[實用新型]一種高效傳熱式異型坯連鑄結晶器

有效

• 申請號: 201120378298.1
• 申請日: 2011-09-27
• 公開（公告）號: CN202270946U
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 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: B22D11/04
• 分類號: B22D11/04;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

本實用新型屬于異型坯的連續鑄造技術領域，尤其涉及異型坯連鑄結晶器的冷卻水縫結構。

背景技術

隨著鋼鐵生產冶煉技術的發展和全球鋼鐵市場的日趨飽和，鋼材使用用戶為了實現最終產品的差異化以及為了在質量和成本方面獲得優勢，對連鑄坯的要求有大型化、特異化的趨勢，因而大斷面的鑄坯和異型坯出現較大的市場需求。我國的連鑄技術發展也先后經歷了“以連鑄為中心，煉鋼為基礎，設備為保證”、“以煉鋼爐-爐外精煉-連鑄機三位一體組合優化”和“以發展高效高速連鑄技術與近終形連鑄技術為重點進一步大跨度協調優化”等三個階段。其中近終形連鑄是目前廣泛發展的連鑄技術，所謂近終形連鑄，是指澆注出的鑄坯接近最終產品形狀的連鑄技術，它是當代連鑄新發展的一個標志。

現在大力發展的異型坯連鑄是一種典型的近終形連鑄技術。異型坯是指除了方坯、板坯、圓坯、矩形坯以外具有復雜斷面的連鑄坯，主要形式為H形坯，它是軋制高效節能型建筑用H型鋼的最理想坯料。由于異型坯的形狀和最終產品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快速發展，近年來國內異型坯連鑄生產線正在穩步增長，研究和提升異型坯連鑄技術在我國乃至世界范圍內都具有廣闊的發展前景和深遠的實用意義。

異型坯連鑄的關鍵核心技術之一便是異型坯結晶器的研制。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。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是結晶器設計的核心部分之一，它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，異型坯結晶器主要經歷了三個發展階段。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形成光滑過渡的兩個對稱的翼形斜面，四塊銅板組合之后的結晶器內腔呈“H”形。異型坯的兩寬面銅板的冷卻水縫布置對稱，兩窄面水縫布置也對稱。但是，由于異型坯結晶器窄面和寬面銅板形狀不同，其冷卻水通道形式并不同，窄面銅板是在銅板外側面上開鑿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，一種是在外側面開鑿長方形溝槽，并與外圍水套一起構成冷卻水通道；另一種是在銅板邊緣內側鉆圓形的小孔；寬面銅板的其它部位因為銅板較厚，只能在離內壁面較近距離處沿內壁邊緣鉆圓孔來構建冷卻水通道。通常情況下，當所加工圓孔直徑小于20mm時，可以直接作為冷卻水通道，而當加工圓孔直徑大于20mm時，則需要在里面插一根金屬桿來減少水孔面積，提高冷卻水流速，增強冷卻效率。

傳統異型坯結晶器冷卻水通道有一共同特點，即冷卻水通道內壁均是光滑壁面，冷卻水通過時較為平穩，湍動能較小，因此會導致冷卻水通道中間部分的冷卻水很少參與熱交換，冷卻水的整體熱交換效率較低。另外，現有異型坯結晶器寬面銅板上圓孔內插入的限流桿也為光滑桿，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；同時，光滑的水縫內壁面和限流桿外壁面都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，冷卻水縫壁面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，使結晶器產生磨損和變形，降低結晶器使用壽命，增加生長成本，更嚴重時還會導致設備直接燒壞。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是針對現有技術下異型坯連鑄結晶器的上述不足，提供一種高效傳熱式異型坯連鑄結晶器，能夠增強冷卻水縫內冷卻水的湍流效果，增加冷卻水熱交換效率，同時可以減少冷卻水道壁面結垢，延長結晶器銅板使用壽命。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術解決方案：