本发明专利技术公开一种新型薄板坯漏斗形结晶器及其制造方法，属于金属薄板坯连续铸造设备领域。该结晶器由两块彼此相对的宽面水冷铜板（１１，１２）和两块可移动位置的窄面水冷铜板（１３，１４）组成；宽面水冷铜板的热面由左右两侧平面、下部平面和中间漏斗形曲面构成；两块宽面水冷铜板（１１，１２）的平面部分相互平行，漏斗形曲面部分形成漏斗形浇铸区（１５），且以宽度方向中心线为对称。该曲面任一高度处漏斗形浇铸区上口横向曲线（１７）由六段曲线光滑连接而成；曲率连续变化，曲率变化率不变且小于１×１０↑［－５］。在薄板坯连铸生产中，本发明专利技术可有效解决结晶器内高温坯壳应变速率突变、应力集中问题；该结晶器中坯壳变形均匀，应力水平低，能够有效避免薄板坯产生裂纹，从而提高铸坯质量和生产效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属薄板坯连续铸造设备领域，特别是涉及一种新型薄板 坯漏斗形结晶器及其制造方法。
技术介绍
薄板坯连铸结晶器是薄板坯连铸生产中的关键部件，是由两块水冷宽 面铜板和两块水冷窄面铜板组成。目前薄板坯连铸大多采用漏斗形结晶器， 与传统板坯结晶器不同，它的两块宽面铜板并非平面，在放置浸入式水口 的中间部分向外扩张，两边部分保持平行，从而在结晶器中部形成一个漏 斗形浇铸区。漏斗形浇铸区自上而下逐渐收縮，在结晶器下部漏斗形状消 失，两个宽面铜板变为平行，达到铸坯设计厚度。漏斗形结晶器增大了结 晶器上部浇铸区域的容积，减小钢液面的波动，改善了保护渣在结晶器钢 水弯月面上的熔化状况，很大程度上改善了薄板坯的表面质量，从而取代 了平行板式薄板坯结晶器。由于宽面铜板漏斗形状的存在，使得在拉坯方 向铸坯不仅变窄，而且其横剖面的形状同时也在改变。钢的高温力学性能 表明，应变至断裂主要是受应变速率的影响，应变速率的增大或突变均会 使临界应变值降低。对比平行板式薄板坯结晶器，在漏斗形结晶器中附加 的变形被施加到铸坯上，为了避免铸坯产生表面缺陷，在设计漏斗形状时， 漏斗形浇铸区横、纵向曲线须满足曲率连续、曲率变化率小且恒定，使坯 壳的应变远离临界应变值、应变速率没有突变，保证高温坯壳内较低的应 力水平，防止产生裂纹。美国专利(US4721151)公开了一种连续铸造钢带用结晶器。所述结晶 器为漏斗形结晶器，具有被冷却的宽面铜板和窄面铜板，其中宽面铜板的 上部中心区域向外张开构成一个漏斗形浇铸区，该浇铸区侧面的宽面铜板 相互平行并保持结晶器出口铸坯厚度的距离。该漏斗形浇铸区上口横剖面 形状是由多段直线连接而成，整条横向轮廓曲线不连续，凝固坯壳在连接 点处应力集中，从而产生裂纹。美国专利(US5311922)公开了一种连铸钢带用结晶器。该专利提供一 种漏斗形结晶器，该结晶器漏斗形浇铸区上口曲线是由中间的凹圆弧与两 侧的凸圆弧连接而成。凹弧与凸弧的圆弧半径不同，连接点处曲线曲率发 生突变，凝固坯壳在经过凹弧与凸弧的分界点以及由凸弧移向平面的过程 中产生较大的应力集中，伴随裂纹出现。中国专利(ZL200410086102.6)公开了一种薄板坯连续铸钢机结晶器 及设计方法。其结晶器宽面部分中间曲面不同高度的网格曲线为大于等于8 次、小于等于20次偶次多项式，曲率连续且在两端点处的一阶导数和二阶 导数均为零，曲率变化率小于等于3.3X1(T5;该曲面在高度方向上的中心 曲线为大于等于4次、小于等于10次的多项式。该结晶器降低了铸坯坯壳 从结晶器上部移动到下部不断冷却凝固收縮的过程中承受的由于结晶器内 腔形状造成的"弯"、"扭"、"剪"应力，减少铸坯纵向裂纹等质量缺陷。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的上述不足，本专利技术提供一种漏斗形浇铸区曲 线曲率连续变化、曲率变化率小且恒定的新型薄板坯连铸漏斗形结晶器， 该专利技术可使凝固坯壳收縮均匀，铸坯应变速率不突变，从而减小高温坯壳 内的热应力和机械应力，避免铸坯裂纹的产生。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是这种新型薄板坯漏斗形 结晶器由两块彼此相对的宽面水冷铜板和两块可移动位置的窄面水冷铜板 组成，宽面水冷铜板的热面由左右两侧平面、下部平面和中间漏斗形曲面 构成；两块宽面水冷铜板的平面部分相互平行，漏斗形曲面部分形成漏斗 形浇铸区，且以宽度方向中心线为对称；每块宽面水冷铜板漏斗形曲面任 一高度处漏斗形浇铸区上口横向曲线17由六段曲线B五(1)、 ￡C (2)、 CD (3)、 DC (4)、 C'F (5)、 (6)光滑连接组成，其中朋(l)、 ￡C(2)、 C'￡' (5)、 (6)为内凸曲线，CD (3)、 DC (4)为外凸曲线，漏斗形 浇铸区上口横向曲线n的表达式为<formula>formula see original document page 6</formula>其中S为曲线弧长，A、 6,、。、《、^、 /2,、 4、 S,为比例因子，〖为l 6，分别对应曲线1 曲线6。根据钢种凝固特性设计漏斗形曲面纵向曲线，六段曲线上各点的曲率 半径自上而下逐渐增大，并保证漏斗形曲面横向曲线自上而下的收缩与高 温坯壳的凝固收縮相一致。漏斗形浇铸区上口纵向曲线18由直线段GF(9)和两段等曲率变化率曲线F^ (7)、 0尸(8)组成。在漏斗形曲面与结晶器 下部平面过渡区，纵向曲线采用等曲率变化率曲线Fg (7)、 ^尸(8)连接 漏斗形浇铸区直线段GF (9)和下部直线，避免坯壳应变速率突变，等曲 率变化率连接曲线Fg (7)、 g尸(8)的表达式为I coscos2C2dw + / f sinz Jodw + ￡sin2D"dw +义其中s为曲线弧长，&、 /,、 m,、 ",、 p,、仏、C,、 A为比例因子，/为1， 2，分别对应曲线7和曲线8。漏斗形浇铸区纵向曲线直线段(9)表达式为&7,=1,(》+松(;/,，其中为(力为漏斗形浇铸区横向曲线少轴坐标；r^为直线GF的;r轴坐标，Z^为直线GF的Z轴坐标，A为直线斜率。本专利技术的有益效果是该专利技术由于漏斗形曲面横向曲线曲率连续变化，曲率变化率不变，因此，坯壳通过拐点时应变速率不发生突变，解决了应 力集中的问题，避免了裂纹的产生。根据钢种凝固特性设计漏斗形曲面纵 向曲线，保证漏斗形曲面横向曲线自上而下的收縮与高温坯壳的凝固收縮 一致，并采用等曲率变化率曲线连接漏斗形浇铸区纵向曲线与下部平面部 分直线，使坯壳应变速率不突变。由于结晶器对高温坯壳施加的附加应力 小，坯壳应变速率不突变，坯壳内应力水平低，减少铸坯表面裂纹等缺陷， 适合生产裂纹敏感性钢种。按照本专利技术提供的技术方案制造的薄板坯漏斗 形结晶器，可在薄板坯连铸中，有效解决结晶器内高温坯壳应变速率突变、应力集中问题；该结晶器中坯壳变形均匀，应力水平低，能够有效避免薄 板坯产生裂纹，从而提高铸坯质量和生产效率。附图说明图1是新型薄板坯漏斗形结晶器俯视结构示意图2是新型薄板坯漏斗形结晶器A-A剖面图3是新型薄板坯漏斗形结晶器是漏斗形浇铸区横向曲线示意图4是新型薄板坯漏斗形结晶器纵向曲线示意图5是新型薄板坯漏斗形结晶器宽面曲面的网格曲面。在上述附图中，1 6.组成结晶器任一高度处漏斗形浇铸区横向曲线的 六段曲线，7、 8.漏斗形浇铸区纵向曲线中等曲率变化率两段曲线，9.漏斗 形浇铸区纵向曲线的直线段，11、 12.宽面水冷铜板，13、 14.窄面水冷铜板， 15.漏斗形浇铸区，16.浸入式水口， 17.为漏斗形浇铸区上口横向曲线，18. 为漏斗形浇铸区上口纵向曲线，丄.为漏斗形浇铸区上口宽度值，i/.为漏斗形 浇铸区上口最大厚度值，化为C点横坐标值，w为C点纵坐标值，Zo为漏 斗形浇铸区高度，1V为F点r轴坐标值，Zp为F点Z轴坐标值。具体实施例方式参见图1、图2，本专利技术由两块彼此相对的宽面水冷铜板(11， 12)和 两块可移动位置确定铸坯宽度的窄面水冷铜板(13， 14)组成，浸入式水 口 16伸入漏斗形浇铸区15之中。参看图1、图3，宽面水冷铜板(ll， 12) 的漏斗形浇铸区上口横向曲线17由AB1、五C2、 CD3、 DC'4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型薄板坯漏斗形结晶器，包括彼此相对的两块宽面水冷铜板（１１，１２）和可移动位置确定铸坯宽度的两块窄面水冷铜板（１３，１４）组成；宽面水冷铜板的热面由左右两侧平面、下部平面和中间漏斗形曲面平滑过渡而成，两块宽面水冷铜板的平面部分相互平行，漏斗形曲面部分形成漏斗形浇铸区（１５），其特征是：所述漏斗形曲面以宽度方向中心线为对称，该曲面任一高度处漏斗形浇铸区上口横向曲线（１７）由六段曲线ＢＥ（１）、ＥＣ（２）、ＣＤ（３）、ＤＣ′（４）、Ｃ′Ｅ′（５）、Ｅ′Ｂ′（６）光滑连接而成，其中：ＢＥ（１）、ＥＣ（２）、Ｃ′Ｅ′（５）和Ｅ′Ｂ′（６）为内凸曲线，ＣＤ（３）和ＤＣ′（４）、为外凹曲线，所述不同高度处每段横向曲线的表达式为： ＊＊＊ 其中：ｓ为曲线弧长，ａ↓［ｉ］、ｂ↓［ｉ］、ｃ↓［ｉ］、ｄ↓［ｉ］、ｅ↓［ｉ］、ｈ↓［ｉ］、Ａ↓［ｉ］、Ｂ↓［ｉ］为比例因子，ｉ为１～６，分别对应曲线（１）～曲线（６）； 所述漏斗形浇铸区上口纵向曲线（１８）由直线段ＧＦ（９）和两段等曲率变化率曲线ＦＱ（７）、ＱＰ（８）连接而成，ＦＱ（７）、ＱＰ（８）等曲率变化率连接曲线表达式为： ＊＊＊ 其中：ｓ为曲线弧长，ｋ↓［ｉ］、ｌ↓［ｉ］、ｍ↓［ｉ］、ｎ↓［ｉ］、ｐ↓［ｉ］、ｑ↓［ｉ］、Ｃ↓［ｉ］、Ｄ↓［ｉ］为比例因子，ｉ为１，２，分别对应曲线（７）、曲线（８）； 漏斗形浇铸区上口纵向曲线（１８）的直线段ＧＦ（９）表达式为：Ｙ↓［ＧＦ］＝－ｙ↓［ｉ］（ｓ）＋ｋＺ↓［ＧＦ］ 其中：ｙ↓［ｉ］（ｓ）为漏斗形浇铸区横向曲线ｙ轴坐标；Ｙ↓［ＧＦ］为直线ＧＦ的Ｙ轴坐标，Ｚ↓［ＧＦ］为直线ＧＦ的Ｚ轴坐标，ｋ为直线斜率。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任廷志，金昕，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。