一种具有新型冷却结构的连铸结晶器铜板的制作方法

1.本实用新型涉及冶金连铸技术领域，具体而言，涉及一种具有新型冷却结构的连铸结晶器铜板。


背景技术：

2.连铸结晶器是钢水由液态开始生成初生坯壳，坯壳厚度逐渐增大的场所，其结晶器铜板冷却结构设计是否合理，直接影响结晶器铜板使用寿命、铸坏的质量和连铸机的作业率。连铸结晶器自下而上依次为低温区、过渡区、高温区。随着连铸技术的发展，对连铸效率要求也越来越高，相应的，要求连铸拉速也在不断提高，然而，提高拉速势必带来高温区域，热流密度越来越大，结晶器铜板在该处热面温度越来越高，铜板高温区热面产生裂纹的现象越来越严重。
3.鉴于此，特提出本实用新型。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种具有新型冷却结构的连铸结晶器铜板，通过该连铸结晶器铜板有助于提高整块铜板的热交换能力，从而避免铜板在局部区域产生裂纹，提高铜板的质量和使用寿命。发明人通过对钢水注入结晶器高温区域的冷却结构进行优化设计，使铜板在热流密度大的区域冷却能力提高，增加了热交换能力，降低热流密度大的热面温度，可以彻底消除铜板裂纹现象，同时延长铜板的整体使用寿命。
5.本实用新型是这样实现的：
6.本实用新型提供了一种具有新型冷却结构的连铸结晶器铜板，其包括正面为工作面、背面为冷却面的铜板主体，在冷却面上沿冷却剂的流动方向，自下而上依次为低温区、过渡区和高温区，冷却面的周边为密封面，在密封面上呈列排布有若干与供水容器连接的销栓螺孔，每列销栓螺孔经加强筋连接，且加强筋与密封面等高，每相邻两列销栓螺孔之间具有相对独立的冷却区间，且在每个冷却区间内设置多个导流冷却筋，多个导流冷却筋将每个冷却区间划分为多个冷却水槽，高温区的导流冷却筋的高度及宽度均小于过渡区的导流冷却筋的高度及宽度，且高温区的导流冷却筋的高度及宽度均小于低温区的导流冷却筋的高度及宽度；
7.冷却水槽包括高温区冷却水槽、过渡区冷却水槽和低温区冷却水槽，高温区冷却水槽的宽度大于过渡区冷却水槽的宽度，高温区冷却水槽的宽度大于低温区冷却水槽的宽度。
8.发明人对整个铜板的高温区、过渡区和低温区设置相对独立的冷却区间，一方面加宽了位于高温区和过渡区的冷却区间的冷却水槽的宽度，有利于增大铜板与冷却剂的接触面，有利于增加铜板在增大铜板在高温区和过渡区的冷却匹配能力，可有效避免因连铸钢水造成铜板局部热流密度过大，铜板热面温度过高而导致的铜板局部过热，产生裂纹现象的发生；真正使铜板冷却能力与热负荷更匹配，铜板裂纹现象消失或减轻，从而提高结晶
器铜板使用寿命。发明人通过提高此部分的热交换能力，进而避免了铜板在该区域产生裂纹。另一方面，设置位于高温区的冷却区间的导流冷却筋的高度和宽度大于过渡区 (以及低温区)的冷却区间的导流冷却筋的高度和宽度，高温区冷却水槽的宽度大于过渡区(以及低温区)冷却水槽的宽度，这样设置，从高温区向低温区水流截面变化平顺，可有效避免结晶器铜板热面温度产生剧烈突变，防止结晶器铜板产生应力集中，防止铜板裂纹现象发生。
9.此外，发明人发现：对整个铜板的高温区、过渡区和低温区设置相对独立的冷却区间，有助于增加整块铜板的高温区的冷却截面积，使得整块铜板的热流密度大的区域冷却能力都能够得以提高，避免了局部(例如铜板中间或铜板的端部)冷却能力较差，导致局部区域的热交换能力低，进而产生局部裂纹(例如铜板中间或铜板的端部)，较少铜板的整体使用寿命。
10.在本实用新型应用较佳的实施方式中，沿低温区向高温区方向，过渡区的导流冷却筋的高度及宽度均递减。
11.在本实用新型应用较佳的实施方式中，沿低温区向高温区方向，过渡区冷却水槽的深度由深变浅。
12.设立过渡区沿低温区向高温区方向，导流冷却筋的高度及宽度逐渐减小，冷却水槽的深度逐渐变浅。其目的在于：(1)建立过渡区铜板热流密度与相应的冷却能力要求相适应，(2)减小铜板应力，避免裂纹的产生。
13.在一种可选的实施方式中，上述过渡区的导流冷却筋及高温区的导流冷却筋均是通过铣削的方式加工生产，从密封面向工作面方向铣削，使过渡区的导流冷却筋的高度及宽度由低温区向高温区发展，由大逐渐减小，至高温区导流冷却筋的高度及宽度变到最小；使过渡区冷却水槽的深度，由低温区向高温区发展，由深逐渐变浅。从连铸结晶器铜板的冷却面看，沿低温区向高温区，位于过渡区的冷却水槽的宽度过渡断面呈“八”字型逐步扩大，对应的过渡区导流冷却筋，则是由高温向低温区发展，宽度过渡断面呈“八”字型扩大。
14.在本实用新型应用较佳的实施方式中，在高温区，围绕销栓螺孔的周边设置有分流凸台，并且分流凸台设置在加强筋上的单侧或双侧。
15.在本实用新型应用较佳的实施方式中，分流凸台与销栓螺孔不在同一水平线上，分流凸台与高温区导流冷却筋等高。
16.在本实用新型应用较佳的实施方式中，在销栓螺孔与分流凸台之间具有分流冷却槽，分流冷却槽减薄了加强筋的厚度，并形成流畅的分流花水槽。
17.分流花水槽的设置，有效增强了高温区的加强筋部位的冷却能力，使此部分热面裂纹现象消失，提高了结晶器铜板的使用寿命。
18.在本实用新型应用较佳的实施方式中，分流凸台上设置有固定螺孔。
19.在本实用新型应用较佳的实施方式中，在高温区和过渡区，还设置有与冷却区间相匹配的盖板。
20.在本实用新型应用较佳的实施方式中，盖板通过固定件固定在固定螺孔上。
21.在本实用新型应用较佳的实施方式中，固定件包括不限于：螺钉、螺杆、螺块、固定条或固定片。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
23.本实用新型通过该连铸结晶器铜板有助于提高整块铜板的热交换能力，从而避免
铜板在局部区域产生裂纹，提高铜板的质量和使用寿命。发明人通过对钢水注入结晶器高温区域的冷却结构进行优化设计，使铜板在热流密度大的区域冷却能力提高，增加了热交换能力，降低热流密度大的热面温度，可以彻底消除铜板裂纹现象，同时延长铜板的整体使用寿命。
24.本实用新型仅对水槽的宽度及布局进行了调整，销栓螺孔的位置、深度，以及热电偶的位置及深度保持原状，背板及整体装配结构未发生变化，对于钢铁企业来说可充分利用现有背板，不需要采购新的，有利于节约成本；此外，连铸工艺参数也不需要做大的调整。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为本实用新型实施例平直铜板冷却结构加盖板后整体示意图；
27.图2为本实用新型实施例平直铜板冷却结构未加盖板的局部示意图；
28.图3为本实用新型实施例平直铜板沿a-a方向的剖面示意图；
29.图4为本实用新型实施例2漏斗形铜板冷却结构加盖板后整体示意图；
30.图5为本实用新型实施例2漏斗形铜板沿d-d方向的剖面示意图；
31.图6为本实用新型水槽结构沿b-b方向的纵剖面示意图；
32.图7为本实用新型导流冷却筋从低温区向高温区变化的沿c-c方向的剖面示意图。
33.附图标号：1-密封面；2-冷却水槽；21-高温区冷却水槽；22-过渡区冷却水槽；23-低温区冷却水槽；3-销栓螺孔；4-加强筋；41-减薄加强筋；5-导流冷却筋；51-高温区导流冷却筋；52-过渡区导流冷却筋；53-低温区导流冷却筋；6-盖板；7-分流凸台；8-固定螺孔；9
‑ꢀ
分流花水槽；10-工作面、11-冷却面；l-冷却剂流动方向。
具体实施方式
34.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便
于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
39.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
40.实施例1
41.请参阅图1、图2、图3和图7所示的结晶器铜板，其正面为工作面10、背面为冷却面11，在冷却面11沿冷却剂流动方向l，按受热情况，自下而上依次为低温区、过渡区、高温区。
42.通常情况下，高温区的范围指从距离铜板上口的第一横排螺栓部位起，到距离铜板上口200mm以内的区域，比如150mm、160mm、 170mm、180mm、190mm、200mm，或其间任何一个数值；过渡区的范围指从高温区的下端到距离铜板上口300mm
±
50mm的区域；低温区则指过渡区以下的区域，对平直板来说，下口到上口通常距离为900mm；对漏斗形铜板来说，下口到上口通常距离为1100mm。
43.本实施例中，在冷却面11的宽度方向上，图1所示的结晶器铜板为平直铜板。对整个铜板的高温区、过渡区和低温区设置相对独立的冷却区间，有助于增加整块铜板的高温区的冷却截面积，使得整块铜板的热流密度大的区域冷却能力都能够得以提高，避免了局部(例如铜板中间或铜板的端部)冷却能力较差，导致局部区域的热交换能力低，进而产生局部裂纹(例如铜板中间或铜板的端部)，较少铜板的整体使用寿命。
44.冷却面的周边为密封面，在密封面上呈列排布有多个与水箱连接的销栓螺孔3，每列销栓螺孔3经加强筋4连接，且加强筋4与密封面等高。
45.每相邻两列所述销栓螺孔3之间为一相对独立的冷却区间，在每个冷却区间内设置多个导流冷却筋5，划分出对应的多个冷却水槽2。
46.在高温区，导流冷却筋5的高度及宽度均小于对应的过渡区导流冷却筋52的高度及宽度，高温区的导流冷却筋5的高度及宽度均小于低温区导流冷却筋53的高度及宽度。这样设置，从高温区向低温区水流截面变化平顺，可有效避免结晶器铜板热面温度产生剧烈突变，防止结晶器铜板产生应力集中，防止铜板裂纹现象发生。
47.高温区冷却水槽21的宽度大于其对应的过渡区冷却水槽22和低温区冷却水槽23的宽度。这样设置有利于增大铜板与冷却剂的接触面，有利于增加铜板在增大铜板在高温区和过渡区的冷却匹配能力，可有效避免因连铸钢水造成铜板局部热流密度过大，铜板热面温度过高而导致的铜板局部过热，产生裂纹现象的发生；真正使铜板冷却能力与热负荷更匹配，铜板裂纹现象消失或减轻，从而提高结晶器铜板使用寿命。发明人通过提高此部分的热交换能力，进而避免了铜板在该区域产生裂纹。
48.在过渡区，导流冷却筋5的高度及宽度，由低温区向高温区推进发展过程中，由大
逐渐减小；过渡区冷却水槽22的深度由低温区向高温区推进发展过程中，由深逐渐变浅。
49.这样设置有助于建立过渡区铜板热流密度与相应的冷却能力要求相适应，也有利于减小铜板应力，避免裂纹的产生。
50.过渡区导流冷却筋52及高温区导流冷却筋51是通过铣削的方式，从密封面1向工作面方向铣削，使过渡区导流冷却筋52的高度及宽度由低温区向高温区推进发展过程中，由大逐渐减小，至高温区导流冷却筋51的高度及宽度变到最小；使过渡区冷却水槽22的深度，由低温区向高温区推进发展过程中，由深逐渐变浅；从冷却面看，过渡区冷却水槽22，由低温区向高温区推进发展过程中，宽度过渡断面呈“八”字型逐步扩大，对应的过渡区导流冷却筋52，则是由高温向低温区发展，宽度过渡断面呈“八”字型扩大。
51.在高温区，围绕销栓螺孔3的周边并在加强筋4上的单侧或双侧设置分流凸台7，分流凸台7与销栓螺孔3不在同一水平线上，在销栓螺孔3与分流凸台7之间设置分流冷却槽，也即分流花水槽9，分流花水槽9减薄了加强筋4的厚度(减薄加强筋41)，并形成流畅的分流花水槽9。分流花水槽9的设置，有效增强了高温区的加强筋4 部位的冷却能力，使此部分热面裂纹现象消失，提高了结晶器铜板的使用寿命。
52.分流凸台7与对应的高温区导流冷却筋51等高；在分流凸台7 上设置固定螺孔8。
53.如图1、图3所示，在高温区和过渡区，设置与冷却区间相匹配的盖板6，并通过螺钉固定在固定螺孔8上。
54.在优选的实施例中，如图2所示，从低温区到高温区，个别导流冷却筋5的宽度由10.2mm降低为3mm、个别由宽度由16mm降低为4mm，冷却水槽2的宽度由6mm增加为16mm，水槽高度由低温区的25mm逐渐降低为高温区的9mm。按该方案，在水流量不变的情况下，铜板高温区的有效冷却面提高约2倍。
55.实施例2
56.与实施例1区别仅在于，结晶器铜板为漏斗形铜板，即中间部分为漏斗形，参照图4所示。
57.图5和图6显示，在高温区和过渡区，设置与冷却区间相匹配的盖板6，并通过螺钉固定在固定螺孔8上。
58.和图6所示，从低温区到高温区，个别导流冷却筋5的宽度由 10.2mm降低为3mm、个别由宽度由16mm降低为4mm，冷却水槽2 的宽度由6mm增加为16mm，水槽高度由低温区的25mm逐渐降低为高温区的9mm。按该方案，在水流量不变的情况下，铜板高温区的有效冷却面提高约2倍。
59.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。