CN202715800U - 一种具有非均匀分布冷却水缝的漏斗型结晶器铜板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于连续铸造设备领域,特别涉及一种具有非均匀分布冷却水缝的漏斗型结晶器铜板,它包括铜板本体(1)和圆形水缝(2),在宽度方向有多个圆形水缝(2)上下贯通地分布在靠近铜板本体的工作面内,铜板本体的宽度为L,铜板本体上的工作区分为位于中间的第一工作区和位于两侧的第二工作区,第一工作区的宽度为0.05~0.4L,第一工作区中相邻圆形水缝(2)间距为d1,第二工作区的圆形水缝间距为d2,d1>d2,圆形水缝(2)距铜板本体工作面的距离为s,各个圆形水缝(2)下部为进水口,上部为出水口。本实用新型的结晶器铜板提高了结晶器内钢液凝固传热的均匀性,减少了坯壳以及铜板本身的局部应力集中,有利于消除薄板坯表面的纵裂纹,并提高了铜板的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于连续铸造设备领域,特别涉及到一种具有非均匀分布冷却水缝的漏斗型结晶器铜板。
背景技术
漏斗型结晶器作为薄板坯连铸技术的关键部件,目前在薄板坯连铸生产中得到了广泛的应用。漏斗型结晶器是将传统板坯连铸结晶器自上而下横截面由长变短的收缩过程通过合理的曲面变形转化为结晶器漏斗区凸度的由大变小,一方面为浸入式水口的插入提供了空间,另一方面为凝固壳的传热、生长以及合理的变形收缩创造了条件。
中国专利ZL85101082提供了一种连续铸造钢带的方法及铸模。其所述的结晶器为漏斗型结晶器,具有被冷却的宽壁和窄侧壁,其中宽壁的上部分和窄侧壁构成一个漏斗型的铸造浇口区。该浇口区的宽壁在向窄侧壁延伸时尺寸逐渐缩小,直到与铸坯尺寸一致,铸造浇口区侧面的宽壁以相应于带钢厚度的间距平行延伸到窄侧壁,从而在铸造浇口区以外各部分形成平行的区域。该专利技术未对冷却方式进行描述,它在使用中采用的是传统的矩形平面水槽冷却结构。该技术目前已大量被应用于工业化生产,实际生产中它对连铸生产裂纹敏感性较差的低碳类钢种是有利的,但在生产使用中由于温度不均匀、大热流以及存在应力集中等等问题,致使在生产亚包晶钢和中碳钢时容易在距离铸坯中心四分之一宽度处出现裂纹。(见《连铸》2001年第4期,P1-2,“漏斗型结晶器内 金属变形行为分析”以及《钢铁研究学报》1993年第5卷第3期,P7-14,“中宽度薄板坯连铸工艺特性研究”)
中国专利ZL93119688.4“用于连续铸造薄板坯的模子”提供了另外一种可以连续铸造30-90mm厚度的薄板坯的连铸用漏斗型结晶器。该结晶器在长度范围内有一个第一部分即扩展的漏斗区和末端部分,一个弯曲连接区域配设在第一部分和末端部分之间,末端部分约为结晶器全长的四分之一至六分之一。其关键特征在于:不仅在结晶器的上部第一部分具有向外扩展的漏斗形,而且在结晶器下部末端部分也有一个向外开展的漏斗形所形成的结晶器下部凹面;为了配合上述形状,在二冷支撑辊区结晶器下方的前几组支撑辊也采用带凹面的设置。该专利技术也已大量被应用于工业化生产。由于其采用了结晶器下部甚至二冷支撑辊带有漏斗型的结构,使得实际生产中连铸坯坯壳所受应力降低,加上采用缓冷的方式,使其可以生产中碳钢和包晶钢。但该结晶器在连铸生产低碳钢时,由于低碳钢固相收缩大于中碳钢,加上结晶器下部漏斗型凹面的存在,低碳钢坯壳在凝固收缩的作用下将结晶器中心部位脱离结晶器传热面,形成热结,最终导致坯壳中心传热变差、温度升高、应力增加,容易造成铸坯中心纵裂纹。(见《薄板坯连铸连轧技术交流与开发协会第三次技术交流会议论文集》,2005年唐山,P210-222,“唐钢FTSC技术薄板坯连铸开发SPHD冷轧用钢的工艺及效果”)。
本申请人在先申请了中国专利ZL200620022844.7“一种薄板坯连铸用结晶器组合铜板”,提出了一种薄板坯连铸用结晶器组合铜板,主要应用于薄板坯的连续铸造。该结晶器由两块相对布置的宽面水冷铜板和两块窄面水冷铜板组成。其结晶器宽面水冷铜板上段为光滑的漏斗形浇注区,下段为垂直平面的形腔区。漏斗形浇铸区宽面的水平截面曲线的一边由彼此相切的二段内凹弧、一段外凸弧与两段直线组成。漏斗形浇铸 区曲面的曲率半径自上而下逐渐增大。结晶器的冷却采用钻孔的管道形式冷却结构,并保持所有的管道的中心线与结晶器铜板厚度方向上的漏斗曲面相平行。该专利并未对铜板内水槽的具体布置方式加以说明。
目前,薄板坯连铸结晶器铜板在使用过程中存在的问题主要体现在如下三个方面:
(1)热轧板卷表面纵裂
在热轧板卷宽度方向距边部1/4位置和中间位置,热轧板卷均会出现表面纵裂缺陷。
(2)结晶器铜板镀层脱落
在达到单次使用寿命之前,漏斗结晶器铜板表面镀层会出现剥落,剥落位置一般集中在距离漏斗区宽面中心线370-680mm位置,而在使用寿命后期结晶器铜板在整个平直区都出现了镀层剥落现象。
(3)弯月面区域铜板温度在横向上不均匀
结晶器铜板实测温度在弯月面区域存在着横向不均匀的问题,铜板高温区一般出现在距铜板宽面中心线两侧的200~400mm区域,这与水口结构和结晶器内流场有关。结晶器温度横向不均匀是促发表面纵裂的主要原因,而局部区域铜板温度过高则是导致镀层脱落的根本原因。
因此,通过优化冷却结构,在现有的铜板高温区、镀层脱落区加强冷却,提高铜板温度在横向上的均匀性,对于降低连铸坯表面纵裂纹缺陷比率、提高结晶器寿命具有非常重要的意义。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种具有非均匀分布冷却水缝的漏斗型结晶器铜板,通过在铜板内部设置非均匀分布的圆形水缝,以改善结晶器内钢液凝固传热的均匀性,降低铜板热面温度,达到消除铸坯表面纵裂、 提高铜板使用寿命的目的。
为了达到上述目的,本实用新型采用了如下技术方案:
一种具有非均匀分布冷却水缝的漏斗型结晶器铜板,它包括铜板本体1和圆形水缝2,在宽度方向有多个圆形水缝2上下贯通地分布在靠近铜板本体1的工作面内,铜板本体1的宽度为L,铜板本体1上的工作区分为位于中间的第一工作区和位于两侧的第二工作区,第一工作区的宽度为0.05~0.4L,所述第一工作区中相邻圆形水缝2之间的间距为d1,第二工作区中相邻圆形水缝2之间的间距为d2,d1>d2,圆形水缝2距铜板本体1工作面的距离为s,各个圆形水缝2下部为进水口,上部为出水口。
所述第一工作区为距铜板中心线距离为0.025~0.2L的两侧区域,所述第二工作区为在铜板中心线的距离为0.025~0.2L的两侧区域以外的其他区域。
所述圆形水缝2的内径为7~14mm,数量为70~120个。
各个圆形水缝2的内径为相同或不同的;所述内径不同时,在第一工作区内的圆形水缝2的内径为r1,在第二工作区的圆形水缝2的内径为r2,r1>r2;在整个铜板内部,最大与最小圆形水缝2内径的差值不大于7mm。
在整个铜板内部,各个圆形水缝2之间的间距为6~20mm,其中d1为12~20mm,d2为6~12mm。
各个圆形水缝2的间距为相同或不同的;所述间距不同时:第一工作区内的多个d1是逐渐增加的,越靠近铜板中心线,d1值越大,最大与最小间距的差值不大于8mm;第二工作区内的多个d2也是逐渐增加的,越靠近铜板中心线,d2值越大,最大与最小间距的差值不大于6mm。
各个圆形水缝2距铜板工作面的距离s为18~30mm。
各圆形水缝2距铜板工作面的距离s为相同或不同的;所述距离不同时:在第一工作区的距离为s1,在第二工作区的距离为s2,s1>s2;在铜板高度方向上,距铜板上缘的距离越大,s值越大;在整个铜板内部,最大与最小s值的差值不大于12mm。
铜板本体1的宽度L为1500~2250mm,高度为1000~1200mm,第一工作区为距铜板中心线的距离为0~300mm的两侧区域,第二工作区为距铜板中心线的距离为0~300mm的两侧区域以外的区域。
铜板本体1上的工作区上段为光滑的漏斗形浇注区,下段为垂直平面的形腔区,铜板本体1在水平横截面上的漏斗区的深度为H、宽度为W,漏斗区高度占总高度的比例为60%~90%,W为30%~60%L。
漏斗区的宽度W为500mm~1350mm,W在高度方向上保持相同或呈自上而下线性递减变化,最大与最小W的差值不大于15mm。
在厚度方向上,两侧的平面区的铜板厚度为100~130mm,漏斗区的深度H在高度方向上呈自上而下线性递减变化,在水平方向上的横截面,距铜板中心线越近,漏斗深度H越大,整个铜板的漏斗区最大深度H为5~65mm。
铜板本体1在水平方向上的横截面的各段直线和曲线之间呈光滑连接,且以铜板中心线呈对称分布,其中漏斗区横截面上对应的曲线由多段曲线段构成。
各个曲线段为单一的圆弧线、抛物线或双曲线;或为圆弧线、抛物线或双曲线的组合。
在铜板高度方向上,单个圆形水缝2的内径自上而下相同;或圆形水缝2在下部为内径相同的单个水缝,而在圆形水缝2的上部区域I,单个水缝被分解为两个内径相同的Y型小水缝;Y型水缝的数量占水缝总数量的比例为1%~100%;圆形水缝2上部区域I的高度占铜板总高度的 百分比为5%~90%。
在铜板本体1下部,沿着宽度方向布置有内径为圆形水缝2的内径1.5~3.0倍的横向圆形水缝4,横向圆形水缝4与多个圆形水缝2的进水口的相互贯通。
在铜板本体1上部两侧的平面区,沿着宽度方向布置有内径为圆形水缝2的内径1.5~3.0倍的横向圆形水缝4,横向圆形水缝4与多个圆形水缝2的进水口的相互贯通。
靠近铜板本体1的非工作面内布置有多个应力释放槽3,所述应力释放槽3为十字交织小槽。
所述铜板用于浇注厚度40~130mm、宽度600~2200mm的薄板坯。
所述铜板材质为银铜、铬锆铜或铍青铜;铜板本体1的工作面有镍基镀层或无镀层。
本实用新型的有益效果在于:提高了结晶器内钢液凝固传热的均匀性,减少了坯壳以及铜板本身的局部应力集中,有利于消除薄板坯表面的纵裂纹,并提高了铜板的使用寿命。
附图说明
图1具有非均匀分布冷却水缝漏斗型结晶器铜板的水平横截面透视图;
图2无应力槽的具有非均匀分布冷却水缝漏斗型结晶器铜板水平横截面透视图;
图3具有非均匀分布冷却水缝漏斗型结晶器铜板的漏斗区垂直纵截面示意图;
图4具有非均匀分布冷却水缝漏斗型结晶器铜板的平面区垂直纵截面示意图;
图5具有“Y”型水缝的漏斗型结晶器铜板的垂直剖面示意图;
图6平直区域进、出水缝具有相互贯通结构的铜板的正视图;
图7图6中具有相互贯通结构的水缝的连接示意图。
【主要组件符号说明】
具体实施方式
下面根据附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。
本实用新型的具有非均匀分布冷却水缝的漏斗型结晶器铜板主要用于厚度40~130mm、宽度600~2200mm的薄板坯的浇铸,铜板材质可为银铜、铬锆铜、铍青铜中的任意一种,铜板工作表面可以不带镀层,也可 以带有镍、镍钴、镍铁以及其他镍基镀层中的任意一种镀层。
该铜板结合目前薄板坯连铸生产中漏斗型结晶器及铸坯表面存在的问题,通过在铜板内部设置非均匀分布的圆形水缝,改善结晶器内钢液凝固传热的均匀性,降低铜板热面温度,达到消除铸坯表面纵裂、提高铜板使用寿命的目的。
通过调整水缝的结构以降低铜板温度的措施包括两个方面,第一,采用密排小水缝进行冷却,适度降低冷却水道的总面积,提高水速;第二,在保证总寿命的前提下,适度减小水缝至铜板热面的距离。
如图1所示,为本实用新型的具有非均匀分布冷却水缝漏斗型结晶器铜板的水平横截面透视图,其中带有应力槽,图2为无应力槽的透视图;它包括铜板本体1、分布在靠近铜板本体1的工作面内的多个圆形水缝2;其中,铜板本体1的工作面在水平横截面上分为漏斗区和两侧的平面区,漏斗区的深度为H、宽度为W;漏斗区圆形水缝2之间的间距为d1,平面区圆形水缝2之间的间距为d2,圆形水缝2距铜板本体1工作面的距离为s,多个圆形水缝2非均匀分布。
其中,铜板本体1在水平方向上的横截面的各段直线和曲线之间呈光滑连接,且以铜板中心线呈对称分布,其中漏斗区横截面上对应的曲线可由若干条圆弧线、抛物线、双曲线或其它类型曲线段构成,各个曲线段可为单一形式的圆弧线、抛物线、双曲线或其它类型曲线,也可由圆弧线、抛物线、双曲线或其它类型曲线组合形成。
其中,在水平方向上,铜板本体1的宽度为1500~2250mm,中部漏斗区的宽度W为500mm~1350mm;在垂直方向上,铜板本体1的高度为1000~1200mm,上部漏斗区的高度占总高度的比例为60%~90%;W在高度方向上可以保持相同,也可以呈自上而下线性递减变化,整个铜板漏斗区的最大与最小宽度W的差值不大于15mm;在厚度方向上,两侧的 平面区的铜板厚度为100~130mm,漏斗区的深度H在高度方向上呈自上而下线性递减变化,在水平方向上的横截面,距铜板中心线越近,漏斗深度H越大,整个铜板的漏斗区最大深度H为5~65mm。
其中,圆形水缝2的内径为7~14mm,数量为70~120个,各个圆形水缝2的内径可以保持相同,也可以各不相同;在宽度方向上,距铜板中心线的距离为0~300mm的两侧区域,圆形水缝2的内径相对更大,在铜板中心线的距离为0~300mm的两侧区域以外的其他区域,圆形水缝2的内径相对更小,最大与最小圆形水缝2内径的差值不大于7mm。
各个相邻圆形水缝2之间的间距d为6~20mm。
在距铜板中心线的距离为0~300mm的两侧区域,圆形水缝2之间的间距d为12~20mm;该区域内,各个圆形水缝2的间距d可以保持相同,也可以各不相同;当个圆形水缝2之间的间距d各不相同时,越靠近铜板中心线,d值越大,最大与最小间距的差值不大于8mm。
在铜板中心线的距离为0~300mm的两侧区域以外的其他区域,圆形水缝2之间的间距d为6~12mm;该区域内,各个圆形水缝2的间距d可以保持相同,也可以各不相同;当个圆形水缝2之间的间距d各不相同时,越靠近铜板中心线,d值越大,最大与最小间距的差值不大于6mm。
各个圆形水缝2距铜板工作面的距离s为18~30mm;在整个铜板内部,各圆形水缝2距铜板工作面的距离s可以保持相同,也可以各不相同;当各个圆形水缝2距铜板工作面的距离s各不相同时,在距铜板中心线距离为0~300mm的两侧区域,s值相对更大;在其他区域,s值相对更小;而且在铜板垂直方向上,距铜板上缘的距离越大,s值也越大,在整个铜板内部,最大与最小s值的差值不大于12mm。
图3为具有非均匀分布冷却水缝漏斗型结晶器铜板的漏斗区垂直纵截面示意图。如图1和3所示,其中,靠近铜板本体1的非工作面内可 以布置有多个应力释放槽3以提高铜板的抗变形能力,应力释放槽3为可释放纵向、横向应力的十字交织小槽,槽的尖端部位与铜板本体1工作面的距离基本相同;也可以不布置应力释放槽3以便于水槽的排布和加工。
图4为具有非均匀分布冷却水缝漏斗型结晶器铜板的平面区垂直纵截面示意图。如图3和图4所示,每个圆形水缝2的下部有进水口,上部有出水口。
图5为具有“Y”型水缝的漏斗型结晶器铜板的垂直剖面示意图;在铜板垂直方向上,单个圆形水缝2的内径可以自上而下保持相同;也可以采用另一种“Y”型水缝,即圆形水缝2在下部为内径相同的单个水缝,而在圆形水缝2的上部区域I,单个水缝被分解为两个内径相同的小水缝;铜板内部布置的“Y”型水缝的数量占水缝总数量的比例为1%~100%,圆形水缝2上部区域I的高度占铜板总高度的百分比为5%~90%。
为了便于圆形水缝的设计和布置,如图6所示,为平直区域进、出水缝具有相互贯通结构的铜板的正视图;它显示了在铜板本体1的平直区域的圆形水缝的进水口和出水口各自具有相互贯通的横向圆形水缝4。在铜板下部,沿着宽度方向布置有内径为圆形水缝2的内径1.5~3.0倍的横向圆形水缝4,横向圆形水缝4与多个圆形水缝2的进水口的相互贯通;在铜板上部两侧的平面区,沿着宽度方向布置有内径为圆形水缝2的内径1.5~3.0倍的横向圆形水缝4,横向圆形水缝4与多个圆形水缝2的出水口的相互贯通,图7为图6中具有相互贯通结构的水缝的连接示意图。
Claims (20)
1.一种具有非均匀分布冷却水缝的漏斗型结晶器铜板,它包括铜板本体(1)和圆形水缝(2),其特征在于:在宽度方向有多个圆形水缝(2)上下贯通地分布在靠近铜板本体(1)的工作面内,铜板本体(1)的宽度为L,铜板本体(1)上的工作区分为位于中间的第一工作区和位于两侧的第二工作区,第一工作区的宽度为0.05~0.4L,所述第一工作区中相邻圆形水缝(2)之间的间距为d1,第二工作区中相邻圆形水缝(2)之间的间距为d2,d1>d2,圆形水缝(2)距铜板本体(1)工作面的距离为s,各个圆形水缝(2)下部为进水口,上部为出水口。
2.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:所述第一工作区为距铜板中心线距离为0.025~0.2L的两侧区域,所述第二工作区为在铜板中心线的距离为0.025~0.2L的两侧区域以外的其他区域。
3.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:所述圆形水缝(2)的内径为7~14mm,数量为70~120个。
4.如权利要求1或3所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:各个圆形水缝(2)的内径为相同或不同的;所述内径不同时,在第一工作区内的圆形水缝(2)的内径为r1,在第二工作区的圆形水缝(2)的内径为r2,r1>r2;在整个铜板内部,最大与最小圆形水缝(2)内径的差值不大于7mm。
5.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:在整个铜板内部,各个圆形水缝(2)之间的间距为6~20mm,其中d1为12~20mm,d2 为6~12mm。
6.如权利要求1或5所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:各个圆形水缝(2)的间距为相同或不同的;所述间距不同时:第一工作区内的多个d1是逐渐增加的,越靠近铜板中心线,d1值越大,最大与最小间距的差值不大于8mm;第二工作区内的多个d2也是逐渐增加的,越靠近铜板中心线,d2值越大,最大与最小间距的差值不大于6mm。
7.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:各个圆形水缝(2)距铜板工作面的距离s为18~30mm。
8.如权利要求1或7所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:各圆形水缝(2)距铜板工作面的距离s为相同或不同的;所述距离不同时:在第一工作区的距离为s1,在第二工作区的距离为s2,s1>s2;在铜板高度方向上,距铜板上缘的距离越大,s值越大;在整个铜板内部,最大与最小s值的差值不大于12mm。
9.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:铜板本体(1)的宽度L为1500~2250mm,高度为1000~1200mm,第一工作区为距铜板中心线的距离为0~300mm的两侧区域,第二工作区为距铜板中心线的距离为0~300mm的两侧区域以外的区域。
10.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:铜板本体(1)上的工作区上段为光滑的漏斗形浇注区,下段为垂直平面的形腔区,铜板本体(1)在水平横截面上的漏斗区的深度为H、宽度为W,漏斗区高度占总高度的比例为60%~90%,W为30%~60%L。
11.如权利要求1或10所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:漏斗区的宽度W为500mm~1350mm,W在高度方向上保持相同或呈自上而下线性递减变化,最大与最小W的差值不大于15mm。
12.如权利要求1或10所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:在厚度方向上,两侧的平面区的铜板厚度为100~130mm,漏斗区的深度H在高度方向上呈自上而下线性递减变化,在水平方向上的横截面,距铜板中心线越近,漏斗深度H越大,整个铜板的漏斗区最大深度H为5~65mm。
13.如权利要求1或10所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:铜板本体(1)在水平方向上的横截面的各段直线和曲线之间呈光滑连接,且以铜板中心线呈对称分布,其中漏斗区横截面上对应的曲线由多段曲线段构成。
14.如权利要求13所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:各个曲线段为单一的圆弧线、抛物线或双曲线;或为圆弧线、抛物线或双曲线的组合。
15.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:在铜板高度方向上,单个圆形水缝(2)的内径自上而下相同;或圆形水缝(2)在下部为内径相同的单个水缝,而在圆形水缝(2)的上部区域I,单个水缝被分解为两个内径相同的Y型小水缝;Y型水缝的数量占水缝总数量的比例为1%~100%;圆形水缝(2)上部区域I的高度占铜板总高度的百分比为5%~90%。
16.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:在铜板本体(1)下部,沿着宽度方向布置有内径为圆形水缝(2)的内径1.5~3.0倍的横向圆形水缝(4),横向圆形水缝(4)与多个圆形水缝(2)的进水口的相互贯通。
17.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:在铜板本体(1)上部两侧的平面区,沿着宽度方向布置有内径为圆形水缝(2)的内径1.5~3.0倍的横向圆形水缝(4),横向圆形水缝(4)与多个圆形水缝(2)的进水口的相互贯通。
18.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:靠近铜板本体(1)的非工作面内布置有多个应力释放槽(3),所述应力释放槽(3)为十字交织小槽。
19.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:所述铜板用于浇注厚度40~130mm、宽度600~2200mm的薄板坯。
20.如权利要求1所述的漏斗型结晶器铜板,其特征在于:所述铜板材质为银铜、铬锆铜或铍青铜;铜板本体(1)的工作面有镍基镀层或无镀层。
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| CN 201220291199 CN202715800U (zh) | 2012-06-18 | 2012-06-18 | 一种具有非均匀分布冷却水缝的漏斗型结晶器铜板 |
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|---|---|---|---|---|
| CN109396409A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-03-01 | 莱芜钢铁集团银山型钢有限公司 | 一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法 |
| CN110000348A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-07-12 | 中冶南方连铸技术工程有限责任公司 | 双曲线漏斗形结晶器宽面铜板及其制备方法 |
| CN110039015A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-07-23 | 东北大学 | 车体铝合金挤压型材用铸锭铸造结晶器及其铸造方法 |
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2012
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