[发明专利]双曲线型结晶器铜管

说明书

技术领域

本发明涉及冶金连铸设备用的结晶器铜管，具体涉及一种采用双曲线锥度设计的新型结晶器铜管。 

背景技术

结晶器是整个连铸机的第一个冷却设备，其冷却性能直接影响着铸坯的质量，是连铸机的“心脏”。在结晶器中发生的物理过程繁多，有钢液的流动、相变、凝固，铸坯的收缩变形以及各种方式的传热、传质过程。钢水、保护渣、坯壳和结晶器构成一个复杂的热状态和力学状态的耦合体系。 

    结晶器内出现的铸坯质量问题（如脱方、鼓肚、角部裂纹、纵裂、表面凹陷等）都与坯壳和铜管之间的传热不均匀有关。钢液在结晶器内凝固时产生的热收缩，在坯壳与结晶器之间形成气隙，极大地阻碍了热量的传递，降低了冷却效果，使坯壳变薄。由于现在连铸拉速越来越高，对结晶器冷却效率要求也就越高。因此为了改善冷却条件，坯壳与结晶器铜管之间必须有良好接触，结晶器的内腔应该呈倒锥度设计，以适应坯壳的凝固收缩，减小气隙，增加坯壳厚度。大量实践证明，对结晶器铜管采用倒锥度设计处理能够很好地解决结晶器内产生的铸坯质量问题。 

要使结晶器适合高拉速的要求，必须设计合理的锥度曲线。过大的锥度会造成结晶器对坯壳的挤压, 导致角部凹陷, 坯壳与结晶器的摩擦增加, 加剧结晶器的磨损, 还会出现表面增铜。在角部区域, 由于气隙的作用会形成热点, 反而造成坯壳减薄并引起裂纹。锥度太小会使气隙增大、热流减小、坯壳减薄、容易发生漏钢; 另外锥度过小会使角部转动加剧, 诱发皮下裂纹和纵向凹陷的产生。由于气隙厚度的不均匀性以及结晶器纵向气隙形状的不规则, 单一锥度结晶器并不能很好地消除气隙的不良影响, 尤其是在连铸低碳钢或者是高速连铸时, 其不足尤为明显。为此, 伴随着高速连铸的发展, 发展了双锥度、三锥度、四锥度及抛物线锥度等多锥度的结晶器。多锥度结晶器的纵向形状更符合结晶坯壳的实际规律, 更好地适应了结晶器纵向上坯壳的收缩, 使得结晶器纵向气隙厚度进一步减小, 更好地消除了气隙的不良影响, 增加了整个结晶器的传热效果, 为连铸高效化提供了保证。 

如中国实用新型专利“01250557.9结晶器铜管”。 

摘要：结晶器铜管是一种用于铸钢连铸机的配件。钢水直接浇铸在结晶器铜管内,在铜管内连续冷却成型拉出钢坯,为了解决铜管工作过程与冷却的坯壳时而接触时而分离的问题,结晶器铜管仍为向一侧弯曲的方形或矩形的铜管,铜管内腔从上口至下口为锥形,铜管内腔从上口至下口为锥度分段的双锥或三锥或多锥,或者抛物线型内腔形状,上段或上部分的锥度大于下段或下部分的锥度。最好直面的锥度大于弧面的锥度。避免工作过程中坯壳与铜管内壁出现气隙,更加符合坯壳收缩变化规律。 

中国实用新型专利“200520008088.8双W型高拉速结晶器铜管”。 

摘要：本发明涉及连续铸钢机中的结晶器铜管。该结晶器铜管的内壁纵剖面曲线由上直线段和下拟抛物线段组成,两线段相切,并给出了该结晶器铜管的内壁纵剖面曲线方程,整个结晶器铜管内壁的纵剖面曲线具有连续的倒锥度。铜管内腔形状的变化率恰好能够完全补偿凝固坯壳的收缩率,凝固坯壳与铜管内壁间既不因锥度不足而出现气隙(理论上无气隙),也不因锥度过大而引起挤压力。 

多锥度结晶器的纵向形状更符合结晶坯壳的实际规律, 更好地适应了结晶器纵向上坯壳的收缩, 使得结晶器纵向气隙厚度进一步减小, 更好地消除了气隙的不良影响, 增加了整个结晶器的传热效果, 为连铸高效化提供了保证。 

钢液在弯月面附近的收缩较大，在该区域的锥度变化更为剧烈。采用抛物线锥度曲线设计的话，在弯月面处较难获得大梯度，因此本专利了发展一种光滑的而且在弯月面附近有较大曲线梯度的设计方法，该方法叫双曲线锥度设计。 

发明内容

本发明的目的是提供一种双曲线型结晶器铜管，克服抛物线锥度曲线在弯月面处较难获得大梯度的缺点，更好地适应了结晶器纵向上坯壳的收缩, 使得结晶器纵向气隙厚度进一步减小, 更好地消除了气隙的不良影响, 增加了整个结晶器的传热效果, 为连铸高效化提供了保证。 

本发明的技术方案是：一种双曲线型结晶器铜管，其特征在于：结晶器内腔锥度曲线为双曲线，四个面的锥度曲线均为双曲线，在弯月面附近有较大曲线梯度，所述的结晶器铜管双曲线锥度曲线，符合如下锥度曲线公式： 

                                     [1]

其中，a、b、c为常量，后文将详述其推导过程。m为调节变量，改变m的值可以改变锥度曲线拟合接近程度。