一种梅花型结晶器铜管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及冶金连铸设备用的结晶器铜管，具体涉及一种梅花型结晶器铜管。
【背景技术】
[0002]结晶器是整个连铸机的第一个冷却设备，其冷却性能直接影响着铸坯的质量，是连铸机的“心脏”。目前钢厂所使用的结晶器铜管其内腔曲面普遍通过锥度设计变化来确定。但是这种设计的不足是只能解决沿拉坯方向铸坯收缩而引起的气隙增大问题，而不能克服在同一截面上沿铸坯周长方向冷却不均的问题。
[0003]中国发明专利《双曲线型结晶器铜管》(申请号:201110324670.5)采用结晶器内腔锥度曲线为双曲线，四个面的锥度曲线均为双曲线，在弯月面附近有较大曲线梯度，以便更好地迎合弯月面附近对锥度的要求，更好地适应了结晶器纵向上坯壳的收缩，使得结晶器纵向气隙厚度进一步减小，更好地消除了气隙的不良影响，增加了整个结晶器的传热效果O
[0004]中国实用新型专利《长寿命结晶器》(申请号:200520115195.0)采用铜管内壁的纵剖面曲线由上直线段和下拟抛物线段组成，两段曲线相切，铜管主区的锥度连续减小，该结构设计避免结晶器内壁在曲率突变处首先被磨损。
[0005]现有技术还没有考虑到不同坯壳初期受铁水静压力的影响而在各面中心鼓起这一特征，没有针对该特征进行产品形状，同时也没有涉及铸坯在结晶器内形成坯壳角部温度低，且结晶器铜管角部磨损较大进行结构上的考虑。
【发明内容】
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[0006]针对【背景技术】的不足，本实用新型提供了一种特殊内腔曲面的结晶器铜管，使得上部曲面横截面呈凸形，中部曲面截面为矩形，下部曲面截面为四角凸起的矩形。使铸坯在结晶器内形成坯壳初期受铁水静压力的影响而在各面中心鼓起，利用结晶器铜管上部的圆弧状，完全拟合铸坯鼓起而形成的曲线；同时基于对铸坯在结晶器内形成坯壳角部温度低，且结晶器铜管角部磨损较大的缺陷，本发明将结晶器铜管下部截面的角部与基本工作面分离，使得形成的铸坯坯壳行进至该位置时在角部自动形成特定大小的气隙，使其坯壳表面温度沿截面周长方向更加均匀；通过这些技术手段本实用新型实现了更高拉坯速度的目的。
[0007]本实用新型的技术方案是:一种梅花型结晶器铜管，结晶器铜管外轮廓为弧形，其包括铜管上部曲面、铜管中部曲面和铜管下部曲面，其特征在于:结晶器铜管上部曲面的横截面由四段圆弧线围成，圆弧半径从铜管上部到铜管中部逐渐变大，所述的四段弧线在铜管中部过渡为四段直线；铜管中部曲面的横截面为由四段直线所构成的矩形，且截面面积自上而下逐渐减小；铜管下部曲面的横截面为四个棱角变成带有圆弧状凸起的矩形，构成结晶器铜管下部法向截面面积，自铜管中部到铜管下部面积逐渐减小，凸起的大小自铜管中部到铜管下部逐渐增大。
[0008]如上所述的梅花型结晶器铜管，其特征在于:所述的结晶器铜管上部曲面的四段圆弧半径大于I米。
[0009]如上所述的梅花型结晶器铜管，其特征在于:所述的结晶器铜管上部曲面的四段圆弧从顶端凸起过渡到直线的距离为300mm至400mm。
[0010]本实用新型的有益效果是:根据对连铸结晶器内钢水凝固过程中坯壳生成的实际外形特征的研宄，并通过铜管内部预埋热电偶的方法进行测温验证，总结推演出的结晶器内腔截面形状。其形状符合高拉速结晶器铜管对连铸过程中坯壳与结晶器铜管之间气隙均匀的要求。此外，在下部采用角部凸起的横截面形状，有利于高拉速状况下减小拉坯阻力及坯壳表面温度均匀的工艺需求。
【附图说明】
[0011]图1为结晶器铜管上部法向截面示意图；
[0012]图2为结晶器铜管下部法向截面示意图；
[0013]图3为结晶器铜管上部、中部及下部曲面的横截面在同一平面上的投影图。
【具体实施方式】
[0014]附图1标记说明:A，B，C，D为构成结晶器铜管上部法向截面圆弧线圆心坐标R弧及R直为为构成结晶器铜管上部法向截面圆弧线半径。
[0015]附图2标记说明:Ra为构成结晶器铜管下部法向截面角部凸起圆弧线半径；RA为构成结晶器铜管下部法向截面角部凸起圆弧线与截面四边直线间过渡圆弧半径；H、H’、D、M、h、h’、d、m分别为图中所示设计参数。
[0016]附图3标记说明:1-未凝固的钢液2-初生坯壳3-构成铜管内腔中段截面直线4一构成铜管内腔上部截面圆弧线5—构成铜管内腔下部截面角部凸起弧线。
[0017]以下结合附图对本实用新型做进一步的说明。
[0018]本实用新型所述的梅花型结晶器铜管【具体实施方式】如图1及图2所示，其结构为外轮廓为弧形，其内腔横截面为由弧线或直线围成的方形。结晶器铜管上部曲面的横截面由四段圆弧线围成，如图1所示圆弧线的中心坐标分别为A、B、C、D，半径分别为R弧及R直，坐标位置及圆弧半径大小根据钢种、拉坯速度、位置及铜管规格等决定铸坯收缩特性的参数确定，圆弧半径大小取值范围从I米到无穷大，且圆弧半径从铜管上部到铜管中部逐渐变大，最终使得四段弧线在铜管中部过渡为四段直线，从顶端凸起过渡到直线其过渡距离一般在300mm至400mm。铜管中部曲面的横截面为由上述四段直线所构成的矩形，且截面面积自上而下逐渐减小。铜管下部曲面的横截面为四个棱角变成带有圆弧状凸起的矩形，如图2所示。构成结晶器铜管下部法向截面面积，自铜管中部到铜管下部面积逐渐减小，减小幅度根据钢种、拉坯速度等决定铸坯收缩特性的参数确定，凸起的大小自铜管中部到铜管下部逐渐增大。中部与下部的交界位置，则通过有限元计算的方法，以坯壳生长厚度及温度分布为计算限制条件获得。
[0019]如附图3所示，未凝固的钢液I在结晶器铜管中冷却时，初生坯壳2很薄，受到铁水的静压力作用中间鼓起，与本实用新型中所述的铜管内腔形状相符，从而使得坯壳周边与铜管之间的气隙均匀，达到坯壳均匀生长的效果。由于结晶器铜管在钢液液面及以下200_至300_位置热流最大，因此该段位置截面设计成由弧线构成(解释:这里钢液液面大约位于铜管顶端向下10mm位置，而铜管上部凸起位置大约是自顶端向下300mm至400mm位置，即这部分铜管内腔四边由弧线构成)，除使得气隙均匀作用外，尽可能使其换热效率达到最大。而为了使得成品铸坯尺寸符合要求，结晶器铜管内腔截面需要逐渐收成矩形；坯壳行进至结晶器铜管下部，由于坯壳角部受到二维冷却，温度远低于各面中间温度，因此在下部截面角部设计呈凸起，使得坯壳角部与铜管之间气隙增大，有利于角部温度回升，从而使得坯壳温度更加均匀。此外，从结晶器铜管使用的统计结果可以看出，铜管下部的角部磨损一般高于中间位置，因此可以判断角部接触是造成结晶器摩擦阻力增大的原因之一。而采用在结晶器下部采用角部分离设计可以有效的减小结晶器摩擦阻力，有利于提高铸机的拉速水平。例如对于150*150方还，饶注普碳钢，最大拉速可以达到4m/min以上，对于200*200方还，饶注合金钢，最大拉速最多可能达到2m/min以上。
【主权项】
1.一种梅花型结晶器铜管，结晶器铜管外轮廓为弧形，其包括铜管上部曲面、铜管中部曲面和铜管下部曲面，其特征在于:结晶器铜管上部曲面的横截面由四段圆弧线围成，圆弧半径从铜管上部到铜管中部逐渐变大，所述的四段弧线在铜管中部过渡为四段直线；铜管中部曲面的横截面为由四段直线所构成的矩形，且截面面积自上而下逐渐减小；铜管下部曲面的横截面为四个棱角变成带有圆弧状凸起的矩形，构成结晶器铜管下部法向截面面积，自铜管中部到铜管下部面积逐渐减小，凸起的大小自铜管中部到铜管下部逐渐增大。
2.如权利要求1所述的梅花型结晶器铜管，其特征在于:所述的结晶器铜管上部曲面的四段圆弧半径大于I米。
3.如权利要求1或2所述的梅花型结晶器铜管，其特征在于:所述的结晶器铜管上部曲面的四段圆弧从顶端凸起过渡到直线的距离为300mm至400mm。
【专利摘要】本实用新型涉及冶金连铸设备用的结晶器铜管，具体涉及一种梅花型结晶器铜管。本实用新型的结晶器铜管上部曲面横截面呈凸形，中部曲面截面为矩形，下部曲面截面为四角凸起的矩形。使铸坯在结晶器内形成坯壳初期受铁水静压力的影响而在各面中心鼓起，利用结晶器铜管上部的圆弧状，完全拟合铸坯鼓起而形成的曲线。同时本实用新型将结晶器铜管下部截面的角部与基本工作面分离，使得形成的铸坯坯壳行进至该位置时在角部自动形成特定大小的气隙，使其坯壳表面温度沿截面周长方向更加均匀，且实现了更高拉坯速度的目的。
【IPC分类】B22D11-04
【公开号】CN204565071
【申请号】CN201520168790
【发明人】李富帅, 陶金明, 倪赛珍, 谢长川, 王方方
【申请人】中冶连铸技术工程有限责任公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年3月25日