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CN1978091B - 用于连铸金属的管式结晶器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于连铸金属的管式结晶器，其中管式结晶器(1)的外表面(3)的至少一个部分区域设有冷却槽。冷却槽的深度和宽度在结晶器(1)的侧壁的中间是最大的并且向侧壁的角部区域(4)的方向减小。因此可以实现均匀的散热，通过所述散热较高的浇铸速度是可能的。槽中心距与冷却槽的宽度的比例处于1.2至3的范围内，在冷却槽的区域内的残余壁厚不小于6mm的情况下，冷却槽具有3mm至8mm的深度，每100mm管式结晶器侧表面设置4至10个冷却槽。

Description

用于连铸金属的管式结晶器
技术领域
本发明涉及一种用于连铸金属的管式结晶器。
背景技术
用于铸造具有高熔点的钢或其他金属的型材的、由铜或铜合金构成的管式的结晶器多方面在现有技术中是已知的。管式结晶器通常在水平的横截面上具有均匀的壁厚，该壁厚根据管式结晶器的内锥度在连铸方向上增大。该内锥度与连铸坯的凝固特性和连铸参数适配。连铸材料在开始凝固之后不久，即直接在浇铸液位下面，由于在横截面上的三维表现的散热而出现连铸坯的强烈不同表现的冷却特性。因为在管式结晶器的角部上由于几何关系散出特别多的热量，在那里表现出特别强烈的连铸坯外壳增厚并且从而表现出一个特别强烈的收缩。在管式结晶器的侧壁上在通常情况下散热是不大的，虽然在此同时出现较高的热流。局部不同的冷却的结果是不均匀的连铸坯外壳增厚，这可能导致在连铸坯外壳上的材料应力和裂纹并且从而提高了连铸坯断裂的风险。
已经提出了一系列的建议，以实现最大可能均匀的散热并且从而也实现对于较高浇铸效率的前提。例如由DE 36 21 073 A1已知一种结晶器，在该结晶器中仅弧形的侧面而不是角部区域设有冷却槽。首先应该在浇铸液位的区域内提高冷却，如这也在DE 34 11 359 A1中说明的。EP 1 468 760 B1也涉及冷却效率的改善和浇铸速度的提高，该文献建议铜管的外表面的冷却通道的65％至95％受负荷，其中铜管同时在整个外围上并且基本上在整个长度上设置一个保护外套。在垂直振动的连铸结晶器中DE 195 81 547 C2建议在内表面设置凹陷部或下沉部，它们以15mm至200mm的距离设置于在稳定工作状态下测量的浇铸液位的下面。因此同样应该在较高的速度中允许稳定的浇铸。所有这些文献没有充分地考虑实际的热流分布。
发明内容
从现有技术出发本发明的目的是，提出一种管式结晶器，用该结晶器还进一步提高连铸坯冷却的均匀性，以便结果实现较高的浇铸效率和更好的连铸坯质量并且因此该结晶器有助于降低在结晶器壁内的应力。
本发明实现一种用于连铸金属的管式结晶器，其中管式结晶器的外表面的至少一个部分区域设有冷却槽，冷却槽的深度和宽度在管式结晶器的侧壁的中间是最大的并且向侧壁的角部区域的方向减小，槽中心距与冷却槽的宽度的比例处于1.2至3的范围内，在冷却槽的区域内的残余壁厚不小于6mm的情况下，冷却槽具有3mm至8mm的深度，每100mm管式结晶器侧表面设置4至10个冷却槽。
在按本发明的结晶器中重要的是，结晶器的冷却作用是这样优化的，使得该冷却作用对应于连铸坯的热量供应，以便因此达到均匀的冷却。这如下实现，即冷却槽的深度和/或宽度在结晶器的侧壁的中部是最大的并且向侧壁的角部区域的方向减小。决定性的是，冷却槽的横截面积在侧壁的中部区域内大于在侧壁的边缘区域内。业已显示，通过按本发明的方式方法设置冷却槽，在侧壁出现的最大的等效应力可明显降低。理想的弹性的强度计算已经证实，等效应力可以降低超过30％从504MPa降低到348MPa。该数据涉及130×130mm的结晶器横截面，其中没有槽的管式结晶器与具有按本发明构成的槽的管式结晶器对比。以这种方式实现在管式结晶器中的应力的减小对于寿命有利地起作用并且减小管式结晶器的热引起的桡曲。按本发明的管式结晶器在这种计算中在每个侧壁上具有八个距离为5mm的、在浇铸方向上延伸长度为200mm的槽。中间的槽具有5mm的深度，相反外部的槽在宽度为12mm或8mm时具有4mm的深度。在侧壁的角部区域中没有设置槽。
对于冷却槽关于其深度和宽度方面的具体设计决定性的是，冷却槽几何形状尽可能良好地与从内部表现出的热流对应并且因此可以实现尽可能均匀的温度场，这直到现在还不令人满意。重要的是，冷却槽在热量供应最高的侧壁中部与在角部半径附近区域相比构成较深和/或较宽的，即具有较大的横截面。
优选地在半径角部区域的10mm至15mm的距离内在侧壁上没有设置冷却槽，以便在此不提高冷却并且不必减弱结晶器的刚性。当冷却槽具有3mm至6mm的深度时，可实现较好的结果。此时在冷却槽最深处与管式结晶器内侧之间的残余壁厚应该不低于6mm。
冷却槽的宽度优选地可以在5mm至20mm之间选择。
为了冷却槽的数量与管式结晶器的不同的尺寸/规格相适配，对于设计的槽尺寸，管式结晶器的每100mm的侧表面有4至10个冷却槽证明是有利的。
在1至4之间的冷却槽的宽度/深度比例认为是流技术的尤其有利的。不同于此的比例对于流动关系并且从而对于管式结晶器的在液位区域内的冷却效率以及刚性具有不利的影响。冷却槽在槽底优选地设置一个向槽壁过渡的较小的过渡半径，以便在那里避免应力集中。
冷却槽理想地在入口区域和出口区域具有一个半径，该半径有助于冷却水的流动优化并且有助于减小压力损失。
在冷却槽的一种认为有利的设置中，它们的相对的从槽中心测量的距离在10mm与25mm之间。冷却槽的槽中心距与宽度的在1.2与3之间的比例提供令人惊喜的良好的结果。
原则上追求，冷却槽的宽度向侧壁的中部的方向较大并且因此深度也向该中部的方向增大。不同的冷却槽几何形状可以通过结晶器的切削加工或也通过在结晶器的成型中的无切削的加工产生。
当冷却槽设置在一个从浇注液位额定位置上面50mm处开始并且一直延伸到浇注液位额定位置下面约300mm处的区域中是有利的，因为较大的热流密度出现在该区域中并且从而在结晶器的侧壁中的应力也是最大的。虽然在浇铸方向上较深的区域即在浇注液位额定位置下面大于300mm距离的区域必须被同样冷却，但是由于已经形成的连铸坯壳温度均匀性不大于按本发明构成的槽必然在这些下面的区域所要求的。如果按本发明构成的槽大约在浇铸液位额定位置上面50mm处开始并且一直延伸到浇注液位额定位置下面300mm处，那么获得突出的结果。
附图说明
下面根据在附图中描述的实施例详细解释本发明。
图1a和1b以透视图和放大透视图的形式显示管式结晶器。
具体实施方式
图1a和1b以透视图和放大透视图的形式显示管式结晶器1，该管式结晶器以未详细描述的方式定位于水箱内。在该管式结晶器1中的特点是特殊结构的冷却槽2，各冷却槽构成在管式结晶器1的外表面3上。冷却槽2不是在管式结晶器1的整个长度上延伸，而是仅存在于管式结晶器1的上面的注入侧的区域内。在本实施例中冷却槽2的长度为200mm。冷却槽2存在于浇注液位额定位置的区域内，其中该浇注液位额定位置在描述的冷却槽2的上面的四分之一处。在管式结晶器的冷却槽2中的特点是它们不是所有的都是相同宽度和深度，而是在宽度和深度上是不同的。在本实施例中外部的靠近角部区域4的冷却槽2a和2b与相应侧壁上的位于中间区域内的冷却槽2c相比较窄。中间的冷却槽2c例如具有12mm的宽度，而四个外部的冷却槽2a和2b例如可能具有8mm的宽度。所有冷却槽2a、2b、2c具有相同的长度。但是不仅冷却槽2a、2b、2c的宽度改变，而且它们的深度也改变。这由此可知，即冷却槽2a、2b、2c在入口区域和出口区域即分别在端侧具有半径5。半径5至各冷却槽2a、2b、2c的最深处的过渡通过一条水平线可见。在中间的冷却槽2c中，深度可见是最大的。外侧相邻的冷却槽2b的深度略小。在外侧的靠近角部区域4的冷却槽2c中，深度是最小的。
角部区域4不设冷却槽。管式结晶器与水箱内的未详细描述的导水板固定，使得冷却水压到各冷却通道2a、2b、2c中。导水板这样设置，使得管式结晶器保持在水缝(Wasserspalt)的中间。

Claims (8)

1.一种用于连铸金属的管式结晶器，其中管式结晶器的外表面(3)的至少一个部分区域设有冷却槽，其特征在于：冷却槽的深度和宽度在管式结晶器(1)的侧壁的中间是最大的并且向侧壁的角部区域的方向减小，槽中心距与冷却槽的宽度的比例处于1.2至3的范围内，在冷却槽的区域内的残余壁厚不小于6mm的情况下，冷却槽具有3mm至8mm的深度，每100mm管式结晶器侧表面设置4至10个冷却槽。
2.按权利要求1的管式结晶器，其特征在于：在侧壁上在角部区域(4)的半径的10mm至15mm的距离内没有设置冷却槽。
3.按权利要求1或2所述的管式结晶器，其特征在于：两个冷却槽的槽中心距处于10mm至25mm的范围内。
4.按权利要求1所述的管式结晶器，其特征在于：在冷却槽的宽度与深度之间的比例处于1至4的范围内。
5.按权利要求1所述的管式结晶器，其特征在于：冷却槽具有在5mm至20mm范围内的宽度。
6.按权利要求1所述的管式结晶器，其特征在于：冷却槽设置在一个从浇注液位额定位置上面50mm处开始并且一直延伸到浇注液位额定位置下面300mm处的区域内。
7.按权利要求1所述的管式结晶器，其特征在于：冷却槽在槽底设有一个向槽壁过渡的过渡半径。
8.按权利要求1所述的管式结晶器，其特征在于：冷却槽在其入口区域和出口区域内具有一个半径(5)。
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