專利名稱：連鑄凸凹型結晶器銅管的制作方法
技術領域：
結晶器銅管是一種用于連鑄機的配件，鋼水直接澆鑄在結晶器銅管內，鋼水通過銅管向銅管外的冷卻水散發(fā)熱量，鋼水在銅管內連續(xù)冷卻成型拉出鋼坯。
背景技術：
已有的結晶器銅管多為向一側彎曲的銅管，銅管內腔從上口至下口為錐形而且從上到下為一個遞減的錐度，稱為單錐銅管。這種銅管在實際使用過程，由于被冷卻的坯殼逐漸增厚收縮力增大，鋼水的靜壓力也在變化，使得單一的錐度很難適應坯殼的收縮變化。這就要出現(xiàn)隨著坯殼的下移，坯殼時而與銅管內壁脫離，形成氣隙熱阻急劇增加，氣隙區(qū)的坯殼開始回熱，坯殼強度和剛度下降，隨著坯殼的下移鋼水靜壓力增大，又使坯殼貼近銅管。這種坯殼時而與銅管內壁接觸時而分離的現(xiàn)象，嚴重地影響了結晶器的冷卻工作效果，降低了連鑄速率及生產效率；同時加速了銅管的磨損，降低了銅管的使用壽命，增加生產成本。連鑄正朝著高拉速、高作業(yè)率、高質量方向發(fā)展，提高拉速的主要途徑是改進結晶器銅管內腔形狀，均勻地增強冷卻強度，以改善傳熱效果。其中，關鍵技術之一是優(yōu)化設計結晶器銅管內腔形狀，目的是使鑄坯凝殼與銅管的氣隙保持在較小合理范圍內，有利于結晶器快速均勻地傳熱，確保坯殼厚度均勻快速生成。提高拉速的同時，提高鑄坯質量，減少結晶器銅管的磨損，提高銅管的使用壽命。
發(fā)明內容
本實用新型就是要解決結晶器銅管工作過程與冷卻的坯殼保持有一個良好的接觸冷卻，又要減少坯殼對銅管內壁的磨損問題。提供一種內腔形狀更加符合坯殼收縮變化規(guī)律和適合快速拉出鋼坯的結晶器銅管。
本實用新型的連鑄凸凹型結晶器銅管仍為向一側彎曲的矩形的銅管，銅管內腔從上口至下口為錐形，其特征在于銅管內腔上段內壁向外圓滑凸起；中部內壁恢復成平面，銅管平面擠在坯殼凸面，迫使坯殼向內收縮可以提高鋼坯外部、內部質量；下段內壁向內凹形成凹面。這樣的形成的結晶器銅管比較適應鋼水和外層凝固成型變化規(guī)律，增加了冷卻成型效果。特別是下段內壁為平面而內壁相交的拐角處圓角向外凸起，形成內腔壁的凹平面；這樣形成的坯殼拐角處與結晶器銅管之間有意形成逐漸接觸的間隙，減小坯殼拐角冷卻速度而與坯殼壁面冷卻趨向均勻，并有效地防止坯殼拐角對結晶器銅管的磨損；平面的結晶器銅管壁反而有效地與坯殼接觸快速地冷卻，防止坯殼面在快速拉制過程出現(xiàn)坯殼拉漏現(xiàn)象。同時，配合銅管內腔上段內壁向外圓滑凸起，使得在上段鋼水及形成的初生坯殼與銅管壁有緊密的接觸，能夠高效傳熱。這種幾何形狀的銅管在彎月面以下內壁成凹形面，能較好的適合凝固坯殼的實際形狀，有利于結晶器快速均勻傳熱，確保坯殼有足夠均勻厚度，滿足高拉速要求。普通的結晶器銅管彎月面以下角部區(qū)域，由于受鋼水擠壓的影響，角部坯殼和銅管壁接觸，易產生較大應力值，使拉坯摩擦阻力明顯增加，坯殼角部易拉裂。本實用新型的連鑄凸凹型結晶器銅管由于內腔下段拐角做成向外凸起形，銅管角部得到了保護，坯殼角部不易產生拉應力及裂紋，所以適合澆注鋼種范圍廣，普碳鋼、合金鋼、不銹鋼等都可以澆注。下段內壁平面相交的拐角處圓角向外凸起為凸起的圓角及與圓角和平面相切的過渡弧面構成。這樣不但增加了結晶器銅管內腔拐角的光滑過渡，同時也使與坯殼拐角之間形成的間隙逐步減小，向平面過渡成接觸。同時為了適應坯殼拐角處雙向冷卻成坯均勻成度，銅管內腔下段四個平面壁的寬度由上至下逐步減小。對于100-300方的結晶器銅管，其下段內壁平面相交的凸起圓角半徑最好為4-12mm，與圓角和平面相切的過渡弧面半徑最好為600-800mm。銅管內腔最好有0.12-0.15mm厚的鍍硬鉻層以增加內腔整體耐磨能力。
銅管內腔從上口至下口為拋物線型內腔錐形，上段或上部分的錐度大于下段或下部分的錐度。這樣形狀的銅管內腔，是從上到下錐度逐漸減小的拋物線型內腔銅管，其內腔形狀能更好地符合鋼水結晶成型過程，坯殼逐步收縮的規(guī)律。有效地保證了銅管內壁與鋼坯殼之間所產生的間隙最小，增強銅管的導熱性能，避免了角裂、橫裂等質量問題。由于冷卻散熱效果提高，可以進一步提高連鑄機的拉鋼速度，提高生產效率和產量。由于銅管是向一側彎曲的，為了更適合坯殼不同方向的收縮規(guī)律，銅管內腔不但要上部分的錐度要大于下部分的錐度，而且內腔彎曲兩側面的錐度要小于另外兩側面的錐度，簡單說就是直面錐度大于相對應的弧面錐度。這是更適應于坯殼彎曲部分的收縮率小于直面部分收縮率的特性，減少了彎面坯殼與銅管之間產生的拉坯摩擦阻力。
本實用新型的結晶器銅管與已有的技術相比具有如下優(yōu)點1、結晶器銅管內腔形狀要符合鋼水冷卻凝固規(guī)律，與坯殼形狀盡量相適應，使氣隙保持在最小范圍內，實現(xiàn)高效傳熱，使鋼水快速均勻冷卻，并能獲得質量良好坯殼。避免了坯殼冷卻過程的溫度波動，大大增加了冷卻結晶效果。
2、結晶器銅管內腔沿縱向上連續(xù)拋物線錐度，在使鋼水與坯殼與結晶器銅管壁有良好接觸的前提下，利用拐角處的凸圓滑角在較容易冷卻的坯殼拐角形成過渡的空隙，同時反而增加了銅管平面壁部分與坯殼有效接觸快速冷卻，不但增加了總體的冷卻速度而且使得坯殼冷卻趨于均勻，并具有了最小的接觸應力，大大減少拉坯阻力，使鑄坯順利脫出，提高了過鋼量；連鑄機的拉速提高50％以上，同時結晶器銅管的使用壽命大大提高，過鋼量提高50％以上。
附圖表示了本實用新型一種連鑄凸凹型結晶器銅管的結構示意圖，其中圖1為這種連鑄凸凹型結晶器銅管的主剖視圖，圖2為該銅管的左視圖，圖3為該銅管的上段橫截面剖視圖，圖4為該銅管的下段橫截面剖視圖。
以下結合附圖的具體實施方式
進一步說明本實用新型。
具體實施方式
這種本實用新型的連鑄凸凹型結晶器銅管，為向一側彎曲的矩形銅管，銅管內腔從上口至下口為錐形，銅管內腔從上口至下口為錐度分為n段，上段的錐度大于下段的錐度。n段的連續(xù)形成拋物線型錐的銅管，可以視為拋物線型錐的銅管。銅管的長度為900mm-1000mm；彎月面以上為凸形曲線
銅管自上口至H處，其內腔形狀為凸形曲線，四壁面兩對相對的面分別以圓弧R1、R2的形狀向外凸起，R1、R2的圓弧面與銅管角部圓角面R3圓滑過度，兩相鄰壁面夾角為鈍角，兩相對應圓弧最高點的距離C、D逐步減小。從上口至H處，R1、R2值逐步變大，但始終保持與圓角R3圓滑過度，至H處，R1(R2)變成一條直線，C、D值從最大變?yōu)樽钚?，兩相鄰壁面夾角從鈍角逐步變?yōu)橹苯?。彎月面以下為凹形曲線銅管自H處向下至下口，其內腔形狀四壁主面保持平面，四角向外突出。也就是兩相鄰內壁相交的拐角處的圓角向外凸起，如圖4所示。Y1、Y2為銅管內腔對應平面的距離，從H處至下口，逐步變小的錐形，變化規(guī)律符合拋物線曲線規(guī)律。X1、X2為銅管內腔四壁平面部分的寬度直線段的大小，從上至下逐步變小；r為銅管內腔四個向外凸起圓角半徑值，圓角r與四壁平面X1、X2以圓弧圓滑過度，圓弧半徑為R3，其自H處向下至下口與四壁光滑連接。這種結晶器銅管的技術基本思路是，在結晶器銅管上部，因角部兩個方向導熱易收縮，而使兩側面形成鈍角，此鈍角向下逐漸減少，變?yōu)橹苯牵瑸檫m應這種凝固實際形狀，結晶器銅管上部做成凸型曲線。因此，上部鋼水與銅管壁保持緊密均勻的接觸，傳熱效果好，大約在距銅管上部350毫米區(qū)域開始生殼，并且向下逐漸變?yōu)橹苯牵越Y殼的鋼水隨著逐漸向下變化主要壁面而受擠壓接觸，易提高冷卻速度和鑄坯的質量。利用拐角處的凸圓滑角在較容易冷卻的坯殼拐角形成過渡的空隙，同時反而增加了銅管平面壁部分與坯殼有效接觸快速冷卻，不但增加了總體的冷卻速度而且使得坯殼冷卻趨于均勻，并具有了最小的接觸應力，大大減少拉坯阻力，這種結晶器120mm×120mm方坯拉速可達4.5m/min，150mm×150mm方坯拉速可達3.5m/min，提高拉速可達50％-100％，而且，還能澆注特殊鋼如高碳硬線鋼，冷鐓鋼和易切鋼。過鋼量可達8000-10000噸。
權利要求1.一種連鑄凸凹型結晶器銅管，為向一側彎曲的方形或矩形的銅管，銅管內腔從上口至下口為錐形，其特征在于銅管內腔從上口至下口為拋物線型錐度變化的內腔形狀，上段或上部分的錐度大于下段或下部分的錐度，銅管內腔上段內壁向外圓滑凸起，中部內壁恢復成平面，下段內壁向內凹形成凹面。
2.如權利要求1所說的結晶器銅管，其特征在于銅管內腔不但要上部分的錐度要大于下部分的錐度，而且內腔彎曲兩側面的錐度要小于另外兩側面的錐度，
3.如權利要求1或2所說的結晶器銅管，其特征在于下段內壁為平面而內壁相交的拐角處圓角向外凸起，形成內壁向內凹的平面。
4.如權利要求3所說的結晶器銅管，其特征在于下段內壁平面相交的拐角促圓角向外凸起為凸起的圓角及與圓角和平面相切的過渡弧面構成。
5.如權利要求4所說的結晶器銅管，其特征在于銅管內腔下段四個平面壁的寬度由上至下逐步減小，下段內壁平面相交的凸起圓角半徑為4-12mm，與圓角和平面相切的過渡弧面半徑為600-800mm。
6.如權利要求5所說的結晶器銅管，其特征在于銅管內腔有0.12-0.15mm厚的鍍硬鉻層。
7.如權利要求5所說的結晶器銅管，其特征在于銅管上段內壁四面向外凸起的曲線與四圓角圓滑連接。
專利摘要結晶器銅管是一種用于鑄鋼連鑄機的配件。為了解決銅管工作過程與冷卻的坯殼有效接觸的問題和冷卻不均拉制應力裂紋的問題，結晶器銅管仍為向一側彎曲的方形或矩形的銅管，銅管內腔從上口至下口為拋物線型錐形內腔，上段或上部分的錐度大于下段或下部分的錐度；銅管內腔上段內壁向外圓滑凸起，中部內壁恢復成平面，下段內壁向內凹形成凹面。特別是下段內壁為平面而內壁相交的拐角處圓角向外凸起，形成內內腔壁的凹平面，這樣的形成的結晶器銅管比較適應鋼水和外層凝固成型變化過程，增加了冷卻成型效果。
文檔編號B22D11/041GK2540242SQ0227339
公開日2003年3月19日 申請日期2002年5月23日 優(yōu)先權日2002年5月23日
發(fā)明者林泉, 車守祿, 譚紹寧, 周廣濱, 張小明, 楊愛國, 揚元良, 李洪福, 李宏東, 陳晶齋 申請人:大連大山結晶器廠