[实用新型]一种能增强湍流冷却效果的异型坯结晶器

说明书

技术领域

本实用新型属于异型坯连铸技术领域，尤其涉及异型坯连铸结晶器铜板的冷却水缝结构。

背景技术

在高效节约型建筑用钢品种中，H型钢因具有性能优越、加工制作和施工安装简单、方便、快捷等特点，已被广泛应用于国民经济建设的各个领域，尤其是要求承载力大、截面稳定性好的大型建筑或重型设备结构。异型坯作为一种近终形连铸产品，无疑是生产H型钢的最佳坯料。所谓异型坯，是指除了方坯、板坯、圆坯和矩形坯以外具有复杂断面的连铸坯，主要形式为工字形铸坯。由于异型坯的形状和最终产品与H型钢的形状相似，因此，采用异型坯轧制H型钢具有能耗低、工序少、成材率高和成本低等显著优点。近年来，大型经济型断面型材的发展带动了异型坯连铸技术的大力发展，研究和提升异型坯连铸技术在我国乃至世界都具有广阔的发展前景和深远的实用意义。

结晶器是异型坯连铸机的机头，其重要性更被喻为连铸机的“心脏”。它是以性能良好的铜合金制造而成，在连铸中的基本功能是利用循环冷却水通过结晶器铜板上开凿的水缝来连续不断的带走结晶器内钢液的热量，使得注入结晶器的钢液能够连续冷凝成具有一定厚度、强度及表面质量良好的凝固坯壳。结晶器是一个高效的换热器、钢水凝固成型器、钢水夹杂物净化器和铸坯表面质量控制器。从传热角度看，结晶器应具有良好的导热特性和导热均匀性，以保证结晶器内坯壳厚度和坯壳凝固的均匀性。而结晶器内热量的提取和传热均匀性很大程度上都取决于结晶器铜板上冷却水缝的设计与加工。结晶器铜板上冷却水缝的设计加工直接关系到最终的铸坯质量、铜板使用寿命和连铸工艺顺行情况。

迄今为止，异型坯结晶器经历了三个阶段的发展。现有技术下，广泛采用的异型坯结晶器由2块窄面铜板和2块宽面铜板组合而成，窄面铜板为规则的长方体，宽面铜板外侧为规则长方形面，内侧中间部分凸起(为腹板部位)，两边水平(为翼稍部位)，凸起部分与水平部分由斜面和倒角相连构成圆滑的翼缘斜面，四块铜板组合之后的结晶器内腔呈“H”形。由于异型坯结晶器窄面和宽面铜板形状不同，其冷却水通道形式也并不相同，窄面铜板是在外侧开凿了长方形的冷却水沟槽，并与外围的水套一起构成冷却水通道。宽面铜板翼稍部位的冷却水通道有两种形式，一种是在外侧开凿长方形沟槽；另一种是在铜板上钻圆形的小孔。宽面腹板和翼缘斜面处由于铜板很厚，为保证冷却效果，只能在离内侧较近距离处钻圆孔来构建冷却水通道，常见的冷却水通道形式有直径小于20mm的小圆孔直接作为冷却水通道和直径大于20mm的大圆孔内插入金属限流杆形成冷却水通道两类。由于大圆孔加工难度较低，所需数量较少，并且与其相连的进出水通道也较为简单，因此大圆孔内插入限流杆的水缝设计在断面较大的异型坯结晶器上得到较广泛应用。大圆孔内插入的限流杆是一种表面光滑的金属圆杆，其主要目的是为了限制冷却水缝面积，提高冷却水通道内的水流速，从而扩大铜板壁面与冷却水之间的传热系数，强化结晶器冷却效果。

从传热学角度讲，冷却水通过结晶器水缝对铜板进行冷却的过程属于管内强制对流传热，主要包含轴向上的对流和径向上的传热，二者的强化均可增强最终传热效果。目前异型坯结晶器宽面铜板上圆孔内插入的限流杆为光滑杆，它虽然可以增强管内轴向的对流，但是对管内流体的搅动较小，特别是对铜板与冷却水之间传热附面层的扰动较小，难以形成强烈的湍流，因此对冷却水径向上的对流传热影响不大，依然会导致冷却水整体热交换效率低，结晶器难以达到高效连铸的高拉速要求。另外，光滑表面的限流杆难以使冷却水相对水孔方向出现较强的横向搅动，对冷却水壁面的冲刷明显不够，所以结晶器水缝壁面难免会出现结水垢的现象，水垢轻则降低结晶器的冷却效率，影响铸坯质量和连铸工艺顺行，重则会使结晶器局部出现高温，直接导致设备损坏。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有异型坯连铸结晶器水缝设计的上述不足，提供一种异型坯连铸结晶器冷却效果强化方法及冷却水缝，使得异型坯连铸结晶器内冷却水的湍流状态显著增强，促进结晶器的冷却效果，减少冷却水道的壁面结垢问题，并延长结晶器铜板的使用寿命。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种能增强湍流冷却效果的异型坯结晶器，结晶器窄面外侧和宽面翼稍部位的铜板外侧设置长方形凹槽形水缝，靠近宽面腹板和翼缘斜面的边缘内侧沿边缘设置竖直的圆形水孔，圆孔内通过插入竖直杆状的金属物形成环形水缝，其特征在于：金属物的外周面设置凸起或凹陷的纹路，或者金属物为能够使其自身与圆形水孔之间形成起伏不平的水缝的螺旋线、螺旋带、螺旋片、交叉锯齿带、扭带、螺纹杆或静态混合器。