热交换量增加的连铸结晶器及结晶器中增进热交换的方法技术

用于钢坯、钢锭和板坯（２４）连续浇铸铸模（１０）的结晶器（１１）具有厚度为４－１５ｍｍ的侧壁，结晶器（１１）可分为上部区域（３４）和下部区域（２６）。（１１）的外部与一盒形结构（１３）构成供冷却流体循环的冷却腔（１４），（１１）的内部与要成型的铸件（２４）表皮接触。冷却腔（１４）具有中间壁（２０），（２０）与结晶器侧壁的外表面（１２）之间形成循环通道（２１），通过改变循环通道（２１）的横截面和调节循环通道入口与出口之间的压力能引起冷却流体按湍流流动，从而使热交换量增大至４０，０００Ｗ／ｍ↑［２］Ｋ。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与一种具有使热交换量增加的连续浇铸结晶器以及在连续浇铸的结晶器中增进热交换的方法有关，专利技术在各主要权利要求中提出。本专利技术在为生产各种所需类型和截面的钢坯、钢锭(大钢坯)或板坯(扁钢坯)的连续浇铸工厂中结合一铸模一起使用。连续浇铸的生产领域中仍存在许多未能克服的困难问题，这些问题都与结晶器侧壁所承受的高温有关。更确切地说，众所周知，对于无冷却液循环的结晶器侧壁的温度而言，它沿浇铸的方向而改变并在熔融金属的弯液面附近达最大值。这种沿结晶器侧壁的温度不均匀分布会引起侧壁发生不均匀的变形，并使侧壁相对于其冷态时的原始位置产生向外的偏位，这种由材料热膨胀引起的变形会关联到成形中的钢坯或钢锭的不均匀形变而引起表面疵病。并且，众所周知，凝固中的钢坯/钢锭/板坯的表皮在降入结晶器过程中按一定规律收缩，各种材料收缩规律不同。上面两种因素的综合作用至少使钢坯/钢锭/板坯表皮层与结晶器的下部区域的侧壁脱离。这就在相当程度上减少了钢坯/钢锭/板坯与结晶器的热交换，实际上使得对表皮层的冷却中止，因而也中止了表皮层的形式。这给正在成形的钢坯/钢锭/板坯带来严重损害。在先有技术结晶中，至少在结晶器的下部区域，成形中的表皮层与结晶器侧壁的热交换系数低于36000w/m2k。这样就无法获得有效的冷却作用，因此也就不能有效形成凝固的表层。J.K.BRIMACOMBE的文章“Empowerment with Knowledge—Towards the Intelligent Mould for the Continuous Casting ofsteel Billets”，METALLURGICAL TRANSACTIONSB，Vol-ume24B，DECEMBER1993，第917-930页中明确指出，先有技术的结晶器中，铸件从结晶器中脱出的出口处区域的热通量介于1.2至1.4MW/m2之间，而在表皮层与结晶器侧壁相脱离的起始区域热通量不超过2MW/m2。因此先有技术结晶器中，热交换量只有在结晶器第一区段中符合要求，第一区段长度只占结晶器长度的1/4，一般说来到弯液面下方200mm处。在这个第一区段内钢坯/钢锭/板坯基本上与结晶器侧壁贴合。所以为保证钢坯/大钢坯/板坯脱离结晶器时具有一较厚的表皮层以防止其裂开，并防止由此造成的液态金属的突然崩离，从而有必要降低浇铸的速度。当钢坯或大钢坯具有方形、矩形或通常的多边形截面时，另一问题会随之出现，即钢坯或大钢坯在结晶器上部区段的角部会受到更剧烈的冷却作用。因为在这些角部区的热量可从角部的两侧散出。其结果是在钢坯或大钢坯角部，表皮层成形较快，这样所造成的材料的收缩使钢坯或大钢坯与结晶器侧壁迅速脱离，因而阻碍了冷却和凝固过程。由此原因，钢坯或大钢坯的表皮层在其角部的厚度小于钢坯或大钢坯侧壁的厚度、从而在钢坯或大钢坯的侧面与角部之间形成温度梯度。这些温度梯度在结晶器的侧壁和被冷却的钢坯或大钢坯内部产生张力，这些张力会引发裂纹和其他表面疵病，从而降低了生产出的产品质量。本专利技术申请人对能克服先有技术缺点的本专利技术进行了构思设计，试验和产品生产，从中还体现出更多的优点。本专利技术的内容和特征都在相应的主要权利要求中提出，而在附属的权利要求中叙述了具有主要实施例构思的各种变型。本专利技术的目的是获取一种能连续浇铸钢坯/钢锭/板坯的结晶器。由于增加了结晶器侧壁与正在冷却流体的热交换从而增加了排热速度。本专利技术另一目的是提供一种能使热变形减至最小的结晶器。本专利技术还有另一目的，即是提供一种增进结晶器侧壁与在连续浇铸结晶器中正在成形的表皮层之间热交换的方法。按本专利技术的结晶器，其侧壁有一减小的厚度，约在4—15mm之间，但最好在4—10mm之间，这使得它们具有弹性性质。这种具有弹性性质的结晶器比先有技术的刚性结晶器排出的热量更大，因为弹性性质能使侧壁朝内侧偏移，从而消除了由于热场而引起的内壁向外的变形。这样就消除了侧壁和正在成形的表皮层之间的空气隙，因而也就使很高的阻热下降。在结晶器侧壁与浇铸件的热交换中，由此空气隙引起的热阻占总的热阻的84％。减少或消除空气隙能使结晶器既使在其下部区域也能排出很大热量，此热通量是在2.5和5MW/m2之间。如此高的热通量会导致结晶器侧壁产生很高的温度，此高温会引起侧壁的塑性变形。因为有必要使下部区域的侧壁保持弹性状态，以便能消除侧壁与正在成形表面之间的空气隙，这就有必要增进冷却流体与结晶器侧壁之间的热交换系数，使之增加到40000—100000W/m2之间，这样才能转移所产生的高的热通量。结晶器的侧壁外部配置冷却腔，相应于结晶器的每个侧壁结晶器都包括有一特定的中间壁，该中间壁用来与侧壁一起限定出一冷却流体的循环通道。按本专利技术实施例的一种形式，循环通道沿垂直于结晶器轴线方向上具有一截面，其横向长度比结晶器侧壁(的横向尺寸)小，冷却流体通道的横向宽度或跨距的最大值为3mm。本专利技术的范围包括在相应循环通道中循环流动的冷却流体压力或压力范围与结晶器侧壁和冷却流体间所能达到的热交换系数相关联。本专利技术表明通过对冷却流体压力施加作用，有可能使结晶体侧壁在规定区域内的变形减少至所需程度。此专利技术中所指的冷却流体通常指工业用水，总之是指通常用于铸模中使结晶器冷却的水。按照一种变型，本专利技术使用一种冷却(流体)水其中添加了一些物质，因而这种水能在温度低于“0”度时使用，水在铸模入口处的温度可以低至-25℃～-30℃。本专利技术的一种变型是配备使用一种其他流体物质的冷却流体，诸如乙二醇，在铸模入口处的温度可在-10℃/-15℃和-70℃/-80℃之间。本专利技术的另一种变型是以液态气体作为冷却流体，它可以是纯的液态气体也可是混有其他种类气体或液体的液态气体，铸模入口处的温度为-3℃/-270℃。以下所给出的各种参数是对应于各种类型水中的一种所组成的冷却流体，这种水由于通常在工业生产过程中用来冷却连续浇铸的铸模，也就称之为普通水(标准水)。按照本专利技术，取决于上述讨论的情况，冷却流体能沿与钢坯/钢锭/板坯输入铸腔方向相同的方向或相反的方向流动。由于工作侧壁的弹性性质和作用于那些侧壁上的冷却流体压力差的综合效应，能显著地减少或甚至消除凝固中的钢坯/钢锭/板坯的表皮层与结晶器的侧壁相互脱离。从而保证了大而恒定的热交换。由于钢坯/钢锭/板坯表皮层的厚度与被转移的热量成比例，热交换量愈大浇铸速度也就愈快。因而在其他条件相同的情况下，按本专利技术的结晶器有可能增大浇铸速度，也就能提高工厂的生产量。按照一种根据本专利技术结晶器可能的实例形式，循环通道并不影响到结晶器的角部区，从而可防止与那些结晶器角部区域对应的已成形的钢坯/钢锭/板坯的角部过度冷却。在此条件下，按本专利技术的结晶器在其角部包括有加强件，这种加强件至少适于控制由于结晶器受热膨胀所引起的结晶器变形。这些加强件的全部或部分可直接由结晶器本身所构成，也可以是附加的外部件，它们固定于结晶器角部或与角部联接。加强件可与结晶器的角部接触以确保无过渡区存在，从而不会与冷却流体的循环通道相搭接。按照一种变型，在加强件与结晶器角部之间包含有一通道，这样就允许有少量的冷却流体通过，但其流量比结晶器侧壁的其余部分上的冷却流量小。按照另一种变型角部加强件具有一种特定的几何形状，它适于本文档来自技高网...

【技术保护点】
用来使结晶器（１１）上至少一侧壁在冷却和热量转移过程中使热交换量增加的方法，该结晶器（１１）用来连续铸造钢坯，大钢坯（钢锭）或板坯２４，结晶器与一铸模（１０）联接，结晶器（１１）外部连有一构成冷却腔（１４）的盒形结构（１３），冷却流在此腔（１４）中流动，结晶器（１１）内部与所要形成的钢坯、大钢坯或板坯（２４）的表皮层接触，冷却腔（１４）包括一中间壁（２０），壁（２０）与结晶器（１１）的侧壁外表面（１２）一起组成一循环通道（２１），至少在弯液面（３３）邻近区域和液态金属弯液面（３３）下部至少包括一上部区域（３４），同样也包括一下部区域（２６），该下部区域是由结晶器（１１）的内表面（１２）与所形成表皮层相互脱离区域的邻近位置处开始并延伸至结晶器（１１）的出口，此方法特征在于：通过调节循环通道（２１）截面上至少一侧的至少一纵向区域的横截面和／或结构，以及循环通道（２１）上该纵向区域入口和出口之间的冷却流压力差，可使冷却流体具有所希望的湍流效应，其目的在于增加热交换系数使之大于４００００Ｗ／ｍ↑［２］Ｋ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉奥彼多本尼迪提，米洛瑞德帕维利斯维克，吉亚尼盖斯尼，阿尔弗雷德勃罗尼，
申请(专利权)人：丹尼利机械厂联合股票公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]