[发明专利]一种均匀冷却结晶器铜管及其制造方法

说明书

一种金属连铸用均匀冷却结晶器铜管，在结晶器铜管的角部管壁（1）外有角部外层管壁（2），角部外层管壁（2）与角部管壁（1）之间构成的夹层降低了铜管角部的冷却强度，使铜管角部与边部的冷却均匀。角部外层管壁（2）与结晶器铜管是一体的，以适应高温和热变形的使用条件。本发明结构简洁，直接解决铜管角部冷却不匀问题，降低了铸坯角裂倾向，提高了连铸机的拉锭速度，也放宽了连铸工艺宽容度，减少了连铸机的设备投资。本发明采用液态模锻方法直接制造方管形毛坯管，毛坯管角部的壁厚大于边部，为均匀冷却结晶器铜管角部结构的制造创造了条件，液态模锻工艺制造毛坯管也降低了结晶器铜管的制造成本。

技术领域

本发明属于金属凝固和连续铸造领域，特别涉及一种均匀冷却结晶器铜管。

背景技术

在方形、矩形及板形等多边形横截面铸坯的金属连铸生产中，液态金属浇入结晶器铜管后，在铜管外冷却水的作用下沿结晶器内壁结晶凝固，形成坯壳并发生凝固收缩，结晶器铜管内角部区域的金属受到两面管壁的冷却，比边部冷却强度大，导致角部与边部金属温度、坯壳厚度及收缩不均匀，增加了铸坯角裂倾向，限制了连铸机的拉锭速度。

为解决上述问题，现有技术中有许多解决方案。例如，中国专利“96190354.6”公开了一种称为钻石结晶器的方法：根据结晶器铜管角部和边部冷却强度的不同，将角部和边部金属凝固坯壳收缩的差异量补偿移植于结晶器铜管，使结晶器铜管角部的角度减小、边部管壁内凸，从而改善了结晶器铜管与坯壳的接触，促进了坯壳的均匀生长。钻石结晶器避免了坯壳裂纹，显著提高了连铸机的拉锭速度。但由于补偿移植于结晶器铜管的差异量精度极高，其使用以严格控制连铸系统各工艺参数为前提，而影响金属凝固的因素较多，如金属成分、温度等，所以钻石结晶器使用成本或技术改造费用较高，对金属牌号、钢种的适应性差。

中国专利“200920104178.5”公开了一种方案：在结晶器铜管外角部包覆大热阻材料的缓冷条，以缓冷条中的凸柱体镶嵌进结晶器铜管的盲孔中，将缓冷条固定于结晶器铜管角部，降低角部的冷却，提高结晶器铜管冷却的均匀性。该方案直接解决结晶器铜管的冷却不均匀问题，但结晶器铜管的工作条件严酷，管壁内为高温熔融的金属，管壁外为流速约每秒10米的冷却水流，管壁内外温差大，生产中温度剧烈变化造成结晶器铜管热变形严重，缓冷条难以可靠地镶嵌包覆在结晶器铜管角部。

现有技术中解决结晶器铜管冷却不均匀的方案有两类，一类是以钻石结晶器为代表，在结晶器铜管冷却不匀匀的前提下，以结晶器铜管的内腔尺寸补偿因冷却不匀匀造成的收缩。在实际应用中避免了铸坯角裂，显著提高了连铸速度，但设备投资较高，钢种的适应性较差。另一类方案是在铜管角部粘贴或镶嵌热阻材料，直接降低结晶器铜管角部的冷却强度，但可靠性低，未见推广应用。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术中的不足，提供一种均匀冷却结晶器铜管及其制造方法，其角部管壁的夹层准确地降低结晶器铜管角部的冷却强度，实现角部与边部均匀冷却，从而提高连铸机的拉锭速度。

本发明的另一目的是提供一种结晶器铜管的制造方法，可以降低制造成本。

本发明的技术方案是：一种用于连续铸造金属方坯、矩形坯、板坯或多边形铸坯的结晶器铜管，其特征在于：在所述结晶器铜管的角部管壁外有角部外层管壁，角部外层管壁边缘与角部管壁相连，角部外层管壁和结晶器铜管是一体的。

根据本发明所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管的角部外层管壁覆盖的区域在下述范围内：长度为结晶器铜管的上半部分，宽度为结晶器铜管角部两侧30 mm内，自上而下逐渐缩小。

在角部管壁和角部外层管壁之间构成管壁夹层，管壁夹层降低管壁外冷却水对管壁内金属的冷却强度，使结晶器铜管角部与边部冷却均匀。

本发明所述结晶器铜管，包括角部管壁、角部外层管壁是一体的、材料是连续的，以适应结晶器铜管高温、热变形的服役条件。

根据本发明所述的结晶器铜管，其特征在于：所述结晶器铜管的角部外层管壁中间为空洞。