专利名称：一种h形异型坯连铸结晶器的制作方法
技术领域：
本发明属于钢的异型坯连续铸造技术领域，尤其涉及H形异型坯连铸结晶器的结构。
背景技术：
近终形连铸技术是目前钢铁工业发展最重要的趋势之一。异型坯直接连铸是近终形连铸技术的一种重要形式，也是连铸发展史上最显著的成就之一。所谓异型坯，就是指除了方坯、板坯、圆坯、矩形坯以外具有复杂断面的连铸坯，主要形式为H形坯，它是轧制高效节约型建筑用H型钢的最理想坯料。H型钢是经济断面型钢发展最快的一种，它不但可以使建筑结构重量减少30 %至40 %，还可以减少焊接、铆接工作量25 %左右，通常用于承载能力大、截面稳定性好的大型桥梁、高层建筑、重要设备和高速公路等方面。H型钢在我国各行各业的需求量很大，但是产量非常有限。用于轧制H型钢的异型坯连铸的关键核心技术之一便是异型坯结晶器的研制。结晶器是连铸设备中的铸坯成形设备，人们称之为“连铸机的心脏”，其重要性不言而喻。结晶器通常是以性能良好的铜合金制造而成，在连铸中的基本功能是利用循环冷却水通过结晶器铜板上开凿的水缝来连续不断的带走结晶器内钢液的热量，使得注入结晶器的钢液能够连续冷凝成具有一定厚度、强度及表面质量良好的凝固坯壳，并使这种心部仍为液态的坯壳不断的从结晶器下口被拉出，进入二次冷却区域。为了保证坯壳不被拉漏以及不产生变形和裂纹等缺陷，结晶器应具有良好的导热特性和导热均勻性，以保证结晶器内坯壳厚度和坯壳凝固的均勻性，可以说，结晶器的综合性能对连铸的生产能力和铸坯质量有起着至关重要的作用。现有技术下，广泛采用的H形异型坯结晶器由2块窄面铜板和2块宽面铜板组合而成，窄面铜板为规则的长方体，宽面铜板外侧为规则长方形面，内侧中间部分凸起(为腹板部位)而两边水平(为翼稍部位)，凸起部分与水平部分由斜面和倒角相连形成光滑过渡的两个对称的翼缘斜面，四块铜板组合之后的结晶器内腔呈“H”形，而外围四周均是规则的长方形面。为了使结晶器内钢液的热量被带走，需要在结晶器铜板上开凿冷却水缝，结晶器相对两窄面水缝布置完全相同，两宽面的水缝布置也相同。异型坯结晶器窄面是在铜板外侧面上开凿长方形的冷却水沟槽或水缝，然后将铜板外表面与长方形钢板制成的兼起支撑作用的外围窄面水套的内侧面紧密贴合，构成长方形冷却水通道，窄面铜板和窄面水套之间以螺栓进行紧固连接。异型坯宽面由于铜板厚度变化较大，因此水缝布置也有所不同。宽面铜板翼稍部位的冷却水通道有两种形式，一种是在外侧面开凿长方形沟槽，并与兼起支撑作用的外围宽面水套一起构成冷却水通道，此外围宽面水套也是由长方形钢板制成，与宽面铜板间以螺旋进行紧固连接；另一种水缝形式是在铜板边缘内侧钻圆形的小孔； 宽面铜板翼稍以外的部位因为铜板较厚，为保证传热性能，只能在离内壁面较近距离处沿内壁边缘钻圆孔来构建冷却水通道。通常情况下，当所加工圆孔直径小于20mm时，可以直接作为冷却水通道，而当加工圆孔直径大于20mm时，则需要在里面插一根金属杆来减少水孔面积，提高冷却水流速，增强冷却效率。上述传统H形异型坯结晶器的制造难点主要集中在两块宽面铜板上，主要难度之一就是铜板上圆形冷却水孔的加工。此类圆孔是深盲孔，加工起来非常复杂，加工精度要求苛刻，对加工机床和钻头的要求很高，稍有偏差，就会导致整块铜板的报废，造成较大的经济损失，并且，孔径越小，加工强度和加工难度都会增大，因此，很难使宽面水孔像窄面水缝一样以小孔密集分布，以保证冷却的均勻性。此外，结晶器之所以采用铜板制作，是因为铜的导热性能良好，但是，铜的经济成本也相对较高。异型坯结晶器铜板宽面冷却水孔至外侧面的很大一部分铜材料并未参与导热，只是为了使铜板外侧面保持平整，便于外围水套的支撑和贴合，这样显然增加了结晶器的制作成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术下H形异型坯连铸结晶器的上述不足， 提供一种H形异型坯连铸结晶器，能够降低结晶器宽面铜板上冷却水缝的加工难度，使宽面铜板的冷却更加均勻，同时，能够有效降低结晶器宽面铜板的生产成本。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术解决方案一种H形异型坯连铸结晶器，由两块相同的窄面铜板、两块相同的宽面铜板以及铜板外围的水套组成；窄面铜板为扁平长方体，内外侧均为长方形面；窄面铜板的外侧面上沿竖直方向开设深度方向与板面垂直的凹槽；窄面水套为长方形钢板，与窄面铜板外侧面无间隙贴合并固定在一起使窄面铜板外侧面上的凹槽与窄面水套之间形成冷却水通道； 宽面铜板内侧为光滑的阶梯平面，主要分为中间凸出的内小外大的梯形腹板、两端水平平齐的翼稍、以及腹板和翼稍之间由斜面和倒角相连形成光滑过渡的两个对称的翼形斜面； 四块铜板组合之后的结晶器内腔呈H形；其特征在于宽面铜板的腹板外侧为与中间凸出相一致的梯形凹陷区，翼稍外侧为与内侧平行的水平区，腹板外侧的梯形凹陷区与翼稍外侧的水平区之间斜面连接形成外侧面，所述宽面铜板外侧的梯形凹陷区、水平区以及外侧面分别与腹板、翼稍和翼缘斜面的内侧面相互对应平行；宽面铜板的所有外侧面上均沿竖直方向开设深度方向与板面垂直的凹槽；宽面水套外侧面为长方形面，内侧中间为能够与腹板外侧的梯形凹陷区相配合接触的凸起区，凸起区两端为平齐的水平区，凸起区和各侧水平区分别以斜面相连，宽面水套内侧各部位分别与宽面铜板外侧各部位无间隙对应贴合并固定在一起，使宽面铜板外侧面上的凹槽均与宽面水套之间构成竖直的冷却水通道。作为本发明的优选实施例，宽面铜板的梯形腹板、翼稍、以及两个对称的翼形斜面各部分厚度相等，或者仅两个对称的翼形斜面的厚度相等。作为本发明的又一优选实施例，宽面水套和窄面水套均用不锈钢或普通钢材或镀锌钢板或铝合金或镁合金制成。作为本发明的再一实施例，宽面铜板和窄面铜板外侧面上开设的凹槽为矩形、半圆形、三角形、梯形、V形。作为本发明的再一实施例，宽面铜板和窄面铜板外侧面上沿竖直方向均勻间隔开设所述深度方向与板面垂直的凹槽。作为本发明的再一实施例，宽面铜板和窄面铜板外侧面上每间隔10 30mm开设一条所述凹槽，凹槽的深度为5 30mm，宽度为3 20mm。作为本发明的再一实施例，宽面水套和窄面水套兼起支撑作用。作为本发明的再一实施例，宽面水套夹置于两个窄面水套之间，或者窄面水套夹置于两个宽面水套之间。作为本发明的再一实施例，窄面水套和窄面铜板之间、以及宽面水套与宽面铜板之间在紧密贴合后均以紧固螺栓固定连接。本发明相对于现有技术，具有如下有益效果1、降低了结晶器宽面铜板上冷却水缝或冷却沟槽的加工难度，减少了宽面铜板因水缝加工导致的报废。2、结晶器宽面和窄面采用相同的水缝或冷却沟槽形式，可以有效促进铜板冷却时整体温度的均勻性。3、在宽面腹板外侧区域，以水套上普通的不锈钢板或其他材质的板材如普通钢材或镀锌钢板或铝合金或镁合金代替原来铜板上昂贵的铜材，减少了结晶器宽面上铜板的使用量，可以明显降低结晶器的生产成本。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明优选实施例的异型坯结晶器俯视结构图。图2是本发明优选实施例的长方形凹槽剖视图。附图中标号如下，1-窄面铜板，2-宽面铜板，3-窄面水套，4-宽面水套，5-腹板， 6-翼稍，7-翼缘斜面，8-长方形水槽
具体实施例方式如图1和2中所示，本发明涉及的H形异型坯结晶器主要由两块相同的窄面铜板 1、两块相同的宽面铜板2、窄面铜板1外侧的窄面水套3和宽面2外侧的宽面水套4组合而成，两块窄面铜板1和两块宽面铜板2的内侧组成结晶器“H”形内腔。窄面铜板1为扁平长方体，内外侧均为长方形平面，内侧为光滑的平面，外侧面沿外缘方向每间隔10 30mm 便开凿一条竖直的矩形凹槽8，矩形凹槽8深度方向与窄面铜板的外侧平面相垂直，矩形凹槽8的深度为5 30mm，宽度为3 20mm。窄面水套3为规则的长方形钢板，与窄面铜板 1外侧面无间隙的贴合在一起，并以螺栓进行紧固连接，使窄面铜板1外侧的矩形凹槽8与水套3之间形成长方形的冷却水通道。宽面铜板2内侧为光滑的阶梯平面，主要分为中间凸出的内小外大的梯形腹板5、 两端水平平齐的翼稍6、以及腹板5和翼稍6之间由斜面和倒角相连形成光滑过渡的两个对称的翼形斜面7 ；宽面铜板2的腹板5外侧为平直的与中间凸出相一致的梯形凹陷区，翼稍6的外侧为与内侧平行的水平区，腹板5外侧的梯形凹陷区与翼稍6外侧水平区之间以斜面连接形成翼形斜面7的外侧面。所述宽面铜板2外侧的梯形凹陷区、水平区以及外侧面分别与腹板5、翼稍6和翼缘斜面7的内侧面相互平行。宽面铜板2外侧面沿外缘每间隔 10 30mm便开凿一条竖直的矩形凹槽8，矩形凹槽8的深度方向与所在的外侧平面垂直， 矩形凹槽8的深度为5 30mm，宽度为3 20mm。如图1所示，两侧翼缘斜面7的凹槽8的深度方向相互对称。宽面水套4外侧面为规则的长方形面，内侧中间为能够与腹板5外侧的梯形凹陷区相配合接触的凸起区，凸起区两端为平齐的水平区，凸起区和各侧水平区以斜面相连，宽面水套4内侧中间凸起区、两端水平区以及斜面分别与宽面铜板2外侧的凹陷区、两端水平区以及斜面无间隙的对应贴合在一起，并以紧固螺栓相连，使宽面铜板2外侧面上的矩形凹槽8与宽面水套4之间形成竖直的长方形冷却水通道。宽面铜板2的梯形腹板5、两端平直的翼稍6、以及两个对称的翼形斜面7各部分的厚度相等，或者仅两个对称的翼形斜面7的厚度相等。宽面水套4和窄面水套3兼起支撑作用，且均用不锈钢或其他材质如普通钢材、镀锌钢板、铝合金或镁合金的板材制成。宽面水套4夹置于两个窄面水套3之间(如图1所示)或者窄面水套3夹置于两个宽面水套4之间(未图示)。在其他未图示的实施例中，所述的矩形凹槽8也可以是半圆形、三角形、梯形、V形。以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，如对工艺参数或装置做出的变动和改良仍属本发明的保护范围。
权利要求
1.一种H形异型坯连铸结晶器，由两块相同的窄面铜板、两块相同的宽面铜板以及铜板外围的水套组成；窄面铜板为扁平长方体，内外侧均为长方形面；窄面铜板的外侧面上沿竖直方向开设深度方向与板面垂直的凹槽；窄面水套为长方形钢板，与窄面铜板外侧面无间隙贴合并固定在一起使窄面铜板外侧面上的凹槽与窄面水套之间形成冷却水通道；宽面铜板内侧为光滑的阶梯平面，主要分为中间凸出的内小外大的梯形腹板、两端水平平齐的翼稍、以及腹板和翼稍之间由斜面和倒角相连形成光滑过渡的两个对称的翼形斜面；四块铜板组合之后的结晶器内腔呈H形；其特征在于宽面铜板的腹板外侧为与中间凸出相一致的梯形凹陷区，翼稍外侧为与内侧平行的水平区，腹板外侧的梯形凹陷区与翼稍外侧的水平区之间斜面连接形成外侧面，所述宽面铜板外侧的梯形凹陷区、水平区以及外侧面分别与腹板、翼稍和翼缘斜面的内侧面相互对应平行；宽面铜板的所有外侧面上均沿竖直方向开设深度方向与板面垂直的凹槽；宽面水套外侧面为长方形面，内侧中间为能够与腹板外侧的梯形凹陷区相配合接触的凸起区，凸起区两端为平齐的水平区，凸起区和各侧水平区分别以斜面相连，宽面水套内侧各部位分别与宽面铜板外侧各部位无间隙对应贴合并固定在一起，使宽面铜板外侧面上的凹槽均与宽面水套之间构成竖直的冷却水通道。
2.根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于宽面铜板的梯形腹板、翼稍、以及两个对称的翼形斜面各部分厚度相等，或者仅两个对称的翼形斜面的厚度相等。
3.根据权利要求1或2所述的结晶器，其特征在于宽面水套和窄面水套均用不锈钢或普通钢材或镀锌钢板或铝合金或镁合金制成。
4.根据权利要求3所述的结晶器，其特征在于宽面铜板和窄面铜板外侧面上开设的凹槽为矩形、半圆形、三角形、梯形、V形。
5.根据权利要求1或2或4所述的结晶器，其特征在于宽面铜板和窄面铜板外侧面上沿竖直方向均勻间隔开设所述深度方向与板面垂直的凹槽。
6.根据权利要求5所述的结晶器，其特征在于宽面铜板和窄面铜板外侧面上每间隔 10 30_开设一条所述凹槽，凹槽的深度为5 30_，宽度为3 20_。
7.根据权利要求1或2或4或6所述的结晶器，其特征在于宽面水套和窄面水套兼起支撑作用。
8.根据权利要求7所述的结晶器，其特征在于宽面水套夹置于两个窄面水套之间，或者窄面水套夹置于两个宽面水套之间。
9.根据权利要求1或2或4或6或8所述的结晶器，其特征在于窄面水套和窄面铜板之间、以及宽面水套与宽面铜板之间在紧密贴合后均以紧固螺栓固定连接。
全文摘要
本发明涉及一种H形异型坯连铸结晶器，由窄面铜板、宽面铜板以及铜板外围的不锈钢水套组成；宽面铜板的腹板外侧为与内侧中间凸出相一致的梯形凹陷区，腹板外侧的梯形凹陷区与翼稍外侧的水平区之间斜面连接形成外侧面，所述宽面铜板外侧的梯形凹陷区、水平区以及外侧面分别与腹板、翼稍和翼缘斜面的内侧面相互对应平行；宽面铜板的所有外侧面上均沿竖直方向开设凹槽；宽面水套内侧各部位分别与宽面铜板外侧各部位无间隙对应贴合并固定在一起，使宽面铜板外侧面上的凹槽均与宽面水套之间构成冷却水通道。采用此结构，能够降低结晶器宽面铜板上冷却水缝的加工难度，使宽面铜板的冷却更加均匀，同时能够有效降低结晶器宽面铜板的生产成本。
文档编号B22D11/04GK102335728SQ20111032842
公开日2012年2月1日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者叶理德, 幸伟, 徐永斌, 徐海伦, 潘国友, 邵远敬, 马春武 申请人:中冶南方工程技术有限公司