專利名稱：一種連鑄結晶器中冷卻水形成湍流的方法及結晶器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬連續(xù)鑄造技術，尤其是涉及了一種連鑄結晶器中冷卻水形 成湍流的方法及湍流式連鑄結晶器。
背景技術：
冶金連鑄技術方面在經(jīng)歷了 "20世紀40年代的試驗開發(fā)，50年代工業(yè) 生產(chǎn)，60年代弧形連鑄機的出現(xiàn)，70年代的大發(fā)展，80年代日趨成熟的技 術和90年代面臨一場新的變革"近60年歷史發(fā)展的歷程。高效連鑄是80年 代中后期發(fā)展起來的連鑄技術，是指比常規(guī)連鑄生產(chǎn)效率更高，以高拉速為核 心，以高質量、高溫無缺陷坯料生產(chǎn)為基礎，實現(xiàn)高連澆、高作業(yè)率的連鑄系 統(tǒng)技術，是優(yōu)化當代連鑄生產(chǎn)的重要發(fā)展方向。高效連鑄技術在世界各主要鋼 鐵企業(yè)、工程公司、設備制造商中都受到高度重視，這是因為它在減少投資費 用、提高生產(chǎn)效率、簡化工藝流程、降低消耗和成本等方面更進一步發(fā)揮了連 鑄技術的優(yōu)勢，近年來在提高拉速方面已經(jīng)取得了顯著進步。
連鑄結晶器是連續(xù)鑄鋼中的鑄坯成型設備，是連鑄機的核心設備之一。其 基本功能是利用冷卻水通過水冷銅板間接帶走鋼水中熱量，使鋼水在結晶器內 連續(xù)地形成具有一定厚度和一定強度的坯殼。在這個過程中，結晶器一直處于 機械應力與熱應力的綜合作用之下，工作條件較為惡劣。除了規(guī)范生產(chǎn)操作、 選擇合適的保護渣和避免機械損傷外，合理地設計結晶器的冷卻水縫，能有效 地提高傳熱效率，對于提高連鑄生產(chǎn)率，維持連鑄過程正常生產(chǎn)，以及保證鑄 坯質量都起著至關重要的作用。因而，研究開發(fā)新型結晶器在當今的冶金生產(chǎn) 中就顯得尤為重要。
國外高效方坯連鑄機結晶器研究自從連鑄機進入工業(yè)生產(chǎn)領域后，國外的
3眾多鋼鐵科技人員就開始對連鑄機結晶器這一關鍵部件進行了廣泛而深入的
研究，其中有德馬克公司的拋物線錐度結晶器、STEL-TEK公司的噴淋結晶器、 康卡斯特公司CCT結晶器、達涅利公司的D認AM結晶器和奧鋼聯(lián)公司的DIAMOND 結晶器等。國內的鋼鐵研究人員對鑄坯傳熱機理的研究也做了大量的工作，東 北大學、北京科技大學等大專院校以及北京鋼鐵研究總院等科研院所都有許多 關于鑄坯和結晶器傳熱機理的研究設計文章在近幾年發(fā)表。從結晶器的角度進 行的相關研究，主要集中在對結晶器倒錐度、結晶器壁厚度、結晶器銅管材質、 結晶器水縫寬度、水速和水溫以及負滑動時間和結晶器超前的研究。
目前，結晶器外壁結構始終使用的是平整光滑平面或曲面(方形結晶器為 平面，而圓形結晶器為曲面)，結晶器的水縫中的冷卻水流是一種層流狀態(tài)， 并以層流狀態(tài)進行水的熱交換和冷卻結晶器。因此，由于冷卻水是一種層流狀 態(tài)，水的流動較為平穩(wěn)，沒有相對流動，或者說攪動，因而其水與結晶器壁的 熱交換的速度也就相對較慢，即熱交換率較低，冷卻效果相對也慢，最終影響 拉坯速度，同時也影響企業(yè)生產(chǎn)效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有結晶器技術的基礎上進行改進，并克服現(xiàn)有結晶器 技術不足，提出一種可增大結晶器與冷卻水的換熱面積，改善水縫內水的流動 狀態(tài)，使水縫中的冷卻水形成強烈的湍流流動的方法，以及提供一種提高冷卻 效果和使用壽命,，并可提高連鑄坯拉速的湍流式連鑄結晶器。
本發(fā)明所采用的技術方案是
一種連鑄結晶器中冷卻水形成湍流的方法，采用水套、冷卻水縫、銅結晶 器組成的連鑄結晶器，水套與銅結晶器(包括圓坯、方坯、板坯或矩形坯)之
間構成冷卻水縫，其特征在于在銅結晶器外壁表面表面設有凸起或溝槽，使
水套與結晶器外表面之間形成凹凸不平的水縫，在冷卻水進入冷卻水縫時，冷 卻水遇到在銅結晶器外壁表面設有的凸起或溝槽后，使一部分冷卻水的流向發(fā)生改變，從而冷卻水以湍流形式流動。
一種湍流式連鑄結晶器，包括水套(1)、銅結晶器(3)、水套(1)與銅
結晶器(3)之間構成的冷卻水縫(2)，其特征在于:銅結晶器外壁表面設有凸 起或溝槽，使水套與結晶器外表面之間形成凹凸不平的水縫。
所述的銅結晶器外壁表面設有間斷排布的橫向梯形凸條或溝槽。 所述的銅結晶器外壁表面排布了橫向和縱向的矩形溝槽，在銅結晶器外壁 表面形成布滿塊狀的凸起。
本發(fā)明具有的有益效果和優(yōu)點是
(1) 增大結晶器外表面的散熱面積，即增大結晶器與冷卻水的換熱能力，
提高冷卻效果；
(2) 改變冷卻水的流動狀態(tài)，使其形成湍流流動，利用湍流效應有效地 增大結晶器與冷卻水的換熱能力，綜合換熱系數(shù)在4000W/m2以上，提高冷卻
效果；
(3) 湍流求高效冷卻連鑄結晶器結構合理，且能保證結晶器銅板溫度足 夠低、避免冷卻水沸騰，同時不超過銅的相變溫度25(TC，從而提高結晶器的 使用壽命；
(4) 由于水縫內的冷卻水為湍流流動，可以在一定程度上避免冷卻水在 結晶器表面形成水垢。
本發(fā)明可以提高連鑄坯的拉速，可廣泛用于鋼的連鑄，及銅、鋁等各種有
色金屬的連鑄中。


圖l是本發(fā)明用于圓坯的環(huán)狀溝槽湍流式連鑄結晶器結構示意圖。 圖2是本發(fā)明用于方坯的環(huán)狀溝槽湍流式連鑄結晶器結構示意圖。 圖3和圖4是本發(fā)明湍流式冷卻連鑄結晶器的縱向剖面和局部放大圖。 圖5是本發(fā)明用于圓坯的塊狀凸起湍流式連鑄結晶器結構示意圖。圖6是本發(fā)明用于方坯的塊狀凸起湍流式連鑄結晶器結構示意圖。
圖7是普通結晶器與水套之間的水縫內水流為層流流動示意圖。 圖8是本發(fā)明環(huán)狀溝槽(或凸條)的冷卻結晶器與水套之間的水縫內水流
為湍流流動示意圖。
具體實施方法
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明(本發(fā)明不以實施例中所說明 湍流式連鑄結晶器設計的結構形式作為限定)。
本發(fā)明一種連鑄結晶器中冷卻水形成湍流的方法，采用水套、冷卻水縫、
銅結晶器組成的連鑄結晶器，水套與銅結晶器之間的冷卻水縫，在銅結晶器外
壁表面設有凸起或溝槽，使水套與結晶器外表面之間形成凹凸不平的水縫，在
冷卻水進入冷卻水縫時，冷卻水遇到銅結晶器外壁表面設有的凸起或溝槽后，
使一部分冷卻水的流向發(fā)生改變，從而在冷卻水縫中形成冷卻水以湍流形式進
行流動。利用增強了水流的湍動效果，使冷卻水在水縫中全部參與熱交換。
實施例l:環(huán)狀溝槽(或凸條)湍流式高效冷卻連鑄結晶器 如圖1所示，環(huán)狀溝槽(或凸條)湍流式高效冷卻連鑄結晶器用于圓坯連 鑄結晶器的結構。如圖2所示，環(huán)狀溝槽(或凸條)湍流式高效冷卻連鑄結晶
器用于方坯連鑄結晶器的結構。如圖3和圖4所示，環(huán)狀溝槽(或凸條)湍流 式高效冷卻連鑄結晶器的縱向剖面和局部放大。
環(huán)狀溝槽(或凸條)湍流式高效冷卻連鑄結晶器包括水套1、銅結晶器3、 水套與銅結晶器之間構成的冷卻水縫2，在銅結晶器的外壁面上設有間斷排布 橫向梯形溝槽，或者也可以說在銅結晶器的外壁面上設有間斷排布橫向梯形凸 條。所述的梯形溝槽或梯形凸條的兩面夾角a為30° 60° 。
實施例2:辨狀凸起湍流式高效冷卻連鑄結晶器如圖5所示，塊狀凸起湍流式高效冷卻連鑄結晶器用于圓坯連鑄結晶器的 結構，如圖6所示，塊狀凸起湍流式高效冷卻連鑄結晶器用于方坯連鑄結晶器 的結構。
塊狀凸起湍流式高效冷卻連鑄結晶器包括水套l、冷卻水縫2、銅結晶器 3;水套1與銅結晶器3之間構成冷卻水縫2，在銅結晶器的外壁面上設有間 斷排布橫向和縱向矩形溝槽。在銅結晶器外壁表面形成布滿塊狀的凸起，使水 套與布滿塊狀凸起的結晶器外表面之間形成凹凸不平的水縫。
針對普通結晶器和環(huán)狀溝槽(或凸條)高效冷卻結晶器的水縫內水流的流 動狀態(tài)進行數(shù)值模擬。如圖7所示，普通結晶器與水套之間的水縫內水流為層 流流動示意圖。如圖8所示，環(huán)狀溝槽(或凸條)的冷卻結晶器與水套之間的 水縫內水流為湍流流動示意圖。由于結晶器外表面結構的變化使水縫內水流的 流動狀態(tài)發(fā)生的變化，由層流流動變?yōu)橥牧髁鲃?，使得水縫中的水全部參與冷 卻，進而可以提k結晶器與冷卻水的換熱效率。通過數(shù)值模擬，從理論上證明 湍流冷卻結晶器的結構優(yōu)于普通結晶器，可以提高冷卻水的冷卻效率。
權利要求
1、一種連鑄結晶器中冷卻水形成湍流的方法，采用水套、冷卻水縫、銅結晶器組成的連鑄結晶器，水套與銅結晶器之間構成冷卻水縫，其特征在于在銅結晶器外壁表面設有凸起或溝槽，使水套與結晶器外表面之間形成凹凸不平的水縫，在冷卻水進入冷卻水縫時，冷卻水遇到銅結晶器外壁表面設有的凸起或溝槽后，使一部分冷卻水的流向發(fā)生改變，從而冷卻水以湍流形式流動。
2、 一種湍流式連鑄結晶器，包括水套(1)、銅結晶器(3)，水套(1)與 銅結晶器(3)之間構成冷卻水縫(2)，其特征在于所述的銅結晶器外壁表面 設有凸起或溝槽'，使內水套與結品器外表而之間形成凹凸不平的水縫。
3、 按照權利要求2所述的湍流式迮鑄結晶器，其特征在于所述的銅結晶器外壁表而設有間斷排布的橫向梯形凸條或溝槽。
4、 按照權利要求3所述的湍流式連鑄結晶器，其特征在于所述的梯形凸條或溝槽的兩面夾角a為30° 60° 。
5、 按照權利要求2所述的湍流式連鑄結晶器，其特征在于所述的銅結晶 器外壁農(nóng)面排布了橫向和縱向的溝槽，在銅結晶器外壁農(nóng)面形成塊狀的凸起。
6、 按照權利要求5所述的湍流式連鑄結晶器，其特征在于所述的銅結品 器外壁表面排布丫橫向和縱向的溝槽截面形狀為矩形。
全文摘要
本發(fā)明一種連鑄結晶器中冷卻水形成湍流的方法與湍流式連鑄結晶器，采用水套、冷卻水縫、銅結晶器組成的連鑄結晶器，水套與銅結晶器(包括圓坯、方坯、板坯或矩形坯)之間構成的冷卻水縫，其特點是在銅結晶器外壁表面設有凸起或溝槽，使水套與結晶器外表面之間形成凹凸不平的水縫，在冷卻水進入冷卻水縫時，冷卻水遇到在銅結晶器外壁表面設有的凸起或溝槽后，使一部分冷卻水的流向發(fā)生改變，從而冷卻水以湍流形式流動。利用增強了水流的湍動效果，使冷卻水在水縫中全部參與熱交換，提高冷卻效果和使用壽命，及提高連鑄坯的拉速，可廣泛用于鋼的連鑄，及銅、鋁等各種有色金屬的連鑄中。
文檔編號B22D11/112GK101444837SQ200810079470
公開日2009年6月3日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權日2008年9月25日
發(fā)明者浩 劉, 崔小朝, 柱 張, 張俊婷, 晉艷娟, 陳艷霞 申請人:太原科技大學