专利名称：一种内外复合冷却高效连铸结晶器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属连续铸造设备，特别是一种高效连铸结晶器。
背景技术：
连续铸钢技术经历了20世纪40年代的试验开发，50年代工业生产，60年代弧形连铸机的出现，70年代的大发展，80年代技术日趋成熟和90年代新的变革的历程。20世纪80年代中后期发展起来的高效连铸技术，是以高拉速为核心，以高质量、高温无缺陷坯生产为基础，实现高连浇、高作业率的连铸系统技术，是当代连铸生产的发展方向。结晶器是高效连铸机的“心脏”。钢水注入结晶器后，通过结晶器壁导出过热量，随即开始凝固。初凝成的坯壳与结晶器壁有良好接触，坯壳逐渐增厚，并随温度降低而逐渐收缩，使坯壳与结晶器壁脱离，形成气隙。气隙的形成，使结晶器的热传导明显下降。如何减少结晶器内由于钢水凝固收缩而产生的气隙是提高传热效率最为关键的技术。
“有凝固就必然会有气隙的形成”，并且气隙的存在是铸坯能够顺利拉出结晶器的必要条件。如何解决“既降低气隙的传热阻力(约占总热阻的80％)，但又不允许把气隙完全消除”这一尖锐的矛盾，成为本领域的技术难题。
现有技术中，人们一味追求减少结晶器内由于钢水凝固收缩而产生的气隙，来提高传热效率，实现高效连铸的目标。有关研究包括(1)德马克公司抛物线锥度结晶器结晶器内腔形状与铸坯外壳形状的良好配合可以减小甚至避免气隙，以达到最佳的传热效果。为了适应铸坯的自然收缩，结晶器内腔设计成抛物线形状。德马克公司进行了抛物线锥度结晶器试验。
(2)康卡斯特公司CCT结晶器瑞士CONCAST公司开发了一种凸形结晶器(CCT)，凸形结晶器中所形成的铸坯凸表面因冷却收缩而自然变直，收缩力与钢水静压力之间的矛盾因结晶器形状的改变而自然消失。凸形结晶器周边几何形状的改变使坯壳与结晶器间的气隙减小，热传导率增加。
(3)达涅利公司DANAM结晶器意大利DANIELI公司开发了一种自适应结晶器(简称DANAM)，技术的核心是所谓的倒锥度可调节结晶器，通过调节结晶器水缝内的水压能够使其初始倒锥度适应液态钢凝固过程中坯壳的收缩，因而能适应不同的凝固材料，使从弯月面到结晶器下口之间结晶器壁与坯壳间的气隙最小。
目前，我国广泛采用的是管式结晶器，一般由外罩，内水套、铜管、外水套、给水管、排水管、足辊等组成。在铜管的外面套装钢质内水套，使之形成冷却水通道(水缝)，利用隔板与外水套相联，并形成上下两个水室，利用上下两个法兰把铜管压紧。冷却水从给水管进入下水室，流经水缝通道，进入上水室，从排水管排出。
实用新型的内容本实用新型的目的在于针对现有技术的存在的问题，提供一种内外复合冷却高效连铸结晶器，它基于一种全新的、结晶器内钢水内外复合冷却原理，绕过气隙把钢水的热量导出，是提高传热效率行之有效的高效连铸结晶器。
为了实现上述目的，本实用新型采取了以下技术方案一种内外复合冷却高效连铸结晶器，包括水套、铜结晶器，其特征在于铜结晶器内设置内冷却器。
结晶器内设置的内冷却器，是从铜结晶器上方深入到钢液中的一种通以冷却循环液的耐热管。
从铜结晶器上方深入到钢液中的一种通以冷却循环液的耐热管是一种U形耐热管，也可以是一种W形耐热管，还可以是其它形状的耐热管。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果1)由于在原有结晶器内设置了通以冷却循环液的管式内冷却器，可以绕过气隙把钢水的热量导出，提高了传热效率。因此，改变了人们一味追求减少结晶器内由于钢水凝固收缩而产生的气隙，提高传热效率的传统思维方式，为实现高效连铸提供了一种全新的内外复合冷却原理。为钢铁冶金企业提供了一种高传热效率的钢水内外复合冷却结晶器。
2).目前人们通过喂铁丝、加铁砂细化铸坯组织，提高中心等轴晶率，但会带进新的氧化物。本实用新型根据连铸过程结晶理论中的“落雨理论”，利用内冷却器周围凝固的固相在后续浇注液态金属的强烈冲刷下，随浇注液态金属进入结晶器，成为最理想的外来结晶核心。由于液态金属只要具有一个小于或等于动力学过冷度(一般为0.1℃左右)，凝固过程就可以开始，故内冷结晶器有利于中心等轴晶率的提高，细化中心组织，提高铸坯中心等轴晶率。
3)基于内冷却器可绕过占80％热阻的气隙，加速传热过程和加快结晶过程的理由，内冷却器势必增加连铸坯的凝固速度，可提高拉坯速度，实现高效连铸；在拉坯速度不变的条件下，凝固层厚度的增加，可降低拉漏率。
4)内冷却器阻碍液态金属的冲击深度，起到电磁制动之功效，有利于杂质、气泡的上浮，改善铸坯的质量。
图1是一种用于方坯连铸的“U”形内冷却器的内外复合冷却高效连铸结晶器的结构示意图(主视图)；图2是图1的俯视图；图3是一种用于板坯连铸的“U”形内冷却器的内外复合冷却高效连铸结晶器的结构示意图(主视图)；图4是图3的俯视图；图5是一种“W”形内冷却器的内外复合冷却高效连铸结晶器的结构示意图(主视图)；图6是图5的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型的构造作进一步的说明如图1、2所示，一种内外复合冷却高效连铸结晶器，包括水套1、冷却水缝2、铜结晶器3，其铜结晶器3内设置的内冷却器4，是从铜结晶器上方深入到钢液5中的一种通以冷却循环液的U形耐热管。
一种通以冷却循环液的U形耐热管可对称地设置2个。
U形管可以是一种厚壁紫铜管，也可以是钛金属管、钛镍合金管，还可是其它金属管。
如图3、4所示，一种内外复合冷却高效连铸结晶器，包括水套1、冷却水通道2、铜结晶器3，其铜结晶器3内设置的内冷却器4，是从铜结晶器上方深入到钢液5中的一种通以冷却循环液的U形耐热管。
一种通以冷却循环液的U形耐热管至少对称地设置2个。
U形管可以是一种厚壁紫铜管，也可以是钛金属管、钛镍合金管，还可是其它金属管。
如图5、6所示，一种内外复合冷却高效连铸结晶器，包括水套1、冷却水通道2、铜结晶器3，其铜结晶器3内设置的内冷却器4，是从铜结晶器上方深入到钢液5中的一种通以冷却循环液的W形耐热管。
一种通以冷却循环液的W形耐热管至少对称地设置2个。
W形管可以是一种厚壁紫铜管，也可以是钛金属管、钛镍合金管，还可是其它金属管。
权利要求1.一种内外复合冷却高效连铸结晶器，包括水套(1)、冷却水缝(2)、铜结晶器(3)，其特征在于铜结晶器(3)内设置内冷却器(4)。
2.按照权利要求1所述的内外复合冷却高效连铸结晶器，其特征在于铜结晶器(3)内设置的内冷却器(4)，是从铜结晶器上方深入到钢液(5)中的一种通以冷却循环液的耐热管。
3.按照权利要求2所述的内外复合冷却高效连铸结晶器，其特征在于从铜结晶器(3)上方深入到钢液(5)中的一种通以冷却循环液的耐热管是一种U形耐热管。
4.按照权利要求2所述的内外复合冷却高效连铸结晶器，其特征在于从铜结晶器(3)上方深入到钢液(5)中的一种通以冷却循环液的耐热管是一种W形耐热管。
专利摘要一种内外复合冷却高效连铸结晶器，涉及一种连铸结晶器。“有凝固就必然会有气隙的形成”。气隙的形成，使结晶器的热传导明显下降，气隙的存在，又是铸坯能够顺利拉出结晶器的必要条件。如何解决“既降低气隙的传热阻力(约占总热阻的80％)，但又不允许把气隙完全消除”这一矛盾，成为本领域的难题。本实用新型针对现有技术中存在的问题，提供一种内外复合冷却高效连铸结晶器，即在现有结晶器内设置内冷却器，绕过气隙把钢水的热量导出。本实用新型不仅提高了结晶器的传热效率，而且具有细化铸坯中心组织、提高铸坯中心等轴晶率、改善铸坯质量等优点。
文档编号B22D11/04GK2724883SQ20042001677
公开日2005年9月14日 申请日期2004年9月7日 优先权日2004年9月7日
发明者崔小朝, 王宥宏, 林金保, 刘梓才 申请人:太原科技大学应用科学学院