[发明专利]一种双水套结构的结晶器

说明书

本发明设计一种双水套结构的结晶器，包括管状主体、外部水套和两分式水套；外部水套安装在管状主体外，两分式水套嵌合在管状主体与外部水套之间的上部。管状水套下部有硬质点、外围纵向加工有深度及宽度不同的纵向凹槽，外部水套的内腔与各肋条顶面有间隙；两分式水套的外框周向尺寸与肋条减小前高度一致；两分式水套内腔与肋条之间留有间隙且与管状主体之间通过紧固件固连，两分式水套位于金属液面以上50mm至金属液面以下150～250mm范围内，其材质刚度高于管状主体材质刚度。有利于加快两分式水套内冷却液流速，有利于满足坯壳与结晶器之间换热强度变化的需求，增加了管状主体的抗变形能力。在提高拉速的同时，还提升铸坯质量。

技术领域

本发明涉及一种双水套结构的结晶器，具体涉及用于大小铸坯的长金属产品连续铸造用结晶器，属于钢铁冶金机械行业连铸技术领域。

背景技术

冶金连铸行业的方形、矩形及多边形截面铸坯的金属凝固过程中，液态金属浇入结晶器铜管后，在铜管外部冷却水的作用下沿结晶器内壁逐渐结晶凝固，形成坯壳并发生凝固收缩，由于结晶器内角部区域的金属受到相邻两面铜管的冷却，它比边部冷却强度大，这将导致角部金属与边部金属温度差异，以及坯壳厚度及收缩不均匀等问题，从而增加了铸坯角裂的倾向，进而限制了铸机的拉坯速度；另一方面，在结晶器内金属液面附近，由于浇铸过程中液面波动，以及该处高温金属液体直接与冷却主体接触，使得此处热流远远大于其它部分，容易造成冷却主体内表面温度过高，并引起热变形等问题。

针对上述问题，现有技术中有许多公开了的解决方案。例如：中国专利“用于连续铸造的结晶器”（CN103328130 A）是通过侧壁厚度上加工冷却通道，实现铸坯的均匀换热，并通过在金属液面附近减薄冷却主体厚度的方法，加强其在该位置的热交换强度，虽然能有效的解决所述问题，但在侧壁厚度上钻孔这种方式要求壁厚达到一定要求，并且在具有一定弧度的壁厚上钻孔，其加工难度大，进而导致实施成本很高，难以被广泛应用；中国发明专利“用于连续铸造的结晶器及其生产方法”（CN105473253A）是采用铜管外壁加工多个纵向凹槽，并在外表面缠绕树脂或玻璃钢等多个纤维材料层或覆盖式粘合剂，以实现对铜管的均匀冷却效果，该技术方案虽然解决了铸坯与铜管之间换热强度增加的问题，但没有考虑到通过在该位置增强铜管与水之间的换热强度来提高铜管的换热效率问题；还有如中国发明专利“双曲线型结晶器铜管”（201110324670.5）所述的，采用结晶器内腔锥度曲线为双曲线，设置四个面的锥度曲线均为双曲线，同时，在弯月面附近有较大曲线梯度，以便更好地迎合弯月面附近对锥度的要求，更好地适应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, 有效消除气隙的不良影响, 增强了整个结晶器的传热效果，但该方案的不足之处是：该方案只是从内腔形状上解决由于铸坯收缩引起的气隙问题，不能解决铸坯在凝固过程中沿截面周向的冷却不均匀问题。同样的，发明专利“一种铸铁水平连续铸造双水套式结晶器”（201410571277.X），包括钢套和镶嵌在钢套内的高纯石墨套，钢套包括内套和外套，内套上设有梯形截面螺旋水道，水道中设有将水道分成水道I和水道II两部分的隔板，水道I和水道II上分别设置有进出水管，该发明充分发挥双水套分别控制的水平连铸工艺优势，避免漏钢，可提高拉拔速度，但不足之处是：该方案所采用的螺旋式水槽虽然可以增加换热效率，但仍然不能解决铸坯在凝固过程中沿截面周向的冷却不均匀问题。

综上所述，有必要设计一种通过双水套的结晶器结构，以利于在结晶器内形成组合式冷却通道内腔，使得铸坯与冷却主体之间不但换热均匀，并且能够有效地将金属液面附近高的热流迅速带走。

发明内容

本发明目的是针对背景技术所提出的问题，设计一种双水套结构的结晶器，其创新思路是：由于结晶器所承受的热—机械应力最大的区域是跨越金属液面的区域，因此冷却液与结晶器之间的换热系数，特别是跨越金属液面附近的换热系数，直接影响结晶器管状主体内的塑性变形程度，所述机械应力是由金属液面附近区域内高温液态金属所产生，而塑性变形是操作状态下结晶器管状主体内壁所经受的塑性变形。因为结晶器的工作寿命与每个热循环内积累的塑性变形呈反比，因此，如何有效的控制结晶器内的温度场，以确保在有效状态下延长结晶器工作寿命，是极其重要的技术手段。