专利名称：一种结晶器铜管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种连铸用设备，尤其涉及一种结晶器。
背景技术：
结晶器是连铸机的核心部件，铸坯的质量问题都与坯壳和结晶器铜管之间的传热不均匀有关。目前国内外使用的结晶器主要有三种类型:(I)在整个铜管内壁纵剖面具有单一锥度的结晶器。这种结晶器制造简单，应用较为普遍，其缺点是铜管内腔形状不能完全适应坯壳的收缩。(2)在整个铜管内壁纵剖面具有双锥度、多锥度以及抛物线、双曲线锥度的结晶器。这种类型的结晶器的缺点是当钢水温度、成分、及拉坯速度变化时，内腔曲面不能与坯壳收缩相匹配，易造成气隙过大或拉坯阻力增加。例如，
公开日为2002年5月8日，公开号为CN2489897，名称为“结晶器铜管”的中国专利文献公开了一种向一侧弯曲的方形或矩形的铜管，铜管内腔从上口至下口为锥形，铜管内腔从上口至下口为锥度分段的双锥或三锥或多锥，或者抛物线型内腔形状，上段或上部分的锥度大于下段或下部分的锥度。
公开日为2006年11月29日，公开号为CN2841197，名称为“双W型高拉速结晶器铜管”中国专利文献公开了一种双曲线型结晶器铜管，该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，满足高拉速对结晶器铜管的要求。(3)是凸凹结晶器。这种类型结晶器铜管的上部内壁面四周向外凸，中部内壁恢复成平面，下端内壁向内凹形成凹面。坯壳向下运动的过程中会受到结晶器铜管的挤压，而使坯壳与铜管内壁间的气隙厚度减少，传热效率增加，拉坯速度提高。但是，这种类型结晶器的缺点是没有考虑在结晶器上部坯壳角部的挤压应力，在结晶器上部，由于内壁的收缩挤压作用，坯壳角部有向外伸展趋势，当坯壳收缩不能补偿角部伸展时，在坯壳中心与角部之间凝固薄弱部位产生翘起，该处坯壳生长不完全，产生凹陷；坯壳收缩过大时气隙增大，角部转动加剧，诱发皮下裂纹和纵向凹陷产生。
发明内容本实用新型的发明目的是提供一种结晶器铜管，其通过合理的结构设计，能够克服现有结晶器铜管的缺点，适应多钢种及工艺状况下坯壳的凝固收缩，使坯壳与结晶器铜管壁具有良好的接触，从而具有更好的传热效果，使坯壳生长更加均匀，进而提高铸坯质量和生产效率，降低连铸漏钢率。根据上述发明目的，本实用新型提出了一种结晶器铜管，其沿轴向方向(即长度方向)具有一上口和一下口，其中:所述结晶器铜管的轴向内腔曲线为一抛物线；所述结晶器铜管沿其轴向方向自上而下依次具有一第一段、一第二段和一第三段；所述第一段内腔的锥度大于第二段内腔的锥度，第二段内腔的锥度大于第三段内腔的锥度；所述第一段的径向内腔轮廓线为一近似四边形，该近似四边形的四条边均为向外凸出的曲线，该近似四边形的四个角均为圆角，且四条边与圆角平滑过渡，自上而下地所述第一段各径向内腔轮廓线的圆角的半径逐渐减小；所述第二段的径向内腔轮廓线为另一近似四边形，该近似四边形的四条边也均为向外凸出的曲线，该近似四边形的四个角均为圆角，且四条边与圆角平滑过渡，所述第二段各径向内腔轮廓线的圆角半径不变；所述第三段的径向内腔轮廓线为又一近似四边形，该近似四边形的四条边均为直线，该近似四边形的四个角均为向外凸出于四条边的凸圆角，该近似四边形的四条边与四个凸圆角圆滑过渡，所述第三段各径向内腔轮廓线的凸圆角的半径不变；并且自上而下，所述第一段和第二段的近似四边形中向外凸出的曲线的半径逐渐增大，以过渡为第三段的近似四边形中的直线。本技术方案中的铜管结晶器的内腔在纵向(或称为轴向方向)上是呈抛物线渐变的，结晶器铜管内腔从上口至下口为锥形，结晶器铜管第一段和第二段的内腔壁均向外圆滑凸起，这一圆滑凸起自上而下逐渐渐变为第三段的直线(即第三段的内腔壁为平面)。在第一段和第二段，圆角与壁面(即向外凸起的曲线)平滑切线过渡，只是第一段的圆角是沿着轴向方向从上往下渐变的(逐渐变小)，而在第二段圆角的半径是不变的，这半径固定不变的圆角向下逐渐形成第三段中向外凸起的凸圆角，凸圆角与平直的壁面通过曲面圆滑过渡。由于结晶器铜管的锥度是自上而下逐渐减小的，故沿着轴向方向自上而下的各径向内腔轮廓线的四条边的长度也是逐渐减小的，其是为了适应坯壳拐角处双向冷却均匀程度。在结晶器铜管的下段，坯壳已经有一定的厚度和强度，如果采用普通的结晶器铜管浇铸，由于钢种凝固特性、拉速、过热度的变化，当坯壳收缩过小时，壁面挤压导致角部应力过大,会产生凹陷。同时角部坯壳与铜管壁摩擦增加,会加剧铜管角部磨损并以诱发角部拉裂和表面增铜。反之，当坯壳收缩过大时，由于钢水静压力作用，主平面坯壳与结晶器内壁接触，可进行传导换热，结晶器铜管角部由于二维冷却收缩明显，使靠近角部的过渡区坯壳与结晶器壁分离，导致过渡区坯壳只能通过热辐射一维换热，形成具有较小坯壳厚度的弱生长区，生长不均匀导致该处应力集中，最终导致漏钢危险。而本实用新型所述的结晶器铜管的内腔形状适合钢水成型规律。采用本技术方案所述的结晶器铜管进行浇铸时，铜管内壁挤压坯壳凸面，迫使坯壳向内收缩，以提高钢坯质量。结晶器铜管角部结构既可适应不同工况下，铸坯角部以及角部过渡部位初生坯壳与铜管均匀换热及生长，又能防止坯壳拐角对结晶器铜管的磨损，对防止漏钢很有好处。此外，本实用新型所述的结晶器铜管由于上部内腔壁为带有外凸圆角的凸面，可有效防止角部拉裂、表面增铜和漏钢的发生。当坯壳收缩小时，角部被挤压进入凸起的角部，辐射缓冷，过渡区坯壳被挤压与结晶器壁接触换热良好；当坯壳收缩较大时，坯壳角部形成气隙因而收缩减弱，减弱了过渡区与结晶器壁的翘起分离，避免弱生长区形成。进一步地，在本技术方案中，结晶器铜管的长度为850-1000mm，所述第一段的长度为200-300mm，所述第三段的长度为350_500mm。本实用新型所述的结晶器铜管与现有结晶器相比具有如下优点:[0017]结晶器铜管的内腔结构可以概括为:角部外凸，内壁主面上段外凸并逐渐向下收缩，最后过渡为下段平直结构，其能够适应多钢种及工艺状况下坯壳的凝固收缩，使坯壳与结晶器铜管壁具有良好的接触，传热效果更好，坯壳生长更加均匀，避免了由于锥度不合理导致的铸坯角部挤压和转动，提高铸坯质量和生产效率，降低连铸漏钢率，同时减少了坯壳对铜管内壁的磨损问题。本实用新型所述的结晶器铜管适用于浇铸易裂钢种，如马氏体不锈钢、中碳包晶钢等，但不限于上述这些钢种，普碳钢、合金钢、不锈钢等同样适用。说明书附图
图1为本实用新型所述的结晶器铜管内腔的轴向剖视图。图2为
图1中A-A处的剖视图。图3为
图1中B-B处的剖视图。
具体实施方式
以下将结合具体的实施例和说明书附图对本实用新型所述的结晶器铜管进行进一步地详细介绍。如
图1所示，该结晶器铜管沿轴向方向具有上口 11和下口 12，从图中可以看出该结晶器铜管的轴向内腔曲线13为抛物线，且该结晶器铜管的锥度是自上而下逐渐减小的。面A-A和B-B将该结晶器铜管分成了三段，自上而下依次为第一段、第二段和第三段。图2显示了
图1中A-A处的剖面俯视图。以面A-A为分界，A-A以上为第一段，以下为第二段。如图2所示，A-A处的径向内腔轮廓线为一近似四边形，该近似四边形的四条边均为向外凸出的曲线2、3，其四个角均为圆角4，其半径为R3，且四条边与圆角平滑过渡。在本实施例中，自上而下地第一段各径向内腔轮廓线的圆角4的半径R3逐渐减小，内壁的直线长度a和b也逐渐减小，但同时四条边的曲线2和3的半径Rl和R2逐渐增大(也就是说曲线在逐渐变得越来越平直)。第二段的各径向内腔轮廓线的圆角4的半径R3不变，内壁的直线长度a和b逐渐减小，同时四条边的曲线2和3的半径Rl和R2逐渐增大(也就是说曲线在逐渐过渡为直线)。图3显示了
图1中B-B处的剖面俯视图。从图中可以看出，第三段的径向内腔轮廓线为一近似四边形，该近似四边形的四条边为直线6和7，该四个角均为向外凸出于四条边的凸圆角5，该近似四边形的四条边与四个凸圆角通过曲线8圆滑过渡，第三段各径向内腔轮廓线的凸圆角5的半径R4不变，直线段6和7的长度c和d逐渐减小。本技术方案中的铜管结晶器的内腔在轴向方向上是呈抛物线渐变的，结晶器铜管内腔从上口至下口为锥形，结晶器铜管第一段和第二段的内腔壁均向外圆滑凸起，这一圆滑凸起自上而下逐渐渐变为第三段的直线。在第一段和第二段，圆角与壁面平滑切线过渡，只是第一段的圆角是沿着轴向方向从上往下逐渐变小，而在第二段圆角的半径是不变的，这半径固定不变的圆角向下逐渐形成第三段中向外凸起的凸圆角，凸圆角与平直的壁面通过曲面圆滑过渡。由于结晶器铜管的锥度是自上而下逐渐减小的，故沿着轴向方向自上而下的各径向内腔轮廓线的四条边的长度也是逐渐减小的。采用本技术方案所述的结晶器铜管进行浇铸时，铜管内壁挤压坯壳凸面，迫使坯壳向内收缩，从而会提高钢坯的质量。结晶器铜管角部结构既可适应不同工况下、铸坯角部以及角部过渡部位初生坯壳与铜管均匀换热及生长，又能防止坯壳拐角对结晶器铜管的磨损，从而能防止漏钢。此外，当坯壳收缩小时，坯壳角部被挤压进入凸起的角部，辐射缓冷，过渡区坯壳被挤压，与结晶器铜管内壁接触换热良好；当坯壳收缩较大时，坯壳角部形成气隙，因而收缩减弱，减弱了过渡区与结晶器壁的翘起分离，从而避免了弱生长区的形成。要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种结晶器铜管，其沿轴向方向具有一上口和一下口 ；其特征在于: 所述结晶器铜管的轴向内腔曲线为一抛物线；所述结晶器铜管沿其轴向方向自上而下依次具有一第一段、一第二段和一第三段；所述第一段内腔的锥度大于第二段内腔的锥度，第二段内腔的锥度大于第三段内腔的锥度；所述第一段的径向内腔轮廓线为一近似四边形，该近似四边形的四条边均为向外凸出的曲线，该近似四边形的四个角均为圆角，且四条边与圆角平滑过渡，自上而下地所述第一段的各径向内腔轮廓线的圆角半径逐渐减小；所述第二段的径向内腔轮廓线为另一近似四边形，该近似四边形的四条边也均为向外凸出的曲线，该近似四边形的四个角均为圆角，且四条边与圆角平滑过渡，所述第二段的各径向内腔轮廓线的圆角半径不变；所述第三段的径向内腔轮廓线为又一近似四边形，该近似四边形的四条边均为直线，该近似四边形的四个角均为向外凸出于四条边的凸圆角，该近似四边形的四条边与四个凸圆角圆滑过渡，所述第三段各径向内腔轮廓线的凸圆角的半径不变；并且自上而下，所述第一段和第二段的近似四边形中向外凸出的曲线的半径逐渐增大，以过渡为第三段的近似四边形中的直线。
2.如权利要求1所述的结晶器铜管，其特征在于，结晶器铜管的长度为850-1000mm，所述第一段的长度为200-300mm，所述第三段的长度为350_500mm。
专利摘要本实用新型公开了一种结晶器铜管，其轴向内腔曲线为一抛物线；结晶器铜管沿其轴向方向自上而下依次具有一第一段、一第二段和一第三段；所述第一段的径向内腔轮廓线为一近似四边形，该近似四边形的四条边均为向外凸出的曲线，该近似四边形的四个角均为圆角，自上而下地所述第一段各径向内腔轮廓线的圆角的半径逐渐减小；所述第二段的径向内腔轮廓线为另一近似四边形，且第二段各径向内腔轮廓线的圆角半径不变；所述第三段的径向内腔轮廓线为又一近似四边形，该近似四边形的四条边均为直线，该近似四边形的四个角均为向外凸出于四条边的凸圆角，所述第三段各径向内腔轮廓线的凸圆角的半径不变。
文档编号B22D11/04GK203061823SQ20132003173
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者李成斌, 沈建国, 徐荣军, 陈家昶 申请人:宝山钢铁股份有限公司