一种带有冷却结构的薄板坯连铸结晶器铜板的制作方法

1.本发明涉及冶金连铸技术领域，具体而言，涉及一种带有冷却结构的薄板坯连铸结晶器铜板。


背景技术：

2.连铸结晶器是钢水由液态开始生成初生坯壳，坯壳厚度逐渐增大的场所，其结晶器铜板冷却结构设计是否合理，直接影响结晶器铜板使用寿命、铸坏的质量和连铸机的作业率。连铸结晶器自下而上依次为低温区、过渡区、高温区，在所述冷却面的宽度方向上，中间为平直部分或漏斗部分，两侧为平直部分。随着高效连铸技术的发展和普及，连铸结晶器作为连铸机“心脏”设备越来越受到人们的重视。相关技术人员不断摸索先进技术，以改进结晶器铜板传热条件，尤其是在钢水注入结晶器时，在浇注管两侧的平直部分的上部易形成涡流高温区域，热流密度大，结晶器铜板在该处热面温度高，铜板易产生裂纹。如何减小结晶器铜板表面裂纹，延长结晶器使用寿命，成为连铸界关注的焦点。
3.而如何设计高效均匀的结晶器铜板冷却结构，避免结晶器铜板局部温度过高或温度梯度变化过大，热应力集中造成结晶器铜板裂纹，以满足高拉速需求，成为技术人员迫切需要解决的问题。
4.公告号为cn107116186b的专利文献公开了一种复合冷却结构的超薄板坯结晶器铜板，包括正面为工作面、背面为冷却面的铜板主体，在背面且在弯月面区域的下部设置多个冷却水槽，在背面且在弯月面区域设置多个冷却水孔，冷却水孔的中心线平行于铜板正面，冷却水孔的中心线与冷却水道中心线距离所述正面距离相等，在冷却水孔和冷却水槽交界位置设置连通二者的横槽，冷却水孔的数量多于所述冷却水槽的数量，且冷却水孔为等间距设置。该设计既能满足水槽易加工的特点，同时又能避免液态钢水在弯月面区域及初生坯壳的区域内冷却不均匀现象。
5.但实际应用中，全水槽或水槽 水孔的冷却结构，铜板上口向下90-120mm、边部向中心320-460mm范围内，即高温区平直部分，销栓所在的加强筋位置，铜板裂纹严重，影响铜板使用寿命。
6.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种带有冷却结构的薄板坯连铸结晶器铜板，从而改善或彻底消除铜板裂纹现象，同时延长铜板的使用寿命。
8.本发明是这样实现的：
9.本发明提供了一种带有冷却结构的薄板坯连铸结晶器铜板，其包括正面为工作面、背面为冷却面的铜板主体，在冷却面上沿冷却剂的流动方向，自下而上依次为低温区、过渡区和高温区，在冷却面的宽度方向上，冷却面的中间为平直部分或漏斗部分，两侧为平直部分，且冷却面的周边为密封面，在密封面上呈列排布有若干与供水容器连接的销栓螺
孔，每列销栓螺孔经加强筋连接，且加强筋与密封面等高，每相邻两列销栓螺孔之间为一相对独立的冷却区间，在每个冷却区间内设置多个导流冷却筋，将每个冷却区间划分为多个冷却水槽。
10.在冷却面的两侧平直部分，每侧平直部分的紧邻两个冷却区间包括高温区导流冷却筋、过渡区导流冷却筋和低温区导流冷却筋，且高温区导流冷却筋的高度及宽度均小于过渡区导流冷却筋的高度及宽度，且高温区导流冷却筋的高度及宽度均小于低温区导流冷却筋的高度及宽度；
11.冷却水槽包括高温区冷却水槽、过渡区冷却水槽和低温区冷却水槽，高温区冷却水槽的宽度大于过渡区冷却水槽的宽度，高温区冷却水槽的宽度大于低温区冷却水槽的宽度。
12.发明人经过长期实践，探索发现，通过对钢水注入结晶器形成涡流的高温区域进行优化设计，使铜板在热流密度大的区域保持较高的热交换效率，提高了铜板的冷却能力，降低热流密度大的涡流区热面温度，进而有助于改善或彻底消除铜板裂纹现象的发生，同时延长铜板的使用寿命。
13.具体地，通过加宽两侧的平直部分高温区的冷却水槽的宽度，有利于增大铜板与冷却剂的接触面，提高对于铜板的冷却效率，有利于增加铜板在此区域的冷却匹配能力，可有效避免因连铸钢水涡流造成铜板局部热流密度过大，铜板热面温度过高而导致的铜板局部过热，产生裂纹现象；真正意义上使得铜板冷却能力与热负荷更为匹配，铜板裂纹现象消失或减轻，从而提高结晶器铜板的使用寿命。
14.在本发明应用较佳的实施方式中，沿低温区向高温区方向，过渡区导流冷却筋的高度及宽度递减，过渡区冷却水槽的深度由深变浅。
15.通过上述过渡区导流冷却筋和过渡区冷却水槽的梯度设置，有利于过渡区铜板热流密度与相应的冷却能力要求相适应，也有利于减小铜板应力，从而避免裂纹现象的发生，提高结晶器铜板的使用寿命。
16.导流冷却筋的高度及宽度，以及冷却水槽的深度，自过渡区逐渐变化，即过渡区的冷却水槽向高温区呈“八”字型，对应的导流冷却筋向低温区呈“八”字型，使水流截面变化平顺，可有效避免结晶器铜板热面温度产生剧烈突变，防止结晶器铜板产生应力集中，防止铜板裂纹现象发生。
17.在一种可选的实施方式中，过渡区导流冷却筋及高温区导流冷却筋是通过铣削的方式进行。从密封面向工作面方向铣削，使过渡区导流冷却筋的高度及宽度由低温区向高温区呈逐渐减小的趋势，至高温区导流冷却筋的高度及宽度变到最小。
18.使过渡区冷却水槽的深度，由低温区向高温区呈由深逐渐变浅；从冷却面看，过渡区冷却水槽，由低温区向高温区推进发展过程中，宽度过渡断面呈“八”字型逐步扩大，对应的过渡区导流冷却筋，则是由高温向低温区发展，宽度过渡断面呈“八”字型扩大。
19.在本发明应用较佳的实施方式中，在平直部分的高温区，围绕销栓螺孔的周边设置有分流凸台，并且分流凸台设置在加强筋上的单侧或双侧。
20.分流凸台起到分流的作用，以避免局部流量密度过高，使得流量更为均匀化。
21.在本发明应用较佳的实施方式中，分流凸台与销栓螺孔不在同一水平线上，两个冷却区间夹设的分流凸台与高温区导流冷却筋等高。
22.在本发明应用较佳的实施方式中，在销栓螺孔与分流凸台之间具有分流冷却槽，分流冷却槽减薄了加强筋的厚度。
23.在本发明应用较佳的实施方式中，分流冷却槽为分流花水槽。
24.分流花水槽的设置，有效增强了高温区的平直部分的加强筋部位的冷却能力，使此部分热面裂纹现象消失，提高了结晶器铜板的使用寿命。
25.在本发明应用较佳的实施方式中，在分流凸台上设置固定螺孔。
26.在本发明应用较佳的实施方式中，在平直部分的高温区和过渡区，还设置有与冷却区间相匹配的盖板，且盖板通过固定件固定在固定螺孔上。
27.在本发明应用较佳的实施方式中，固定件包括不限于螺钉、螺杆或螺块。
28.在本发明应用较佳的实施方式中，盖板与高温区冷却水槽形成的通道空间截面面积为s1，盖板与低温区冷却水槽的通道空间截面面积为s2，s1：s2＝0.8-1:1。
29.发明人发现：在上述比值范围内，虽然空间截面面积有所减小，但有效换热截面面积增加，而且有助于增加高温区水槽内水的流速，增加热交换能力。
30.在一种可选的实施反式中，上述比值为0.8:1,0.81:1,0.82:1,0.83:1,0.84:1,0.85:1,0.86:1,0.87:1,0.88:1,0.89:1,0.9:1,0.91:1,0.92:1,0.93:1,0.94:1,0.95:1,0.96:1,0.97:1,0.98:1或0.99:1。
31.在一种优选的实施方式中，上述比值为0.85-0.95:1。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.本发明通过对钢水注入结晶器形成涡流的高温区域进行优化设计，使铜板在热流密度大的区域保持较高的热交换效率，提高了铜板的冷却能力，降低热流密度大的涡流区热面温度，进而有助于改善或彻底消除铜板裂纹现象的发生，同时延长铜板的使用寿命。
34.此外，本发明仅对水槽深度及布局进行了调整，销栓螺孔的位置、深度，以及热电偶的位置及深度保持原状，背板及整体装配结构未发生变化，对于钢铁企业来说可充分利用现有背板，不需要采购新的，有利于节约成本；此外，连铸工艺参数也不需要做大的调整，具有良好的应用前景。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
36.图1为本发明实施例结晶器铜板冷却结构加盖板后整体示意图；
37.图2为本发明实施例结晶器铜板冷却结构未加盖板的局部示意图；
38.图3为本发明实施例结晶器铜板横剖面示意图；
39.图4为本发明实施例水槽结构局部纵剖面示意图；
40.图5为本发明实施例导流冷却筋从低温区向高温区变化的局部纵剖面示意图。
41.图标：1-密封面；2-冷却水槽；3-销栓螺孔；4-加强筋；41-减薄加强筋；5-导流冷却筋；51-高温区导流冷却筋；52-过渡区导流冷却筋；53-低温区导流冷却筋；6-盖板；7-分流凸台；8-固定螺孔；9-冷却水槽a；91-高温区冷却水槽a；92-过渡区冷却水槽a；93-低温区冷
却水槽a；10-工作面、11-冷却面；12-分流花水槽；l-冷却剂流动方向。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
43.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
47.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.实施例1
49.请参阅图1和图2所示，本实施例提供了一种带有冷却结构的薄板坯连铸结晶器铜板。其包括正面为工作面10、背面为冷却面11的结晶器铜板主体。
50.在冷却面11沿冷却剂流动方向l，按受热情况，自下而上依次为低温区、过渡区、高温区。
51.通常情况下，高温区的范围指从距离铜板上口的第一横排螺栓部位起，到距离铜板上口200mm以内的区域，比如150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm，或其间任何一个数值。过渡区的范围指从高温区的下端到距离铜板上口300mm
±
50mm的区域；低温区则指过渡区以下的区域。
52.在冷却面11的宽度方向上，中间为平直部分或漏斗部分，两侧为平直部分。图1所示的结晶器铜板为漏斗形铜板，即中间为漏斗部分，两侧为平直部分。
53.冷却面11周边为密封面1，在密封面1内呈列设置有若干与水箱连接的销栓螺孔3，
每列销栓螺孔3经加强筋4连接，加强筋4与密封面1等高，每相邻两列销栓螺孔3之间为一相对独立的冷却区间，在每个冷却区间内设置多个导流冷却筋5，划分出对应的多个冷却水槽2。
54.每侧平直部分的紧邻两个冷却区间包括高温区导流冷却筋51、过渡区导流冷却筋52和低温区导流冷却筋53。
55.冷却水槽2包括高温区冷却水槽2、过渡区冷却水槽2和低温区冷却水槽2。
56.在本实施例中，图2及图5所示，在两侧平直部分高温区，每侧在4个紧邻冷却区间，设置高温区导流冷却筋51的高度及宽度小于对应的过渡区导流冷却筋52和低温区导流冷却筋53的高度及宽度，高温区冷却水槽a91的宽度大于其对应的过渡区冷却水槽a92和低温区冷却水槽a93的宽度。
57.在两侧平直部分，过渡区导流冷却筋52的高度及宽度，沿低温区向高温区方向，过渡区导流冷却筋52的高度及宽度递减，过渡区冷却水槽2的深度由深变浅。
58.本实施例中的过渡区导流冷却筋52及高温区导流冷却筋51是通过铣削的方式制得。具体从密封面1向工作面方向铣削，使过渡区导流冷却筋52的高度及宽度由低温区向高温区推进发展过程中，由大逐渐减小，至高温区导流冷却筋51的高度及宽度变到最小；使过渡区冷却水槽a92的深度，由低温区向高温区推进发展过程中，由深逐渐变浅；从冷却面看，过渡区冷却水槽a92，由低温区向高温区推进发展过程中，宽度过渡断面呈“八”字型逐步扩大，对应的过渡区导流冷却筋52，则是由高温向低温区发展，宽度过渡断面呈“八”字型扩大。
59.在两侧平直部分的高温区，围绕销栓螺孔3的周边并在加强筋4上的单侧或双侧设置有分流凸台7，分流凸台7与销栓螺孔3不在同一水平线上，在销栓螺孔3与分流凸台7之间设置分流冷却槽，也即分流花水槽12，分流花水槽12减薄了加强筋4的厚度(即为减薄加强筋41)，并形成流畅的分流花水槽12，两个冷却区间夹设的分流凸台7与对应的高温区导流冷却筋51等高；在分流凸台7上设置固定螺孔8。
60.如图1、图3、图4所示，在两侧平直部分的高温区，设置与冷却区间相匹配的盖板6，并通过螺钉固定在固定螺孔8上。
61.在优选的实施例中，如图2和图4所示，在两侧平直部分，从低温区到高温区，个别导流冷却筋5的宽度由10.2mm降低为3mm、个别由宽度由16mm降低为4mm，冷却水槽2的宽度由6mm增加为16mm，水槽高度由低温区的25mm逐渐降低为高温区的9mm。按该方案，在两侧平直部分的冷却水槽a9在高温区的通水截面积较低温区缩小12％，流速由12.85m/s提高至14.4m/s。
62.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。