管外凸变形，且密封可靠、组装容易的冷却装置，同时使得管式结晶器向更大型化方向发展。
本实用新型的目的是这样实现的；该结晶器铜管冷却装置包括铜管、内水套、外套、上口端部密封法兰组及下口端部密封法兰组，结晶器上口部位采用侧密封和顶密封，其结构要点是在结晶器器铜管四周外表面间隔地设有若干个带定矩的纵向肋条；内水套由内弧侧板、外弧侧板及两件平面侧板连接而成，对于园坯连铸，则由2～6片侧板组成，且在各侧板的内表面上间隔地设有若干个带定矩的纵向导向条；纵向导向条及铜管外表面的纵向肋条的条高等同于内水套与铜管壁间的水缝间距；在结晶器铜管上口端部的密封法兰设有排气排水通路结构，引来无压自流水冷却侧密封，顶密封采用耐高温材料制作的环形片状结构密封圈。
采用这样的结构后，由于铜管四周外表面设有带定矩的纵肋，保证了铜管四周水缝的均匀性；纵肋顶部与刚性内水套相接触，缩短了铜管壁外凸变形区间的长度，可避免铜管使用后因钢水静压力和凝固应力作用而变形外凸，同时使得管式结晶器向大型化方向发展成为可能；又由于采用了组合式内水套，内水套各侧板上设有与水缝尺寸相同的纵向导向条，不仅进一步保证了内水套与铜管四周水缝的均匀性和防止铜管外凸变形，而且使得铜管组装容易，能保证内水套与铜管的同心性；此外铜管上口端部双层密封的侧密封采用密封法兰上设置的排气排水通路结构引来无压自流水进行冷却，顶封则采用环形片状结构的耐高温密封材料，提高了铜管密封的可靠性并延长了其使用寿命。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型结晶器铜管冷却装置的剖视图。
图2是
图1所示结晶器铜管冷却装置的断面图。
图3是
图1所示结晶器冷却装置上口端部密封法兰的示意图。
从
图1和图2可知，该结晶器铜管冷却装置由铜管1、内水套2、外套11、上口端部密封法兰组及下口端部密封兰组10等部件组成。上口端部密封法兰组包括上盖3和密封法兰4。在铜管1四周外表面间隔地设有若干个带定矩的纵向肋条17，其高度等同于铜管1与内水套2之间的水缝间距；纵向肋条17的断面形状是顶上小，条基宽，可以是梯形，也可以是园弧形、三角形或其他形状；纵向肋条17的数量取决于铸坯断面尺寸的大小。对于方坯、矩形坯、小板坯连铸，内水套2由内弧侧板13、外弧侧板14及两件相对的平面侧板15连接而成，对于园坯连铸，则由2～6片侧板组成；且每件侧板的平面平行于与之相对的结晶器铜管1的相应外表面。每两件侧板连接面之间设有密封板防止串水。在各侧板的内表面上间隔地设有若干个带定矩的纵向导向条16，其高度与水缝尺寸相同；在每件侧板外表面上还设有纵向筋板和横向筋板，以提高侧板的刚度。内水套2与铜管1套装时，先将内水套2各侧板对应地配置于铜管1的四面，再安装密封板及紧固连接螺栓。这样内水套2各侧板的内表面紧压在铜管1纵向肋条17的顶部；与此同时，各侧板内表面上的纵向导向条16的顶部也紧压在铜管1外壁上，形成数个水缝尺寸固定的过水通道。通过铜管1的纵向肋条17和内水套2各侧板上的纵向导向条16的共同作用，，不仅保证了铜管1四周水缝的均匀性，使得铸坯四面冷却均匀，还可防止铜管1使用后因钢水静压力和凝固应力作用而变形外凸。组合式内水套还使得结晶器铜管1装配简便，铜管和内水套2的同心性易于保证。当铸坯断面增大时，因铜管壁的平整性能由内水套2保证，仍可使用较小壁厚的管式结晶器，有利于管式结晶器向大型化方向发展，取代组合板式结晶器，这就为简化大型方坯、小板坯等结晶器的加工、降低造价开辟了前景。
在
图1和图3中，结晶器的外套11、内水套2、上口端部密封法兰组以及下口端部密封法兰组5所形成的空间为结晶器铜管冷却装置的供水管腔和排水管腔。供水管腔和排水管腔采用隔离法兰9分开，隔离法兰9采用“0”型密封圈密封。由于供水管腔、排水管腔之间压差达0.3～0.4MPa，内水套2要承受巨大的上浮力，为保证隔离法兰9的密封，在上端密封法兰4与隔离法兰9之间设有支撑板12，由上端密封法兰4压紧隔离法兰9，实现供、排水管腔的隔离密封。结晶器铜管1上端采用侧密封18和顶密封20，其侧密封18采用常规的耐高温橡胶“0”型密封圈。为防止该处密封圈硬化烧融，在上口端部密封法兰4上设有排气排水通路结构，利用微量水加强对铜管1侧密封圈的冷却。具体做法是在密封法兰4下侧面设集气环19，在集气环19上开有1个或数个溢水孔7，在密封法兰上侧面设有集水环8，溢水孔7连通集水环8，集水环8一侧开有排水槽6，排水槽6下面贯通密封法兰4开设排水通路5。这样结晶器排水管腔中的空气及少量的冷却回水通过溢水孔7溢出，再经过集水环8、密封法兰4与铜管1间的间隙自流冷却侧密封的密封圈，最后通过排水槽6和排水通路5排出.由于集水环8、排水槽6及排水通路5与大气相通，该少量冷却回水排出时，其压力完全释放，成为无压水，不会对顶封造成压力和向结晶器铜管内渗水。而侧密封的“0”型密封在无压自流水的冷却下，使用寿命大大提高，密封更为可靠。顶密封则采用耐高温密封材料制作的环形片状密封，隔离结晶器型腔的高温及防止无压水浸入结晶器内腔。
本实用新型结晶器冷却装置从结构上保证了铜管冷却的均匀性，提高了铜管的抗变形能力，适用于大型方坯和矩形坯的连铸，亦可用于小板坯及园坯管式结晶器的连铸。
权利要求1.一种结晶器铜管冷却装置，主要由铜管(1)，内水套(2)、外套(11)、上口端部密封法兰组及下口端部密封法兰组(10)等部件组成，其上口端部密封法兰组包括上盖(3)和密封法兰(4)，结晶器上口部位采用侧密封和顶密封，其特征在于在所述结晶器铜管(1)四周外表面间隔地设有若干个带定矩的纵向肋条(17)；所述内水套(2)由内弧侧板(13)、外弧侧板(14)及两件相对的平面侧板(15)连接而成，且在各侧板的内表面上间隔地设有若干个带定矩的纵向导向条(16)；纵向导向条(16)及铜管(1)外表面的纵向肋条(17)的条高等同内水套(2)与铜管(1)壁间的水缝间距；在结晶器铜管(1)上口端部的密封法兰(4)设有排气排水通路结构，引来无压自流水冷却侧密封(18)，顶密封(19)采用环形片状结构的耐高温材料。
2.根据权利要求1所述的结晶器铜管冷却装置，其特征在于所述内水套(2)也可由2-6片刚性侧板组成，且每件侧板的平面平行于与之相对的结晶器铜管(1)的外表面。
3.根据权利要求1或2所述的结晶器铜管冷却装置，其特征在于在构成内水套(2)每两件侧板连接面之间加密封板密封；在各侧板外表面上还设有纵向筋板和横向筋板。
4.根据权利要求1所述的结晶器铜管冷却装置，其特征在于所述铜管(1)外表面的纵向肋条(17)的断面形状是顶上小，条基宽，可以是梯形，也可以是园弧形、三角形或其他形状；纵向肋条(17)的数量取决于铸坯断面尺寸的大小。
5.根据权利要求1所述的结晶器冷却装置，其特征在于所述的排气排水通路结构是在密封法兰(4)下侧面设集气环(19)，在集气环(19)上开有1个或数个溢水孔(7)，在密封法兰(4)上侧面设有与溢水孔(7)连通的集水环(8)，集水环(8)一侧开有排水槽(6)，排水槽(6)下面贯通密封法兰(4)开设排水通路(5)。
6.根据权利要求1所述的结晶器冷却装置，其特征在于在所述上口端部密封法兰组与位于其下面的隔离法兰(9)之间设有支撑板(12)。
专利摘要本实用新型公开了一种用于钢及有色金属连铸的结晶器铜管冷却装置,铜管(1)外表面设有若干个带定矩的纵向肋条(17),内水套(2)是由内弧侧板(13)、外弧侧板(14)及两件平面侧板(15)连接而成,各侧板的内表面上设有若干个与铜管(1)纵向肋条(17)等矩的纵向导向条(16),从结构上保证了铜管(1)四周水缝的均匀性,提高了铜管抗变形能力。此外,侧密封利用密封法兰(4)上设置的排气排水通路流出的无压自流水冷却,顶密封采用耐高温材料的环形片,延长了使用寿命,提高了铜管(1)密封的可靠性。
文档编号B22D11/04GK2394738SQ9922975
公开日2000年9月6日 申请日期1999年10月29日 优先权日1999年10月29日
发明者冷继元, 史振球 申请人:冶金工业部马鞍山钢铁设计研究院