申请/专利权人：安徽工业大学

申请日：2019-04-11

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109822065B

主分类号：B22D11/059

分类号：B22D11/059;B22D11/055

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.06.25#实质审查的生效;2019.05.31#公开

摘要：本发明公开了一种连铸结晶器的宽面铜板及具有该铜板的连铸结晶器，属于钢铁冶金连铸技术领域。它包括工作面和冷却面，所述的冷却面与工作面对应设置，所述的冷却面内置有水槽，所述工作面沿竖直方向设置有从底端出发的至少一道波纹凸起实体，且波纹凸起实体的中心线所在竖直面穿过水槽，其中波纹凸起实体的直径从上至下由一个尖状头部增大到一个较大的直径Dj，且高度从上至下由一个较小的高度Hi增大到一个较大的高度Hj。使宽面铜板工作面的变化适合坯壳的凝固收缩规律，使得横向上传热均匀，从而减少宽面铜板同一高度处相邻筋板间的温度梯度，进而削弱横向上坯壳间拉应力，从而消除结晶器内板坯纵裂纹的缺陷。

主权项：1.一种连铸结晶器的宽面铜板100，所述宽面铜板100包括工作面110和冷却面120，所述的冷却面120与工作面110对应设置，所述的冷却面120内置有水槽140，其特征在于：所述工作面110沿竖直方向设置有从底端出发的至少一道波纹凸起实体130，且波纹凸起实体130的中心线所在竖直面穿过水槽140；所述波纹凸起实体130为半圆形，其直径从上至下由一个尖状头部增大到一个较大的直径Dj，且高度从上至下由一个较小的高度Hi增大到一个较大的高度Hj；所述的波纹凸起实体130由上至下贯穿整个竖直工作面110；或所述的波纹凸起实体130的尖状头部与工作面110的竖直顶部之间的距离为25-35％的宽面铜板100的高度，且底部与工作面110的端面齐平；所述水槽140的中心线与波纹凸起实体130的中心线在同一垂直面内；所述的波纹凸起实体130的直径呈线性增加；所述的波纹凸起实体130的高度呈线性增加；所述的波纹凸起实体130的材质与宽面铜板100的材质相一致；或所述的波纹凸起实体130与宽面铜板100一体铸造成型；所述的波纹凸起实体130的数量不少于两道时，相邻两波纹凸起实体130的间距为3mmD50mm；所述的波纹凸起实体130与所述工作面110的衔接处150为圆弧倒角，圆弧倒角的半径为对应波纹凸起实体130曲率半径的25-35％。

全文数据：一种连铸结晶器的宽面铜板及具有该铜板的连铸结晶器技术领域本发明属于钢铁冶金连铸技术领域，更具体地说，涉及一种连铸结晶器的宽面铜板及具有该铜板的连铸结晶器。背景技术结晶器是连铸机非常重要的部件，是一个强制水冷的无底钢锭模，结晶器性能对于提高连铸生产率，维持连铸过程正常生产，以及保证铸坯质量都起着至关重要的作用。因此，被称之为连铸设备的“心脏”，结晶器内钢水的凝固过程是集流动、传热及应力应变的动态耦合的过程。钢水受结晶器冷却水强冷却作用，形成初始凝固坯壳，由于气隙的产生，从而改变了凝壳与结晶器壁的接触传热条件，使得坯壳厚度在结晶器内分布不均匀，从而更容易在坯壳较薄的部位产生应力集中，这样就导致裂纹乃至漏钢现象的发生。表面纵裂纹是薄板坯连铸最严重缺陷之一。薄板坯表面纵裂受结晶器传热、结晶器形状、钢水流动、铸坯厚度、拉速、结晶器内保护渣情况、钢水成分等影响。为减少板坯表面纵裂纹，连铸生产上的具体措施包括水口结构及浸入深度的优化、结晶器液面波动的控制、保护渣性能的优化及稳定化、结晶器冷却及振动的优化等，然而除上述优化措施外，板坯表面纵裂纹缺陷控制的根本措施是凝固坯壳与结晶器壁之间接触面形状的变化，因此可通过改进结晶器铜板内腔结构来控制板坯表面纵裂纹缺陷，例如中国专利200920035404.9公开了一种矩形内腔横截面四个角为圆弧过渡面的板坯结晶器，该专利所述圆弧过渡面两端分别与宽面和窄面铜板圆滑过渡，因连铸坯边角部由原来的二维传热变为准一维传热，角部温度得到了提高，角部与附近区域在轧制过程中的变形趋近于一致；再如中国专利201320338858.X公开了一种抑制连铸板坯表面纵裂纹的结晶器，该结晶器是在宽面铜板的中部采用双锥度、三锥度及抛物线锥度等多锥度形式来适应宽面凝固坯壳的收缩规律。在板坯连铸领域，结晶器内腔的优化改进普遍集中在窄面铜板工作面形状的设计，而实际上，窄面工作面形状对于宽面坯壳的影响程度是有限的，尤其是对于宽度较大的板坯，窄面铜板上部的挤压力难于传输到强度很低的初始凝固坯壳内部，从而失去对铸坯表面纵裂的控制效果。在以往的研究中，结晶器的设计只考虑了沿拉坯方向的收缩规律对坯壳生长的影响，而未考虑横向气隙对坯壳生长的影响，数学模拟如下图1表明：宽面铜板工作面上，随着冷却水流速增加，水流通过的水槽上部铜板与相邻筋板相邻两水槽间的铜板体间温差越大，水槽上部温度明显低于同一高度处筋板温度。温度的不同导致横截面上存在温度梯度，使得横截面初始坯壳存在拉应力，致使板坯表面产生纵裂纹。发明内容1.要解决的问题针对现有技术中未考虑结晶器的宽面铜板横截面上温度梯度，容易造成钢坯的局部应力过大，从而导致板坯产生裂纹的问题，本发明提供一种连铸结晶器的宽面铜板及具有该铜板的连铸结晶器，减小宽面铜板同一高度处相邻筋板间的温度梯度，进而削弱横向上坯壳间拉应力，从而消除结晶器内板坯纵裂纹的缺陷。2.技术方案为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：本发明的一种连铸结晶器的宽面铜板，所述宽面铜板包括工作面和冷却面，所述的冷却面与工作面对应设置，所述的冷却面内置有水槽，所述工作面沿竖直方向设置有从底端出发的至少一道波纹凸起实体，且波纹凸起实体的中心线所在竖直面穿过水槽，使宽面铜板工作面的变化适合坯壳的凝固收缩规律，使得横向上传热均匀，从而减少宽面铜板同一高度处相邻筋板间的温度梯度。于本发明一种可能的实施方式中，所述波纹凸起实体为半圆形，其直径从上至下由一个尖状头部增大到一个较大的直径Dj，且高度从上至下由一个较小的高度Hi增大到一个较大的高度Hj。于本发明一种可能的实施方式中，所述的波纹凸起实体由上至下贯穿整个竖直工作面；或者所述的波纹凸起实体的尖状头部与工作面的竖直顶部之间的距离为25-35％的宽面铜板的高度，且底部与工作面的端面齐平。于本发明一种可能的实施方式中，所述水槽的中心线与波纹凸起实体的中心线在同一垂直面内。于本发明一种可能的实施方式中，所述的波纹凸起实体的直径呈线性增加，增幅为1mm△R30mm；所述的波纹凸起实体的高度呈线性增加，增幅为2mm△H10mm，高度由上至下增大，符合钢坯的凝固收缩规律。于本发明一种可能的实施方式中，所述的波纹凸起实体的材质与宽面铜板的材质相一致；或所述的波纹凸起实体与宽面铜板一体铸造成型。于本发明一种可能的实施方式中，所述的波纹凸起实体的数量不少于两道时，相邻两波纹凸起实体的间距为3mmD50mm。于本发明一种可能的实施方式中，所述的波纹凸起实体与所述工作面的衔接处为圆弧倒角，圆弧倒角的半径为对应波纹凸起实体曲率半径的25-35％，防止了在角部依然存在二维传热，由二维传热转化为准一维或者局部零维传热，提高角部温度；降低温差，进而减小热应力产生。本发明的另一目的是提供一种连铸结晶器，包括宽面铜板和窄面铜板，所述宽面铜板为上述的宽面铜板。于本发明一种可能的实施方式中，所述窄面铜板和宽面铜板在角部圆弧倒角过渡。3.有益效果相比于现有技术，本发明的有益效果为：1本发明的连铸结晶器的宽面铜板，通过在宽面铜板工作面设置波纹凸起实体，且该波纹凸起实体具有一定的结构要求，钢水由宽面铜板的上端流向下端，在不影响钢坯形状的基础上，减小了宽面铜板同一高度处相邻筋板相邻两水槽间的铜板体间的温度梯度，进而削弱了横向上坯壳间拉应力，从而消除了结晶器内板坯纵裂纹的缺陷，保证结晶器内板坯的质量；2本发明的连铸结晶器的宽面铜板，通过优化结晶器宽面铜板工作面波纹凸起实体的形式，且相邻波的波纹凸起实体的深度连续降低，适应了宽面凝固坯壳的收缩规律，有利于减少初始凝固坯壳与铜板之间的气隙，提高凝固坯壳生长的均匀性、厚度及强度，达到防止铸坯表面产生纵裂纹的目的；3本发明的连铸结晶器的宽面铜板，通过波纹凸起实体的设置，增大了钢坯和铜板接触面积，增强了换热效率，加速了钢坯冷却，钢坯的冷却效果好；4本发明的连铸结晶器的宽面铜板，其中水槽的中心线与波纹凸起实体的中心线在同一垂直面内，可以进一步降低水槽上部铜板与相邻筋板相邻两水槽间的铜板体间温差，降低温度梯度，减小横截面初始坯壳存在拉应力；5本发明的连铸结晶器的宽面铜板，其中波纹凸起实体的高度呈线性增加，线性增加包括直线增加、凸曲线增加或凹曲线增加，增幅为2mm△H10mm，高度由上至下增大，符合钢坯的凝固收缩规律；6本发明的连铸结晶器的宽面铜板，其中波纹凸起实体的材质与宽面铜板的材质相一致，保证了结晶器的冷却一致性，以及波纹凸起实体与宽面铜板一体铸造成型，便与加工，生产较为简单，适应性更强；7本发明的连铸结晶器的宽面铜板，其中波纹凸起实体与所述工作面的衔接处为圆弧倒角，圆弧倒角的半径为对应波纹凸起实体曲率半径的25-35％，防止了在角部依然存在二维传热，由二维传热转化为准一维或者局部零维传热，提高角部温度；降低温差，进而减小热应力产生。附图说明下面结合附图对本发明进一步说明。图1为宽面铜板在不同冷却水流速下的温度分布图；图2为本发明的一种连铸结晶器的宽面铜板的一实施例结构示意图；图3为本发明的一种连铸结晶器的宽面铜板的另一实施例结构示意图；图4为图2的主视图；图5为图4的俯视图；图6为图4沿A-A线的剖视图；图7为图3的俯视图；图8为图4的B部放大图。图中标记说明：100、宽面铜板；110、工作面；120、冷却面；130、波纹凸起实体；140、水槽；150、衔接处。具体实施方式下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。实施例1如图2至图8所示，本发明的连铸结晶器的宽面铜板100，宽面铜板100包括工作面110和冷却面120，冷却面120与工作面110对应设置，冷却面120内置有水槽140，水槽140与冷却水的源头连接，工作面110沿竖直方向设置有从底端出发的至少一道波纹凸起实体130，在本实施例中，波纹凸起实体130的数量与水槽140的数量一致，且波纹凸起实体130的中心线所在竖直面穿过水槽140，优选的，水槽140的中心线与波纹凸起实体130的中心线在同一垂直面内，波纹凸起实体130不仅可以增大接触面积，还可以在水槽140与钢坯之间形成隔层，使宽面铜板100工作面110的变化适合坯壳的凝固收缩规律，使得横向上传热均匀，从而减少宽面铜板100同一高度处相邻筋板间的温度梯度。相比较，虽然中国专利200920035404.9公开了一种矩形内腔横截面四个角为圆弧过渡面的板坯结晶器，该专利的圆弧过渡面两端分别与宽面和窄面铜板圆滑过渡，因连铸坯边角部由原来的二维传热变为准一维传热，角部温度得到了提高，角部与附近区域在轧制过程中的变形趋近于一致，该实用型新只考虑了角部，并未考虑结晶器宽面铜板100在同一高度处相邻筋板间的温度梯度对坯壳传热和生长的影响，从而无法缓解结晶器生成的钢坯在横向同一平面处的热应力影响，使得钢坯热应力不均匀。此外，中国专利201320338858.X公开了一种抑制连铸板坯表面纵裂纹的结晶器，该结晶器是在宽面铜板100的中部采用双锥度、三锥度及抛物线锥度等多锥度形式来适应宽面凝固坯壳的收缩规律。但只考虑了生成钢坯的整体热应力的缓解，并未考虑结晶器所生成钢坯的局部热应力，特别是在锥度和平面夹角位置，更容易产生钢渣等物质，使得钢坯应力集中。需要强调的是：本发明的发明人考虑了钢坯在整个连铸过程中，横向面上的材料间的热应力影响；也考虑了在局部位置，特别是夹角处位置，采用圆角过渡降低了热应力在集中所产生的影响。本发明的连铸结晶器的宽面铜板100，一方面，宽面铜板100结构的优化，减小了宽面铜板100同一高度处相邻筋板间的温度梯度，进而削弱了横向上坯壳间拉应力；另一方面，通过优化结晶器宽面铜板100工作面110下部波纹的形式，且相邻波凸起曲面深度的连续降低，适应了坯壳的收缩规律，有利于减少初始凝固坯壳与铜板之间的气隙，提高凝固坯壳生长的均匀性、厚度及强度，达到防止铸坯表面产生纵裂纹的目的。如图2至图4所示，波纹凸起实体130为半圆，其直径从上至下由一个尖状头部增大到一个较大的直径Dj，且高度从上至下由一个较小的高度Hi增大到一个较大的高度Hj。波纹凸起实体130的直径可以呈线性增加，即该波纹凸起实体130是呈部分圆锥体形状。作为一种可替换的结构，采用凸形或凹形扩大的波纹凸起实体130。波纹凸起实体130的直径呈线性增加，增幅为1mm△R30mm，具体的增幅△R为为1mm、2mm、5mm、8mm、10mm、15mm、20mm、25mm、28mm和30mm，优选的增幅2mm△R15mm；所述的波纹凸起实体130的高度呈线性增加，增幅为2mm△H10mm，具体的增幅△H为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm和10mm，优选的增幅为5mm△H8mm，高度由上至下增大，符合钢坯的凝固收缩规律。波纹凸起实体130有两种形式的结构：如图3和图7所示，第一种由上至下贯穿整个竖直工作面110；如图2和图5所示，第二种波纹凸起实体130的尖状头部与工作面110的竖直顶部之间的距离为25-35％的宽面铜板100的高度，且底部与工作面110的端面齐平。此外，波纹凸起实体130可以为非半圆形，其表面为光滑连接。本实施例的波纹凸起实体130的材质与宽面铜板100的材质相一致，进一步的，波纹凸起实体130与宽面铜板100一体铸造成型，结晶器的宽面铜板100制作成本低，加工方便。在本实施例中，波纹凸起实体130的数量不少于两道时，相邻两波纹凸起实体130的间距为3mmD50mm，具体的D为3mm、8mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm和50mm。为了防止在角部依然存在二维传热，由二维传热转化为准一维或者局部零维传热，提高角部温度；降低温差，进而减小热应力产生，波纹凸起实体130与所述工作面110的衔接处150为圆弧倒角，圆弧倒角的半径为对应波纹凸起实体130曲率半径的25-35％。本发明的连铸结晶器，包括宽面铜板100和窄面铜板，所述宽面铜板100为上述的宽面铜板100，窄面铜板和宽面铜板100在角部圆弧倒角过渡。

权利要求：1.一种连铸结晶器的宽面铜板100，所述宽面铜板100包括工作面110和冷却面120，所述的冷却面120与工作面110对应设置，所述的冷却面120内置有水槽140，其特征在于：所述工作面110沿竖直方向设置有从底端出发的至少一道波纹凸起实体130，且波纹凸起实体130的中心线所在竖直面穿过水槽140。2.根据权利要求1所述的连铸结晶器的宽面铜板100，其特征在于：所述波纹凸起实体130为半圆形，其直径从上至下由一个尖状头部增大到一个较大的直径Dj，且高度从上至下由一个较小的高度Hi增大到一个较大的高度Hj。3.根据权利要求2所述的连铸结晶器的宽面铜板100，其特征在于：所述的波纹凸起实体130由上至下贯穿整个竖直工作面110；或所述的波纹凸起实体130的尖状头部与工作面110的竖直顶部之间的距离为25-35％的宽面铜板100的高度，且底部与工作面110的端面。4.根据权利要求1所述的连铸结晶器的宽面铜板100，其特征在于：所述水槽140的中心线与波纹凸起实体130的中心线在同一垂直面内。5.根据权利要求1所述的连铸结晶器的宽面铜板100，其特征在于：所述的波纹凸起实体130的直径呈线性增加，增幅为1mm△R30mm；所述的波纹凸起实体130的高度呈线性增加，增幅为2mm△H10mm。6.根据权利要求1至5任一项所述的连铸结晶器的宽面铜板100，其特征在于：所述的波纹凸起实体130的材质与宽面铜板100的材质相一致；或所述的波纹凸起实体130与宽面铜板100一体铸造成型。7.根据权利要求1至5任一项所述的连铸结晶器的宽面铜板100，其特征在于：所述的波纹凸起实体130的数量不少于两道时，相邻两波纹凸起实体130的间距为3mmD50mm。8.根据权利要求1至5任一项所述的连铸结晶器的宽面铜板100，其特征在于：所述的波纹凸起实体130与所述工作面110的衔接处150为圆弧倒角，圆弧倒角的半径为对应波纹凸起实体130曲率半径的25-35％。9.一种连铸结晶器，包括宽面铜板100和窄面铜板，其特征在于：所述宽面铜板100为权利要求1至8任一项所述的宽面铜板100。10.根据权利要求9所述的连铸结晶器，其特征在于：所述窄面铜板和宽面铜板100在角部圆弧倒角过渡。

百度查询： 安徽工业大学 一种连铸结晶器的宽面铜板及具有该铜板的连铸结晶器

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