本發(fā)明涉及冶金金屬凝固與連鑄成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器。

背景技術(shù)：

隨著連鑄技術(shù)的不斷進(jìn)步，包括一些高合金、高品質(zhì)、高裂紋敏感性鋼種在內(nèi)的可澆鑄鋼種與可澆筑斷面不斷擴大，極大的促進(jìn)了冶金工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。

近年來大板坯連鑄機的鑄坯厚度已經(jīng)達(dá)到250～600mm厚度，大矩形坯厚度更是達(dá)到500mm。由于結(jié)晶器窄、寬面接角處熱應(yīng)力集中，連鑄坯角部的冷卻熱應(yīng)力集中，鑄坯斷面的增大帶來的不利影響是：彎曲、矯直過程中的應(yīng)力集中導(dǎo)致鑄坯角部裂紋的增加。

目前的解決方法為：1)中國實用新型專利ZL02214026.3，發(fā)明創(chuàng)造名稱：板坯連鑄結(jié)晶器窄邊銅板提供了一種帶側(cè)面倒角的結(jié)晶器窄面銅板，其工作面兩邊制造有6～10mm×45°的等腰三角形；2)中國實用新型專利號ZL200720089029.7，發(fā)明創(chuàng)造名稱：一種板坯結(jié)晶器提供了一種板坯結(jié)晶器內(nèi)腔矩形截面的四個角為過渡曲面，窄面銅板與寬面銅板的接觸面和曲面交界處圓弧倒角圓弧倒角半徑為2～10mm，其倒角的曲線形狀和尺寸大小都是不變的；3)申請?zhí)?01110232530.5的發(fā)明專利，名稱：一種具有漏斗形曲面形狀的帶倒角結(jié)晶器窄邊銅板提供了一種結(jié)晶器，其窄邊銅板與鋼水接觸的工作面包括中間區(qū)域和兩側(cè)的兩個倒角區(qū)域，其中銅板的上部為夾角40°～75°的直邊倒角，銅板下部為圓弧倒角，所述工作面為上大下小的漏斗形曲面。

由此可以看出，傳統(tǒng)連鑄用結(jié)晶器除了采用上大下小的錐度，就是采用帶有一定倒角，其中倒角面的形式有平面和各種各樣的曲面，雖也有考慮到倒角斜面的錐度，即窄面的錐度，但未曾完成或者徹底解決倒角處冷卻熱應(yīng)力的集中，并不能進(jìn)一步降低或消除結(jié)晶器倒角面的凝固收縮應(yīng)用，勢必會導(dǎo)致倒角面上冷卻效果差，并進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯會產(chǎn)生裂紋。

針對上述技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明提出了一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器，通過將寬面銅板間距設(shè)計為窄面銅板圓弧直徑長度，有效降低結(jié)晶器角部的熱應(yīng)力集中，增強了倒角面處凝固坯殼的凝固均勻性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器，通過將寬面銅板間距設(shè)計為窄面銅板圓弧直徑長度，有效降低結(jié)晶器角部的熱應(yīng)力集中，增強了倒角面處凝固坯殼的凝固均勻性，降低或消除了鑄坯邊角部裂紋缺陷，提高了寬、窄面銅板的使用壽命。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器，所述結(jié)晶器包括兩個一端開有光滑半圓形弧面的窄面銅板1和兩個平板形寬面銅板2，兩個所述窄面銅板1的半圓形光滑弧面相對，兩個寬面銅板2相對，所述窄面銅板1與寬面銅板2組裝形成帶有腔體的長方體結(jié)構(gòu)；所述窄面銅板1與所述寬面銅板2之間為相切式光滑連接，兩個所述寬面銅板2之間的距離與所述窄面銅板1半圓形槽的直徑相等。

將窄面銅板1設(shè)計為一端開有光滑半圓形弧面結(jié)構(gòu)，能夠達(dá)到或消除具有窄、寬接角的原有結(jié)晶器因應(yīng)力集中產(chǎn)生的角部、對角及表面處裂紋；將窄面銅板與寬面銅板設(shè)計為相切式光滑連接，能夠消除結(jié)晶器窄面銅板與寬面銅板的接角，均勻原連鑄凝固坯殼端面四角的熱應(yīng)力，消除熱應(yīng)力集中。

進(jìn)一步的，所述結(jié)晶器銅板的錐度范圍為0.00～1.00％/m。

結(jié)晶器銅板的錐度由結(jié)晶器窄面銅板與寬面銅板成倒錐形的非平行對稱實現(xiàn)，具有錐度的寬面銅板與窄面銅板一起形成結(jié)晶器的錐度，此種錐度與現(xiàn)有結(jié)晶器窄面銅板非平行對稱分布、寬面銅板平行對稱分布的方式相比，不僅可以降低窄面銅板因錐度大引起的磨損嚴(yán)重等問題，而且可以降低寬面銅板與鑄坯坯殼間的氣隙。

進(jìn)一步的，所述錐度滿足公式

式中：—結(jié)晶器的錐度；

ξ—結(jié)晶器的上、下緣端面面積之比；

L—結(jié)晶器上下緣間的垂直長度，單位是m。

進(jìn)一步的，所述窄面銅板距結(jié)晶器上緣l_i垂直距離的端面的圓弧直徑根據(jù)結(jié)晶器錐度可分為恒定值與非恒定值，所述窄面銅板的端面的圓弧直徑為恒定值時，結(jié)晶器錐度等于0，所述窄面銅板的端面的圓弧直徑為非恒定值時，結(jié)晶器錐度不等于0，對于非恒定值的窄面銅板的端面的圓弧直徑，距窄面銅板上緣垂直距離l_i處的圓弧直徑可由下式得到：

式中：L_i—距結(jié)晶器上緣l_i垂直距離的窄面銅板的端面的圓弧直徑，單位為mm；

L₁—結(jié)晶器窄面銅板上緣端面的圓弧的直徑，單位為mm；

L₂—結(jié)晶器窄面銅板下緣端面的圓弧的直徑，單位為mm；

L—結(jié)晶器上下緣端面間的垂直長度，單位為m；

l_i—距離窄面銅板上緣垂直距離l_i處，單位mm。

窄面銅板的斷面的圓弧直徑為窄面截面寬度，結(jié)晶器上緣為結(jié)晶器入口端，結(jié)晶器下緣為結(jié)晶器出口端。距離窄面銅板上緣垂直距離l_i處半圓形弧面的圓弧直徑是以距離寬面銅板上緣垂直距離為l_i處兩寬面銅板的垂直間距，圓弧弧線長度為以該間距為直徑的圓的周長的一半，窄面銅板圓弧兩端與寬面銅板為相切式的光滑連接。

進(jìn)一步的，所述窄面銅板與寬面銅板的組合方式為組合式或一體式。

組合式是指根據(jù)連鑄坯斷面尺寸的需要，將兩塊窄面銅板與兩塊寬面銅板拼成與連鑄體斷面尺寸相符的腔體斷面，形成組合式結(jié)晶器；而一體式是指直接將兩塊窄面銅板與兩塊寬面銅板一起加工，相當(dāng)于一個長方體中掏出一個圓弧形長方體后形成一個結(jié)晶器腔體。組合式結(jié)晶器能夠根據(jù)連鑄坯的需要進(jìn)行尺寸的更換，能夠滿足不同斷面尺寸連鑄坯的要求，有利于提高組合式結(jié)晶器的使用效率；一體式結(jié)晶器雖然不能更改斷面尺寸，但是能夠用于某一斷面尺寸連鑄體，提高了制備過程中的效率。

進(jìn)一步的，所述組合式分為定斷面尺寸和可調(diào)斷面尺寸。

定斷面尺寸是指窄面銅板的斷面寬度為定值，同時兩窄面銅板之間長度不可調(diào)；可調(diào)斷面尺寸是指窄面銅板能夠沿著寬面銅板的長度方向移動，形成一個窄面銅板斷面寬度為定值，而兩窄面銅板之間長度可調(diào)的結(jié)晶器。

進(jìn)一步的，所述窄面銅板與寬面銅板選用的材質(zhì)為銅基耐磨材料，所述窄面銅板與寬面銅板的工作層敷有鍍層，所述鍍層的材質(zhì)是CoNi合金，所述鍍層的厚度大于0.03mm。

上述銅基耐磨材料包括納米銅、Cu-Cr-Zr及Cu-Ag合金等，銅基耐磨材料具有良好的導(dǎo)熱性與耐磨性，主要作用是增強銅板的抗磨性，提高銅板壽命；在窄面銅板與寬面銅板的工作層敷有鍍層，鍍層起到抗磨減磨，提高結(jié)晶器銅板的使用壽命的作用。

進(jìn)一步的，所述窄面銅板與寬面銅板組成的結(jié)晶器適用于直結(jié)晶器或弧形結(jié)晶器。

進(jìn)一步的，所述結(jié)晶器適用于厚度為10～600mm的連鑄板坯。

本發(fā)明有益效果如下：

(1)本發(fā)明一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器能夠有效消除結(jié)晶器窄面與寬面銅板的接角，均勻連鑄凝固坯殼斷面四角端部的熱應(yīng)力；

(2)本發(fā)明一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器能夠優(yōu)化結(jié)晶器的銅板錐度，降低凝固坯殼與銅板間的氣隙；

(3)本發(fā)明一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器能夠降低或消除結(jié)晶器倒角面的凝固收縮應(yīng)用，進(jìn)而降低結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯產(chǎn)生裂紋，并可以有效降低單一錐度結(jié)晶器的銅板磨損。

附圖說明

圖1為一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器時的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器時的整體俯視圖；

圖3為一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器時窄面銅板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器時窄面銅板的俯視圖；

圖5為一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器時窄面銅板的剖面圖；

圖6為一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器時窄面銅板的左視圖；

圖7為一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器時窄面銅板剖面的正視圖；

圖8為一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器的一體式式整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器的一體式式整體俯視圖；

圖中，1-有錐度直結(jié)晶器窄面銅板；2-有錐度直結(jié)晶器寬面銅板；3-結(jié)晶器窄面銅板上面；4-結(jié)晶器窄面銅板下面；5-結(jié)晶器窄面銅板上面圓弧半徑R₁；6-結(jié)晶器窄面銅板下面圓弧半徑R₂；7-結(jié)晶器窄面銅板上面圓弧到窄面銅板外緣距離L_上；8-結(jié)晶器窄面銅板下面圓弧到窄面銅板外緣距離L_下；9-結(jié)晶器窄面銅板上面圓弧到窄面銅板外緣距離L_上與結(jié)晶器窄面銅板下面圓弧到窄面銅板外緣距離L_下之差ΔL，10-一體式結(jié)晶器入口端面；11-一體式結(jié)晶器入口端面銅板內(nèi)邊緣；12-一體式結(jié)晶器出口端面；13-一體式結(jié)晶器出口端面銅板內(nèi)邊緣；14-結(jié)晶器入口寬度；15-結(jié)晶器出口寬度；16-結(jié)晶器寬面長度；17-結(jié)晶器出口長度；18-結(jié)晶器入口長度。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

如圖1、2所示，為本發(fā)明一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器時的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，該結(jié)晶器由兩個一端開有光滑半圓形弧面結(jié)構(gòu)窄面銅板1與兩個寬面銅板2組成，窄面銅板1上開半圓形光滑弧面結(jié)構(gòu)，其中窄面銅板1與寬面銅板2的連接方式為光滑相切，窄面銅板1的光滑弧面結(jié)構(gòu)的直徑與兩個寬面銅板2之間的距離相等。

如圖3-7所示，為本發(fā)明一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器時的結(jié)構(gòu)示意圖，錐度不為0時，按照實際需要情況中對錐度的要求，窄面銅板1的上緣圓弧半徑R₁較下緣圓弧半徑R₂長ΔR，結(jié)晶器窄面銅板上面圓弧到窄面銅板外緣距離L_上較結(jié)晶器窄面銅板下面圓弧到窄面銅板外緣距離L_下短ΔL，這樣做的目的，一方面是為了滿足凝固坯殼在結(jié)晶器內(nèi)自上而下運動過程中凝固收縮的需要；另一方面是為了加強坯殼與結(jié)晶器銅板之間的傳熱，提高凝固坯殼厚度的均勻性。

如圖8、圖9所示，為本發(fā)明一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器的一體式結(jié)構(gòu)示意圖，窄面銅板與寬面銅板為一體式的腔形結(jié)構(gòu)，其中結(jié)晶器寬面與窄面的過渡方式為光滑相切；錐度為零時為入口端面與出口端面相同的腔體；錐度不為零時，窄面方向上緣圓弧半徑R1較下緣圓弧半徑R2長ΔR，入口端面圓弧到窄面銅板外緣距離L_上較結(jié)晶器窄面銅板出口端圓弧到窄面銅板外緣距離L_下短ΔL，ΔR與ΔL的變化共同滿足結(jié)晶器錐度的需要。

本發(fā)明制備了一個的圓弧形窄面銅板結(jié)晶器，其中，結(jié)晶器入口寬度為500mm、入口長度為2250mm、錐度為0.8％、結(jié)晶器長度為1250mm，根據(jù)公式和則該結(jié)晶器的寬面寬度為1250mm、出口寬度為495.96mm、出口長度為2241.92mm，窄面方向上緣圓弧半徑R1較下緣圓弧半徑R2長1.01mm，入口端面圓弧到窄面銅板外緣距離L_上較結(jié)晶器窄面銅板出口端圓弧到窄面銅板外緣距離L_下短1.01mm，距離上緣500mm處斷面寬度(即圓弧直徑)為498.38mm，同時，本發(fā)明所制備結(jié)晶器的窄面銅板與寬面銅板均采用Cu-Cr-Zr合金，且在窄面銅板與寬面銅板的工作層敷有0.035mm厚度的鍍層，鍍層的材質(zhì)是CoNi合金，本發(fā)明所制備的圓弧形窄面銅板結(jié)晶器有效降低了凝固坯殼與銅板之間的氣隙，使用銅基耐磨材料有效提高了結(jié)晶器的導(dǎo)熱性與耐磨性，提高了銅板壽命；在窄面銅板與寬面銅板的工作層敷有鍍層，鍍層起到抗磨減磨，提高結(jié)晶器銅板的使用壽命的作用，同時本發(fā)明制備的結(jié)晶器有效消除了凝固坯殼斷面四角的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種圓弧形窄面銅板結(jié)晶器，通過改變連鑄結(jié)晶器銅板的形狀，尤其是窄面銅板的形狀，達(dá)到降低甚至消除原有結(jié)晶器因具有窄、寬接角而使應(yīng)力集中產(chǎn)生的角部、對角及表面等處裂紋的效果；消除結(jié)晶器窄面銅板與寬面銅板的接角，均勻原連鑄凝固坯殼斷面四角的熱應(yīng)力，消除熱應(yīng)力集中；優(yōu)化結(jié)晶器的銅板錐度，降低凝固坯殼與銅板間的氣隙。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。