一種梅花型結晶器銅管的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及冶金連鑄設備用的結晶器銅管，具體涉及一種梅花型結晶器銅管。
【背景技術】
[0002]結晶器是整個連鑄機的第一個冷卻設備，其冷卻性能直接影響著鑄坯的質量，是連鑄機的“心臟”。目前鋼廠所使用的結晶器銅管其內腔曲面普遍通過錐度設計變化來確定。但是這種設計的不足是只能解決沿拉坯方向鑄坯收縮而引起的氣隙增大問題，而不能克服在同一截面上沿鑄坯周長方向冷卻不均的問題。
[0003]中國發明專利《雙曲線型結晶器銅管》(申請號:201110324670.5)采用結晶器內腔錐度曲線為雙曲線，四個面的錐度曲線均為雙曲線，在彎月面附近有較大曲線梯度，以便更好地迎合彎月面附近對錐度的要求，更好地適應了結晶器縱向上坯殼的收縮，使得結晶器縱向氣隙厚度進一步減小，更好地消除了氣隙的不良影響，增加了整個結晶器的傳熱效果O
[0004]中國實用新型專利《長壽命結晶器》(申請號:200520115195.0)采用銅管內壁的縱剖面曲線由上直線段和下擬拋物線段組成，兩段曲線相切，銅管主區的錐度連續減小，該結構設計避免結晶器內壁在曲率突變處首先被磨損。
[0005]現有技術還沒有考慮到不同坯殼初期受鐵水靜壓力的影響而在各面中心鼓起這一特征，沒有針對該特征進行產品形狀，同時也沒有涉及鑄坯在結晶器內形成坯殼角部溫度低，且結晶器銅管角部磨損較大進行結構上的考慮。
【發明內容】
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[0006]針對【背景技術】的不足，本實用新型提供了一種特殊內腔曲面的結晶器銅管，使得上部曲面橫截面呈凸形，中部曲面截面為矩形，下部曲面截面為四角凸起的矩形。使鑄坯在結晶器內形成坯殼初期受鐵水靜壓力的影響而在各面中心鼓起，利用結晶器銅管上部的圓弧狀，完全擬合鑄坯鼓起而形成的曲線；同時基于對鑄坯在結晶器內形成坯殼角部溫度低，且結晶器銅管角部磨損較大的缺陷，本發明將結晶器銅管下部截面的角部與基本工作面分離，使得形成的鑄坯坯殼行進至該位置時在角部自動形成特定大小的氣隙，使其坯殼表面溫度沿截面周長方向更加均勻；通過這些技術手段本實用新型實現了更高拉坯速度的目的。
[0007]本實用新型的技術方案是:一種梅花型結晶器銅管，結晶器銅管外輪廓為弧形，其包括銅管上部曲面、銅管中部曲面和銅管下部曲面，其特征在于:結晶器銅管上部曲面的橫截面由四段圓弧線圍成，圓弧半徑從銅管上部到銅管中部逐漸變大，所述的四段弧線在銅管中部過渡為四段直線；銅管中部曲面的橫截面為由四段直線所構成的矩形，且截面面積自上而下逐漸減小；銅管下部曲面的橫截面為四個棱角變成帶有圓弧狀凸起的矩形，構成結晶器銅管下部法向截面面積，自銅管中部到銅管下部面積逐漸減小，凸起的大小自銅管中部到銅管下部逐漸增大。
[0008]如上所述的梅花型結晶器銅管，其特征在于:所述的結晶器銅管上部曲面的四段圓弧半徑大于I米。
[0009]如上所述的梅花型結晶器銅管，其特征在于:所述的結晶器銅管上部曲面的四段圓弧從頂端凸起過渡到直線的距離為300mm至400mm。
[0010]本實用新型的有益效果是:根據對連鑄結晶器內鋼水凝固過程中坯殼生成的實際外形特征的研宄，并通過銅管內部預埋熱電偶的方法進行測溫驗證，總結推演出的結晶器內腔截面形狀。其形狀符合高拉速結晶器銅管對連鑄過程中坯殼與結晶器銅管之間氣隙均勻的要求。此外，在下部采用角部凸起的橫截面形狀，有利于高拉速狀況下減小拉坯阻力及坯殼表面溫度均勻的工藝需求。
【附圖說明】
[0011]圖1為結晶器銅管上部法向截面示意圖；
[0012]圖2為結晶器銅管下部法向截面示意圖；
[0013]圖3為結晶器銅管上部、中部及下部曲面的橫截面在同一平面上的投影圖。
【具體實施方式】
[0014]附圖1標記說明:A，B，C，D為構成結晶器銅管上部法向截面圓弧線圓心坐標R弧及R直為為構成結晶器銅管上部法向截面圓弧線半徑。
[0015]附圖2標記說明:Ra為構成結晶器銅管下部法向截面角部凸起圓弧線半徑；RA為構成結晶器銅管下部法向截面角部凸起圓弧線與截面四邊直線間過渡圓弧半徑；H、H’、D、M、h、h’、d、m分別為圖中所示設計參數。
[0016]附圖3標記說明:1-未凝固的鋼液2-初生坯殼3-構成銅管內腔中段截面直線4一構成銅管內腔上部截面圓弧線5—構成銅管內腔下部截面角部凸起弧線。
[0017]以下結合附圖對本實用新型做進一步的說明。
[0018]本實用新型所述的梅花型結晶器銅管【具體實施方式】如圖1及圖2所示，其結構為外輪廓為弧形，其內腔橫截面為由弧線或直線圍成的方形。結晶器銅管上部曲面的橫截面由四段圓弧線圍成，如圖1所示圓弧線的中心坐標分別為A、B、C、D，半徑分別為R弧及R直，坐標位置及圓弧半徑大小根據鋼種、拉坯速度、位置及銅管規格等決定鑄坯收縮特性的參數確定，圓弧半徑大小取值范圍從I米到無窮大，且圓弧半徑從銅管上部到銅管中部逐漸變大，最終使得四段弧線在銅管中部過渡為四段直線，從頂端凸起過渡到直線其過渡距離一般在300mm至400mm。銅管中部曲面的橫截面為由上述四段直線所構成的矩形，且截面面積自上而下逐漸減小。銅管下部曲面的橫截面為四個棱角變成帶有圓弧狀凸起的矩形，如圖2所示。構成結晶器銅管下部法向截面面積，自銅管中部到銅管下部面積逐漸減小，減小幅度根據鋼種、拉坯速度等決定鑄坯收縮特性的參數確定，凸起的大小自銅管中部到銅管下部逐漸增大。中部與下部的交界位置，則通過有限元計算的方法，以坯殼生長厚度及溫度分布為計算限制條件獲得。
[0019]如附圖3所示，未凝固的鋼液I在結晶器銅管中冷卻時，初生坯殼2很薄，受到鐵水的靜壓力作用中間鼓起，與本實用新型中所述的銅管內腔形狀相符，從而使得坯殼周邊與銅管之間的氣隙均勻，達到坯殼均勻生長的效果。由于結晶器銅管在鋼液液面及以下200_至300_位置熱流最大，因此該段位置截面設計成由弧線構成(解釋:這里鋼液液面大約位于銅管頂端向下10mm位置，而銅管上部凸起位置大約是自頂端向下300mm至400mm位置，即這部分銅管內腔四邊由弧線構成)，除使得氣隙均勻作用外，盡可能使其換熱效率達到最大。而為了使得成品鑄坯尺寸符合要求，結晶器銅管內腔截面需要逐漸收成矩形；坯殼行進至結晶器銅管下部，由于坯殼角部受到二維冷卻，溫度遠低于各面中間溫度，因此在下部截面角部設計呈凸起，使得坯殼角部與銅管之間氣隙增大，有利于角部溫度回升，從而使得坯殼溫度更加均勻。此外，從結晶器銅管使用的統計結果可以看出，銅管下部的角部磨損一般高于中間位置，因此可以判斷角部接觸是造成結晶器摩擦阻力增大的原因之一。而采用在結晶器下部采用角部分離設計可以有效的減小結晶器摩擦阻力，有利于提高鑄機的拉速水平。例如對于150*150方還，饒注普碳鋼，最大拉速可以達到4m/min以上，對于200*200方還，饒注合金鋼，最大拉速最多可能達到2m/min以上。
【主權項】
1.一種梅花型結晶器銅管，結晶器銅管外輪廓為弧形，其包括銅管上部曲面、銅管中部曲面和銅管下部曲面，其特征在于:結晶器銅管上部曲面的橫截面由四段圓弧線圍成，圓弧半徑從銅管上部到銅管中部逐漸變大，所述的四段弧線在銅管中部過渡為四段直線；銅管中部曲面的橫截面為由四段直線所構成的矩形，且截面面積自上而下逐漸減小；銅管下部曲面的橫截面為四個棱角變成帶有圓弧狀凸起的矩形，構成結晶器銅管下部法向截面面積，自銅管中部到銅管下部面積逐漸減小，凸起的大小自銅管中部到銅管下部逐漸增大。
2.如權利要求1所述的梅花型結晶器銅管，其特征在于:所述的結晶器銅管上部曲面的四段圓弧半徑大于I米。
3.如權利要求1或2所述的梅花型結晶器銅管，其特征在于:所述的結晶器銅管上部曲面的四段圓弧從頂端凸起過渡到直線的距離為300mm至400mm。
【專利摘要】本實用新型涉及冶金連鑄設備用的結晶器銅管，具體涉及一種梅花型結晶器銅管。本實用新型的結晶器銅管上部曲面橫截面呈凸形，中部曲面截面為矩形，下部曲面截面為四角凸起的矩形。使鑄坯在結晶器內形成坯殼初期受鐵水靜壓力的影響而在各面中心鼓起，利用結晶器銅管上部的圓弧狀，完全擬合鑄坯鼓起而形成的曲線。同時本實用新型將結晶器銅管下部截面的角部與基本工作面分離，使得形成的鑄坯坯殼行進至該位置時在角部自動形成特定大小的氣隙，使其坯殼表面溫度沿截面周長方向更加均勻，且實現了更高拉坯速度的目的。
【IPC分類】B22D11-04
【公開號】CN204565071
【申請號】CN201520168790
【發明人】李富帥, 陶金明, 倪賽珍, 謝長川, 王方方
【申請人】中冶連鑄技術工程有限責任公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年3月25日