连铸管式结晶器的制作方法

本发明属于冶金设备领域，具体涉及一种连铸管式结晶器。

背景技术：

连铸管式结晶器的主体是由一块铜管直接成型，铜管外套设有水套，冷却水与整个铜管冷面接触。相比于组合式结晶器，连铸管式结晶器没有铜板之间的角缝，并且角部水缝布置更为合理，对铸坯冷却更均匀，角部质量更好。但是连铸管式结晶器的铜管一般较薄，仅在结晶器顶部和底部用法兰将铜管与水套固定，阻止顶部和底部的变形，铜管的中部与水套之间无法像组合式结晶器一样用螺栓连接固定，又由于连铸管式结晶器的高度较大，一般在0.9m左右，因此容易在钢水静压力、冷却水静压力和热应力作用下导致铜管中部产生较大变形，铜管变形最大的区域在钢液液面下0.1m的位置。

研究表明，随着连铸管式结晶器横截面的增大，变形量也随之增加0.4～1.4mm，传热热阻增加30％～70％，会显著影响铸坯的传热和凝固行为，造成局部传热不均，形成裂纹等缺陷，尤其是铸坯角部裂纹。此外，铜管变形量增加后，铜管与铸坯的磨损增加，会降低铜管的使用寿命。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效减小现有铜管的中部变形量的连铸管式结晶器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：连铸管式结晶器，包括铜管和水套；所述铜管呈矩形，且铜管上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接；所述水套套设在铜管上，且水套与铜管之间形成有水缝；还包括沿铜管的高度方向设置在圆弧部的外表面上的铜条，所述铜条的外表面为弧形面并与水套的内表面配合相贴在一起。

进一步的是，所述铜条外表面的弧形长度为5～40mm，铜条的外表面与铜管的外表面之间的距离为4～10mm。

进一步的是，所述铜管的高度为h1，所述铜条的高度为h2，100mm≤h2≤h1-20mm。

进一步的是，所述铜条的顶部比铜管的顶部低至少10mm，所述铜条的底部比铜管的底部高至少10mm。

进一步的是，所述铜条焊接在铜管上，铜条的侧面与铜管的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接。

进一步的是，所述圆弧倒角的半径为2～5mm。

进一步的是，所述圆弧部上设置有至少两根铜条，且各圆弧部上的铜条沿铜管的高度方向间隔分布。

进一步的是，所述圆弧部上的相邻两根铜条之间的间距为50～400mm。

进一步的是，所述铜条所在区域为铜管的中部加强区，所述中部加强区的顶部与铜管顶部之间的距离为80mm，中部加强区的底部与铜管顶部之间的距离为300mm。

进一步的是，所述铜管的顶部和底部上分别设有顶部法兰和底部法兰，并通过顶部法兰和底部法兰分别与水套的顶部和底部固定在一起。

本发明的有益效果是：通过沿铜管的高度方向在铜管的圆弧部外表面上设置铜条，一方面可以加强铜管的结构强度，另一方面铜条还可以与水套紧密配合在一起，因此能显著减小已生产的管式结晶器的铜管中部的变形量，并提高所生产连铸坯的质量和该结晶器的使用寿命。同等工况下测试，该连铸管式结晶器与现有的连铸管式结晶器相比，铜管变形量减小了25％～58％(平均约为46％)，铸坯角部裂纹率降低了25％～40％(平均约为31％)，使用寿命增加了29％～62％。

附图说明

图1是本发明的实施结构示意图；

图2是图1中a处的局部放大图；

图中标记为：铜管10、水套20、水缝30、铜条40。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

结合图1和图2所示，连铸管式结晶器，包括铜管10和水套20；铜管10呈矩形，且铜管10上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接；水套20套设在铜管10上，且水套20与铜管10之间形成有水缝30；还包括沿铜管10的高度方向设置在圆弧部的外表面上的铜条40，铜条40的外表面为弧形面并与水套20的内表面配合相贴在一起。

铜管10包括有四个圆弧部，分别位于其四个角部；一般在铜管10的顶部和底部上分别设有顶部法兰和底部法兰，并通过顶部法兰和底部法兰分别与水套20的顶部和底部固定在一起。铜条40设于圆弧部的外表面上，可与圆弧部嵌入式相连、通过连接件相连，优选与圆弧部焊接在一起；由于铜条40的外表面为弧形面并与水套20的内表面配合相贴在一起，因此水套20套在铜管10上后，铜管10可通过铜条40与水套20紧密配合在一起；铜条40一般由与铜管10相同的材料制作而成。为了使铜条40与水套20完美配合在一起，优选使铜条40外表面的弧形长度为5～40mm，使铜条40的外表面与铜管10的外表面之间的距离为4～10mm。

通常铜管10的高度为h1，铜条40的高度为h2；为了尽可能减小了铜管10中部的变形量，并保证冷却效果，优选使100mm≤h2≤h1-20mm。即使得铜条40的最小高度不小于100mm，最大高度比铜管10的高度小20mm。再优选的，成型铜条40时，需使得铜条40的顶部比铜管10的顶部低至少10mm，铜条40的底部比铜管10的底部高至少10mm。

再如图2所示，为保证铜条40与铜管10相接部位的结构强度，并提高对水的导流效果，通常使铜条40焊接在铜管10上，铜条40的侧面与铜管10的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接。优选的，上述圆弧倒角的半径为2～5mm。

作为本发明的一种优选方案，该连铸管式结晶器中，圆弧部上设置有至少两根铜条40，且各圆弧部上的铜条40沿铜管10的高度方向间隔分布。通过在圆弧部上设置多根铜条40，能够进一步减小铜管10的变形量，同时还提高了冷却水的冷却效果。

在上述基础上，优选使圆弧部上的相邻两根铜条40之间的间距为50～400mm。

一般将铜条40所在区域划分为铜管10上的中部加强区，为最大程度减小铜管10中部的变形量，优选使中部加强区的顶部与铜管10顶部之间的距离为80mm，中部加强区的底部与铜管10顶部之间的距离为300mm。

实施例1

某连铸管式结晶器，包括铜管10、水套20和铜条40；铜管10横截面为320mm×410mm的矩形，铜管10上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接，共四个圆弧部；水套20套设在铜管10上，且水套20与铜管10之间形成有水缝30；铜条40沿铜管10的高度方向设置在圆弧部的外表面上，铜条40的外表面为弧形面并与水套20的内表面配合相贴在一起；铜条40共四根并分别位于四个圆弧部上，铜条40外表面的弧形长度为30mm，铜条40的外表面与铜管10的外表面之间的距离为8mm，铜条40的高度为800mm；铜条40的顶部比铜管10的顶部低50mm，铜条40的底部比铜管10的底部高50mm；铜条40的侧面与铜管10的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接，圆弧倒角的半径为4mm。

同等工况下测试，该连铸管式结晶器与现有的连铸管式结晶器相比，连铸过程中冷却水温度升高4～5℃，铸坯角部缺陷降低40％，下线后测量铜管10变形量减少58％，结晶器的寿命增加62％。

实施例2

某连铸管式结晶器，包括铜管10、水套20和铜条40；铜管10横截面为150mm×150mm的矩形，铜管10上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接，共四个圆弧部；水套20套设在铜管10上，且水套20与铜管10之间形成有水缝30；铜条40沿铜管10的高度方向设置在圆弧部的外表面上，铜条40的外表面为弧形面并与水套20的内表面配合相贴在一起；铜条40共四根并分别位于四个圆弧部上，铜条40外表面的弧形长度为10mm，铜条40的外表面与铜管10的外表面之间的距离为5mm，铜条40的高度为700mm；铜条40的顶部比铜管10的顶部低100mm，铜条40的底部比铜管10的底部高100mm；铜条40的侧面与铜管10的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接，圆弧倒角的半径为2mm。

同等工况下测试，该连铸管式结晶器与现有的连铸管式结晶器相比，连铸过程中冷却水温度升高5～6℃，铸坯角部缺陷降低25％，下线后测量铜管10变形量减少25％，结晶器的寿命增加29％。

实施例3

某连铸管式结晶器，包括铜管10、水套20和铜条40；铜管10横截面为200mm×200mm的矩形，铜管10上彼此相邻的侧面通过圆弧部平滑过渡连接，共四个圆弧部；水套20套设在铜管10上，且水套20与铜管10之间形成有水缝30；铜条40沿铜管10的高度方向设置在圆弧部的外表面上，铜条40的外表面为弧形面并与水套20的内表面配合相贴在一起；铜条40外表面的弧形长度为20mm，铜条40的外表面与铜管10的外表面之间的距离为6mm，铜条40的高度为100mm；铜条40共12根，每个圆弧部上沿铜管10的高度方向间隔分布有3根铜条40；其中，位于上部的4根铜条40的顶部比铜管10的顶部低80mm，位于中部的4根铜条40的顶部比铜管10的顶部低200mm，位于下部的4根铜条40的顶部比铜管10的顶部低350mm；铜条40的侧面与铜管10的外表面通过圆弧倒角平滑过渡连接，圆弧倒角的半径为5mm。

同等工况下测试，该连铸管式结晶器与现有的连铸管式结晶器相比，连铸过程中冷却水温度升高5～6℃，铸坯角部缺陷降低31％，下线后测量铜管10变形量减少46％，结晶器的寿命增加55％。