[發明專利]一種用于連續鑄造的結晶器

在審

• 申請號: 202011377828.0
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112475249A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 彭曉華;雷松;陳南菲;陳將;陶迎
• 申請（專利權）人: 中冶賽迪技術研究中心有限公司
• 主分類號: B22D11/055
• 分類號: B22D11/055;B22D11/04
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 張雪林

本發明屬于連鑄技術領域，提出一種用于連續鑄造的結晶器，旨在解決結晶器銅管彎月面區域換熱系數低、銅管內壁溫度高及銅管抗變形能力差的問題。本結晶器包括銅管和水套，水套包裹于銅管外并與銅管之間留有水縫通道，水套在面向銅管的對應面并沿銅管縱向設為變截面，變截面將水縫通道分為朝向銅管上口的上部水縫和朝向銅管下口的下部水縫，且上部水縫的間隙小于下部水縫的間隙。本發明結晶器通過變截面水套設計，在冷卻水通道上不同區域獲得不同的流體速度，從而得到不同的換熱系數，進而強化高熱負荷區域的冷卻換熱，有助于提高結晶器銅管的換熱效率，并減小結晶器內壁溫差。

技術領域

本發明屬于連鑄技術領域，具體涉及一種用于連續鑄造的結晶器，可用于截面大小不同的方坯、矩形坯和多邊形鑄坯鑄造。

背景技術

金屬連續鑄造時，液態金屬注入結晶器銅管，通過銅管的熱傳導和銅管外壁的水流將熱量帶走，使金屬在銅管內凝固形成坯殼，坯殼相對于銅管向下移動，并逐步凝固成鑄坯。由于鑄坯形狀原因，坯殼的凝固收縮與坯殼厚度存在不均勻問題，而且銅管上部溫度也明顯高于下部，熱負荷差異很大，引起銅管的熱變形問題，這些原因限制了連鑄的拉速提高。

現有技術有一些公開的解決方案。如中國發明專利“用于連續鑄造的結晶器及其生產方法”(CN105473253A)是在銅管外壁加工有多個縱向凹槽，并在外表面纏繞多個纖維材料層和覆蓋式粘結劑，雖然增加了銅管與鑄坯的換熱強度，也增強了銅管的剛性，但銅管與水的換熱面積與換熱效率受影響。中國發明專利“一種雙水套結構的結晶器”(CN108838352A)采用了雙水套結構，雖然提高了銅管彎月面區域水流速度，但減小了銅管與水的換熱面積，而且內水套對提高銅管的剛度和減小銅管的變形作用較小。中國發明專利“用于連續鑄造的結晶器”(CN103328130A)采用在銅管壁中加工一排圓孔作為冷卻水通道，該結構提高了銅管與鑄坯的換熱強度和銅管的剛度，但銅管壁很厚，圓孔加工難度大，制造成本很高，難以廣泛應用。中國發明專利“一種均勻冷卻的結晶器銅管”(CN108941486A)是在銅管外壁角部粘合一定厚度的耐高溫絕熱涂層，改善銅管的傳熱均勻性和鑄坯角部過冷現象，但不能提高銅管總體換熱效率。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種用于連續鑄造的結晶器，旨在解決結晶器銅管彎月面區域換熱系數低、銅管內壁溫度高及銅管抗變形能力差的問題。

本發明的創新思路是設計一種變截面水套，并將水套與銅管聯接為一體。本發明的原理基于以下考慮，在高速澆鑄過程中，結晶器銅管承受很大的熱負荷，并且很不均勻。液態金屬表面附近即結晶器銅管彎月面區域熱負荷遠大于其他部位，并會產生較大的熱變形，這不利于實現穩定澆鑄并影響結晶器銅管壽命。為此增加銅管彎月面區域換熱系數以降低銅管內壁溫度，以及加強銅管抗變形的能力尤為重要，針對這個技術目的，本發明采取以下技術方案。

本發明的一種用于連續鑄造的結晶器，包括銅管和水套，水套包裹于銅管外并與銅管之間留有水縫通道，水套在面向銅管的對應面并沿銅管縱向設為變截面，變截面將水縫通道分為朝向銅管上口的上部水縫和朝向銅管下口的下部水縫，且上部水縫的間隙小于下部水縫的間隙。

采用上述方案，設計一種變截面水套，將水套內壁與銅管外壁之間的間隙分為上下兩個區域，且下部水縫間隙大，上部水縫間隙小，從而沿縱向形成截面變化的水縫通道。并通過設計不同的水流通道截面積及其所覆蓋的區域大小，可以改變對應區域的水流速度，從而達到使不同區域具有不同換熱系數的技術目標。

進一步，變截面在銅管縱向上的分界面位于銅管上口頂面以下250～350mm之間，且下部水縫的間隙為2～4mm，上部水縫的間隙為1～3mm。使上部水縫區域具有更高的水流速度，以增加該區域的銅管與水換熱系數，降低結晶器銅管彎月面區域溫度，使銅管內壁溫度更均勻。

進一步，水套為剖分式或整體式結構。使得水套在銅管上的安裝具有多樣性，且便于兩者之間的裝配。