[發明專利]雙曲線漏斗形結晶器寬面銅板及其制備方法

有效

• 申請號: 201910263790.5
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN110000348B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 李富帥;韓占光;倪賽珍
• 申請（專利權）人: 中冶南方連鑄技術工程有限責任公司
• 主分類號: B22D11/057
• 分類號: B22D11/057;G06F30/17;G06F30/23
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 曹素云;張超艷

本發明公開了一種雙曲線漏斗形結晶器寬面銅板及其制備方法。該結晶器寬面銅板中部內凹呈漏斗形曲面，曲面由橫向曲線族和縱向曲線族拓撲而成，其中，所述寬面銅板的縱向曲線沿結晶器高度方向呈雙曲線分布。本發明雙曲線縱向錐度曲線使得結晶器銅板與凝固坯殼間的氣隙更小，能夠有效地帶走熱量；通過熱力耦合模型計算，結晶器內坯殼應力水平較低，有效減小鑄坯裂紋形成機會，提高了鑄坯質量。

技術領域

本發明涉及薄板坯連鑄技術領域，特別是涉及一種雙曲線漏斗形結晶器的寬面銅板及其制備方法。

背景技術

薄板坯連鑄是當今世界鋼鐵工業具有革命性的前沿技術。漏斗形結晶器是薄板坯連鑄技術的核心，特點是在寬面銅板之間采用垂直方向帶錐度的漏斗形狀，以滿足浸入式水口的插入、保護渣的熔化和板坯厚度的要求。

漏斗區曲面形狀與高溫坯殼內的應變、應變速率以及塑變區應力水平密切相關，直接影響鑄坯的表面質量。在漏斗形結晶器中，初生坯殼沿拉坯方向在漏斗區內運動時，其橫向曲率從上到下逐漸減小，類似于矯直過程。由于坯殼橫向凝固收縮不均勻，導致沿拉坯方向坯殼上一點的軌跡并不是直線，當其通過不光滑的結晶器剖面輪廓線時，曲率和運動方向就會發生突變，產生較大的局部應力和應變；同時，高溫坯殼的蠕變需要一定的時間，由于高拉速，坯殼的曲率變化率與結晶器內腔曲線曲率變化率不一致，從而形成氣隙，使該處坯殼變薄，當局部應變超過鋼的臨界應變時就會產生裂紋。實際澆鑄過程中，在漏斗區邊緣和弧線交接部位鑄坯表面經常出現縱裂紋，嚴重時導致漏鋼。因此，根據鋼的高溫力學性能和冶金凝固特點合理設計漏斗形結晶器內腔曲面的形狀是確保薄板坯連鑄高拉速、高質量的關鍵。

結晶器漏斗形曲面由橫向曲線族和縱向曲線族拓撲而成。現有技術中結晶器的橫向曲線一般是通過多段直線連接而成、直線與圓弧連接而成、雙弧和橢圓形成，但是，現有技術中結晶器存在如下問題：將橫向曲線設計為由多段直線連接而成，由于曲線不光滑，坯殼曲率的變化跟不上結晶器內腔曲率的變化，造成曲線拐點處坯殼與結晶器壁存在約0.6mm的間隙，且在鑄坯表面會伴隨產生裂紋。將橫向曲線設計為直線與圓弧連接，使曲線平滑了但是曲線曲率仍然存在突變，在高拉速下，坯殼表面經常出現縱裂紋。采用雙弧和橢圓形成的漏斗結晶器，其兩個弧面交接處對金屬變形有很大影響，鑄坯表面應變達到最大值。現有技術中還提出了漏斗形狀的設計要求和方法，給出了曲率連續變化的橫向曲線；且利用高次多項式，通過計算機做多次計算，得到了曲率連續變化、曲率變化率小的結晶器橫向曲線。鋼的高溫力學性能表明，應變至斷裂主要是受應變速率的影響，應變速率的增大或突變均會使臨界應變值降低。結晶器內坯殼在變形過程中，應控制最大的應變速率，只有在漏斗區曲線曲率變化率恒定的情況下，才能使坯殼的最大應變速率最小。

現有技術中的薄板坯結晶器漏斗區曲線曲率變化率僅考慮到了曲率變化穩定性，本申請發明人在此基礎上，同時考慮到連鑄坯殼在彎月面附近具有更大的熱流以及更大的凝固收縮變形這一特性，對雙曲線漏斗形結晶器的曲面進行了深入研究。

發明內容

基于上述問題，本發明目的是提供一種雙曲線漏斗形結晶器寬面銅板，以解決現有技術中結晶器內坯殼應力水平較大，鑄坯經常出現裂紋，鑄坯質量不高等問題。

本發明的另一目是提供一種雙曲線漏斗形結晶器寬面銅板的制備方法。

上述目的是通過以下技術方案實現的：

根據本發明的一個方面，一種雙曲線漏斗形結晶器寬面銅板，所述結晶器寬面銅板中部內凹呈漏斗形曲面，曲面由橫向曲線族和縱向曲線族拓撲而成，其中，所述寬面銅板的縱向曲線沿結晶器高度方向呈雙曲線分布。

優選地，所述雙曲線在彎月面附近有較大曲線梯度，且符合如下曲線公式為：

其中，y表示沿拉坯方向的坐標；W_(y)表示y位置中心點凸起高度；w表示結晶器的高度；a、b、c、θ為常量，且滿足如下表達式：