專利名稱：一種波浪形壁面連鑄結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種冶金領(lǐng)域的連鑄結(jié)晶器，尤其是，本實(shí)用新型涉及一管 式連鑄結(jié)晶器，所述管式連鑄結(jié)晶器為方形或矩形，所述連鑄結(jié)晶器的型腔得以 改善，以提高連鑄結(jié)晶效率。
背景技術(shù)：
高效連鑄是目前冶金連鑄領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向，其關(guān)鍵技術(shù)之一就是采用高
效連鑄結(jié)晶器。對于小方坯或矩形坯而言，連鑄拉速在2.5m/min以上，基本上可 以稱為高效連鑄范疇。相比傳統(tǒng)的連鑄結(jié)晶器，高效連鑄結(jié)晶器主要從以下2個(gè) 方面改進(jìn) 一是增加結(jié)晶器長度，使鋼液在結(jié)晶器內(nèi)凝固時(shí)間增長，形成比較厚 的坯殼；二是改變連鑄結(jié)晶器的型腔以適應(yīng)鋼液的凝固收縮和部分外力變形。以 上兩個(gè)因素中改變結(jié)晶器的型腔是高效連鑄結(jié)晶器的關(guān)鍵。
在連鑄過程中，鋼液在結(jié)晶器型腔內(nèi)發(fā)生從液態(tài)到固態(tài)的相變，產(chǎn)生體收縮， 從而在結(jié)晶器和凝固坯殼間形成一定的氣隙。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料報(bào)道，該氣隙造成 的氣隙熱阻約占結(jié)晶器內(nèi)總傳熱熱阻的70%以上，因此嚴(yán)重的阻礙了鑄坯在結(jié)晶 器的凝固冷卻，從而，容易發(fā)生漏鋼、鑄坯菱變等諸多生產(chǎn)問題。
為消除氣隙熱阻帶來的惡劣影響，結(jié)晶器的型腔一般都設(shè)計(jì)成上大下小的倒 錐度形式，而傳統(tǒng)的單錐度連鑄結(jié)晶器雖然能滿足常規(guī)連鑄的需要，但單錐度型 腔并不能很好的反映鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的收縮實(shí)質(zhì)，造成坯殼冷卻強(qiáng)度明顯不足， 從而限制了高效連鑄的發(fā)展。
隨著連鑄技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)晶器型腔從傳統(tǒng)的單錐度形式，逐步發(fā)展成多 錐度形式和拋物線錐度形式，有效的推動(dòng)了高效連鑄技術(shù)的發(fā)展。從現(xiàn)有技術(shù)看， 目前以三個(gè)外國公司的三種高效連鑄結(jié)晶器最為典型。
瑞士 CONCAST公司于1991年開發(fā)出一種凸邊形結(jié)晶器(CONVEX technology),其美國專利號5360053，中國專利號92100838.4。該結(jié)晶器的技術(shù) 特點(diǎn)是在結(jié)晶器按長度方向上分成2段不同的型腔，結(jié)晶器上部型腔沿截面周線有四個(gè)凸起的弧形，弧形壁面夾角為鈍角，弧形凸起從上到下逐步過渡成直邊，
構(gòu)成結(jié)晶器下部型腔；下部型腔為傳統(tǒng)單錐度形式，占結(jié)晶器總長度的40~60%。 該結(jié)晶器技術(shù)使坯殼和結(jié)晶器壁面氣隙減小，尤其使角度傳熱與周面?zhèn)鳠岣鶆颍?冷卻效果改善顯著，對提高連鑄拉速有明顯益處。該結(jié)晶器在德國蒂森公司試用 成功后，目前在全世界應(yīng)用比較廣泛。
1996年奧地利澳鋼聯(lián)VAI開發(fā)成功DIAMOLD高速連鑄結(jié)晶器，中國專利 號96190354.6，其特點(diǎn)是在結(jié)晶器整個(gè)長度上采用拋物線形錐度，能夠非常好擬 合坯殼的凝固收縮，并在結(jié)晶器入口 300 400mm以下的角部區(qū)域采用零錐度或 負(fù)錐度，壁面夾角成銳角，壁面形成凹弧面。由于結(jié)晶器角度采用零錐度或負(fù)錐 面，連鑄拉坯阻力相對較小，對高效連鑄起到了顯著作用。
1996年意大利DANIELI公司開發(fā)的自適應(yīng)高效連鑄結(jié)晶器，其基本特點(diǎn)是 減薄結(jié)晶器銅壁，改變結(jié)晶器水套內(nèi)的一冷水壓力和分布，利用水壓調(diào)節(jié)結(jié)晶器 壁的變形，使其緊貼坯殼，達(dá)到消除氣隙，提高傳熱效率，從而提高連鑄連鑄的 拉速的作用。
以上專利技術(shù)涉及到的高效連鑄結(jié)晶器，雖然在一定程度上能改善鑄坯質(zhì)量 和連鑄拉速，但由于對連鑄過程中金屬凝固收縮的實(shí)質(zhì)分析不夠，因而都有各自 的局限性。比如，CONCAST雖然對防止漏鋼和脫方有良好作用，但凸邊形結(jié)晶 器型腔的錐度比較接近于二段錐度形式，造成拉坯過程中拉坯阻力較大，對諸如 不銹鋼或軸承鋼之類的鋼種，就會產(chǎn)生拉漏或拉不動(dòng)的生產(chǎn)難題；澳鋼聯(lián)鉆石結(jié) 晶器有效的降低了拉坯阻力，但由于凹面的存在對鑄坯的定形產(chǎn)生了不良影響， 目前國內(nèi)的生產(chǎn)條件還無法保證精確加工拋物線錐度；意大利自適應(yīng)結(jié)晶器對一 冷水套的改造和控制比較復(fù)雜。
本實(shí)用新型的發(fā)明人通過大量理論和生產(chǎn)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)連鑄過程中坯殼的 收縮曲線如


圖1所示，可以看出，從結(jié)晶器鋼液入口端有效段0 150mm長度內(nèi)， 坯殼的收縮相對比較小，在150mm 400mm范圍內(nèi)坯殼開始大量收縮，之后坯 殼收縮減小開始逐步穩(wěn)定。這種坯殼收縮曲線在結(jié)晶器有效長度上并不完全與現(xiàn) 有技術(shù)中拋物線錐度吻合，實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，該錐度曲線采用三錐度或多項(xiàng)式曲線 擬合更恰當(dāng)。
可以認(rèn)為，以上專利技術(shù)中未充分考慮坯殼截面上的收縮特性，如圖2所示 為發(fā)明人研究得到的鑄坯橫截面坯殼收縮曲線，可以看出從結(jié)晶器壁面中心到角 部坯殼的截面收縮曲線呈波浪形，尤其針對大截面方形或矩形坯，收縮曲線的波浪形表現(xiàn)更加顯著。
實(shí)用新型內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，更好的擬合連鑄過程中坯殼的縱向和橫截面 的凝固收縮，增大坯殼散熱強(qiáng)度和凝固均勻性，本實(shí)用新型的目的在于提供一種 波浪形壁面高效連鑄結(jié)晶器，尤其涉及方形或矩形坯高拉速低拉坯阻力的管式連
鑄結(jié)晶器。
本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，所述波浪形壁面連鑄結(jié)晶器系一種方或矩形連 鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述波浪形壁面連鑄結(jié)晶器是一個(gè)從金屬熔體澆入端至 鑄坯出口端為中空方形或矩形型腔，所述型腔橫截面壁面呈波浪形曲面。
一種波浪形壁面方形連鑄結(jié)晶器，其特征是波浪形曲面由三個(gè)波峰和兩個(gè)波 谷構(gòu)成二個(gè)波浪周期，中間波峰位于結(jié)晶器壁面中心，而兩個(gè)波谷關(guān)于中間波峰 對稱，中間波峰和兩個(gè)波谷之間以三點(diǎn)圓弧連接.、
根據(jù)本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述相鄰兩個(gè)波峰 之間相對處于其間的波谷對稱，也可以出現(xiàn)偏移的非對稱性。
根據(jù)本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述波浪形曲面在 結(jié)晶器角部通過圓弧相互連接，所述結(jié)晶器角部壁面夾角為銳角。
根據(jù)本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述波浪形曲面在 結(jié)晶器角部通過圓弧相互連接，所述結(jié)晶器角部壁面夾角為直角。
根據(jù)本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，其型腔縱向切面為 多項(xiàng)式連續(xù)錐度曲線y-ax3+b^+cx+d，其中系數(shù)a、 b、 c和d全部由結(jié)晶器縱向
有效長度上的特定點(diǎn)確定。x代表結(jié)晶器從上到下的有效長度，y代表坯殼在x 處的坯殼收縮量。
根據(jù)本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述的結(jié)晶器縱向 切面的多項(xiàng)式連續(xù)錐度曲線的起點(diǎn)從彎月面截面開始算起，而彎月面截面以上結(jié) 晶器部分的型腔尺寸與彎月面截面處相同，即結(jié)晶器澆入端到彎月面部分無錐度 或略帶上大下小的錐度，方便結(jié)晶器水口的插入。
根據(jù)本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述的結(jié)晶器縱向 切面的多項(xiàng)式連續(xù)錐度曲線的多次項(xiàng)計(jì)算終點(diǎn)位于結(jié)晶器縱向總長度的40 60%部分，優(yōu)選的是結(jié)晶器總長度的45 55%，結(jié)晶器余下部分錐度曲線為單錐度 變化。
根據(jù)本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述波浪形曲面壁 面在結(jié)晶器縱向長度上隨著上述錐度曲線從上至下變化，波浪形曲面的波動(dòng)幅度 從最大逐步減小，直至上述的錐度曲線的多次項(xiàng)計(jì)算終點(diǎn)位置，波浪形曲面改變 成直邊壁面，以保證獲得精確的鑄坯表面形狀。
根據(jù)本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述的結(jié)晶器角部 為固定半徑圓角過渡，角度橫截面與波浪形壁面連接成銳角，以獲得更低的拉坯 阻力。
根據(jù)本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述的結(jié)晶器角部 在結(jié)晶器縱向長度上呈零錐度或較小的單錐度變化。
根據(jù)本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，充分體現(xiàn)了連鑄過程中凝固坯殼 的收縮實(shí)質(zhì)，有效的克服了由于不良的坯殼收縮造成的氣隙熱阻，對提高坯殼冷 卻強(qiáng)度和連鑄拉速有明顯效益，符合高效連鑄發(fā)展的計(jì)算要求，具有較高的應(yīng)用 推廣價(jià)值。
附圖的簡單說明
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)晶器有效長度上坯殼的收縮曲線；
圖2為本實(shí)用新型的結(jié)晶器壁面中心到角部的截面收縮曲線；
圖3為本實(shí)用新型的結(jié)晶器的波浪形壁面方形結(jié)晶器型腔俯視圖;
圖4為上述波浪形壁面結(jié)晶器型腔縱向AA剖面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
圖3、圖4所示的一種波浪形壁面方形連鑄結(jié)晶器，尤其涉及方坯或矩形坯 的高效連鑄結(jié)晶器。它包括一個(gè)金屬熔體澆入端1和鑄坯出口端2的中空方形或 矩形型腔3，型腔壁面4為波浪形曲面，通過過渡圓弧7相互連接，波浪形壁面4 在結(jié)晶器角部形成的壁面夾角為銳角或直角，優(yōu)選的是銳角。波浪形壁面4為一 維散熱界面，其波浪形曲面4能更好的擬合坯殼的收縮曲線，減少由于坯殼收縮造成的氣隙熱阻，加強(qiáng)冷卻強(qiáng)度，從而可以提高連鑄拉速。結(jié)晶器的角部為二維 散熱界面，坯殼最先在角部收縮，結(jié)晶器角度從上至下呈單錐度變化，擬合坯殼
在角部的收縮。波浪形壁面4與過渡圓弧7形成的壁面夾角成銳角或直角，有利 于整個(gè)坯殼型腔內(nèi)的均勻凝固，壁面銳角的形成有利于減小拉坯阻力。
波浪形曲面4由三個(gè)波峰和二個(gè)波谷形成二個(gè)波浪周期，其中間波峰10位于 波浪形壁面4的中心位置，二個(gè)波谷11關(guān)于中間波峰10對稱，中間波峰10和兩 個(gè)波谷ll之間以三點(diǎn)圓弧連接，中間波峰10和兩個(gè)波谷11之間的徑向距離，即 波浪振幅12。波浪振幅12占結(jié)晶器出口端2所在的平面15對應(yīng)的結(jié)晶器型腔尺 寸19的比例為0.5 3。Z，優(yōu)選的是1 2%。
所述的結(jié)晶器波峰和波谷之間的距離，即振幅12，處于結(jié)晶器弧面和處于直 面的振幅12，可以相等，也可以比直邊振幅12，大10 30%。
波浪形曲面4的二個(gè)波谷11之間的距離占整個(gè)結(jié)晶器壁面寬度的40 60%， 優(yōu)選的是占50%，即相鄰兩個(gè)波峰之間可以關(guān)于處于其間的波谷對稱，也可以出 現(xiàn)偏移的非對稱性。
所述的結(jié)晶器壁面夾角為銳角或直角，優(yōu)選的夾角為85 90。。
所述的結(jié)晶器波浪形曲面4在結(jié)晶器有效長度內(nèi)從上至下沿錐度曲線y = ax3 十bx2+cx+d變化，所述的a、 b、 c和d根據(jù)結(jié)晶器特定長度上的坯殼收縮量確定。 圖5所示出的結(jié)晶器縱向長度上分成20、 21、 22和23共四段。結(jié)晶器長度20 的終點(diǎn)對應(yīng)的截面17為鋼液彎月面截面，鋼液彎月面截面17以下約100 150mm 的長度21坯殼開始形成，并在鋼液靜壓力作用下破裂然后再形成。坯殼在長度 21內(nèi)主要發(fā)生相變收縮，相比較收縮量比較小。坯殼在長度22內(nèi)開始大量固態(tài) 收縮，之后長度23內(nèi)收縮量又比較平緩。為考慮加工制造的特點(diǎn)，長度20內(nèi)一 般保持壁面尺寸與彎月面截面17的尺寸相同，即長度20內(nèi)采用零錐度或略微上 大下小的錐度，方便浸入式水口的插入。
所述的波浪形曲面4在結(jié)晶器長度20、 21和22內(nèi)隨著錐度曲線逐漸變化到 直面，即在錐度曲線的多次項(xiàng)計(jì)算終點(diǎn)，波浪形曲面轉(zhuǎn)變?yōu)橹边吔孛?4，其直邊 如圖3示出的直邊5。錐度曲線在長度23內(nèi)以單錐度變化，其多項(xiàng)式高次項(xiàng)系數(shù) 為零，變化終點(diǎn)為截面15。對應(yīng)的直邊如圖3示出的直邊2 (出口端2)，以保證 鑄坯的定形尺寸。
所述的結(jié)晶器長度20、 21和22之和占整個(gè)結(jié)晶器長度的40 60%，優(yōu)選比例 為45 55%。所述的結(jié)晶器入口端1和出口端2對應(yīng)的型腔尺寸分別是18和19,由于錐 度曲線的存在入口端1的直邊尺寸18比出口端尺寸19大1 6%,優(yōu)選的是2 4%。
所述的結(jié)晶器角部由過渡圓弧7相互連接，并按零錐度或單錐度變化，錐度 與現(xiàn)有傳統(tǒng)單錐度結(jié)晶器相同。
在本實(shí)施例中，所述的結(jié)晶器錐度曲線，對應(yīng)于結(jié)晶器長度700 1100mm。
本實(shí)用新型以方形坯進(jìn)行實(shí)施例說明，并不代表本實(shí)用新型僅適用用方形坯， 同時(shí)也適用于矩形坯等的要求。
本實(shí)用新型一種波浪形壁面方形連鑄結(jié)晶器，充分體現(xiàn)了連鑄過程中凝固坯 殼的收縮實(shí)質(zhì)，有效的克服了由于不良的坯殼收縮造成的氣隙熱阻，對提高坯殼 冷卻強(qiáng)度和連鑄拉速有明顯效益，符合高效連鑄發(fā)展的技術(shù)要求，具有較高的應(yīng) 用推廣價(jià)值。
權(quán)利要求1.一種波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，所述波浪形壁面連鑄結(jié)晶器系一種方或矩形連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述波浪形壁面連鑄結(jié)晶器是一個(gè)從金屬熔體澆入端至鑄坯出口端為中空方形或矩形型腔，所述型腔橫截面壁面呈波浪形曲面。
2. 如權(quán)利要求l所述的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述波浪形曲 面由三個(gè)波峰和兩個(gè)波谷構(gòu)成二個(gè)波浪周期，中間波峰位于結(jié)晶^l壁面中心，而 兩個(gè)波谷關(guān)于中間波峰對稱，中間波峰和兩個(gè)波谷之間以三點(diǎn)圓弧連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述相鄰兩個(gè)波峰之間對處于其間的波谷對稱或非對稱性。
4. 如權(quán)利要求1所述的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述波浪形曲 面在結(jié)晶器角部通過圓弧相互連接，所述結(jié)晶器角部壁面夾角為銳角。
5. 如權(quán)利要求1所述的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述波浪形曲 面在結(jié)晶器角部通過圓弧相互連接，所述結(jié)晶器角部壁面夾角為直角。
6. 如權(quán)利要求1所述的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述型腔的縱 向切面為多項(xiàng)式連續(xù)錐度曲線y二a^+b^+cx+d，其中系數(shù)a、 b、 c和d由結(jié)晶器 縱向有效長度上的規(guī)定點(diǎn)確定，x代表結(jié)晶器從上到下的有效長度，y代表坯殼在 x處的坯殼收縮量。
7. 如權(quán)利要求6所述的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述結(jié)晶器縱 向切面的多項(xiàng)式連續(xù)錐度曲線的起點(diǎn)從彎月面截面開始算起，而彎月面截面以上 結(jié)晶器部分的型腔尺寸與彎月面截面處相同；所述的結(jié)晶器縱向切面的多項(xiàng)式連 續(xù)錐度曲線的多次項(xiàng)計(jì)算終點(diǎn)位于結(jié)晶器縱向總長度的40 60%部分，結(jié)晶器余 下部分錐度曲線為單錐度變化。
8. 如權(quán)利要求7所述的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述波浪形曲面壁面在結(jié)晶器縱向長度上隨著上述錐度曲線從上至下變化，波浪形曲面的波動(dòng) 幅度從最大逐步減小，直至上述的錐度曲線的多次項(xiàng)計(jì)算終點(diǎn)位置，波浪形曲面 變成直邊壁面。
9. 如權(quán)利要求4所述的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述結(jié)晶器角 部為固定半徑圓角過渡，角度橫截面與波浪形壁面連接成銳角。
專利摘要一種波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，所述波浪形壁面連鑄結(jié)晶器系一種方或矩形連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述波浪形壁面連鑄結(jié)晶器是一個(gè)從金屬熔體澆入端至鑄坯出口端為中空方形或矩形型腔，所述型腔橫截面壁面呈波浪形曲面。本實(shí)用新型的波浪形壁面連鑄結(jié)晶器，充分體現(xiàn)了連鑄過程中凝固坯殼的收縮實(shí)質(zhì)，有效的克服了由于不良的坯殼收縮造成的氣隙熱阻，對提高坯殼冷卻強(qiáng)度和連鑄拉速有明顯效益，符合高效連鑄發(fā)展的技術(shù)要求，具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。
文檔編號B22D11/04GK201357216SQ20092006795
公開日2009年12月9日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者候曉光, 劉俊江, 劉華飛, 凱 柳, 勇 王, 亮 葛, 蔣際歡, 闊起龍 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司