[發明專利]一種高效利用冷卻水的方坯連鑄結晶器銅管及方法

在審

• 申請號: 202111216802.2
• 申請日: 2021-10-19
• 公開（公告）號: CN113798452A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 陳登福;周永智;徐佩;杜一哲;劉鵬;龍木軍;段華美
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B22D11/055
• 分類號: B22D11/055
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 萬霞

本發明公開了一種高效利用冷卻水的方坯連鑄結晶器銅管及方法，該結晶器銅管包括結晶器銅管本體，并在結晶器銅管本體的管壁上沿軸向設有若干條導流道，所有導流道的橫截面為圓形，且每條導流道內壁上均勻分布有若干螺旋狀的凸條，每根凸條沿導流道軸向設置，便于導流道內的冷卻水在凸條的導向作用下自下而上螺旋上升。該結晶器銅管的冷卻結構能對流經導流道內的冷卻水進行擾動，使導流道內的冷卻水螺旋上升，保證導流道內的冷卻水全部參與熱交換，提高結晶器銅管的冷卻效果，對進一步實現連鑄高速化，節約資源具有重要意義。

技術領域

本發明屬于連續鑄造技術領域，具體涉及一種高效利用冷卻水的方坯連鑄結晶器銅管及方法。

背景技術

對方坯連鑄而言，在20世紀90年代以前設計投產的鑄機拉速較低，生產效率不高。而在95年左右，我國開始了方坯連鑄高效化的研究工作。方坯連鑄高效化最顯著的特征就是高速化，同樣的方坯連鑄斷面，拉速成倍提高。到2010年，我國幾乎所有以建筑鋼材生產為主的鑄機都實現了高效化高速化，比如150×150mm²斷面連鑄拉速一般達到了3.0~3.5m/min左右。近年來，隨著鋼鐵生產技術的日益成熟和不斷深化，鋼的連鑄技術又有許多新的進展，但是連鑄高速化依舊是研究的重點，因為高速連鑄不僅能增大企業產能，提高經濟效益，同時還能為節能減排，節約資源做出突出貢獻。

結晶器作為鋼鐵連鑄過程的一冷裝置，承擔了使鋼液形成初凝坯殼的重要任務，但是結晶器對鋼液的冷卻能力很大程度上限制了連鑄拉速的提高。拉速越高，鋼液在結晶器內的冷卻時間（停留時間）就越少，可能會導致鋼液凝固坯殼出結晶器時厚度過低，不能承受內部還未凝固的鋼液的靜壓力，從而坯殼破裂，造成漏鋼。那么，為了實現連鑄高速化，就需要在減少了冷卻時間的情況下，進一步加強結晶器的冷卻強度，途徑之一就是使用更高效的結晶器銅管冷卻結構。

鋼液是依靠通入結晶器銅管內的冷卻水進行冷卻的，目前方坯連鑄結晶器銅管的冷卻結構主要有以下三種：第一種是在結晶器銅管本體1的管壁上沿軸向設有若干條導流道2（如圖1a），冷卻水由下而上在導流道2內流動換熱；第二種是使冷卻水與結晶器銅管本體1外壁面周向接觸的冷卻結構—水縫4（如圖1b），這種結構需要水套3對冷卻水進行密封，而冷卻水就沿著水縫4由結晶器下部運動到上部，期間與結晶器銅管中的高溫鋼液進行換熱，這種傳統的冷卻結構目前最為常見；第三種是在結晶器銅管本體1外壁面加工出縱向水槽5（如圖1c），冷卻水同樣自下而上在水槽5中流動換熱。

目前常見的方坯結晶器銅管的冷卻結構基本不能對冷卻水進行擾動，這會使通入的冷卻水無法被全部利用，因為冷卻水在貼光滑壁面流動時會在接觸面產生層流附面層，在此層流區域內冷卻水的流動方向平行于壁面。由于鋼液的熱量是通過結晶器銅管傳入冷卻水中的，那么貼于銅管壁面處的冷卻水會首先吸熱，但由于此處的冷卻水在層流附面層之中，它吸熱后會平行于壁面豎直流動上升，不易與外層吸熱較少的相對低溫的冷卻水相互擾動從而產生強烈的熱交換，這將會導致冷卻水的溫度出現分層，外層的冷卻水沒有被高效地利用于傳熱。并且靠近熱壁面的冷卻水會因為其層流狀態而無法遠離熱壁面，將始終與熱壁面保持強換熱，那么此區域內的冷卻水就很可能會沸騰，而沸騰會使銅壁與冷卻水界面形成膜態或核態傳熱，大幅度降低結晶器的傳熱效果，導致銅管溫度過高，壽命減少，容易結垢，甚至引發漏鋼事故。基于目前常用的銅管冷卻結構，為了抑制冷卻水沸騰，最常見的方法就是提高冷卻水的流動速度，以此減少冷卻水在結晶器內的停留時間，降低壁面處冷卻水的溫度，加強結晶器的冷卻效果，但是同時研究發現，當冷卻水流速高到一定程度，再加大流速對結晶器的冷卻效果并不會再有實質的提升。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的就在于提供一種高效利用冷卻水的方坯連鑄結晶器銅管及方法，該結晶器銅管的冷卻結構能對流經導流道內的冷卻水進行擾動，使導流道內的冷卻水螺旋上升，保證導流道內的冷卻水全部參與熱交換，提高結晶器銅管的冷卻效果，對進一步實現連鑄高速化，節約資源具有重要意義。

本發明的技術方案是這樣實現的：