[发明专利]薄板坯连铸结晶器

说明书

本发明涉及薄板坯连续浇注的结晶器。它适用于浇注厚20～120mm、宽500～1600mm的钢的薄板坯。

普通板坯连铸机通常浇注的板坯厚度大于150mm。为减少轧制道次，近几年发展了浇注薄板坯的方法。利用传统板坯连铸的成熟技术，将结晶器的内腔几何形状进行改进，就能成功地开发薄板坯连铸技术。

现有技术（DE-3400220、CN87100575A、CN88103709.5）提供的几种薄板坯连铸的漏斗型结晶器，都存在如下不足之处：（1）漏斗型部分的曲面不是光滑的，因而在结晶器内形成的凝固壳在由曲面移向平面的过程中会产生较大的应力集中;（2）宽面的线长与凝固壳的收缩不能较好的吻合，使得凝固壳在自上而下的运动过程中产生附加的变形力;（3）横截面上凝固层厚度不均匀。上述缺点将导致凝固壳容易产生裂纹和鼓肚，而且增加了拉坯阻力和加剧了结晶器的磨损。

本发明的目的在于提供一种新的薄板坯连铸漏斗型结晶器，其漏斗部分宽面在纵、横两个方向上均为平滑过渡，且曲面的曲率半径变化和曲面水平割线的长度的变化都与凝固规律相一致。不但拉坯阻力小，而且铸坯表面质量好。

本发明漏斗型结晶器由两块宽面和两块窄面的铜板构成，并分别进行水冷。结晶器上部的中间为圆滑的漏斗状，使浸入式水口在结晶器内有足够的空间。结晶器的窄面为两块接近平行的平板。结晶器宽面靠近窄面的部分为平面，以保持在结晶器内形成的凝固壳的四个角为直角;结晶器宽面的下部分为平面，以保证开浇时在引锭头处形成的坯头厚度不大于结晶器的出口厚度。宽面漏斗部分的高度与下部分平面的高度的比值约为2∶1。

本发明结晶器漏斗部分满足以下条件：（一）漏斗区域宽南面的水平切割线由三段彼此相切的圆弧组成;（二）上述三段圆弧的半径自上而下随凝固壳厚度的增长而增大，使得凝固壳在结晶器内的应变量小于0.2～0.3%;（三）漏斗区域宽面的水平切割线的长度自上而上逐渐收缩，且与凝固壳的凝固收缩相一致;（四）漏斗区域宽面中心垂直方向的切割线为曲线，其自上而下曲率半径的变化与凝固壳的变形率成比例。故漏斗区在纵横两个方向上均为平滑过渡。

现结合附图对本发明漏斗型结晶器加以说明。

图1为薄板坯结晶器的纵剖面示意图（即图2中Ⅰ-Ⅰ剖面的示意图）;

图2为该结晶器的顶视示意图;

图3为该结晶器的宽面中心剖面示意图（即图2中Ⅱ-Ⅱ剖面示意图）

图4为漏斗区宽面水平切割示意图。

上述图中，1、2为结晶器的两个宽面板，3、4为结晶器的两个窄面板，5为浸入式水口，6、7和8、9分别为宽面板水冷系统的出水口和进水口，11为宽面上部分靠近窄面部分的平面，12为宽面的下部分，13为宽面上部分的漏斗区的曲面，14为宽面上部分平面与漏斗曲面的相交线（虚线），15为凝固壳，16为漏斗区宽面中心垂直方向（Z向）表面切割线，Z为结晶器的高度方向，X为结晶器宽面方向，Y为结晶器窄面方向，Xt为宽面高度方向的中心线与漏斗区相交线14的间距（即水平宽度），d为板坯厚度，T为结晶器中心线与曲线16的水平间距，21为漏斗区宽面的水平切割线，R1、R2为该切割线三段的曲率半径，20为螺杆，用于调节两块窄面板。

宽面板和窄面板均为中空的铜板，便于水冷。

漏斗区宽面的水平切割线21由三段彼此相切的圆弧构成。三段圆弧的曲率半径为R1、R2，R1与R2的比值为0.3～2.0，R1与平面11相切，其切点构成虚线14，R1与R2的大小自上而下随凝固壳15厚度的增长而增大，其数值由0.5M（米）增至无穷大，使得凝固壳在结晶器内应变量小于0.2～0.3%。漏斗区宽面水平切割线21自上而下逐渐收缩，且与凝固壳15的凝固收缩相一致（相吻合）。

漏斗区宽面中心垂直方向表面切割线16为一段曲线，其曲率半径的变化随凝固壳厚度的增加而增大，并与宽面下部分12相切。

漏斗区宽面曲面的形成过程如下：

1、根据凝固平方根定律算出结晶器内凝固壳15的厚度函数D（Z）

D（Z）＝K1√ (Z-Hl)/(V×1000) ……（1）

式中K1为凝固系数，一般为20～30mm/min^1/2;Z为结晶器方向座标，上口处Z＝0;Hl为结晶器内的平均液面高度;V为拉坯速度。

2、由（1）式求出的D（Z）确定曲线16，要求自上而下曲率半径的变化与D（Z）成比例，且在漏斗部分与下部平面部分的交界处相切。再由曲线16确定T（y）。T（y）为不同Z值下结晶器中心线与曲线16的水平间距。