结晶器铜板的制作方法

[0001]
本实用新型涉及金属凝固和连续铸造技术领域，尤其涉及结晶器铜板。


背景技术：

[0002]
钢水在结晶器内的凝固过程是把钢水的热量通过铜板传递给冷却水的过程，铜板的传热状况和温度场分布对连铸机的产量和铸坯的表面质量具有重要影响。实践证明铸坯的大多数表面缺陷都发生在结晶器内，这些缺陷大多与结晶器的刚性不够、冷却不均匀以及内腔的形状有关。
[0003]
现有技术的倒角结晶器，例如公开号为cn104209484b的中国专利申请公开的倒角结晶器，其窄面铜板的工作面包括若干过渡曲面，从而形成了角部的倒角，相比直角结晶器而言，能够通过改变铸坯角部的传热方式来降低铸坯角部应力，从而显著减少铸坯的角部缺陷。
[0004]
然而，现有技术的倒角结晶器由于结构复杂，可修复的次数少，其使用寿命通常比直角结晶器短，提高了生产成本。另外，不同类型的结晶器适用于处理的铸坯的钢种是不同的，相比于直角结晶器，倒角结晶器所适用于处理的铸坯钢种类型较少，其应用范围受到了较大限制。
[0005]
因此，有必要设计一种新型的结晶器铜板以避免现有技术中存在的上述问题。


技术实现要素：

[0006]
本实用新型的目的在于提供一种结晶器铜板以降低生成成本并有利于拓展结晶器的应用范围。
[0007]
为实现上述目的，本实用新型的所述结晶器铜板一种结晶器铜板由待加工铜板、第一待加工倒角铜板和第二待加工倒角铜板组成；所述待加工铜板包括待处理表面，所述待处理表面由相对的两条长边和相对的两条短边围设而成；所述第一待加工倒角铜板和所述第二待加工倒角铜板均通过固化部固定连接于所述待处理表面，以形成倒角铜板，并使所述相对的两条长边形成倒角；所述倒角的弧度值不低于10，所述第一待加工倒角铜板和所述第二待加工倒角铜板的倒角高度均不低于15厘米。
[0008]
本实用新型的所述结晶器铜板的有益效果在于：不同于现有技术的一体化成型的倒角结晶器，本实用新型的结晶器铜板中，所述第一待加工倒角铜板和所述第二待加工倒角铜板均通过固化部固定连接于所述待处理表面，以形成倒角铜板，并使所述相对的两条长边形成倒角，使得形成的倒角结晶器能够通过更换倒角铜板来进行设备维护，避免了整体更换一体化成型的倒角结晶器，有效降低了生产成本；控制所述倒角的弧度值不低于10，所述第一待加工倒角铜板和所述第二待加工倒角铜板的倒角高度均不低于15厘米，有利于保证形成的倒角铜板的使用寿命。
[0009]
优选的，所述固化部包括若干紧固件，所述第一待加工倒角铜板和所述第二待加工倒角铜板通过所述若干紧固件与所述待加工铜板实现机械连接。其有益效果在于：确保
所述待加工倒角铜板和所述待加工铜板之间的结合强度，从而保证良好的使用寿命。
[0010]
进一步优选的，所述待处理表面设置有若干螺纹孔，所述螺纹孔包括内螺纹，所述紧固件的部分外侧壁具有与所述内螺纹相适配的外螺纹，以实现所述紧固件与所述待加工铜板机械连接。
[0011]
进一步优选的，所述第一待加工倒角铜板和所述第二待加工倒角铜板的表面均设置有若干光孔，部分所述紧固件的外径与所述光孔的内径相适应，以实现所述紧固件与所述第一待加工倒角铜板和所述第二待加工倒角铜板的机械连接。
[0012]
进一步优选的，所述固化部还包括冶金结合层，所述冶金结合层位于所述紧固件与所述待加工倒角铜板、所述第一待加工倒角铜板和所述第二待加工倒角铜板中任意一种的接合处，以加强所述第一待加工倒角铜板、所述第二待加工倒角铜板和所述待加工铜板之间的结合强度。
[0013]
优选的，所述紧固件、所述待加工铜板和所述待加工倒角铜板均由同一材料组成。
[0014]
优选的，所述待加工铜板包括与所述待处理表面相对的背面，所述背面设置有若干槽道以容纳冷却介质，所述若干槽道中的一部分朝向所述倒角延伸。其有益效果在于：加强对倒角部分的冷却效果，以提高铸坯的质量。
[0015]
优选的，所述倒角铜板的工作面具有抛物线锥度。
[0016]
进一步优选的，所述倒角铜板的工作面包括表面硬化层，所述表面硬化层的厚度为300-600微米。
[0017]
优选的，所述待加工铜板为直角铜板。
[0018]
优选的，所述倒角的弧度值为10-20，所述倒角高度为15-23.5毫米。
附图说明
[0019]
图1为现有技术的一种倒角结晶器的俯视图；
[0020]
图2为现有技术的一种直角结晶器的俯视图；
[0021]
图3a为本实用新型实施例的一种倒角结晶器的俯视图；
[0022]
图3b为图3a所示的第一待加工倒角铜板的结构示意图；
[0023]
图4a为图3a所示的第二直角铜板与第一待加工倒角铜板和第二待加工倒角铜板的装配结构示意图；
[0024]
图4b为本实用新型实施例的另一种第二直角铜板与图3a所示的第一待加工倒角铜板和第二待加工倒角铜板的装配结构示意图；
[0025]
图5为图4所示的部分第二直角铜板与部分第一待加工倒角铜板的装配结构示意图。
具体实施方式
[0026]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内
具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0027]
本实用新型所涉及的各类结晶器以及各类结晶器铜板均适用于板坯连铸。
[0028]
图1为现有技术的一种倒角结晶器的俯视图。图2为现有技术的一种直角结晶器的俯视图。
[0029]
参照图1和图2，与直角结晶器2相比，整体倒角结晶器1的内腔体11形成有角部12。
[0030]
在实际的应用中，对于处理某些对铸坯要求高的钢种，使用所述直角结晶器2容易在相邻的直角铜板，即第一直角铜板21和第二直角铜板22的交汇处存在拉应力，在铸坯通过所述直角结晶器2的底部出料的过程中，所述第一直角铜板21和第二直角铜板22的交汇处的拉应力作用使得铸坯的角部以及靠近角部的位置容易产生应力集中，进而容易使铸坯出现角部裂纹的缺陷。
[0031]
进一步的，铸坯出料过程中的对所述第一直角铜板21和第二直角铜板22的交汇处以及靠近交汇处位置的反作用使得所述直角结晶器2的直角位置容易出现磨损，从而进一步影响铸坯的质量。
[0032]
作为本领域公知常识的是，使用所述整体倒角结晶器1，由于所述角部12的存在以及对所述角部12的参数调整，使得通过所述整体倒角结晶器1形成的铸坯的角部温度能够高于钢种的高温脆性区，同时消除角部的应力和应变集中。
[0033]
然而，尽管所述整体倒角结晶器1相对于所述直角结晶器2而言角部的应力集中问题较不严重，但铸坯出料过程中对所述整体倒角结晶器1的内壁的磨损仍是无法避免的。所述整体倒角结晶器1的所述内腔体11通常是通过一体化加工成型，本身的制造成本就高于所述直角结晶器2，且一旦所述内腔体11发生磨损就需要更换新的倒角结晶器，极大增加了所述整体倒角结晶器1的应用成本。
[0034]
为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型实施例提供了一种结晶器铜板的加工方法以降低生成成本并有利于拓展结晶器的应用范围。
[0035]
本实用新型实施例的所述结晶器铜板的加工方法包括：
[0036]
s0：提供待加工铜板和若干待加工倒角铜板，所述待加工铜板包括待处理表面，所述待处理表面由相对的两条长边和相对的两条短边围设而成；
[0037]
s1：将所述待加工倒角铜板固定连接于所述待处理表面，使所述待处理表面的相对的两条长边形成倒角；
[0038]
s2：对经所述步骤s1得到的铜板顺次进行固化处理和硬化处理，以得到倒角铜板；
[0039]
s3：去除部分所述待加工倒角铜板后，对得到的铜板进行所述固化处理和所述硬化处理，以得到直角铜板。
[0040]
本发明实施例中，通过所述固定连接和所述固化处理，使所述待加工倒角铜板和所述待加工铜板之间具有固定部，以加强所述待加工铜板和所述待加工倒角铜板之间的结合强度。
[0041]
本实用新型实施例中，所述倒角的弧度值不低于10，所述倒角加工铜板的倒角高度不低于15厘米。
[0042]
不同于现有技术的通过一体化成型的方式制备倒角结晶器的方法，本实用新型实
施例的所述结晶器铜板的加工方法，通过所述步骤s1在原有的所述待加工铜板的基础上，将所述待加工倒角铜板固定连接于所述待加工铜板的待处理表面，再通过所述固化处理和所述硬化处理加强所述待加工倒角铜板和所述待加工铜板之间的结合强度，使得形成的所述倒角铜板的使用寿命能够与所述待加工铜板的使用寿命相当，从而在降低生成成本的同时并有利于拓展结晶器的应用范围。
[0043]
本实用新型一些实施例的所述步骤s0中，所述待加工铜板为直角铜板，所述直角铜板为构成图2所示的所述直角结晶器2内侧壁的任意一个或多个铜板。
[0044]
本实用新型一些实施例的所述步骤s0中，所述直角铜板为工作面未发生磨损的直角铜板，或者为工作面发生不同程度磨损的直角铜板。
[0045]
本实用新型实施例的所述的工作面指结晶器与铸坯相接触的表面。
[0046]
本实用新型一些实施例的所述步骤s0中，参照图2，所述待加工铜板的待处理表面为构成所述直角结晶器2内侧壁的任意一个或多个铜板的工作面。
[0047]
本实用新型一些实施例中，所述待加工铜板为所述直角结晶器2的窄面铜板。
[0048]
图3a为本实用新型实施例的一种倒角结晶器的俯视图。图3b为图3a所示的第一待加工倒角铜板的结构示意图。
[0049]
本实用新型一些实施例的所述步骤s1中，参照图2和图3a，本实用新型实施例的倒角结晶器3形成于所述直角结晶器2。将包括第一待加工倒角铜板31和第二待加工倒角铜板32的四个待加工倒角铜板分别设置于所述直角结晶器2的四个直角位置，并使每个待加工倒角铜板与所述直角结晶器2的每个直角铜板实现固定连接，每个直角铜板的待处理表面均由相对的两条长边(图中未标示)和相对的两条短边(图中未标示)围设而成，其中相对的两条长边(图中未标示)形成了倒角，进而使所述直角结晶器2的四个直角部均形成倒角。
[0050]
具体的，参照图3a和图3b，以所述第一待加工倒角铜板31为例，所述第一待加工倒角铜板31的外表面由相互平行的顶面311和底面312，以及位于所述顶面311和所述底面312之间且顺次相接的第一侧面313、倒角工作面314以及第二侧面(图中未标示)围设而成。将所述第一待加工倒角铜板31分别设置于所述第一直角铜板21和所述第二直角铜板22之间，以使所述第一侧面313沿垂直方向与所述第二直角铜板22的部分工作面相贴合，且所述第二侧面(图中未标示)沿垂直方向与所述第一直角铜板21的部分工作面相贴合。
[0051]
本实用新型一些实施例的所述步骤s1中，参照图2和图3a，提供所述直角结晶器2的第一直角铜板21，将所述第一待加工倒角铜板31和所述第二待加工倒角铜板32设置于所述第一直角铜板21，从而使所述第一直角铜板21相对的两条长边(图中未标示)形成了倒角。
[0052]
本实用新型实施例中，通过所述直角结晶器2改造形成所述倒角结晶器3，所述直角结晶器2原有的配套设备，例如结晶器背板、支撑板和水箱等均可以继续使用，从而节省了生产成本。
[0053]
图4a为图3a所示的第二直角铜板与第一待加工倒角铜板和第二待加工倒角铜板的装配结构示意图。图4b为本实用新型实施例的另一种第二直角铜板与图3a所示的第一待加工倒角铜板和第二待加工倒角铜板的装配结构示意图。
[0054]
本实用新型一些实施例中，参照图3b和图4a，所述第一待加工倒角铜板31的倒角弧度值为10-20，倒角高度h为15-23.5毫米，以有利于消除所述第一直角铜板21和所述第二
直角铜板22交汇形成的拉应力，同时改善铸坯的二维传热，特别适用于中厚板坯角部的横裂纹控制。
[0055]
具体的，所述倒角工作面314呈弧形，所述倒角工作面314与所述顶面311以及与所述底面312所形成的弧形倒角的弧度值均为10-20。
[0056]
进一步的，参照图4a，所述第一待加工倒角铜板31和所述第二待加工倒角铜板32具有同一结构，并相对所述第二直角铜板22的轴向设置方向互为镜像。
[0057]
本实用新型一些实施例中，参照图2和图3a，形成于所述直角结晶器2内的四个待加工倒角铜板具有同一结构。
[0058]
本实用新型一些实施例中，所述顶面311以及与所述底面312之间的垂直距离与所述直角结晶器2的内腔体11的垂直深度相当，以便于将所述待加工倒角铜板设置于所述直角结晶器2内。
[0059]
本实用新型一些实施例中，所述待加工铜板包括与所述待处理表面相对的背面。
[0060]
具体的，参照图4a，以所述第二直角铜板22为例，所述第二直角铜板22的待处理表面41设置所述第一待加工倒角铜板31和所述第二待加工倒角铜板32，与所述待处理表面41相对的背面42设置有若干槽道43，以容纳冷却介质。
[0061]
本实用新型一些实施例中，所述冷却介质为冷却水。
[0062]
本实用新型一些实施例中，参照图4b，所述步骤s3结束后，对靠近所述第一待加工倒角铜板31和所述第二待加工倒角铜板32的两个所述槽道43进行延伸加工以朝向所述第一待加工倒角铜板31和所述第二待加工倒角铜板32的倒角处延伸，以加强对倒角部分的冷却效果，以提高铸坯的质量。
[0063]
本实用新型一些实施例中，所述待加工倒角铜板与所述待处理铜板由同一材料组成。
[0064]
本实用新型一些实施例中，所述固定部包括若干紧固件。
[0065]
本实用新型一些实施例中，所述固定部还包括冶金结合层，所述冶金结合层位于所述紧固件与所述待加工倒角铜板、所述第一待加工倒角铜板和所述第二待加工倒角铜板中任意一种的接合处，以加强所述第一待加工倒角铜板、所述第二待加工倒角铜板和所述待加工铜板之间的结合强度。
[0066]
本实用新型一些实施例的所述步骤s1中，所述待加工倒角铜板与所述待处理铜板通过紧固件实现固定连接。
[0067]
图5为图4a所示的部分第二直角铜板与部分第一待加工倒角铜板的装配结构示意图。
[0068]
参照图4a和图5，以所述第一待加工倒角铜板31与所述第二直角铜板22为例，所述第一待加工倒角铜板31和所述第二直角铜板22的所述待处理表面41通过若干紧固件51实现固定连接，以加强所述第一待加工倒角铜板31和所述待处理表面41的结合强度。
[0069]
本实用新型一些实施例中，所述第二直角铜板22与所述第一待加工倒角铜板31相贴合的表面开设有若干螺纹孔，所述螺纹孔具有内螺纹，所述第一待加工倒角铜板31与所述第二直角铜板22相贴合的表面开设有与所述螺纹孔对应的光孔，所述紧固件51的一部分开设有与所述内螺纹相适配的外螺纹，另一部分的外径与所述光孔的内径相适应。将所述紧固件51的一部分通过所述内螺纹和所述外螺纹设置于所述第二直角铜板22后，另一部分
与所述光孔相适配，从而实现所述第二直角铜板22与所述第一待加工倒角铜板31的贴合。
[0070]
具体的，所述紧固件5为螺栓，以实现螺栓连接。
[0071]
进一步的，对所述紧固件51与所述第一待加工倒角铜板31和所述第二直角铜板22的结合处进行焊接处理，以加强所述第二直角铜板22与所述第一待加工倒角铜板31的结合强度。
[0072]
进一步的，所述焊接处理完毕后，对所述第一待加工倒角铜板31的工作面进行打磨处理，以保证表面粗糙度。
[0073]
本实用新型一些具体的实施例中，所述紧固件、所述待加工铜板和所述待加工倒角铜板均由同一材料组成。
[0074]
本实用新型一些实施例中，所述紧固件、所述待加工铜板和所述倒角铜板的组成材料均为铬镐铜合金。
[0075]
本实用新型一些实施例的所述步骤s2中，所述固化处理的温度为550-580摄氏度，压力为0.2兆帕，时间不低于5小时，以有利于提高所述待加工倒角铜板与所述待加工铜板之间的结合强度，以提高所述倒角结晶器3的使用寿命。
[0076]
本实用新型一些实施例的所述步骤s3中，所述硬化处理包括电镀和喷涂中的任意一种。
[0077]
本实用新型一些实施例中，所述喷涂包括热喷涂处理。
[0078]
具体的，本实用新型实施例1中，参照图2和图3a，所述固化处理结束后，对包括所述第一待加工倒角铜板31和所述第二待加工倒角铜板32的四个待加工倒角铜板与所述直角结晶器2的内腔壁所形成的新内腔壁进行清洗后，使用超音速火焰喷涂设备对所述新内腔壁进行所述热喷涂处理，以形成表面硬化层。
[0079]
更具体的，使所述火焰喷涂设备的喷口垂直于所述新内腔壁，控制喷涂距离为360-400毫米，所述火焰喷涂设备采用氧气作为燃气，氩气作为载气，控制氧气的流量为1800
--
2000立方英尺/小时，氩气的流量为20-25立方英尺/小时，以使形成的表面硬化层的厚度为300-600微米。
[0080]
本实用新型一些实施例中，所述步骤s2完成后，去除部分所述待加工倒角铜板以形成另一待处理表面，便于通过及时更换磨损的待加工倒角铜板以形成新的适用于不同应用场景的铜板，以降低生产成本。
[0081]
本实用新型一些实施例中，使用激光切割法去除部分所述待加工倒角铜板，以准确定位切割部位，以有利于不破坏通过所述固化处理形成的固化层。
[0082]
本实用新型一些实施例中，所述另一待处理表面位于所述固化层和所述表面硬化层之间，以有利于不破坏通过所述固化层，以保证所述待加工倒角铜板与所述待加工铜板的结合强度。
[0083]
具体的，参照图5，以所述第二直角铜板22和所述第一待加工倒角铜板31的结合处为例，若干所述紧固件51固定连接于所述第二直角铜板22和所述第一待加工倒角铜板31的结合处后，若干所述紧固件51的顶部形成第一参考线52，由于后续对所述紧固件51与所述第一待加工倒角铜板31和所述第二直角铜板22的结合处进行了焊接处理，并进一步进行了固化处理以实现冶金结合，为避免切割的过程中破坏通过所述冶金结合形成的结合层，以所述第一参考线52为基准，于远离所述第二直角铜板22和所述第一待加工倒角铜板31的结
合处形成第二参考线53，从而控制通过所述激光切割法形成的切割面不低于所述第二参考线53。
[0084]
具体的，所述紧固件51的顶部距离所述另一待处理表面的最小垂直距离为3-6毫米。
[0085]
本实用新型一些实施例中，参照图5，若干所述紧固件51距离所述第二直角铜板22和所述第一待加工倒角铜板31的结合处的垂直距离相同，所述第一参考线52与所述第二参考线53之间的垂直距离为3-6毫米。
[0086]
本实用新型一些实施例中，若干所述紧固件51中包括距离所述第二直角铜板22和所述第一待加工倒角铜板31的结合处的垂直距离最大的紧固件，这个紧固件的顶部形成平行于所述第二直角铜板22和所述第一待加工倒角铜板31的结合处的参考线为所述第一参考线。
[0087]
本实用新型一些实施例中，所述另一待处理表面形成后，将另一待加工倒角铜板固定连接于所述另一待处理表面后，执行所述步骤s1和所述步骤s2，以得到新倒角铜板，以便于及时更换磨损的倒角铜板，从而降低生产成本。
[0088]
以下通过更具体的实施例来说明本实用新型的结晶器铜板的加工方法的有益效果。
[0089]
本实用新型更具体的实施例中，如图1所示的通过一体化加工成型得到的所述整体倒角结晶器1的组成材料为铬镐铜合金。过钢量以窄面铜板为统计基准，所述整体倒角结晶器1在未出现可修复缺陷前的新品过钢量为1.3万吨，出现可修复缺陷的次数为3次，修复后的所述整体倒角结晶器1的修复过钢量为0.8万吨；结合所述整体倒角结晶器1的价格和修复成本统计的吨钢成本为1.783元。所述整体倒角结晶器1经3次修复后，再次出现的缺陷为不可修复缺陷，即不能再继续使用。这里所述的对可修复缺陷的修复以及吨钢成本的统计方法为本领域技术人员的公知手段，在此不做赘述。
[0090]
如图2所示的直角结晶器2与所述整体倒角结晶器1具有相同的组成材料、壁厚和锥度。过钢量以所述直角结晶器2的窄面铜板为统计基准，所述直角结晶器2能够经6次修复以消除可修复缺陷，未出现可修复缺陷前的新品过钢量为2万吨，经6次修复后的修复过钢量为1.8万吨；结合所述直角结晶器2的价格和修复成本统计的吨钢成本为0.234元。
[0091]
而通过本实用新型实施例的结晶器铜板的加工方法得到的如图3所示的所述倒角结晶器3，其组成材料、结构以及尺寸与所述整体倒角结晶器1一致。过钢量以所述倒角结晶器3的窄面铜板为统计基准，所述倒角结晶器3能够经6次修复以消除可修复缺陷，未出现可修复缺陷前的新品过钢量为1.8万吨，经6次修复后的修复过钢量为1.5万吨；结合所述倒角结晶器3的价格和修复成本统计的吨钢成本为0.407元。
[0092]
综上所述，对于所述倒角结晶器3，新品过钢量高于所述整体倒角结晶器1，且接近所述直角结晶器2；可修复次数与所述直角结晶器2相当，并为所述整体倒角结晶器1的两倍；修复过钢量与所述整体倒角结晶器1相比更是提高了将近90％，且与所述直角结晶器2的修复过钢量相比仅下降了约17％。
[0093]
从吨钢成本上来看，所述倒角结晶器3的吨钢成本相比所述整体倒角结晶器1而言降低了77％，若以年产180万吨钢统计，能够至少节省248万元的成本；所述倒角结晶器3的吨钢成本相比所述直角倒角结晶器2而言尽管有所提高，但所述倒角结晶器3能够处理所述
直角结晶器2无法处理的铸坯钢种，特别是对质控要求高的特种钢铸坯，这类铸坯的销售价格明显优于普通铸坯；且根据生产需求还能够通过本申请的加工方法将所述倒角结晶器3还原为所述直角结晶器2，有利于提高生产线的灵活度。
[0094]
综上所述，通过本实用新型实施例的结晶器铜板的加工方法，使得形成的所述倒角铜板的使用寿命能够与所述待加工铜板的使用寿命相当，从而降低生产成本；当需要应用直角铜板，通过去除部分所述待加工倒角铜板后，再通过所述固化处理和所述硬化处理形成直角铜板，有利于拓展结晶器的应用范围。
[0095]
虽然在上文中详细说明了本实用新型的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本实用新型的范围和精神之内。而且，在此说明的本实用新型可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。