专利名称：液冷板式结晶器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于连铸金属且尤其是钢材的液冷板式结晶器，它包括导热性能优良的由铜或铜合金制的结晶器板，所述结晶器板借助固定螺栓分别与一个水箱或一块支承板相连。
在厚度相同的结晶器板中，用焊接螺栓实现的结晶器板固定是众所周知的。由于结晶器板在铸造工作中升温而热膨胀，所以尤其是在短螺栓的情况下出现了附加的拉弯应力，这个附加的拉弯应力可能导致脱焊。
文献DE19716450A1描述了一种用于连铸薄板坯的液冷式结晶器，它具有两个相互对置的且分别由一块铜板和一块支承钢板组成的宽侧壁。限定出型腔的铜板借助由铜镍铁合金制成的金属螺栓被可拆卸地固定在支承板上。金属螺栓被焊接到铜板上。在这种情况下，还作为焊接添加料地使用了镍圈。在铜板中设置了冷却剂流道，并且在螺栓的横截面平面内设置了冷却孔。上述结晶器的核心构想就是采用了铜镍铁合金制的金属螺栓。由于采用了这样的且尤其是强烈拉制而成的金属螺栓，在与铜板的焊接连接中获得了显著的强度增大同时强度波动很微小。为了把金属螺栓固定在铜板上，适当地采用了本身已知的螺栓焊接方法。
文献WO95/21036描述了一种具有支承板的钢材连铸用结晶器组件。一块由铜或铜合金制成的导热性能良好的板被拧紧在支承板上，一个较薄的铜制或铜合金制覆饰层被钎焊在该板上。或者，可以不要导热性能良好的板，而直接把覆饰层钎焊到支承板上。覆饰层在铸坯经过结晶器时接触并冷却穿行的铸坯。在覆饰层开裂或磨损时，钎焊部位熔化而脱焊，新的一层要被钎焊到导热板或支承板上。
文献DE19801728C1公开了一种最好是用于铸造钢坯的连铸结晶器，它由彼此相连的结晶器板和水箱构成，在水箱和结晶器板之间，借助供水流道产生了水冷作用。供水流道设置在面对结晶器板的水箱侧上，而不是设置在结晶器板中。如此改进这种结构类型的连铸结晶器，即结晶器宽侧壁借助拉紧螺栓与其部件即铜板和/或带供水流道的水箱或一个没有供水流道但有带供水流道的连接板的水箱固定在一起。所述螺栓具有基本上成锥形的且被保持在铜板的锥形空槽内的拉紧螺栓头。
在这种结构中，拉紧螺栓的螺栓头可以形成特殊锥形或者成薄板锥形，并且其有利地是由与连铸结晶器的铜板相同的材料制成的。为了使拉紧螺栓/拉紧螺栓头与铜板之间的导热性能最佳化，铜板与拉紧螺栓/拉紧螺栓头之间的表面设有导热性能良好的金属层且最好是银层。当拉紧螺栓在铜板冷侧上配有一个防止水通过所述表面流向热侧的密封结构时，铜板与拉紧螺栓的连接得到进一步改善。
尚未公开的专利申请P19835119.9涉及用于铸造金属坯的且尤其是钢坯的连铸机的结晶器壁，它具有一个水箱和一个通过螺栓与水箱相连的结晶器内板。螺栓分别具有一个穿过水箱的并含有一栓颈横截面的栓颈和一个保持在结晶器内板中的并含有一栓头横截面的栓头。为了简化螺栓在结晶器内板中的固定而规定了，至少其中一个螺栓的栓头横截面大于该螺栓的栓颈横截面，结晶器板具有一个向着水箱缩小的且用于容放螺栓栓头的槽。
最后，DE1508902公开了一种用于连铸高温熔融金属坯且尤其是钢坯的液冷板式结晶器，其中结晶器壁通过固定螺栓与一个支架相连。还设置了圆棒，它们沿浇注方向的横向被装在结晶器壁的孔中并且配设有用于容放固定螺栓的螺纹孔。对于这个实施例来说，加工成本是相当高的。
基于上述现有技术，本发明的任务是，在如权利要求1前序所述类型的液冷板式结晶器中，在温度于浇注工作中产生的交变情况下，抑制或尽可能减少在铜或铜合金结晶器内板与承栽的、支撑的或成型的铜制或钢制支承板或水箱板之连接区域内的问题和麻烦，并且提出一种可靠地把承受拉应力及热负荷的固定件固定在铜结晶器内板上的固定方案，这种固定方案可以在工作成本和投资成本经济合理的条件下实施并且适用于无故障的长期服务。
为了完成上述任务，本发明在上述类型的液冷板式连铸结晶器中规定了，在每个结晶器板的流水侧设置了制有螺纹的成型部件并且通过钎焊连接或焊接连接使所述成型部件而作为固定件地与结晶器板刚性连接。
一方面，这样的钎焊连接和/或焊接连接容易形成并且获得了如180牛顿/平方毫米的交变疲劳强度。
在这样的连接结构中，成型部件或固定件最好由良导体材料如CuAg、CuCrZr、CuNiBe或CuNiFe制成，这是有利的。
此外，固定件通过一个剪切强度高的软钎焊层与结晶器板相连。
但是也可以采用这样的措施，即固定件通过一个硬钎焊层与结晶器板相连，并且作为钎焊金属地最好采用含银或铜的硬钎焊剂。
另外，固定件通过高温钎焊与结晶器板相连也是可行的。此外，钎焊部位的加热可以通过电子束或电流来实现。
固定件通过电子束焊接与结晶器板相连是很有利的。此外，固定件同样可以被安装到一个在结晶器板背面的较浅圆形凹槽中，因此，焊接是沿结晶器板与固定件之间的分界位置而环形进行的。电子束可以垂直地或倾斜一角度地射向结晶器板表面。固定件可以配备有一个如此长的凸缘，即它如图2所示地结束于凹槽上边缘。固定件可以如上所述地由良导体金属材料或适当的钢合金制成。
对应于从属权利要求地给出了本发明的其它设计方案。
从以下对附图示意所示的实施例的描述中得到了本发明的细节、技术特征和优点。
图1以局部截面图示出了带有通过钎焊被固定住的成型部件的且被拧固在其中的支承板固定螺栓的结晶器内板。
图2以局部截面图表示图1具有通过电子束焊接而被固定的成型部件的结晶器内板。
图1所示的用于连铸高温熔融金属如钢的液冷板式结晶器的部分结构包括一个导热性能良好的结晶器铜板或铜合金板1，它借助固定螺栓2分别与后面的水箱或具有冷却水流道3的支承板4相连。冷却水流道也可以位于结晶器板中。
根据本发明，在结晶器板1的流水侧，设置了制有用于拧入固定螺栓2的螺纹孔5的成型部件6，所述成型部件通过钎焊连接结构7、7’而作为固定件地与结晶器板1刚性连接。成型部件或固定件6最好由良导体金属材料如CuAg、CuCrZr、CuNiBe或CuNiFe制成。固定件6通过一个软钎焊层7与结晶器板1相连。具有高剪切强度的软钎焊层7最好由CdZn、CdZnAg或SnCdZn的合金钎焊材料制成。
但是，也可以采取这样的措施，即固定件6通过一个硬钎焊层7’与结晶器板1相连，并且作为钎焊金属地优先采用铜钎焊合金或银钎焊合金。
通过借助电子束或电流的高温钎焊方式使固定件6与结晶器板1相连也是可行的。
该硬钎焊结构在超过约450℃的钎焊温度下虽然可获得比软钎焊部位相对较高的强度，但在承受交变温度负荷的情况下，它与软钎焊部位相比更容易出现钎焊开裂现象，因此它制造起来需要更高的花费，并且在维修时没有影响尤其是周围的铜材的情况下，它可不再脱焊。
本发明的一个设计方案规定了，固定件6的钎焊表面是对称的以适于一准确的定位。
一个本发明实质性设计方案还规定了，固定件是具有优选成环形的横截面的成型部件，它们被安装并钎焊在在结晶器板1背面上的比较浅的如深达5毫米的协调一致的凹槽中，在支承板4中有一个所有侧面都与固定件6间隔构成的孔9，所述孔与至少一个冷却剂流道流通相连。孔9也可以设置于水箱板内。
这种固定螺栓结构带来了以下优点，即不仅冷却水绕固定件6流动，而且也绕螺栓2的栓杆流动，因而，足够地冷却了这两个部分。同时，可靠地排除了钎焊连接的损坏危险。
本发明的其它设计方案也是为了这个目的，即支承板4在形成环形间隙10的情况下具有容纳固定螺栓2的且比其栓杆直径粗的孔，所有环形间隙10都与一条输送冷却水的孔9连通。
上述设计方案还具有其它优点，即取决于温度的在结晶器板1与支承板4之间的膨胀差不必强制地被抵消掉了。
还可以有选择地采用以下措施，冷却剂流道3既可以设置在结晶器板1内，或是设置在支承板4或一个水箱之邻接该结晶器板的板内。
最后，在结晶器板1内的冷却剂流道3最好在浇注方向上被设计成槽或孔。
图2画出了包括图1成型部件6的所示局部截面图，其作为上述任务的替换解决方案通过电子束焊接结构12与结晶器板1牢固相连。该焊接结构位于成型部件6的外侧面上。在焊接前，横截面为环形的成型部件的外径在焊缝12的区域内具有粗(大)了1毫米-8毫米的直径。对于电子束焊接来说，结晶器板1在固定区内可以具有一个略微突出的材料隆起部，它大致等于焊缝深的高度。成型部件6制有用于拧固螺栓2的内螺纹(图1)。成型部件也可以被设计成带外螺纹的螺栓的形式。以局部剖方式表示出了支承板4的冷却水流道3以及输送冷却水的孔9。
权利要求
1．用于连铸金属且尤其是钢材的液冷板式结晶器，它包括导热性能优良的结晶器铜板或结晶器铜合金板(1)，所述结晶器板借助固定元件(2)分别与一个水箱或一块支承板(4)相连，其特征在于，在每个结晶器板(1)的流水侧面上，设置了制有螺纹(5)的成型部件(6)，它们通过钎焊连接(7,7’)或焊接连接(12)而作为固定件地与结晶器板(1)刚性连接。
2．如权利要求1所述的板式结晶器，其特征在于，成型部件或固定件(6)优选地由一种良导体金属材料如CuAg、CuCrZr、CuNiBe或CuNiFe制成。
3．如权利要求1或2所述的板式结晶器，其特征在于，固定件(6)通过一个软钎焊层(7)与结晶器板(1)相连。
4．如权利要求3所述的板式结晶器，其特征在于，具有高剪切强度的软钎焊层(7)优选地是用CdZn、CdZnAg或SnCdZn的合金钎焊剂制成的。
5．如权利要求1或2所述的板式结晶器，其特征在于，固定件(6)通过一个硬钎焊层(7’)与结晶器板(1)相连。
6．如权利要求5所述的板式结晶器，其特征在于，所述硬钎焊层(7’)是用铜钎焊合金或银钎焊合金的钎焊剂制成的。
7．如权利要求1或2所述的板式结晶器，其特征在于，固定件通过高温钎焊与结晶器板相连。
8．如权利要求7所述的板式结晶器，其特征在于，所述高温钎焊是通过电子束或电流实现的。
9．如权利要求7或8所述的板式结晶器，其特征在于，高温钎焊层是用铜合金的或银合金的钎焊剂制成的。
10．至少如权利要求1-6之一所述的板式结晶器，其特征在于，固定件(6)的钎焊表面是对称的以适于一准确的定位。
11．至少如权利要求1-7之一所述的板式结晶器，其特征在于，固定件(6)是优选地具有环形横截面的成型部件，它们被安装并钎焊固定在结晶器板(1)之背面上的比较浅的相应一致的凹槽(8)中，在水箱或支承板(4)中设有一个所有侧面都与固定件(6)间隔构成的孔(9)，所述孔与至少一个冷却剂流道流通连接。
12．如权利要求11所述的板式结晶器，其特征在于，固定件(6)配备有螺纹接头。
13．如权利要求1-12之一所述的板式结晶器，其特征在于，水箱或支承板(4)在形成环形间隙(10)的情况下具有容纳固定螺栓(2)并且比栓杆直径粗的孔(2’)，所有环形间隙(10)都与一个冷却水输送孔(9)连通。
14．至少如权利要求1-13之一所述的板式结晶器，其特征在于，冷却剂流道(3)有选择地设置在结晶器板(1)、支承板(4)或一个水箱之邻接该结晶器板(1)的板中。
15．至少如权利要求1-14之一所述的板式结晶器，其特征在于，在结晶器板(1)中的冷却剂流道(3)优选地在浇注方向上被设计成槽或孔的形状。
16．至少如权利要求1-15之一所述的板式结晶器，其特征在于，在水箱或支承板(4)与连接螺栓(2)的螺栓头之间，设置了垫片和/或弹性件(11)。
17．如权利要求1所述的板式结晶器，其特征在于，成型部件(6)优选地通过电子束焊接与结晶器板(1)相连。
18．如权利要求17所述的板式结晶器，其特征在于，电子束焊接缝(12)优选地设置在成型部件(6)的外侧面上。
19．如权利要求17或18所述的板式结晶器，其特征在于，成型部件(6)被设置成环形固定件的形状并且在焊缝(12)区域内的用于电子束焊接的外径具有一较粗的直径。
20．如权利要求17、18或19所述的板式结晶器，其特征在于，在焊缝(12)区域内的用于电子束焊接的固定件外径比其自由外径粗(大)1毫米-8毫米。
21．至少如权利要求17-20之一所述的板式结晶器，其特征在于，结晶器板(1)在电子束焊接区内具有其高度大约等于焊缝深度的隆起部。
22．至少如权利要求17-21之一所述的板式结晶器，其特征在于，成型部件(6)或固定件最好是钢制的。
23．至少如权利要求17-22之一所述的板式结晶器，其特征在于，成型部件(6)或固定件是由高强度铜合金制成的。
24．至少如权利要求17-23之一所述的板式结晶器，其特征在于，固定件被构造成固定螺栓(2)形状并且优选地制有外螺纹。
25．至少如权利要求17-24之一所述的板式结晶器，其特征在于，固定螺栓(2)在电子束焊接区内具有比较粗的栓杆直径。
26．至少如权利要求17-25之一所述的板式结晶器，其特征在于，在焊缝区内的用于电子束焊接的固定螺栓(2)外径比其栓杆直径粗(大)1毫米-8毫米。
27．至少如权利要求17-26之一所述的板式结晶器，其特征在于，所述固定螺栓优选地是钢制的。
全文摘要
一种用于连铸金属且尤其是钢材的液冷板式结晶器,它包括导热性能优良的结晶器铜板或结晶器铜合金板1,所述结晶器板借助固定螺栓分别与一个水箱或一块支承板4相连。在每块结晶器板1的流水侧上,设置了制有螺纹5的成型部件6,它们通过钎焊层7、7’或焊接部12而作为固定件地与结晶器板1刚性连接。
文档编号B22D11/057GK1322596SQ0111191
公开日2001年11月21日 申请日期2001年3月23日 优先权日2000年3月25日
发明者H·斯特罗伊贝尔, A·吉尔根索恩, M·波兰 申请人:Sms迪马格股份公司