專利名稱：液體冷卻的結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分特征的用于連鑄設(shè)備的液體冷卻的結(jié)晶器。
背景技術(shù)：
結(jié)晶器用來在連續(xù)鑄造過程中制造實心型材。結(jié)晶器是連鑄設(shè)備最重要的構(gòu)件之一。在結(jié)晶器內(nèi)熔液開始硬化。其原理性的構(gòu)造由一外部的鋼結(jié)構(gòu)和結(jié)晶器自身特有的成形部分，結(jié)晶器體組成。當(dāng)今結(jié)晶器體幾乎毫無例外地由銅或銅合金組成。對于出現(xiàn)高的至最高的熱負荷的應(yīng)用場合則采用CuAg-或CuCrZr-材料。
結(jié)晶器應(yīng)該排出金屬熔液中的熱量，并可以通過起先進行的鑄坯冷凝外殼的形成使鑄錠完全硬化。特別是在鑄造過程中在結(jié)晶器體澆鑄液面區(qū)域內(nèi)從熔液中傳出大量的熱量。尤其是在高的連鑄速度時存在這樣的危險，即，在這里局部超過結(jié)晶器材料允許的熱負荷。由于這個原因?qū)Y(jié)晶器體加以冷卻。這時力求結(jié)晶器體的鑄造面盡可能得到良好和均勻的冷卻。
由DE 4127333C2已知一種現(xiàn)有技術(shù)中的連鑄結(jié)晶器，其腔壁設(shè)有從上向下延伸的連接在冷卻水循環(huán)回路上的通透的圓柱形的冷卻孔。
在熱負荷最高的區(qū)域內(nèi)，冷卻孔的橫截面部分地通過柱塞桿減小，以便提高冷卻水的流動速度。由此可以改善在最大熱負荷區(qū)域內(nèi)的散熱，并降低腔壁溫度。
為了特別是對在結(jié)晶器體的寬側(cè)壁上局部出現(xiàn)的較高的熱量產(chǎn)生較高的冷卻效果，在EP 0931609A1中建議，在部分區(qū)域內(nèi)冷卻孔設(shè)置得密一些。這促使在結(jié)晶器的整個高度上形成更高的冷卻效果。
但是在結(jié)晶體一定區(qū)域例如澆鑄液面區(qū)域上調(diào)整到相匹配的冷卻效果的要求只能有限地達到。

發(fā)明內(nèi)容
因此從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是，提出一種液體冷卻的結(jié)晶器，在這種結(jié)晶器中可以達到水平和垂直方向相匹配的冷卻效果。
按照本發(fā)明，這個目的第一種解決方案是按權(quán)利要求1特征的結(jié)晶器。
本發(fā)明的核心思想是這樣的措施，即，冷卻通道按要求引到澆鑄表面附近的高熱負荷區(qū)內(nèi)。因此至少一個冷卻通道具有兩個長度段，其中所述長度段其縱軸具有相互不同的取向。
用這種方法改變冷卻通道相對于澆鑄表面的水平距離，亦即相對于結(jié)晶器體的內(nèi)壁的距離，并達到與結(jié)晶器的負荷圖形相匹配的冷卻功率。通過相應(yīng)地調(diào)整長度段縱軸的角度或者說長度段的升角可以進行冷卻效果與相應(yīng)區(qū)域的按要求的針對負荷的匹配。
冷卻介質(zhì)通過冷卻通道引導(dǎo)并到達澆鑄表面附近的高溫區(qū)。在高溫區(qū)的上方和下方，冷卻通道離高溫區(qū)的距離連續(xù)增加。由此不僅使在澆注液面的高溫高度區(qū)內(nèi)熱負荷顯著下降，而且也使結(jié)晶器整個高度上的熱負荷均勻化。
此外，通過本發(fā)明新推薦的相匹配的區(qū)域冷卻效果確保在結(jié)晶器的高熱負荷區(qū)內(nèi)在高溫側(cè)達不到銅的重結(jié)晶溫度。同時避免在低溫側(cè)冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)。
在原則上所有通道可以做得帶有折彎的縱軸。當(dāng)然具有直線和/或折彎分布的單個或合并成組的冷卻通道也可以相互組合。
根據(jù)結(jié)晶器實施形式或應(yīng)用場合的不同，冷卻通道的長度段可以做得一樣長(權(quán)利要求2)或不一樣長(權(quán)利要求3)。
權(quán)利要求4表示實現(xiàn)本發(fā)明目的的另一種獨立的解決方案。
依此，至少一條冷卻通道、尤其是在一個結(jié)晶器壁內(nèi)的所有冷卻通道相對于結(jié)晶器體的相鄰的內(nèi)表面傾斜分布。因此這個冷卻通道或這些冷卻通道由一直線形長度段組成，但是它相對于結(jié)晶器的縱軸(澆注方向)是傾斜的。
用這種方法也可以達到結(jié)晶器體內(nèi)相匹配的水平和垂直方向的冷卻效果。
按權(quán)利要求1和權(quán)利要求4的兩種獨立的解決方案的工藝方面的內(nèi)在聯(lián)系在于，在結(jié)晶器體內(nèi)可以達到水平和垂直方向的相匹配的冷卻效果。
原則上冷卻通道可以是冷卻槽。但是冷卻通道尤其是通過孔實現(xiàn)，如權(quán)利要求5所規(guī)定的那樣。
因為對于板式結(jié)晶器，特別是結(jié)晶器體的寬側(cè)壁局部受到高的熱負荷，按權(quán)利要求6，冷卻通道最好設(shè)置在寬側(cè)壁內(nèi)。
本發(fā)明結(jié)晶器的一種特別優(yōu)良的結(jié)構(gòu)方案可以在權(quán)利要求7的特征中看出。這里不僅冷卻通道的縱向分布，而且相互之間的距離都是變化的。由此可以達到結(jié)晶器冷卻功率的三維變化。
因此可以提高冷卻強度，并在高熱負荷區(qū)內(nèi)均勻化分布。
可以理解，按本發(fā)明的冷卻通道的結(jié)構(gòu)方案適應(yīng)于不同類型的結(jié)晶器，例如板式結(jié)晶器、管式結(jié)晶器或軋制工字梁用的異形坯。


下面借助于在附圖中所示的實施例對本發(fā)明作較詳細的說明，附圖表示圖1一結(jié)晶器體的簡化的垂直剖視圖；圖2結(jié)晶器體的俯視圖；圖3結(jié)晶器壁連同兩條不同的冷卻通道的側(cè)視圖；圖4結(jié)晶器體的另一種實施形式。
具體實施例方式
圖1簡化表示一用于鋼材連鑄的結(jié)晶器體1。此視圖是不按比例的。
結(jié)晶器體1由一種銅合金組成，并具有一內(nèi)部型腔2，它在澆入端端面3處的橫截面通常大于連鑄出口端末端4處的橫截面。
為了冷卻結(jié)晶器體1而設(shè)有冷卻通道5，它們從其頂面6直至底面7分布在側(cè)壁8、9內(nèi)。
冷卻通道5由孔構(gòu)成，并分別具有兩個帶相互不同取向的縱軸L1、L2的長度段10、11。長度段10從頂面6出發(fā)，相對于垂直方向以一角度α向型腔2方向布置，并在澆注液面G區(qū)域內(nèi)達到其離型腔2最近的位置。長度段11作為孔從底面7出發(fā)向型腔2方向以一角度β延伸，并在澆注液面G區(qū)域內(nèi)與長度段10相交。因此冷卻通道5在澆注液面G區(qū)域內(nèi)具有一帶拐點12的轉(zhuǎn)折點。
由于長度段10、11的傾斜分布，在結(jié)晶器體1高度上，冷卻通道5相對于型腔2內(nèi)的澆鑄表面F的水平距離各不相同。
用這種方法使結(jié)晶器體1內(nèi)的冷卻效果相應(yīng)地與承受的熱負荷相匹配。
結(jié)晶器體1可以是板式結(jié)晶器體或管式結(jié)晶器體。在圖2中這通過一深淺不同的虛線表示。板式結(jié)晶器體具有兩個相互面對面的寬側(cè)壁13、14和兩個限定鑄錠寬度的窄側(cè)壁15、16。管式結(jié)晶器體由一個金屬塊制成。在管式結(jié)晶器體中不存在圖2中通過虛線表示的寬側(cè)壁13、14和窄側(cè)壁15、16之間的分界線。
如圖2所示，在寬側(cè)壁13、14內(nèi)設(shè)有冷卻通道5。如前所述它們做成折彎的。此外在窄側(cè)壁15、16內(nèi)也設(shè)有冷卻通道5。原則上除折彎的冷卻通道外也可以設(shè)置做成直線的冷卻通道。
其次在圖2中還可以看到，在寬側(cè)壁13、14內(nèi)相鄰冷卻通道5的距離是不同的。在高的機械和熱負荷區(qū)域B內(nèi)冷卻通道5設(shè)置得相互較密。
圖3表示結(jié)晶器體18的結(jié)晶器壁17連同兩條不同走向的冷卻通道19、20的視圖。冷卻通道19通過虛線、冷卻通道20通過點劃線示意表示。
每條冷卻通道19或20具有兩個帶不同取向的縱軸L1和L2的長度段21、22及23、24。由此在垂直方向冷卻通道19、20相對于澆鑄表面F的距離X是變化的。冷卻通道19的長度段21從結(jié)晶器壁17的頂面25出發(fā)朝澆鑄表面F的方向伸展。長度段22從結(jié)晶器壁17的底面出發(fā)向澆鑄表面F方向延伸。長度段21和22在拐點27處相交。
在冷卻通道20中，長度段23從頂面25出發(fā)向下伸展，背離澆鑄表面F，直至它在結(jié)晶器壁17的大致中部的高度區(qū)域內(nèi)與長度段24相交于拐點28。長度段24則平行于澆鑄表面F垂直布置地向下延伸。
如前所述，通過冷卻通道5或19、20的縱向分布的變化可以調(diào)整冷卻效果與高熱負荷和機械負荷區(qū)的按要的與負荷區(qū)相適應(yīng)的匹配。其次可以通過將冷卻通道5、18、19相互之間的距離選擇得比較窄的方法增加高負荷區(qū)的冷卻強度。
總而言之，在本發(fā)明所提出的結(jié)晶器中可以達到冷卻功率的三維變化。
圖4中表示結(jié)晶器體29的一種可供選擇的實施形式。同樣，這里也可以是板式或管式結(jié)晶器或軋制工字梁用的異形坯。設(shè)置在結(jié)晶器體29內(nèi)的冷卻通道30從頂面31向底面32延伸。這里冷卻通道30相對于其相鄰的內(nèi)表面33從而相對于澆鑄表面F傾斜分布。
冷卻通道30的縱軸L3相對于內(nèi)表面33-它在所示實施例中相當(dāng)于結(jié)晶器體29和澆注方向的縱軸-的傾角用γ表示。
用這種方法，特別是通過冷卻通道30合適的與實際相匹配的布局和取向，可以在結(jié)晶器體29內(nèi)實現(xiàn)水平和垂直方向相匹配的冷卻效果。
附圖標(biāo)記表1-結(jié)晶器體2-型腔3-端面4-末端5-冷卻通道6-1的頂面7-1的底面 8-側(cè)壁9-側(cè)壁10-長度段11-長度段 12-拐點13-寬側(cè)壁 14-寬側(cè)壁15-窄側(cè)壁 16-窄側(cè)壁17-結(jié)晶器壁 18-結(jié)晶器體19-冷卻通道 20-冷卻通道21-19的長度段 22-19的長度段23-20的長度段 24-20的長度段25-頂面 26-底面27-拐點 28-拐點29-結(jié)晶器體 30-冷卻通道31-頂面 32-底面33-29的內(nèi)表面 L1-10、21或23的縱軸L2-11、22或24的縱軸α-夾角 β-夾角γ-夾角 F-澆鑄表面G-澆注液面 X-距離
權(quán)利要求
1.用于連鑄設(shè)備的液體冷卻的結(jié)晶器，具有一由高導(dǎo)熱能力的材料，如銅或銅合金，制成的成形的結(jié)晶器體(1，18)，其中在結(jié)晶器體(1，18)內(nèi)設(shè)有從其頂面(6，25)向底面(7，26)延伸的冷卻通道(5，19，20)，其特征為至少一條冷卻通道(5，19，20)具有兩個長度段(10，11；21，22；23，24)，并且所述長度段(10，11；21，22；23，24)的縱軸(L1，L2)具有相互不同的取向，其中，在結(jié)晶器體(1，18)內(nèi)冷卻通道(5，19，20)到澆鑄表面(F)的距離是變化的。
2.按權(quán)利要求1的結(jié)晶器，其特征為長度段的長度是相同的。
3.按權(quán)利要求1的結(jié)晶器，其特征為長度段的長度是不同的。
4.用于連鑄設(shè)備的液體冷卻的結(jié)晶器，具有一由高導(dǎo)熱能力的材料，如銅或銅合金，制成的成形的結(jié)晶器體(29)，其中在結(jié)晶器體(29)內(nèi)設(shè)有從其頂面(31)向底面(32)延伸的冷卻通道(30)，其特征為至少一條冷卻通道(30)相對于相鄰的結(jié)晶器體(29)內(nèi)表面(33)傾斜分布。
5.按權(quán)利要求1至4之任一項的結(jié)晶器，其特征為冷卻通道(5，19，20，30)由孔構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求1至5之任一項的結(jié)晶器，其中結(jié)晶器體具有兩個相互面對面的寬側(cè)壁(13，14)和兩個限定鑄錠寬度的窄側(cè)壁(15，16)，其特征為冷卻通道(5)設(shè)置在寬側(cè)壁(13、14)內(nèi)。
7.按權(quán)利要求1至6之任一項的結(jié)晶器，其特征為相鄰的冷卻通道(5，30)的間距是變化的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于連鑄設(shè)備的液體冷卻的結(jié)晶器，它具有一由銅或銅合金組成的成形的結(jié)晶器體(1)。在結(jié)晶器體(1)內(nèi)設(shè)有從其頂面(6)向底面(7)延伸的冷卻通道(5)。冷卻通道(5)分別具有兩個長度段(10、11)，其中所述長度段(10、11)的縱軸(L1、L2)具有相互不同的取向。用這種方法，使得冷卻通道(5)到澆鑄表面的距離是變化的，并達到與結(jié)晶器負荷曲線相匹配的冷卻功率。
文檔編號B22D11/055GK1579671SQ20041003480
公開日2005年2月16日 申請日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月13日
發(fā)明者迪特馬爾·科爾貝克, 漢斯-京特·沃布克, 格哈德·胡根許特 申請人:Km歐洲鋼鐵股份有限公司