[实用新型]一种高效传热式异型坯连铸结晶器

说明书

技术领域

本实用新型属于异型坯的连续铸造技术领域，尤其涉及异型坯连铸结晶器的冷却水缝结构。

背景技术

随着钢铁生产冶炼技术的发展和全球钢铁市场的日趋饱和，钢材使用用户为了实现最终产品的差异化以及为了在质量和成本方面获得优势，对连铸坯的要求有大型化、特异化的趋势，因而大断面的铸坯和异型坯出现较大的市场需求。我国的连铸技术发展也先后经历了“以连铸为中心，炼钢为基础，设备为保证”、“以炼钢炉-炉外精炼-连铸机三位一体组合优化”和“以发展高效高速连铸技术与近终形连铸技术为重点进一步大跨度协调优化”等三个阶段。其中近终形连铸是目前广泛发展的连铸技术，所谓近终形连铸，是指浇注出的铸坯接近最终产品形状的连铸技术，它是当代连铸新发展的一个标志。

现在大力发展的异型坯连铸是一种典型的近终形连铸技术。异型坯是指除了方坯、板坯、圆坯、矩形坯以外具有复杂断面的连铸坯，主要形式为H形坯，它是轧制高效节能型建筑用H型钢的最理想坯料。由于异型坯的形状和最终产品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快速发展，近年来国内异型坯连铸生产线正在稳步增长，研究和提升异型坯连铸技术在我国乃至世界范围内都具有广阔的发展前景和深远的实用意义。

异型坯连铸的关键核心技术之一便是异型坯结晶器的研制。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。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是结晶器设计的核心部分之一，它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，异型坯结晶器主要经历了三个发展阶段。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形成光滑过渡的两个对称的翼形斜面，四块铜板组合之后的结晶器内腔呈“H”形。异型坯的两宽面铜板的冷却水缝布置对称，两窄面水缝布置也对称。但是，由于异型坯结晶器窄面和宽面铜板形状不同，其冷却水通道形式并不同，窄面铜板是在铜板外侧面上开凿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，一种是在外侧面开凿长方形沟槽，并与外围水套一起构成冷却水通道；另一种是在铜板边缘内侧钻圆形的小孔；宽面铜板的其它部位因为铜板较厚，只能在离内壁面较近距离处沿内壁边缘钻圆孔来构建冷却水通道。通常情况下，当所加工圆孔直径小于20mm时，可以直接作为冷却水通道，而当加工圆孔直径大于20mm时，则需要在里面插一根金属杆来减少水孔面积，提高冷却水流速，增强冷却效率。

传统异型坯结晶器冷却水通道有一共同特点，即冷却水通道内壁均是光滑壁面，冷却水通过时较为平稳，湍动能较小，因此会导致冷却水通道中间部分的冷却水很少参与热交换，冷却水的整体热交换效率较低。另外，现有异型坯结晶器宽面铜板上圆孔内插入的限流杆也为光滑杆，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；同时，光滑的水缝内壁面和限流杆外壁面都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，冷却水缝壁面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，使结晶器产生磨损和变形，降低结晶器使用寿命，增加生长成本，更严重时还会导致设备直接烧坏。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术下异型坯连铸结晶器的上述不足，提供一种高效传热式异型坯连铸结晶器，能够增强冷却水缝内冷却水的湍流效果，增加冷却水热交换效率，同时可以减少冷却水道壁面结垢，延长结晶器铜板使用寿命。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术解决方案：