[發明專利]異型坯連鑄結晶器冷卻效果強化方法及結晶器

無效

• 申請號: 201110300795.4
• 申請日: 2011-09-27
• 公開（公告）號: CN102319877A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 徐海倫;馬春武;邵遠敬;葉理德
• 申請（專利權）人: 中冶南方工程技術有限公司
• 主分類號: B22D11/055
• 分類號: B22D11/055
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明屬于異型坯連鑄技術領域，尤其涉及異型坯連鑄結晶器銅板的冷卻水縫結構。

背景技術

在高效節約型建筑用鋼品種中，H型鋼因具有性能優越、加工制作和施工安裝簡單、方便、快捷等特點，已被廣泛應用于國民經濟建設的各個領域，尤其是要求承載力大、截面穩定性好的大型建筑或重型設備結構。異型坯作為一種近終形連鑄產品，無疑是生產H型鋼的最佳坯料。所謂異型坯，是指除了方坯、板坯、圓坯和矩形坯以外具有復雜斷面的連鑄坯，主要形式為工字形鑄坯。由于異型坯的形狀和最終產品與H型鋼的形狀相似，因此，采用異型坯軋制H型鋼具有能耗低、工序少、成材率高和成本低等顯著優點。近年來，大型經濟型斷面型材的發展帶動了異型坯連鑄技術的大力發展，研究和提升異型坯連鑄技術在我國乃至世界都具有廣闊的發展前景和深遠的實用意義。

結晶器是異型坯連鑄機的機頭，其重要性更被喻為連鑄機的“心臟”。它是以性能良好的銅合金制造而成，在連鑄中的基本功能是利用循環冷卻水通過結晶器銅板上開鑿的水縫來連續不斷的帶走結晶器內鋼液的熱量，使得注入結晶器的鋼液能夠連續冷凝成具有一定厚度、強度及表面質量良好的凝固坯殼。結晶器是一個高效的換熱器、鋼水凝固成型器、鋼水夾雜物凈化器和鑄坯表面質量控制器。從傳熱角度看，結晶器應具有良好的導熱特性和導熱均勻性，以保證結晶器內坯殼厚度和坯殼凝固的均勻性。而結晶器內熱量的提取和傳熱均勻性很大程度上都取決于結晶器銅板上冷卻水縫的設計與加工。結晶器銅板上冷卻水縫的設計加工直接關系到最終的鑄坯質量、銅板使用壽命和連鑄工藝順行情況。

迄今為止，異型坯結晶器經歷了三個階段的發展。現有技術下，廣泛采用的異型坯結晶器由2塊窄面銅板和2塊寬面銅板組合而成，窄面銅板為規則的長方體，寬面銅板外側為規則長方形面，內側中間部分凸起(為腹板部位)，兩邊水平(為翼稍部位)，凸起部分與水平部分由斜面和倒角相連構成圓滑的翼緣斜面，四塊銅板組合之后的結晶器內腔呈“H”形。由于異型坯結晶器窄面和寬面銅板形狀不同，其冷卻水通道形式也并不相同，窄面銅板是在外側開鑿了長方形的冷卻水溝槽，并與外圍的水套一起構成冷卻水通道。寬面銅板翼稍部位的冷卻水通道有兩種形式，一種是在外側開鑿長方形溝槽；另一種是在銅板上鉆圓形的小孔。寬面腹板和翼緣斜面處由于銅板很厚，為保證冷卻效果，只能在離內側較近距離處鉆圓孔來構建冷卻水通道，常見的冷卻水通道形式有直徑小于20mm的小圓孔直接作為冷卻水通道和直徑大于20mm的大圓孔內插入金屬限流桿形成冷卻水通道兩類。由于大圓孔加工難度較低，所需數量較少，并且與其相連的進出水通道也較為簡單，因此大圓孔內插入限流桿的水縫設計在斷面較大的異型坯結晶器上得到較廣泛應用。大圓孔內插入的限流桿是一種表面光滑的金屬圓桿，其主要目的是為了限制冷卻水縫面積，提高冷卻水通道內的水流速，從而擴大銅板壁面與冷卻水之間的傳熱系數，強化結晶器冷卻效果。

從傳熱學角度講，冷卻水通過結晶器水縫對銅板進行冷卻的過程屬于管內強制對流傳熱，主要包含軸向上的對流和徑向上的傳熱，二者的強化均可增強最終傳熱效果。目前異型坯結晶器寬面銅板上圓孔內插入的限流桿為光滑桿，它雖然可以增強管內軸向的對流，但是對管內流體的攪動較小，特別是對銅板與冷卻水之間傳熱附面層的擾動較小，難以形成強烈的湍流，因此對冷卻水徑向上的對流傳熱影響不大，依然會導致冷卻水整體熱交換效率低，結晶器難以達到高效連鑄的高拉速要求。另外，光滑表面的限流桿難以使冷卻水相對水孔方向出現較強的橫向攪動，對冷卻水壁面的沖刷明顯不夠，所以結晶器水縫壁面難免會出現結水垢的現象，水垢輕則降低結晶器的冷卻效率，影響鑄坯質量和連鑄工藝順行，重則會使結晶器局部出現高溫，直接導致設備損壞。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有異型坯連鑄結晶器水縫設計的上述不足，提供一種異型坯連鑄結晶器冷卻效果強化方法及冷卻水縫，使得異型坯連鑄結晶器內冷卻水的湍流狀態顯著增強，促進結晶器的冷卻效果，減少冷卻水道的壁面結垢問題，并延長結晶器銅板的使用壽命。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種異型坯結晶器冷卻效果強化方法，在結晶器窄面外側和寬面翼稍部位的銅板外側設置長方形凹槽形水縫，在靠近寬面腹板和翼緣斜面的邊緣內側沿邊緣設置豎直的圓形水孔，在圓形水孔內插入豎直桿狀的金屬物形成環形水縫，其特征在于：圓形水孔內插入的金屬物的外周面設置有凸起或凹陷的紋路，或者金屬物本身由金屬條、帶、片或絲繞制和/或扭曲成能夠使其自身與圓形水孔之間形成起伏不平的水縫的螺旋形或扭帶狀，或者金屬物本身為螺紋桿或靜態混合器。