[发明专利]新型薄板坯漏斗形结晶器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属薄板坯连续铸造设备领域，特别是涉及一种新型薄板坯漏斗形结晶器及其制造方法。

背景技术

薄板坯连铸结晶器是薄板坯连铸生产中的关键部件，是由两块水冷宽面铜板和两块水冷窄面铜板组成。目前薄板坯连铸大多采用漏斗形结晶器，与传统板坯结晶器不同，它的两块宽面铜板并非平面，在放置浸入式水口的中间部分向外扩张，两边部分保持平行，从而在结晶器中部形成一个漏斗形浇铸区。漏斗形浇铸区自上而下逐渐收缩，在结晶器下部漏斗形状消失，两个宽面铜板变为平行，达到铸坯设计厚度。漏斗形结晶器增大了结晶器上部浇铸区域的容积，减小钢液面的波动，改善了保护渣在结晶器钢水弯月面上的熔化状况，很大程度上改善了薄板坯的表面质量，从而取代了平行板式薄板坯结晶器。由于宽面铜板漏斗形状的存在，使得在拉坯方向铸坯不仅变窄，而且其横剖面的形状同时也在改变。钢的高温力学性能表明，应变至断裂主要是受应变速率的影响，应变速率的增大或突变均会使临界应变值降低。对比平行板式薄板坯结晶器，在漏斗形结晶器中附加的变形被施加到铸坯上，为了避免铸坯产生表面缺陷，在设计漏斗形状时，漏斗形浇铸区横、纵向曲线须满足曲率连续、曲率变化率小且恒定，使坯壳的应变远离临界应变值、应变速率没有突变，保证高温坯壳内较低的应力水平，防止产生裂纹。

美国专利(US4721151)公开了一种连续铸造钢带用结晶器。所述结晶器为漏斗形结晶器，具有被冷却的宽面铜板和窄面铜板，其中宽面铜板的上部中心区域向外张开构成一个漏斗形浇铸区，该浇铸区侧面的宽面铜板相互平行并保持结晶器出口铸坯厚度的距离。该漏斗形浇铸区上口横剖面形状是由多段直线连接而成，整条横向轮廓曲线不连续，凝固坯壳在连接点处应力集中，从而产生裂纹。

美国专利(US5311922)公开了一种连铸钢带用结晶器。该专利提供一种漏斗形结晶器，该结晶器漏斗形浇铸区上口曲线是由中间的凹圆弧与两侧的凸圆弧连接而成。凹弧与凸弧的圆弧半径不同，连接点处曲线曲率发生突变，凝固坯壳在经过凹弧与凸弧的分界点以及由凸弧移向平面的过程中产生较大的应力集中，伴随裂纹出现。

中国专利(ZL200410086102.6)公开了一种薄板坯连续铸钢机结晶器及设计方法。其结晶器宽面部分中间曲面不同高度的网格曲线为大于等于8次、小于等于20次偶次多项式，曲率连续且在两端点处的一阶导数和二阶导数均为零，曲率变化率小于等于3.3×10^-5；该曲面在高度方向上的中心曲线为大于等于4次、小于等于10次的多项式。该结晶器降低了铸坯坯壳从结晶器上部移动到下部不断冷却凝固收缩的过程中承受的由于结晶器内腔形状造成的“弯”、“扭”、“剪”应力，减少铸坯纵向裂纹等质量缺陷。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种漏斗形浇铸区曲线曲率连续变化、曲率变化率小且恒定的新型薄板坯连铸漏斗形结晶器，该发明可使凝固坯壳收缩均匀，铸坯应变速率不突变，从而减小高温坯壳内的热应力和机械应力，避免铸坯裂纹的产生。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种新型薄板坯漏斗形结晶器由两块彼此相对的宽面水冷铜板和两块可移动位置的窄面水冷铜板组成，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构成；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，且以宽度方向中心线为对称；每块宽面水冷铜板漏斗形曲面任一高度处漏斗形浇铸区上口横向曲线17由六段曲线BE(1)、EC(2)、CD(3)、DC′(4)、C′E′(5)、E′B′(6)光滑连接组成，其中BE(1)、EC(2)、C′E′(5)、E′B′(6)为内凸曲线，CD(3)、DC′(4)为外凸曲线，漏斗形浇铸区上口横向曲线17的表达式为：