專利名稱：低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種連鑄結(jié)晶器，尤其涉及一種低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶 器。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無縫管材越來越重要，近幾年呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的勢頭，并開始 大規(guī)模替代國外進(jìn)口產(chǎn)品。無縫管的傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)是利用方形連鑄坯，經(jīng)過熱態(tài)軋制成圓 形管坯，然后再進(jìn)行穿管制成管材。而直接采用圓形連鑄坯穿管生產(chǎn)，可以節(jié)省一道方坯軋 圓的工序，節(jié)能效果巨大，因而無縫管坯的連鑄化技術(shù)快速發(fā)展起來，國內(nèi)圓坯連鑄機(jī)也從 2002年不足40流發(fā)展到今天至少170流以上，增長400%之多。伴隨圓坯連鑄技術(shù)的發(fā)展， 迫切需要開發(fā)新型圓坯連鑄結(jié)晶器。 與板坯連鑄、小方坯連鑄一樣，圓坯連鑄結(jié)晶器的型腔，尤其是型腔的錐度形式對(duì) 連鑄的生產(chǎn)順行起到至關(guān)重要的作用。從國內(nèi)外各種形式的連鑄結(jié)晶器看，其型腔的錐度 主要有單錐度、雙錐度、三錐度或多錐度、拋物線錐度或稱連續(xù)錐度等形式。針對(duì)圓坯連鑄 結(jié)晶器，從現(xiàn)有技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐看，結(jié)晶器型腔的單錐度形式基本不能適應(yīng)鋼液在結(jié)晶器 內(nèi)的凝固收縮，容易造成坯殼冷卻強(qiáng)度不足，產(chǎn)生漏鋼等生產(chǎn)問題，目前單錐度形式對(duì)圓坯 結(jié)晶器而言已基本不使用。而其它錐度形式的圓坯結(jié)晶器都有成功應(yīng)用的生產(chǎn)實(shí)例，具體 哪一種形式最好，說法不一，各有優(yōu)缺點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，以下幾種圓坯結(jié)晶器較為典型。 意大利DANIELI公司是老牌的連鑄機(jī)提供商，其圓坯連鑄結(jié)晶器絕大多數(shù)采用 線性雙錐度形式，結(jié)晶器長度為780mm，從結(jié)晶器入口至300mm的地方為上段錐度， 一般在 1. 5 2. 5% /m之間，而結(jié)晶器從300 780mm段錐度一般在0. 6 1. 5% /m之間。這種 連鑄結(jié)晶器的型腔錐度，尤其是型腔300mm以下的錐度比較符合鋼水的實(shí)際收縮，但這種 結(jié)晶器一旦增長，線性雙錐度形式顯得很不適應(yīng)，生產(chǎn)很不穩(wěn)定，易于產(chǎn)生漏鋼或鑄坯拉阻 力過大的問題，同時(shí)，該結(jié)晶器生產(chǎn)的鑄坯橢圓度往往超差，鑄坯表面致密度較差。1996年 DANIELI公司也開發(fā)一種自適應(yīng)高效連鑄結(jié)晶器，其基本特點(diǎn)是減薄結(jié)晶器銅壁，采用噴淋 及水壓調(diào)節(jié)結(jié)晶器壁的變形，使其緊貼坯殼，達(dá)到消除氣隙，提高傳熱效率，從而提高連鑄 連鑄的拉速的作用。自適應(yīng)結(jié)晶器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配不便，目前基本不再推廣使用。 瑞士C0NCAST公司于1991年開發(fā)出一種凸邊形結(jié)晶器(CONVEXtechnology)，其美 國專利號(hào)5360053，中國專利號(hào)92100838. 4。該結(jié)晶器的技術(shù)特點(diǎn)是在結(jié)晶器長度方向上 分成2段不同的型腔，結(jié)晶器上部型腔沿截面周線有四個(gè)向外凸起的弧形，弧形凸起從上 到下逐步過渡成圓形，構(gòu)成結(jié)晶器下部型腔。該結(jié)晶器在德國蒂森公司試用成功后，目前在 全世界應(yīng)用比較廣泛，尤其是方坯的用途最廣。該結(jié)晶器生產(chǎn)的鑄坯存在明顯的壓縮變形 效果，鑄坯致密度高，但存在拉坯阻力過大以及鑄坯凝固應(yīng)力過高的問題。 1996年澳鋼聯(lián)VAI開發(fā)成功DIAMOLD高速連鑄結(jié)晶器，中國專利號(hào)96190354. 6， 其特點(diǎn)是在結(jié)晶器長度上分段，并采用拋物線形錐度，能夠較好的擬合坯殼的凝固收縮，在 結(jié)晶器入口 300 400mm以下段采用零錐度或負(fù)錐度，以減少拉坯阻力。該結(jié)晶器只能應(yīng)用在方坯上，圓坯應(yīng)用負(fù)錐度易于產(chǎn)生漏鋼事故。 中國專利97236875. 2也公開了一種類似CONCAST的結(jié)晶器，該結(jié)晶器有效長度上 采用拋物線錐度，并在結(jié)晶器縱向上設(shè)置過渡壓縮變形區(qū)，以提高鑄坯致密度。該結(jié)晶器設(shè) 計(jì)復(fù)雜，加工精度難以保證，過渡區(qū)對(duì)鑄坯的壓縮變形往往產(chǎn)生鑄坯表面裂紋，尤其對(duì)鋼種 繁多的連鑄生產(chǎn)，易產(chǎn)生生產(chǎn)問題。 以上專利技術(shù)涉及到的圓坯連鑄結(jié)晶器，都有應(yīng)用實(shí)例，雖然在一定程度上說滿 足連鑄生產(chǎn)的要求，但都存在這樣那樣的問題，比如，DANIELIE公司的線性雙錐度結(jié)晶器， 一旦需要增長以提高連鑄拉速，其生產(chǎn)的穩(wěn)定性下降，易于產(chǎn)生漏鋼或拉坯問題；CONCAST 公司的凸邊形結(jié)晶器有利于防止漏鋼，但拉坯過程中拉坯阻力較大，對(duì)諸如不銹鋼或軸承 鋼之類的鋼種，就會(huì)產(chǎn)生拉漏或拉不動(dòng)的生產(chǎn)難題。對(duì)于圓坯連鑄結(jié)晶器而言，其內(nèi)部冷卻 狀況遠(yuǎn)沒有想象中那么均勻，鑄坯凝固中反而更容易產(chǎn)生橢圓變形，造成鑄坯斷面應(yīng)力拉 壓變化，產(chǎn)生鑄坯表面缺陷等問題。以上現(xiàn)有專利技術(shù)中往往僅從結(jié)晶器縱向錐度層面考 慮，而忽略了鑄坯橫斷面的應(yīng)力釋放。 通過大量理論和生產(chǎn)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，從連鑄過程中坯殼的收縮曲線可以看出，從 鋼液彎月面0 150mm長度內(nèi)，坯殼以液態(tài)收縮為主，收縮量相對(duì)比較小；在150mm 400mm 范圍內(nèi)，凝固坯殼形成開始大量收縮，之后收縮量逐步減小并開始呈現(xiàn)錐度線性化。這種坯 殼的收縮曲線與傳統(tǒng)結(jié)晶器的拋物線錐度存在很大不同，即錐度曲線在結(jié)晶器長度上呈現(xiàn) 分段的特性，而又和傳統(tǒng)線性雙錐度曲線存在明顯不同，即結(jié)晶器上段的錐度呈現(xiàn)內(nèi)凹曲 線的特點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，有針對(duì)這樣的曲線劃分為三段錐度或多段錐度的形式，但發(fā)明人充 分考慮現(xiàn)代連鑄技術(shù)，比如結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)的影響后發(fā)現(xiàn)，結(jié)晶器錐度在長度方向上 劃分兩段更具技術(shù)優(yōu)勢，即采用變異雙錐度的形式，從結(jié)晶器彎月面至以下200 300mm范 圍內(nèi)采用內(nèi)凹多項(xiàng)式錐度曲線，而非傳統(tǒng)的線性錐度或拋物線錐度，并在結(jié)晶器的下段長 度上仍采用線性錐度形式。生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用變異后的雙錐度曲線，能最大程度地?cái)M合鋼 液的凝固收縮，減少氣隙熱阻，對(duì)提高結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度以及防止漏鋼、提高拉速等有良好作 用。 以上現(xiàn)有技術(shù)中均未充分考慮弧形連鑄機(jī)本身的技術(shù)特點(diǎn)，由于圓坯結(jié)晶器內(nèi)部 仍存在水冷不均的問題，鑄坯的不規(guī)則應(yīng)力應(yīng)變時(shí)常發(fā)生，從而造成鑄坯橫截面不圓度超 差，甚至出現(xiàn)應(yīng)力裂紋等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，為克服上述現(xiàn) 有技術(shù)中的不足，更好地?cái)M合連鑄過程中坯殼的縱向凝固收縮，增強(qiáng)結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度；同 時(shí)，充分考慮并降低鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固應(yīng)力應(yīng)變。 為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是， —種低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，它是一個(gè)從金屬熔體澆入端到鑄坯出口端 的中空?qǐng)A管型腔，型腔的某一縱向切面內(nèi)壁為上大下小的變異雙錐度曲線；型腔的某一橫 截面上分布若干個(gè)坯殼凝固的應(yīng)力釋放區(qū)。 所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其型腔內(nèi)壁變異雙錐曲線，是在結(jié)晶器 長度方向上劃分為2段，結(jié)晶器上口至其長度40 % 60 %的位置為上段，錐度形式為一象限3次多項(xiàng)式曲線；結(jié)晶器長度的其余部分為下段，錐度仍采用傳統(tǒng)結(jié)晶器的單一線性錐 度形式。 所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其型腔內(nèi)壁變異雙錐曲線為上段和下段 錐度圓滑過渡連接而成。
所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其型腔變異雙錐曲線的上段錐度為3次
多項(xiàng)式曲線，表示方程為y = ax3+bx2+cx+d， x代表結(jié)晶器長度尺寸，y代表結(jié)晶器徑向尺 寸。 所述的3次多項(xiàng)式曲線方程的常系數(shù)a在5e—°8至7e—°8之間；b在-3e_05至_5e—°5 之間；c在千分之0. 5至2. 5之間；d由包含收縮率的鑄坯的尺寸。 所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其型腔變異雙錐曲線的下段錐度仍采用 傳統(tǒng)結(jié)晶器的單一線性錐度值，即在0. 5 2% /m之間。 所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其型腔的某一橫截面上分布若干個(gè)坯殼 凝固的應(yīng)力釋放區(qū)，可根據(jù)鑄坯尺寸大小和鑄機(jī)弧形半徑圓周均布設(shè)置3 12個(gè)，優(yōu)選數(shù) 目為4 8個(gè)。 所述的應(yīng)力釋放區(qū)由結(jié)晶器橫截面上向內(nèi)鼓出的圓弧構(gòu)成，該圓弧徑向鼓出高度 為結(jié)晶器徑向尺寸的0 3%之間；該圓弧周向長度為結(jié)晶器截面周長度的0. 5 4%之 間。 所述的應(yīng)力釋放區(qū)，其鼓出圓弧與結(jié)晶器橫截面壁面光滑過渡連接。 所述的應(yīng)力釋放區(qū)，在結(jié)晶器橫截面上均布設(shè)置在結(jié)晶器上口至總長度40
60%的位置，其鼓出圓弧的徑向高度從上至下逐漸減小，直至變異雙錐曲線的下段錐度起
點(diǎn)，以保證獲得精確的鑄坯表面形狀。 所述應(yīng)力釋放區(qū)在整個(gè)結(jié)晶器長度上采用略微上大下小的單一線性錐度或零錐 度曲線，進(jìn)一步降低拉坯阻力以提高拉速。

圖1為本實(shí)用新型低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器型腔俯視圖； 圖2為本實(shí)用新型低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器型腔縱向剖面圖； 圖3為本實(shí)用新型低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器的應(yīng)力釋放區(qū)錐度曲線； 圖4為本實(shí)用新型低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器另一實(shí)施例型腔俯視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。 參見圖1、圖2，本實(shí)用新型低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，它包括一個(gè)金屬熔 體澆入端1和鑄坯出口端2的中空?qǐng)A管型腔3。結(jié)晶器縱切壁4的內(nèi)壁為一變異雙錐曲線 5，并由分割面6在結(jié)晶器長度方向上分成上下兩段51和52。 變異雙錐曲線5是這樣形成的，通過對(duì)傳統(tǒng)雙錐度結(jié)晶器的上段錐度7進(jìn)行變異 設(shè)計(jì)，改變成具有內(nèi)凹特點(diǎn)的曲線51，且使變異后的錐度曲線51在整個(gè)結(jié)晶器長度上占 40 60%的比例；而結(jié)晶器下段錐度52仍保留線性錐度形式。變異雙錐曲線5形成的圓 坯結(jié)晶器型腔3能夠最大程度的擬合鋼液在彎月面以下200 300mm的凝固收縮，對(duì)減小氣隙熱阻，增強(qiáng)結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度有顯著效果。 在結(jié)晶器制造加工過程中，所述的變異錐度曲線5的上段51和下段52，在結(jié)晶器分割面6處保持光滑過渡連接。 所述變異錐度曲線5的上段曲線51，由一象限3次多項(xiàng)式曲線方程y =ax^b^+cx+d確定，x代表結(jié)晶器長度尺寸，y代表結(jié)晶器徑向尺寸。所述3次多項(xiàng)式曲線方程的常系數(shù)a在5e—°8至7e—°8之間；b在_3e—°5至_5e—°5之間；c在千分之0. 5至2. 5之間；d由包含收縮率的鑄坯的尺寸來確定，其現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)，不再贅述。 連鑄實(shí)際生產(chǎn)中，圓坯結(jié)晶器內(nèi)部仍存在水冷不均的問題，鑄坯凝固中時(shí)常發(fā)生不規(guī)則的應(yīng)力應(yīng)變，從而可能造成鑄坯不圓度超差，甚至出現(xiàn)表面應(yīng)力裂紋等缺陷。發(fā)明人在大量理論和生產(chǎn)實(shí)踐研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)在圓坯連鑄結(jié)晶器型腔的橫斷面上設(shè)置應(yīng)力釋放區(qū)，對(duì)解決以上問題有良好作用。結(jié)合本實(shí)用新型一種低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器的俯視圖，如圖3和圖4所示，進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。 所述的結(jié)晶器由鋼液澆入端1、鑄坯出口端2和結(jié)晶器縱壁4包圍形成結(jié)晶器圓管
型腔3。從結(jié)晶器上口開始，型腔3內(nèi)圓周均布設(shè)置3 12個(gè)應(yīng)力釋放區(qū)8，優(yōu)選的數(shù)據(jù)為
4 6個(gè)，本實(shí)施例圖1和圖4所示的應(yīng)力釋放區(qū)數(shù)量分別為4個(gè)和6個(gè)。 所述的應(yīng)力釋放區(qū)8為結(jié)晶器縱壁4上向內(nèi)鼓出的圓弧構(gòu)成，該圓弧徑向鼓出高
度為結(jié)晶器徑向尺寸的0 3%之間，優(yōu)選的數(shù)據(jù)為0. 5 1. 5% ;該圓弧周向長度為結(jié)晶
器截面周長度的0. 5 4%，優(yōu)選的數(shù)據(jù)為0. 5 1. 5%之間。 所述的應(yīng)力釋放區(qū)8與結(jié)晶器型腔內(nèi)壁4之間圓弧光滑過渡連接。 所述的應(yīng)力釋放區(qū)8，僅在結(jié)晶器上口至總長度40 60%的位置，其鼓出圓弧的
徑向高度從上至下逐漸減小，直至變異雙錐曲線的下段錐度起點(diǎn)，以保證獲得精確的鑄坯
表面形狀和尺寸。 所述應(yīng)力釋放區(qū)8采取與結(jié)晶器縱壁4完全不同的錐度形式，即在整個(gè)結(jié)晶器長度上采用如圖4所示的略微上大下小的單一線性錐度或零錐度曲線9，以進(jìn)一步降低拉坯阻力來提高拉速。 通過理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，本實(shí)用新型低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，能充分?jǐn)M合連鑄過程中坯殼的凝固收縮，有效的克服了由于不良的坯殼收縮造成的氣隙熱阻，對(duì)提高坯殼冷卻強(qiáng)度和連鑄拉速有明顯效益；同時(shí)，本實(shí)用新型改善了圓坯結(jié)晶器鑄坯凝固中的應(yīng)力應(yīng)變作用，對(duì)消除鑄坯不圓度變形和表面裂紋有良好作用。因而，本實(shí)用新型有著較高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。
權(quán)利要求低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，該結(jié)晶器具有一個(gè)從金屬熔體澆入端到鑄坯出口端的中空?qǐng)A管型腔，型腔的縱向切面內(nèi)壁為上大下小的變異雙錐度曲線；型腔的橫截面上分布若干個(gè)坯殼凝固的應(yīng)力釋放區(qū)。
2. 如權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，所述的型腔內(nèi)壁變異雙錐曲線，在結(jié)晶器長度方向上劃分為2段，結(jié)晶器上端口至其長度40% 60%的位 置為上段，錐度形式為一象限3次多項(xiàng)式曲線；結(jié)晶器長度的其余部分為下段，錐度仍采用 傳統(tǒng)結(jié)晶器的單一線性錐度形式。
3. 如權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，所述的型腔內(nèi)壁 變異雙錐曲線為上段和下段錐度圓滑過渡連接而成。
4. 如權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，所述的型腔變異 雙錐曲線的上段錐度為3次多項(xiàng)式曲線，表示方程為y = a +b^+cx+d，其中，x代表結(jié)晶 器長度尺寸，y代表結(jié)晶器徑向尺寸，常系數(shù)a在5e—°8至7e—°8之間；b在_3e—°5至_5e—°5之 間；c在千分之0. 5至2. 5之間；d由包含收縮率的鑄坯的尺寸。
5. 如權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，所述的型腔變異 雙錐曲線的下段錐度采用傳統(tǒng)結(jié)晶器的單一線性錐度值，即在0. 5 2% /m之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，所述的型腔的橫 截面上分布若干個(gè)坯殼凝固的應(yīng)力釋放區(qū)沿圓周均布設(shè)置3 12個(gè)。
7. 如權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，所述的型腔的橫 截面上分布若干個(gè)坯殼凝固的應(yīng)力釋放區(qū)沿圓周均布優(yōu)選設(shè)置4 8個(gè)。
8. 如權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，所述的型腔應(yīng)力 釋放區(qū)由結(jié)晶器橫截面上向內(nèi)鼓出的圓弧構(gòu)成，該圓弧徑向鼓出高度為結(jié)晶器型腔內(nèi)徑的 徑向尺寸的0 3%之間，圓弧周向長度為結(jié)晶器截面周長度的0. 5 4%之間。
9. 如權(quán)利要求1或8所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，所述的型腔應(yīng) 力釋放區(qū)鼓出的圓弧與結(jié)晶器橫截面壁面光滑過渡連接。
10. 如權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，所述的型腔應(yīng)力 釋放區(qū)在結(jié)晶器橫截面上均布設(shè)置在結(jié)晶器上端口至總長度40 60%的位置，其鼓出圓 弧的徑向高度從上至下逐漸減小，直至變異雙錐曲線的下段錐度起點(diǎn)。
專利摘要低應(yīng)力變異雙錐圓坯連鑄結(jié)晶器，其特征是，該結(jié)晶器具有一個(gè)從金屬熔體澆入端到鑄坯出口端的中空?qǐng)A管型腔，型腔的縱向切面內(nèi)壁為上大下小的變異雙錐度曲線；型腔的橫截面上分布若干個(gè)坯殼凝固的應(yīng)力釋放區(qū)。本實(shí)用新型連鑄結(jié)晶器可以更好地?cái)M合連鑄過程中坯殼的縱向凝固收縮，增強(qiáng)結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度；同時(shí)，充分考慮并降低鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固應(yīng)力應(yīng)變。
文檔編號(hào)B22D11/043GK201543784SQ200920211259
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者侯曉光, 劉俊江, 吳曄初, 王洪兵, 胡會(huì)軍, 蔣際歡 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司