[发明专利]新型薄板坯漏斗形结晶器及其制造方法

权利要求书

1.一种新型薄板坯漏斗形结晶器，包括彼此相对的两块宽面水冷铜板(11，12)和可移动位置确定铸坯宽度的两块窄面水冷铜板(13，14)组成；宽面水冷铜板的热面由左右两侧平面、下部平面和中间漏斗形曲面平滑过渡而成，两块宽面水冷铜板的平面部分相互平行，漏斗形曲面部分形成漏斗形浇铸区(15)，其特征是：所述漏斗形曲面以宽度方向中心线为对称，该漏斗形曲面上口横向曲线(17)由六段曲线BE(1)、EC(2)、CD(3)、DC′(4)、C′E′(5)、E′B′(6)光滑连接而成，其中：BE(1)、EC(2)、C′E′(5)和E′B′(6)为内凸曲线，CD(3)和DC′(4)、为外凹曲线，所述上口横向曲线(17)的每段横向曲线表达式为：

其中：s为曲线弧长，a_i、b_i、c_i、d_i、e_i、h_i、A_i、B_i为比例因子，i为1～6，分别对应曲线BE(1)、EC(2)、CD(3)、DC′(4)、C′E′(5)、E′B′(6)；

所述漏斗形浇铸区上口纵向曲线(18)由直线段GF(9)和两段等曲率变化率曲线FQ(7)、QP(8)连接而成，FQ(7)、QP(8)等曲率变化率连接曲线表达式为：

其中：s为曲线弧长，k_i、l_i、m_i、n_i、p_i、q_i、C_i、D_i为比例因子，i为1，2，分别对应曲线FQ(7)、QP(8)；

漏斗形浇铸区上口纵向曲线(18)的直线段GF(9)表达式为：Y_GF＝-y_i(s)+kZ_GF

其中：y_i(s)为漏斗形浇铸区横向曲线y轴坐标；Y_GF为直线GF的Y轴 坐标，Z_GF为直线GF的Z轴坐标，k为直线斜率。

2.一种制造权利要求1所述的新型薄板坯漏斗形结晶器的方法，其特征是：所述漏斗形曲面按照如下步骤进行设计及制造：

a.根据浸入式水口的和薄板坯的尺寸确定漏斗形浇铸区上口宽度值L和漏斗形浇铸区上口最大厚度值H；

b.选取曲线拐点横、纵坐标值的初始值，由表达式

初始计算结晶器上口漏斗形浇铸区横向曲线；

c.计算结晶器上口漏斗形浇铸区横向曲线的弧长与弧长收缩量Δs；

d.根据实际冷却条件，利用有限元法计算结晶器内漏斗形浇铸区坯壳的横向收缩量Δl；

e.计算横向曲线弧长收缩量与坯壳收缩量之差|Δs-Δl|，调整曲线拐点横、纵坐标值重复步骤b、c、d使|Δs-Δl|＜0.1mm及曲率变化率小于1×10^-5，结束结晶器上口漏斗形浇铸区横向曲线计算；

f.选取漏斗浇铸区高度Z₀初始值，通过计算坯壳拉坯方向应变速率 修正Z₀值，使 小于1×10^-3；

g.选取等应变速率曲线起始点坐标的初始值，由表达式

和Y_GF＝-y_i(s)+kZ_GF求出结晶器漏斗区纵向曲线；

h.调整等应变速率曲线起始点坐标值，重复步骤g使曲率变化率小于1×10^-5，结束漏斗区纵向曲线计算；

i、统一横向、纵向曲线坐标系，计算横向和纵向曲线族，形成漏斗形浇铸区宽面曲面，进而生成数控加工程序，在数控机床上加工出漏斗区宽 面曲面。

3.根据权利要求2所述的新型薄板坯漏斗形结晶器的制造方法，其特征是：根据浸入式水口与薄板坯的尺寸确定漏斗形浇铸区上口宽度值L和漏斗形浇铸区上口最大厚度值H的取值范围，L＝800mm～1300mm，H＝35mm～60mm；根据钢种的临界应变速率确定漏斗形浇铸区高度Z₀的取值范围，Z₀＝800mm～950mm。