一种用于连铸钢及有色金属坯料的结晶器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于钢及有色金属连铸方坯、矩形坯、板坯及圆坯结晶器，其型腔（３）的浇入端（１）与出口端（２）形状不同，型腔中上部有一与坯形相同的过渡面（８），过滤面（８）以上型腔由角弧面（１１）、基本曲面（９）通过连接弧面（１２）连接形成压缩变形区；过渡面（８）以下型腔角部凸出，角弧面１１、基本曲面（９）通过连接曲面（１３）连接形成收缩容让区。型腔在液面波动区采用直筒或小锥度段，以减小振痕；波动区以下为抛物线型。该结晶器对温度、成分及拉速度变化较为适应。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于钢的方坯连铸、板坯连铸、多边形坯及圆形坯连铸的结晶器，亦可用于铜、铝及其他有色金属的连续铸锭，该结晶器具有一个两端开口、断面形状不同的型腔。从连铸技术进行工业化生产以来，采用了各种型式的结晶器。目前普遍采用的是筒单直锥筒形中空结晶器，其锥度按经验选定，计算公式为T=B1-B0B1×L×100=0.7~1.0%/m]]>式中T为锥度，B1为入口宽度，B0为出口宽度，L为结晶器管腔长度，单位为米。该公式适用于长度为0.7～0.8m的结晶器。这种结晶器由于锥度计算不能完整反映钢及有色金属在结晶器内凝固及温降过程中的收缩实质，因此在实际运用中，为避免锥度过大，导致凝固面两侧对结晶器相邻两侧壁的过大压力，从而形成过大的拉坯阻力，引起拉漏，因此通常实用的结晶器锥度往往比金属实际收缩值略小。这样在凝固过程中，随坯壳增厚和表面温度降低，面部收缩先将坯壳角部拉离结晶器角部型腔形成角部气隙，进一步冷却将使面部离开结晶器冷却面，铸坯周围形成环形气隙，使传热条件恶化，金属的凝固系数急剧下降。对用于钢坯连铸的结晶器，综合凝固系数只有18~20mm/min]]>。 同时造成凝固层厚度不均匀，在离开角部10～20mm处坯壳最薄。当拉坯阻力过大时，该处往往是漏钢的危险点。在弧形连铸中由于重力的作用。结晶器出口处铸坯靠向外弧，由于设备安装位置偏差及运行条件的变化，如辊子倾斜移位、振动不平衡、铸坯跑偏等原因，使得铸坯靠近结晶器一角，由于结晶器两个交接面的夹持，引起摩擦阻力在该处急剧增加，严重时会造成角部拉漏。这也是引起铸坯菱变、近角部凹槽等的原因。为防止坯壳角部过早离开结晶器，形成角部气隙，加大结晶器上部的收缩量，将单锥度的结晶器改为多锥度的结晶器，最后发展成抛物线形锥度的结晶器。这种改进可在一定程序上提高结晶器的综合凝固系数，从而有限度地提高拉坯速度。但是不同钢种、不同成份的有色金属其收缩率是不同的，很难模拟出适应不同钢种的抛物面。其次，要在单面进出口差仅0.4～0.6mm，长度0.7～1.0m的范围内加工出要求精度较高的抛物面，难度较大；同时，加工铜管时的误差也很难保证抛物面的准确性。瑞士CONCAST股份公司于1991年开发出型腔在浇入端和坯料出口端具有不同形状的结晶器(中国专利号92100838.4)。这种铸型的上部型腔有一凸起，凸起部为弧形，其入口端最大内部宽度比出口端大5～15％；下部长度为结晶器的长度～50％一段，为常规直锥形收缩。1996年5月奥地利VAI公司开发了被称为DIAMOLD的高速结晶器，其面部采用较大的锥度，在距入口300～400mm以下降低锥度并在两角间通过面部中心形成一凹弧面，它的纵剖面为抛物线。1996年意大利达涅利公司在达涅利新闻上公布“自适应”结晶器方法。主要特点是减薄结晶器器壁，提高结晶器冷却水压，利用水压使器壁向内发生变形，使其紧贴坯面，达到消除气隙，提高传热效率，增大综合凝固系数的效果。专利技术人认为这些改进型的结晶，虽然在一定程度上能改善铸坯的质量和提高铸坯的拉速，但由于对钢及有色金属在整个凝固过程中的凝固收缩实质分析不够充分，因而有各自的局限性，在浇铸过程中易导致铸坯凝壳厚度不均，产生较大的凝固应力，增大产生裂纹和拉漏的可能性或对拉速变化的适应性差，引起过大的拉坯阻力。本技术的目的是提供一种用于钢及有色金属连铸的方坯、矩形坯、多边形坯、板坯及圆形坯结晶器，它能较好地反映钢及有色金属在凝固和温降过程中的凝固收缩实质，进一步提高结晶器的综合凝固系数和拉速；同时能适应不同钢种及金属成分的变化，并有效地减小拉漏的可能性。本技术的目的是这样实现的这种用于钢及有色金属连铸的方坯、矩形坯、多边形坯、板坯及圆坯结晶器，它是一个从浇入端至出口端的中空型腔，沿着型腔的周边具有数个曲面，在型腔的中上部有一过渡面。其结构要点是在方坯、矩形坯、多边形坯、板坯结晶器中，沿着型腔的周边间隔分布4个或4个以上的基本曲面，型腔的每一角部还具有一固定半径的角弧面，在过渡面以上部分，每一角弧面与其相邻两边的基本曲面通过连接弧面相连接，形成一个压缩变形区，在过渡面以下部分，角弧面与基本曲面通过与角弧面相切的连接曲面连接形成收缩容让区，相对于容让区而向内凹进的基本曲面成为铸坯导向台。对于所述的园坯结晶器，沿着型腔的周边间隔分布3-8个园弧基本曲面，在过渡面以上部分，相邻的园弧基本曲面通过与其相切的连接曲面相连接，形成压缩变形区，连接曲面从上至下逐渐减小，至过渡面时减至为零，过渡面为一个园环面，各园弧基本曲面的横切轮廓线的园弧半径等于过渡面的园半径；从过渡面开始，向下在相对于上部每一个园弧基本曲面的中间位置开一个缺口，形成凸出的收缩容让区，园弧基本曲面向内收缩形成向内凸出的导向台。型腔纵切面轮廓线从浇入端到液面以下50-100mm处平面的区间为竖直线或小锥度斜线，即这一段采用竖直筒形或只具有拔模斜度的小锥度筒形，以下的型腔纵切面轮廓线为抛物线，上下不同锥面间的连接平滑过渡；过渡面至出口端的长度占型腔从液面到出口端的有效长度的55-75％，过渡面形状与铸坯形状相同。在方坯、矩形坯、多边形坯和板坯结晶器中，基本曲面、连接弧面及连接曲面可以是单方向曲面，也可以是双方向曲面，其中基本曲面也可以是平面。基本曲面、连接弧面的横切轮廓线为直线或弧线；连接弧面的横切轮廓线的长度从上至下逐渐缩小，至过渡面时为零，其弧半径约为坯厚的0～2.0倍；过渡面以下的连接曲面的横切轮廓线为角弧面的切线。在园坯结晶器中，过渡面与出口坯壳园弧面形成同心圆，过渡面以上的连接曲面的横切轮廓线为其相邻两个园弧基本曲面的公切线，所开的缺口从过渡面开始随园弧基本曲面向内的收缩而逐渐加宽，至型腔出口端处缺口宽度约为10～40mm。由于本技术在方坯、矩形坯、多边形坯、板坯结晶器中是通过对型腔的上部进行角部变形处理，缩短对角线长度形成压缩变形区，对过渡面以下即型腔的下部则使角部突出形成收缩容让区；对园坯结晶器型腔的上部园周进行分割处理并用切线相连形成压缩变形区，对过渡面以下的型腔下部开缺口进行分割处理形式突出的收缩容让区，因此结晶器型腔的形状沿着整个长度变化，这种变化符合铸坯收缩凝固的规律，因为在压缩变化区，坯壳相对薄弱，通过对坯壳面部的压缩和弯曲，使坯壳紧贴型腔壁面和角部，避免裂纹的早期发生，提高了传热效果，防止了角部气隙的生成，又由于双向传热，角部坯壳将比面部要厚一些，因无角部气隙存在，近角部的结壳薄弱部分可望消除。另外，从入口到液面以下50～100mm处为液面波动区，由于采用竖直筒形或只具有拔摸斜度的小锥度筒形，能减小振痕。在过渡面以下的收缩容让区，角部突出形成角部气隙，其作用在于减缓角部冷却强度，消除上部快速冷却导致的厚度不均及所产生的凝固应力，同时使面部与角部结壳层厚度趋于均匀；角部气隙还是不同收缩率的金属的收缩容让空间。当金属成分不同、金属液相温度不同，冷却水参数——温度、压力、流量发生波动时，以及其他条件影响，导致出口处坯壳表面温度发生波动，结晶器内坯壳收缩量亦会相应变化，因此出口处坯壳周长将在一定范围内变化。这部分变化利用此空间于以容纳。出口处坯壳四角大约有0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钢及有色金属连铸的方坯、矩形坯、多边形坯、板坯及园坯结晶器，它是一个从浇入端（１、０１）至出口端（２、０２）的中空型腔（３、０３），沿着型腔（３、０３）周边具有数个曲面，在型腔（３、０３）的中上部有一过渡面（８、０８），其结构特征在于：在所述方坯、矩形坯、多边形坯、板坯结晶器，沿着型腔（３）周边间隔分布４个或４个以上的基本曲面（９），型腔（３）的每一角部还具有一固定半径的角弧面（１１），在过渡面（８）以上部分，每一角弧面（１１）与其相邻两边的基本曲面（９）通过连接弧面（１２）相连接，形成一个压缩变形区，在过渡面（８）以下部分，角弧面（１１）与基本曲面（９）通过与角弧面（１１）相切的连接曲面（１３）连接形成收缩容让区，相对于容让区而向内凹进的基本曲面（９）成为铸坯导向台；对于所述的园坯结晶器，沿着型腔（０３）的周边间隔分布３－８个园弧基本曲面（０９），在过渡面（０８）以上部分，相邻的园弧基本曲面（０９）通过与其相切的连接曲面（０１２）相连接，形成压缩变形区，连接曲面（０１２）从上至下逐渐减小，至过渡面（０８）时减至为零，过渡面（０８）为一个园环面，各园弧基本曲面（０９）的横切轮廓线的园弧半径等于过渡面（０８）的园半径，从过渡面（０８）开始，向下在相对于上部每一个园弧基本曲面（０９）的中间位置开一个缺口（０１１），形成凸出的收缩容让区，园弧基本曲面（０９）向内收缩形成向内凸出的导向台。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冷继元，唐晓虎，
申请(专利权)人：冶金工业部马鞍山钢铁设计研究院，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]