专利名称：一种连铸用组合结晶器的窄面铜板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属凝固和连续铸造领域，特别是一种组合结晶器中带侧面倒角 的窄面铜板。
背景技术：
随着世界冶金技术的发展，现代连铸技术不断进步，可浇铸钢种不断扩大，一些高 合金、高品质、高裂纹敏感性钢种已经不断在大型钢铁企业连铸生产流程中得以生产。这其 中主要的技术进步之一是大断面铸坯连铸技术的发展。大断面铸坯连铸技术的发展，钢材的压缩比增加，钢材的产品质量提高。但铸坯断 面的增大带来的不利影响就是由于铸坯在铸机里需要弯曲、矫直，由此会带来铸坯角部裂 纹的增加。尤其是近年来大板坯连铸机的铸坯厚度已经达到250-450mm厚度以上，大方坯 和大矩形坯厚度更是达到了 350-500mm以上，由于角部的冷却不均勻，在弯曲、矫直过程中 的应力集中势必导致铸坯角部裂纹的增加。为此，冶金工作者除了在钢水质量、二冷技术方面进行优化外，所采取的一个主要 技术措施就是采用带倒角的结晶器技术，使得铸坯原有的直角变成两个钝角，以消除应力 集中。在现有技术中，采用侧面带倒角的结晶器技术是比较普遍的，结晶器窄面铜板带 侧面倒角一般有两种形势一是单独做一个倒角夹持在结晶器窄边和宽面中间；二是在结 晶器窄面铜板上下两侧各做出一个一体的侧面倒角。夹在宽面铜板和窄面铜板间的单独倒角由于其靠的是铜板的接触冷却，因此倒角 做的都比较小，一般为3-10mm，而且使用寿命也很低。中国实用新型专利No. 02214026. 3 (公告号CN2547438Y，名称“板坯连铸结晶器 窄边铜板”)提供了一种带侧面倒角的结晶器窄面铜板，其倒角尺寸为6-10mm，角度为45 度。该专利并未有指出侧面倒角的冷却方式。一般在实际使用中，较小的窄面铜板侧面倒角，如IOmm以下，其冷却可以靠铜板 自身的传导传热来实现。而采用较大的窄面铜板侧面倒角，如20mm以上的倒角，则必须考 虑增加特殊冷却结构。中国文献《连铸结晶器内大方坯的热力耦合分析》(文献来源陈永，罗歆，沈厚 发.钢铁.2008，43(3)，p33 37)对结晶器带侧面倒角的窄面铜板在大方坯连铸生产中的 传热过程和坯壳的应力分布进行了分析，结果表明带侧面倒角的窄面铜板如果采用较大 的倒角如25mm，角度为45度，结晶器内侧面倒角处所对应的铸坯传热条件变差，角部凝固 壳温度升高、凝固壳厚度减薄，并由此导致铸坯的角部裂纹；结晶器倒角变小为12mm时，角 度为45度，可改善铸坯角部的传热条件，降低凝固坯壳角部温度，增加凝固坯壳厚度，有利 于减轻和防止铸坯角部裂纹。由此可以看出尽管带侧面倒角的结晶器窄面铜板技术早已被应用于实际生产 中，但是由于没有充分考虑侧面倒角的特殊冷却，一方面结晶器窄面铜板的侧面倒角没有做大，另一方面也会由于侧面倒角做大后，由于倒角面上冷却效果差，在结晶器内铸坯会产 生裂纹。这便成为大的侧面倒角的结晶器窄面铜板技术在大板坯、大方坯生产中应用的主 要障碍。针对上述技术中存在的缺陷和不足，本实用新型提出了一种改进的带侧面倒角的 连铸结晶器窄面铜板。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种连铸用组合结晶器的窄面铜板，可以保证窄面铜 板的侧面倒角区域的冷却效果、避免铸坯角部的裂纹。为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案一种连铸用组合结晶器的窄面铜板1，该窄面铜板1包括平面区域和侧面倒角区 域，其中侧面倒角区域的每个侧面倒角2的角度α为40-75度，侧面倒角2的高度H为该 窄面铜板1整体宽度的3% -25%，侧面倒角2的内部有一个或多个上下贯通的冷却水道； 其中，所述角度α为侧面倒角区域的工作面与窄面铜板侧面之间的夹角。所述侧面倒角2的高度H为5_120mm。所述角度α的顶端具有过渡性的第一圆弧10，第一圆弧10的第一圆弧外切线11 与窄面铜板侧面的夹角α 2小于75度，第一圆弧10的圆弧半径为l-15mm。所述冷却水道可以为直径为10_16mm的圆孔水道3。所述冷却水道也可以为具有上、下两部分的圆孔水道4，其中圆孔水道上管4-1多 而小，圆孔水道下管4-2少而大。其中，所述圆孔水道上管4-1直径为6-10mm，高度为200-400mm，圆孔水道下管4_2 直径为10-16mm。所述冷却水道的上下端有丝堵5，且有穿过窄面铜板背面6的进出水孔7。所述平面区域具有纵向水槽或圆管水道的冷却结构。所述冷却水道的外沿到侧面倒角区域工作面8-1的距离Ll与窄面铜板1平面区 域的纵向水槽或圆管水道外沿到平面区域工作面8-2的距离L2相同，均为窄面铜板1厚度 的 25% -50%。上述距离Li、L2 为 10_25mm。所述的窄面铜板1具有至少以下特征之一I)侧面倒角区域工作面8-1和平面区域工作面8-2上有镍铁镀层或镍钴镀层；II)窄面铜板1的材质为银铜、铬锆铜、磷铜、铍铜中的一种。所述的窄面铜板1的侧面倒角区域工作面8-1和平面区域工作面8-2之间的夹角 β位置有第二圆弧9，所述第二圆弧9的圆弧半径为3-15mm。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于本实用新型实现的带侧面倒角的窄面铜板，可以保证倒角冷却效果、避免铸坯角 部裂纹，并可提高窄面铜板和侧面倒角的使用寿命和铸坯质量。
图1为本实用新型的连铸用组合结晶器的窄面铜板一个实施例的结构示意图，所
4示为采用冷却水道冷却侧面倒角2、采用常规纵向水槽冷却其余平面区域的窄面铜板1。图2为图1中A-A剖视图，所示为具有圆孔水道3 (不分节)并在背面上具有进出 水孔7的窄面铜板1，其中圆孔水道3的上、下端用丝堵5堵死。图3为图1中冷却水道采用分节的圆孔水道4时窄面铜板1的A-A剖视图。图4为本实用新型另一个实施例的结构示意图，所示为侧面倒角2采用冷却水道、 其余平面区域采用圆管水道的冷却结构的窄面铜板1。图5为本实用新型夹角β处过渡性的第二圆弧9的示意图。[0035]图6为本实用新型夹角α2处过渡性的第一圆弧10的示意图。[0036]附图标记[0037]1窄面铜板8-1侧面倒角区域工作面[0038]2侧面倒角8-2平面区域工作面[0039]3圆孔水道9第二圆弧[0040]4圆孔水道10第一圆弧[0041]4--1圆孔水道上管11第一圆弧外切线[0042]4--2圆孔水道下管α侧面倒角区域的工作面与窄面铜板侧面[0043]之间的夹角[0044]5丝堵α 2第一圆弧外切线与侧面的夹角[0045]6窄面铜板背面β两个工作面(即侧面倒角区域工作面8-[0046]和平面区域工作面8-2)之间的夹角[0047]7进出水孔Ll冷却水道的外沿到侧面倒角区域工作面[0048]8-1的距离[0049]H突出的侧面倒角高度L2窄面铜板1平面区域的纵向水槽或圆管[0050]水道外沿到平面区域工作面8-2的距离
具体实施方式
以下结合附图，介绍本实用新型的实施例。本实施例为用于铸坯厚度为180_480mm的连铸结晶器，该组合结晶器中带侧面倒 角2的窄面铜板1如图1示。它采用冷却水道冷却侧面倒角2、采用常规纵向水槽冷却其余 平面区域；该窄面铜板1的突出的侧面倒角2为一个直角三角形，该直角三角形垂直于窄面 铜板1的平面区域，突出的高度H为5-120mm，为该窄面铜板1整体宽度(即板坯厚度)的 3% -25%。侧面倒角2的角度α为40-75度，如α小于40度，倒角角度小，意味着侧面倒角 很尖很长，冷却水道无法对倒角的尖端部分实施很好的冷却，侧面倒角2的寿命也会降低； 倒角不易过大，理论上最大为90度，但如α大于75度，铸坯变形过程中的应力集中无法消 除，会使得倒角失去意义，同样地，如果α小于40度，由于倒角区空间小，难以设置足够数 量的冷却小圆孔水道，铸坯角部受到冷却的强度不高导致裂纹的发生，倒角的作用同样难 以发挥。倒角的冷却靠倒角内或靠近倒角处的一个或多个贯穿铜板上下的、直径为 10-16mm的圆孔水道3来实现(见图2)。采用冷却水道的冷却方式可以有效保证倒角的冷却效果，确保了倒角处凝固壳的均勻生长，并以此避免铸坯由于弯曲和矫直的应力集中所 造成的铸坯角部裂纹。为了进一步强化结晶器上部窄面铜板1的侧面倒角2的冷却，冷却水道可以采用 上多下少、上小下大的分节贯通的圆孔水道4来进行冷却(见图3)，上部采用较小的圆孔水 道上管4-1，可以增加冷却水道个数、提高冷却面积，以提高铜板上部的冷却强度。但小直径 冷却水道由于受到小钻头强度的限制，其钻孔不能太深。因此在结晶器下部不需要强冷的 区域，可以采用数量较少的大直径的圆孔水道下管4-2进行冷却，其钻孔深度也可以得到 保证。在这里，结晶器上部小的分节圆孔水道上管4-1直径为6-10mm，高度为200-400mm ； 结晶器下部大的圆孔水道下管4-2直径为10-16mm。在结晶器窄面铜板1上，上述冷却水道是上下贯通的，为了实现在铜板背面进出 水，可在窄面铜板背面6上钻进出水孔7，该进出水孔7在窄面铜板背面6连通侧面倒角2 的冷却水道，同时用丝堵5将冷却水道的上、下端堵死，以实现铜板下进水、上出水的密闭 循环。除了倒角处采用冷却水道外，窄面铜板1其余平面区域可以采用常规的纵向水槽 冷却(见图1)，也可以采用圆管水道的结构冷却(见图4)。为了保证上述带侧面倒角2的窄面铜板1的使用寿命，用于冷却侧面倒角2的冷 却水道的外沿到侧面倒角区域工作面8-1的距离Ll与铜板平面区域的纵向水槽或圆管水 道外沿到平面区域工作面8-2的距离L2相同，为10-25mm。即铜板在使用中，由于磨损或其 他方式的损坏，窄面铜板1可以进行修复，修复的方法就是刨掉或车掉一层损坏铜板，直到 最小安全使用厚度IOmm为止。另外，为了进一步提高上述带侧面倒角2的窄面铜板1的使用寿命，可以在侧面倒 角区域工作面8-1和平面区域工作面8-2上电镀镍铁、镍钴或其它镀层。结晶器带侧面倒角2的窄面铜板1的材质可以是银铜、铬锆铜、磷铜、铍铜等中的一种。通过设置在窄面铜板1上的固定螺栓孔将其与结晶器窄面背水箱连接在一起。这样的窄面铜板1与宽面的平面铜板组合在一起，使得常规组合结晶器的矩形截 面的每一个直角变成两个均大于90度、且内角和为270度的钝角，即铸坯断面由常规的四 个直角的矩形变为八个钝角的多边形，该形状铸坯具有良好的受力结构，在连铸过程中可 有效避免由于弯曲和矫直的应力集中所造成的铸坯角部裂纹。为了进一步提高铸坯质量，上述带侧面倒角2的窄面铜板1，其两个工作面的夹角 β可以采用第二圆弧9进行过渡(见图5)，圆弧半径为3-15mm。为了进一步提高侧面倒角2的使用寿命，其倒角α的顶端可以采用第一圆弧10 进行过渡(见图6)，第一圆弧10的第一圆弧外切线11与侧边的夹角α 2仍然小于75度， 第一圆弧10半径为l-15mm。这种带侧面倒角2的窄面铜板1，不仅适用于180_480mm厚度的大板坯连铸结晶 器，同时也适用于200-600mm厚度的大方坯和矩形坯。
权利要求一种连铸用组合结晶器的窄面铜板(1)，该窄面铜板(1)包括平面区域和侧面倒角区域，其特征在于侧面倒角区域的每个侧面倒角(2)的角度α为40 75度，侧面倒角(2)的高度H为该窄面铜板(1)整体宽度的3％ 25％，侧面倒角(2)的内部有一个或多个上下贯通的冷却水道；其中，所述角度α为侧面倒角区域的工作面与窄面铜板侧面之间的夹角。
2.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述侧面倒角(2)的高度H为5-120mmo
3.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述角度α的顶端具有过渡性的 第一圆弧(10)，第一圆弧(10)的第一圆弧外切线(11)与窄面铜板侧面的夹角α 2小于75 度，第一圆弧(10)的圆弧半径为l_15mm。
4.如权利要求1至3之一所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述冷却水道为直径为 10-16mm的圆孔水道(3)。
5.如权利要求1至3之一所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述冷却水道为具有上、 下两部分的圆孔水道(4)，其中圆孔水道上管(4-1)多而小，圆孔水道下管(4-2)少而大。
6.如权利要求5所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述圆孔水道上管(4-1)直径为6-10mm，高度为200_400mm，圆孔水道下管(4_2)直径为10_16mm。
7.如权利要求1至3之一所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述冷却水道的上下端有 丝堵(5)，且有穿过窄面铜板背面(6)的进出水孔(7)。
8.如权利要求1所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述平面区域具有纵向水槽或圆管 水道的冷却结构。
9.如权利要求1至3之一所述的窄面铜板(1)，其特征在于所述冷却水道的外沿到侧 面倒角区域工作面(8-1)的距离Ll与窄面铜板(1)平面区域的纵向水槽或圆管水道外沿 到平面区域工作面(8-2)的距离L2相同，均为窄面铜板(1)厚度的25% -50%。
10.如权利要求9所述的窄面铜板(1)，其特征在于上述距离Li、L2为10-25mm。
11.如权利要求9所述的窄面铜板(1)，其特征在于具有至少以下特征之一I)侧面倒角区域工作面(8-1)和平面区域工作面(8-2)上有镍铁镀层或镍钴镀层；II)窄面铜板(1)的材质为银铜、铬锆铜、磷铜、铍铜中的一种。
12.如权利要求1至3之一所述的窄面铜板(1)，其特征在于侧面倒角区域工作面 (8-1)和平面区域工作面(8-2)之间的夹角β位置有第二圆弧(9)，所述第二圆弧(9)的 圆弧半径为3-15mm。
专利摘要本实用新型涉及金属凝固和连续铸造领域，特别是一种组合结晶器中带侧面倒角的窄面铜板。该窄面铜板(1)包括平面区域和侧面倒角区域，其中，侧面倒角区域的每个侧面倒角(2)的角度α为40-75度，侧面倒角(2)的高度H为该窄面铜板(1)整体宽度的3％-25％，侧面倒角(2)的内部有一个或多个上下贯通的冷却水道；其中，所述角度α为侧面倒角区域的工作面与窄面铜板侧面之间的夹角。本实用新型得到的带侧面倒角的窄面铜板，可以保证倒角冷却效果、避免铸坯角部裂纹，并可提高窄面铜板和侧面倒角的使用寿命和铸坯质量。
文档编号B22D11/04GK201744629SQ20102020514
公开日2011年2月16日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者刘建华, 原禄春, 吴夜明, 张兴中, 张慧, 张扬, 彭国仲, 杨春政, 梁红兵, 王宝生, 王明林, 王玫, 王莉, 陶红标, 魏钢 申请人:钢铁研究总院