专利名称：一种具有曲面结构的结晶器窄面铜板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属凝固和连续铸造领域，特别涉及到一种具有曲面结构的结晶 器窄面铜板。
背景技术：
为了提高市场竞争力，我国许多钢铁企业都在其板坯或薄板坯连铸生产线上不断 开发高附加值的品种钢，尤其是生产含有铌、钒、钛等元素的微合金化钢种。浇铸这类钢种 时，结晶器窄边铜板一般采用平面结构，铸坯角部通常呈直角形状。生产过程中由于窄边 铜板表面不可避免地存在着一定程度的磨损，为了防止铸坯表面发生纵裂纹，窄边铜板在 操作过程中必须具有足够的倒锥度，采用这种工艺浇铸的铸坯窄面通常向内凹下，使得铸 坯角部甚至呈锐角形状，角部受到的冷却更强，其温度相对更低，在二冷段的弯曲段或矫直 段，铸坯在角部的表面温度极易进入微合金化钢的脆性区范围，从而引起角横裂纹的发生， 限制了微合金化钢的规模化生产。为了解决微合金钢的边角部横裂纹问题，目前冶金工作者采用的主要措施包括提 高钢水质量、优化和稳定保护渣性能、优化二冷段的冷却工艺等。少数钢铁企业采用了倒角 结晶器技术，该技术的目标是使得铸坯原有的直角改为两个钝角，用以消除铸坯角部的应 力集中，同时达到提高角部温度的目的。中国实用新型专利No. 02214026. 3 (公告号CN 2547438Y，名称“板坯连铸结晶器 窄边铜板”)提出了一种带侧面倒角的结晶器窄面铜板，其倒角尺寸为6 10mm，角度为45度。中国实用新型专利No. 200720089029. 7 (公开号CN 201132207Y，名称“一种板 坯结晶器”)提出了一种带有过渡曲面的窄面铜板，曲面为圆弧面，圆弧倒角的半径为2 10mm，因此其倒角量不足10mm，角部冷却靠铜板自身导热来实现，该专利的缺点是倒角量 小，铸坯角部温度的提升幅度有限。中国文献《连铸结晶器内大方坯的热力耦合分析》(文献来源陈永，罗歆，沈厚 发.钢铁.2008，43(3)，p33 37)对结晶器带侧面倒角的窄面铜板在大方坯连铸生产中的 传热过程和坯壳的应力分布进行了分析，结果表明带侧面倒角的窄面铜板如果采用较大 的倒角如25mm，角度为45度，结晶器内侧面倒角处所对应的铸坯传热条件变差，角部凝固 壳温度升高、凝固壳厚度减薄，并由此导致铸坯的角部裂纹；结晶器倒角变小为12mm时，角 度为45度，可改善铸坯角部的传热条件，降低凝固坯壳角部温度，增加凝固坯壳厚度，有利 于减轻和防止铸坯角部裂纹。目前倒角结晶器存在的问题是浇铸的铸坯在倒角区域的过渡均不光滑平缓，连铸 过程中，铸坯窄面倒角区域受到的热应力、弯曲应力和矫直应力在周向上的均勻性较差，此 外铸坯角部在二冷段的上部不可避免的会存在宽展，由此使得铸坯角部由钝角趋向于直 角，铸坯边角部的横裂纹难以消除，降低了倒角结晶器的技术效果。为此，本实用新型提出 了一种具有曲面结构的结晶器窄面铜板。发明内容本实用新型的目的是提供一种具有曲面结构的结晶器窄面铜板，可以最大程度地 优化铸坯的窄面形状，消除微合金化钢种的边角部裂纹缺陷。为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案一种具有曲面结构的结晶器窄面铜板，包括平面区域2和曲面区域3，铜板内部均 勻分布有圆管型和/或矩形冷却水道，铜板的平面区域2位于中部，铜板边角部厚度最大， 比中部平面区域2的铜板厚度大10 100mm，曲面区域3和平面区域2在横截面方向上以 相切方式光滑连接。所述曲面区域在横截面方向上的曲线4为以下几种中的一种1.由1条折线和1 条弧线组合而成；2.由1或2条弧线组成，其中，所述弧线为圆弧线、双曲线或抛物线中的一种。所述铜板的总宽度为120 480mm，平面区域2的宽度为铜板总宽度的0 95%， 窄面铜板1的工作面可全部为曲面结构。所述铜板在宽度方向上以表面中心线为对称线，呈对称分布；在高度方向上，其工 作面为单锥度、双锥度或多锥度中的一种。所述铜板曲面区域在横截面上的曲线4与侧边形成的夹角α为15° 60°。所述铜板内部采用均勻分布的高度方向上贯通的圆管型冷却水道6和/或矩形冷 却水道7，其中窄面铜板的侧面边部曲面区域为圆管型冷却水道6，中部区域为圆管型冷却 水道6或矩形冷却水道7，边部第一个水道距铜板侧面的最小距离W为8 10mm，相邻水道 之间的间距D为15 25mm，铜板内布置的全部水道的根部距工作面的距离S保持一致，为 12 35mm。所述铜板至少具有以下特征之一I)平面区域2工作面和曲面区域3工作面上有镍镀层、镍铁镀层或镍钴镀层；II)整个铜板的材质为银铜、铬锆铜、磷铜、铍铜中的一种。与现有技术相比，本实用新型采用铜板浇铸的板坯窄面呈现向外凸起的形状，这 有利于避免铸坯边角部裂纹的发生，从而促进热轧钢板的表面质量的提高，并有助于延长 该铜板的使用寿命。
[0020]图1为本实用新型的第一实施例的结构示意图，该图右侧为其A-A纵截面示意 图；图2为本实用新型第二实施例的结构示意图；图3为本实用新型第一实施例的横截面结构示意图；图4为本实用新型第三实施例的横截面结构示意图；图5为本实用新型第四实施例的横截面结构示意图。附图标记1 结晶器窄面铜板2 窄面铜板工作面的平面区域
4[0028]3窄面铜板工作面的曲面区域4曲面区域在横截面上的曲线5铜板上部的斜面区域6圆管型冷却水道7矩形冷却水道α ；曲面区域在横截面方向上的曲线与侧边形成的夹角W边部第一个水道距铜板侧面的最小距离D水道之间的间距S水道根部距铜板工作面的最小距离
具体实施方式
下面根据附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型提出的窄面铜板1主要用于厚度为120 480mm铸坯的连铸生产，连 铸机为直弧型或立弯型，结晶器在高度方向上为竖直结构。该窄面铜板1可以通过组合以 形成生产断面为(120 480)mmX (1000 2150)mm铸坯的板坯结晶器，板坯结晶器宽面铜 板的结构与现有技术相同，也可用以通过组合形成边长为200 480mm的大方坯或矩形坯 结晶器，该窄面铜板1工作面为单锥度、双锥度或多锥度中的一种。附图1给出了窄面铜板1的整体结构，所示窄面铜板工作面为双锥度结构，上部区 域为斜面5，下部区域为直面，上部区域的斜面提高了结晶器上部区域的锥度，起到增加凝 固初期的坯壳与铜壁之间接触紧密程度的作用，从而加强了初始凝固过程的传热，提高了 初始凝固壳的厚度和强度，有利于铸坯表面质量的提高。附图2给出了另一个实施例的窄面铜板，所示窄面铜板工作面为单锥度竖直结 构，即其在垂直纵截面上呈矩形。附图3 5给出了窄面铜板1内部的冷却结构和侧面的倒角α。该窄面铜板1内 部水道布置的原则是必须确保坯壳与铜壁之间传热的均勻性，尤其要保证铸坯角部具有足 够的冷却。窄面铜板倒角尺寸为lO-lOOmm，曲面区域在横截面方向上的曲线与侧边形成的 夹角α控制在15° 60°，相应地铸坯的角部由原有的90°直角增大到120° 165°， 这样可以弱化传热而提高铸坯边角部温度，并且容易消除弯曲矫直过程中铸坯角部的拉应 力集中，达到控制角横裂的目的。除了倒角处采用圆管型冷却水道6外，窄面铜板1的其余平面区域2可以采用圆 管型冷却水道6进行冷却，也可以采用矩形冷却水道7进行冷却。图3所示为带有平面区域及曲面区域的窄面铜板的横截面结构示意图，铜板内部 带有高度方向上贯通的均勻分布的圆管型冷却水道，图4为仅带有曲面区域的窄面铜板的 横截面结构示意图，铜板内部带有高度方向上贯通的均勻分布的圆管型冷却水道，图5为 带有平面区域及曲面区域的窄面铜板的横截面结构示意图，边部曲面区域对应的铜板内部 带有高度方向上贯通的均勻分布的圆管型冷却水道，中部平面区域铜板内部带有高度方向 上贯通的均勻分布的矩形冷却水道。
权利要求1.一种具有曲面结构的结晶器窄面铜板，包括平面区域(2)和曲面区域(3)，其特征在 于铜板内部均勻分布有圆管型和/或矩形冷却水道，铜板的平面区域( 位于中部，铜板 边角部厚度最大，比中部平面区域( 的铜板厚度大10 100mm，曲面区域(；3)和平面区域 (2)在横截面方向上以相切方式光滑连接。
2.如权利要求1所述的窄面铜板，其特征在于所述曲面区域在横截面方向上的曲线 ⑷为以下几种中的一种I)由1条折线和1条弧线组合而成；II)由1或2条弧线组成，其中，所述弧线为圆弧线、双曲线或抛物线中的一种。
3.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述铜板的总宽度为120 480mm， 平面区域(2)的宽度为铜板总宽度的0 95%，窄面铜板(1)的工作面可全部为曲面结构。
4.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述铜板在宽度方向上以表面中心 线为对称线，呈对称分布。
5.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述铜板在高度方向上，其工作面 为单锥度、双锥度或多锥度中的一种。
6.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述铜板曲面区域在横截面上的曲 线⑷与侧边形成的夹角α为15° 60°。
7.如任一权利要求1 6所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述铜板内部采用均勻 分布的高度方向上贯通的圆管型冷却水道(6)和/或矩形冷却水道(7)，其中窄面铜板的侧 面边部曲面区域为圆管型冷却水道(6)，中部区域为圆管型冷却水道(6)或矩形冷却水道 (7)，边部第一个水道距铜板侧面的最小距离W为8 10mm，相邻水道之间的间距D为15 25mm，铜板内布置的全部水道的根部距工作面的距离S保持一致，为12 35mm。
8.如任一权利要求7所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述铜板至少具有以下特征之I)平面区域( 工作面和曲面区域C3)工作面上有镍镀层、镍铁镀层或镍钴镀层；II)整个铜板的材质为银铜、铬锆铜、磷铜、铍铜中的一种。
专利摘要本实用新型涉及金属连铸领域，特别涉及一种具有曲面结构的结晶器窄面铜板；它包括平面区域(2)和曲面区域(3)，其中铜板内部有均匀分布的圆管型冷却水道(6)和/或矩形冷却水道(7)；窄面铜板(1)的边角部厚度最大，比中部平面区域(2)厚度大10～100mm，曲面区域(3)和平面区域(2)以相切方式光滑连接。本实用新型采用铜板浇铸的板坯窄面呈现向外凸起的形状，这有利于避免铸坯边角部裂纹的发生，从而促进热轧钢板的表面质量的提高，并有助于延长该铜板的使用寿命。
文档编号B22D11/04GK201871696SQ20102058694
公开日2011年6月22日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者吕晓军, 吴夜明, 席常锁, 干勇, 张慧, 王明林, 王玫, 陶红标 申请人:中达连铸技术国家工程研究中心有限责任公司, 钢铁研究总院