CN202146982U - 一种具有组合式冷却水道的倒角结晶器窄面铜板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及金属连续铸造领域，特别涉及到一种具有组合式冷却水道的倒角结晶器窄面铜板(1)。该窄面铜板(1)的工作面包括平面区域和斜面区域(2)，平面区域位于中部，斜面区域(2)位于两侧的边角部，其中斜面区域(2)在横截面上的直线长度L为5～150mm，窄面铜板内部分布有沿高度方向上下贯通的圆形和矩形冷却水道，其中斜面区域(2)的内部分布有1～6个宽度为4～8mm的矩形冷却水道(5)和1～6个直径为5～10mm的圆形冷却水道(6)。本实用新型提出的倒角结晶器窄面铜板设计的倒角有利于铸坯窄面形状的优化，倒角内部的组合式冷却水道可以控制微合金化钢种边角部的裂纹缺陷，有利于延长窄面铜板的使用寿命。

Description

一种具有组合式冷却水道的倒角结晶器窄面铜板

技术领域

本实用新型涉及金属连续铸造领域，特别涉及到一种具有组合式冷却水道的倒角结晶器窄面铜板。 

背景技术

为了提高市场竞争力，我国许多钢铁企业都在其板坯或薄板坯连铸生产线上不断开发高附加值的品种钢，尤其是生产含有铌、钒、钛等元素的微合金化钢种。浇铸这类钢种时，结晶器窄边铜板一般采用平面结构，铸坯角部通常呈直角形状。在结晶器和二冷段内，铸坯角部由于以两维冷却方式释放热量，因此受到的冷却相对更强，其温度相对更低，在二冷段的弯曲段或矫直段，铸坯在角部的表面温度极易进入微合金化钢的脆性区范围，造成大量的细小的第二相粒子出现，比如碳氮化铌、氮化钛等，降低了钢的高温延展性；此外铸坯角部呈直角形状时更容易受到高的拉应力集中，这两方面的因素是引起角横裂纹产生的根本原因，限制了微合金化钢的规模化生产。 

为了解决微合金钢的边角部横裂纹问题，目前冶金工作者采用的主要措施包括提高钢水质量、优化和稳定保护渣性能、优化二冷段的冷却工艺等。极少数钢铁企业采用了倒角结晶器技术，该技术的目标是使得铸坯原有的直角改为两个钝角，用以消除铸坯角部的应力集中，同时达到提高角部温度的目的。 

中国实用新型专利No.02214026.3(公告号：CN 2547438Y，名称“板坯连铸结晶器窄边铜板”)提出了一种带侧面倒角的结晶器窄面铜板，其倒 角尺寸为6～10mm，角度为45度，该专利并没有涉及的到铜板内部冷却结构的设计。 

中国实用新型专利No.200720089029.7(公开号：CN 201132207Y，名称“一种板坯结晶器”)提出了一种带有过渡曲面的窄面铜板，曲面为圆弧面，圆弧倒角的半径为2～10mm，因此其倒角量不足10mm，角部冷却靠铜板自身导热来实现，该专利的缺点是倒角量小，铸坯角部温度的提升幅度有限。 

中国文献《连铸结晶器内大方坯的热力耦合分析》(文献来源：陈永，罗歆，沈厚发.钢铁.2008，43(3)，p33～37)对结晶器带侧面倒角的窄面铜板在大方坯连铸生产中的传热过程和坯壳的应力分布进行了分析，结果表明：带侧面倒角的窄面铜板如果采用较大的倒角如25mm，角度为45度，结晶器内侧面倒角处所对应的铸坯传热条件变差，角部凝固壳温度升高、凝固壳厚度减薄，并由此导致铸坯的角部裂纹；结晶器倒角变小为12mm时，角度为45度，可改善铸坯角部的传热条件，降低凝固坯壳角部温度，增加凝固坯壳厚度，有利于减轻和防止铸坯角部裂纹。 

可见，上述专利中很少涉及到铜板角部的冷却结构设计问题。而目前倒角结晶器存在的问题之一是尽管铸坯的角横裂发生率有所降低，但是由于角部冷却不足，造成倒角型铸坯产生更多的角纵裂缺陷甚至漏钢，降低了倒角结晶器的技术效果。为此，本实用新型提出了一种具有矩形组合式冷却通道的倒角结晶器窄面铜板。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有组合式冷却通道的倒角结晶器窄面铜板，可控制铸坯角横裂，延长窄面铜板的使用寿命。 

为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案： 

一种具有组合式冷却水道的倒角结晶器窄面铜板，其工作面包括平面区域和斜面区域，平面区域位于中部，斜面区域位于两侧的边角部，铜板横截面中心线处与边角部之间的厚度差H为1.4～140mm，斜面区域和平面区域在横截面方向上以相切方式光滑连接，斜面区域在横截面上的直线长度L为5～150mm，窄面铜板内部分布有沿高度方向上下贯通的圆形和矩形冷却水道，其中斜面区域的内部分布有1～6个宽度为4～8mm的矩形冷却水道和1～6个直径为5～10mm的圆形冷却水道。 

所述铜板的宽度为50～480mm，高度为700～1200mm，平面区域铜板厚度为40～100mm，其宽度在高度方向上保持一致，或平面区域宽度自上而下线性递减，铜板上缘和下缘之间的宽度差为0～4.0mm。 

所述铜板在宽度方向上以表面中心线为对称线，呈对称分布；在高度方向上，其工作面为单锥度、双锥度或多锥度中的一种。 

所述斜面区域在横截面方向上的曲线为折线、圆弧线、双曲线和抛物线中的一种或几种组合而成。 

所述斜面区域在横截面方向上的曲线与侧边形成的夹角α为20～45°。 

在所述铜板的斜面区域，矩形冷却水道和圆形水道的排列方式为以下的任意一种： 

(1)由靠近铜板侧面的一个或多个矩形冷却水道和相邻的一个或多个圆形冷却水道组成； 

(2)由靠近铜板侧面的一个或多个圆形冷却水道和相邻的一个或多个矩形冷却水道组成； 

(3)由多个交替分布的圆形冷却水道和矩形冷却水道组成； 

(4)由一个或多个圆形冷却水道和其下部的一个或多个矩形冷却水道组成。 

在所述铜板两侧的斜面区域，横截面上冷却水道与工作面的距离为 12～20mm；和/或所述铜板侧面距最近的矩形冷却水道端口的距离D为10～20mm。 

所述窄面铜板的平面区域内部的水道由均匀分布的矩形冷却水道和/或直径为5～10mm的圆形冷却水道组成。 

所述铜板至少具有以下特征之一： 

I)所述铜板的工作面上有镍镀层、镍铁镀层或镍钴镀层； 

II)所述铜板的工作面上不带有表面镀层，整个铜板的材质为银铜、铬锆铜、磷铜、铍铜中的一种。 

与现有技术相比，本实用新型公开的窄面铜板浇注的铸坯边角部由原有的直角转换为斜面形状，铸坯边角部的温度更高且横向分布更均匀，弯曲和矫直过程中受到的应力更小，可有效抑制铸坯角部横裂纹的发生，而且有助于延长该铜板的使用寿命。窄面铜板内部设置组合式冷却水道后，铸坯边角部必需的冷却效果可以得到保证，角部纵裂缺陷可以得到抑制。 

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的整体结构示意图； 

图2a为本实用新型第二实施例的整体结构示意图； 

图2b为本实用新型图2a的A-A纵剖面示意图； 

图3为本实用新型第一实施例或第二实施例的横截面结构示意图； 

图4为本实用新型第三实施例的横截面结构示意图； 

图5为本实用新型第四实施例的横截面结构示意图； 

图6为本实用新型第五实施例的横截面结构示意图。 

附图标记 

1：结晶器窄面铜板 

2：斜面区域 

3：侧面 

4：斜面区域在横截面上的曲线 

5：矩形冷却水道 

6：圆形冷却水道 

H：铜板横截面中心线处与边角部之间的厚度差 

α：窄面铜板工作面斜面区域在横截面方向上的曲线与侧边形成的夹角 

L：窄面铜板斜面区域在横截面上的直线长度 

D：最靠近窄面铜板侧面的矩形水道端口距侧面的距离 

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型作进一步说明。 

本实用新型提出的窄面铜板1主要用于厚度为50～480mm铸坯的连铸生产，连铸机为直弧型或立弯型，结晶器为组合式，其在高度方向上为竖直结构。该窄面铜板1可以和漏斗型结晶器宽面铜板进行组合，也可以和平行板式结晶器宽面铜板进行组合。在高度方向上，窄面铜板的宽度可以保持一致，也可以平面区域宽度自上而下线性递减，此时铜板上缘和下缘之间的宽度差为0～4.0mm。当窄面铜板的宽度自上而下线性递减时，铸坯在厚度方向上形成倒锥度，有利于加强铸坯下部的冷却，提高铸坯的表面质量。 

附图1给出了窄面铜板1的整体结构，它的工作面与钢水相接触，工作面由中部的平面区域和两侧的斜面区域2构成，铜板在高度方向上为单锥度结构。 

附图2a给出了窄面铜板1的另一种整体结构，附图2b为其A-A纵 剖面示意图，它的工作面与钢水相接触，所示窄面铜板工作面在高度方向上为双锥度结构，上部区域为斜面，下部区域为直面，上部区域的斜面提高了结晶器上部区域的锥度，起到增加凝固初期的坯壳与铜壁之间接触紧密程度的作用，从而加强了初始凝固过程的传热，提高了初始凝固壳的厚度和强度，有利于铸坯表面质量的提高。采用倒角结构后，铸坯的角部由原有的90°直角转变为两个钝角，这样可以提高铸坯边角部温度，并减小弯曲或矫直过程中铸坯角部的拉应力集中，达到控制角横裂的目的。窄面铜板1斜面区域2采用圆形水道和矩形水道进行组合冷却后，铸坯角部的纵裂缺陷能够通过提高周向温度的均匀性而得以控制。 

附图3～6给出了窄面铜板1内部的冷却结构、工作面形状和两侧的最大倒角量(即铜板横截面中心线处与边角部之间的厚度差H)。该窄面铜板1内部冷却水道布置的原则是必须确保坯壳与铜壁之间传热的均匀性，同时确保铸坯边角部具有足够的冷却，铜板斜面区域2由圆形冷却水道6和矩形冷却水道5组合进行冷却，窄面铜板1最靠近侧面3的矩形冷却水道5端口距侧面3的距离D应控制在10～20mm，目的是为铜板周边增加密封圈提供必需的空间。 

附图3给出了本实用新型第一实施例或第二实施例的横截面结构，其内部带有高度方向上贯通的均匀分布的组合式冷却水道，斜面区域在横截面方向上的曲线4可由折线、圆弧线、双曲线和抛物线中的一种或几种组合而成。其冷却结构的特征在于：平面区域为一个或多个均匀分布的矩形冷却水道5，靠近铜板侧面先采用一个或多个矩形冷却水道5再加上一个或多个圆形冷却水道6进行组合冷却。由于铜板角部首先采用了较深的矩形冷却水道5进行冷却，为了保证水道与铜板工作面之间的有效厚度，同时为铜板周边增加密封圈提供必需的空间，靠近铜板侧面的第一个冷却水道被设计成指向铜板边角部的斜水道，从而确保窄面铜 板最靠近边部的矩形冷却水道在底面的出口距侧面的距离D控制在10～20mm。 

附图4给出了本实用新型第三实施例的横截面结构，其内部带有高度方向上贯通的均匀分布的组合式冷却水道，斜面区域在横截面方向上的曲线4可由折线、圆弧线、双曲线和抛物线中的一种或几种组合而成。其冷却结构的特征在于：靠近铜板侧面为一个或多个圆形冷却水道6和一个或多个矩形冷却水道5，平面区域为一个或多个均匀分布的矩形冷却水道5。 

附图5给出了本实用新型第四实施例的横截面结构，其内部带有高度方向上贯通的均匀分布的组合式冷却水道，斜面区域在横截面方向上的曲线4可由折线、圆弧线和抛物线中的一种或几种组合而成。其冷却结构的特征在于：平面区域为一个或多个均匀分布的矩形冷却水道5，结晶器窄边铜板角部靠近工作面的斜面区域2采用一个或多个圆形冷却水道6和一个或多个矩形冷却水道5进行交叉组合冷却。 

附图6给出了本实用新型第五实施例的横截面结构，其内部带有高度方向上贯通的均匀分布的组合式冷却水道，斜面区域在横截面方向上的曲线4可由折线、圆弧线、双曲线和抛物线中的一种或几种组合而成。其冷却结构的特征在于：平面区域为一个或多个均匀分布的矩形冷却水道5，斜面区域2采用一个或多个圆形冷却水道6进行冷却，在圆形冷却水道6的下部采用一个或多个矩形冷却水道5进行补充冷却。 

Claims (9)

1.一种具有组合式冷却水道的倒角结晶器窄面铜板(1)，其工作面包括平面区域和斜面区域(2)，平面区域位于中部，斜面区域(2)位于两侧的边角部，铜板横截面中心线处与边角部之间的厚度差H为1.4～140mm，斜面区域(2)和平面区域在横截面方向上以相切方式光滑连接，其特征在于：斜面区域(2)在横截面上的直线长度L为5～150mm，窄面铜板内部分布有沿高度方向上下贯通的圆形和矩形冷却水道，其中斜面区域(2)的内部分布有1～6个宽度为4～8mm的矩形冷却水道(5)和1～6个直径为5～10mm的圆形冷却水道(6)。

2.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于：所述铜板的宽度为50～480mm，高度为700～1200mm，平面区域铜板厚度为40～100mm，其宽度在高度方向上保持一致，或平面区域宽度自上而下线性递减，铜板上缘和下缘之间的宽度差为0～4.0mm。

3.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于：所述铜板在宽度方向上以表面中心线为对称线，呈对称分布；在高度方向上，其工作面为单锥度、双锥度或多锥度中的一种。

4.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于：所述斜面区域(2)在横截面方向上的曲线(4)为折线、圆弧线、双曲线和抛物线中的一种或几种组合而成。

5.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于：所述斜面区域(2)在横截面方向上的曲线(4)与侧边形成的夹角α为20～45°。

6.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于：在铜板的斜面区域(2)，矩形冷却水道(5)和圆形水道(6)的排列方式为以下的任意一种：

(1)由靠近铜板侧面的一个或多个矩形冷却水道(5)和相邻的一个或多个圆形冷却水道(6)组成；

(2)由靠近铜板侧面的一个或多个圆形冷却水道(6)和相邻的一个或多个矩形冷却水道(5)组成；

(3)由多个交替分布的圆形冷却水道(6)和矩形冷却水道(5)组成；

(4)由一个或多个圆形冷却水道(6)和其下部的一个或多个矩形冷却水道(5)组成。

7.如权利要求6所述的窄面铜板(1)，其特征在于：在所述铜板两侧的斜面区域(2)，横截面上冷却水道与工作面的距离为12～20mm；和/或所述铜板侧面(3)距最近的矩形冷却水道(5)端口的距离D为10～20mm。

8.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于：所述窄面铜板(1)的平面区域内部的水道由均匀分布的矩形冷却水道(5)和/或直径为5～10mm的圆形冷却水道(6)组成。

9.如任一权利要求1-8所述的窄面铜板(1)，其特征在于：所述铜板至少具有以下特征之一：

I)所述铜板的工作面上有镍镀层、镍铁镀层或镍钴镀层；

II)所述铜板的工作面上不带有表面镀层，整个铜板的材质为银铜、铬锆铜、磷铜、铍铜中的一种。

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