[发明专利]一种适用于异形坯连铸机全保护浇铸的结晶器

说明书

本发明提供一种适用于异形坯连铸机全保护浇铸用的结晶器，所述结晶器的上口面积大于下口面积，结晶器内腔由上到下的横截面积逐渐减小，结晶器内腔的腹板铜板为向外凸且曲率渐变的光滑曲面，结晶器内腔的腹板铜板的曲率自上而下逐渐减小，结晶器内腔的腹板铜板逐渐从凸形向平面转变；结晶器从上到下，翼缘三角区内侧铜板与翼缘三角区边部之间的夹角逐渐减小。本结晶器能实现异形坯连铸机的全保护浇注，解决钢水浇铸过程中的二次氧化问题，能浇铸含铝、稀土、钛等易被氧化元素的钢种，提升钢材的质量和附加值，且使用寿命长。使用本结晶器生产的铸坯坯壳不发生压缩或拉伸变形，坯壳发生表面裂纹等缺陷的几率较低。

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地讲，本发明涉及一种适用于异形坯连铸机全保护浇铸的结晶器。

背景技术

钢的连续浇注是将具有一定过热度的液态钢水通过水冷结晶器连续冷却成具有一定形状的固态铸坯的过程，在此过程中，需要有一个耐火材料制作的套管将钢液从上游的冶金容器中注入结晶器内，该耐火材料套管被称为浸入式水口。浸入式水口是安装在中间包底板并插入结晶器液面以下，其主要作用是防止钢液的二次氧化、氮化、喷溅，同时避免液面卷渣、调节结晶器内钢液的流动模式和温度分布，从而促使结晶器内的坯壳均匀无缺陷生长，并尽量减少钢液中的气体和非金属夹杂物。

如本发明的附图6、附图7所示，异形坯连铸机的结晶器断面形状复杂，结晶器与中间包之间空间狭小，一般采用双定径水口+半浸入式水口的敞开浇注工艺生产,中间包应用定径水口快换技术,通过调整定径水口的直径实现中间包至结晶器钢水的控流。半浸入式水口使用套圈支架支撑在结晶器的翼缘三角区上,浇注过程中钢流的散流、偏流问题造成水口结冷钢,要通过调整半浸入式水口的位置或吹氧来解决,水口的对中问题造成的结晶器流场的恶化以及钢水的二次氧化问题造成的钢水污染,是该浇注模式无法解决的、制约产品质量的根本性问题。该种敞开浇注模式二次氧化严重，无法浇铸含铝、稀土、钛等易被氧化元素的钢种，制约了有优异力学性能的异形坯钢种的开发。

现有的报道中，有在异形坯结晶器的腹板位置处安装浸入式水口来实现塞棒+浸入式水口的全保护浇注模式，但异形坯结晶器横截面腹板位置处的宽度很窄，一般为70～120mm，在如此窄的尺寸位置处布置水口易导致腹板裂纹等质量缺陷，其原因是从水口流出的钢流速度达到1～3米/秒，快速流动的钢水会冲刷新凝固的铸坯腹板，造成腹板凝固位置处凝固的不稳定。

现有的报道中，有在异形坯结晶器的翼缘三角区位置处安装浸入式水口来实现塞棒+浸入式水口的全保护浇注模式，但在结晶器中存在两个翼缘三角区，两个翼缘三角区之间的距离较近，约300～800mm，若在两个翼缘三角区均安装塞棒控制的浸入式水口，如此短的距离安装两个塞棒会导致塞棒安装困难，若仅在一个翼缘三角区安装塞棒控制的浸入式水口，由于翼缘三角区不位于结晶器的中心位置处，位于结晶器的边角位置处，从该处向整个结晶器内注流会导致异形坯结晶器两侧的钢水温度不均匀，结晶器液面也易出现波动，对铸坯质量造成不利影响。

综上所述，由于异形坯结晶器横截面腹板位置处的宽度很窄，一般为70～120mm，在如此窄的尺寸位置处布置水口易导致腹板裂纹等质量缺陷，若在两个翼缘三角区均安装塞棒控制的浸入式水口，如此短的距离安装两个塞棒会导致塞棒安装困难，所以异形坯连铸机一般难以安装浸入式水口和塞棒进行全保护浇注。

目前国际上生产薄规格板坯主要采用漏斗形结晶器或透镜形结晶器，结晶器的上口为漏斗形或透镜形，结晶器上口的面积较大，以利于浸入式水口的插入及保护渣的熔化，结晶器下口的面积较小，结晶器下口的面积一般为结晶器上口的面积的40～60％，结晶器下口的周长一般比结晶器上口的周长少200～250mm，钢坯在结晶器内的拉坯过程中被压缩变形，完成从厚板坯向薄板坯的演变。但由于钢坯在结晶器内进行了较大的压缩变形，其横截面积减少40～60％，坯壳横截面周长减少200～250mm，对钢坯施加的变形力较大且结晶器内的铸坯坯壳极薄，易导致铸坯发生表面裂纹、表面褶皱和内部裂纹，甚至发生结晶器漏钢，影响连铸设备的高效运行。