[发明专利]液体冷却的结晶器

说明书

本发明涉及一用于具有成型结晶器体的连续铸造设备的用液体冷却的结晶器，该结晶器体用高导热性材料如铜或铜合金制成。

结晶器应当从熔融金属中吸收热量并有可能通过一开始形成的连续坯外壳使铸坯全部凝固。

根据使用目的的不同采用了不同的结晶器几何形状，如圆形的、矩形的或复合体形的结晶器管。结晶器板用于正方形/矩形的铸锭或具有较大的长宽比的板坯。此外，还有特殊的几何形状如用于工字梁的型材坯形和在上板区具有用于接纳铸造喷嘴的漏斗形扩口的薄板坯结晶器。所有这些结晶器都力求表面有均匀的冷却。角部区是特殊情况，因为在板结晶器中存在由结构决定的冷却被破坏的冲击棱角(Stosskanten)。此外，部分地设置具有较大的材料体积的区域，以用于后侧的紧固元件，该区域以其特殊结构的槽形冷媒通道以附件的形式进行同样的冷却。

另外已知，为了避免结晶器过早损坏，要更好地冷却热负荷特别高的结晶器。也就是说，一方面，对于薄板坯结晶器，使结晶器壁的热阻不要太大，因此可选择较小的壁厚。其次，在力求有较高的铸造速度时，对冷却水的品质和冷却水的速度都提出特殊的要求。

采用上述措施，可以达到这样一个目的，即得到结晶器体的铸造侧的尽可能良好的均匀的冷却。可能存在的由结构类型决定的干扰区如背面侧的冷却表面在必要时被消除，以便得到均匀的冷却。

在使用漏斗形结晶器板时，局部的受热条件是由操作决定的。它在铸造侧基本由钢种类/铸造温度、速度、铸造粉末的润滑条件/冷却条件、铸造喷嘴的几何形状和熔液的合适的流动决定的。在另一侧由有水侧的冷却水品质、冷却水量和水的速度决定结晶器的温度。这些值有一部分已由结晶器的结构(如冷媒通道的几何形状)决定。

不过通过各个炼钢厂对许多结晶器板的破坏试验，可以明确地确定结晶器材料的实际负荷和由之得到的损伤。根据这一研究，可以确定沿弯液面宽度的表面或表面附近区的不同的软化。

这样，在危险区，硬度从初始值的100％降到约60％，而在危险区附近同一高度，则只降低至所测的初始值的70％；结晶器板的边缘区此处不必考虑。在使用结晶器板后，对壁厚的测量表示了类似的论点；与非危险区相比，在熔池液面危险区中，同样的材料软化延伸至较大深度的约三分之一处。

由于影响不同，薄板坯结晶器在宽边壁上受到的负荷明显不同。可算作其影响的主要有：

-钢水的高流动速度；在铸造断面的平行平面侧中，特别是漏斗形过渡区产生的熔液紊流。

-由于热膨胀产生的在漏斗口上的铜板的弯曲的壁的高机械负荷。此处，所得到的应力在铸造侧特别大。

这样就导致结晶器材料在此漏斗形过渡区中有特别显著的软化。由于局部的较高温度和与单位材料体积的各自的耐热性有关的高材料负载，在此表面区导致形成过早的裂缝。此裂缝的形成可根据此处由温度决定的Zn原子从钢扩散到Cu基体中的明显的扩散过程而提前产生，这是因为，所形成的Cu Zn相形成一硬而脆的表面层，它使之可能有较高的裂缝发展速度。

从现有技术出发，本发明的目的在于，提供一种结晶器体，用它能提高熔池液面区中的热流动，并可在高的热负荷和机械负荷区避免形成裂缝的危险。

按照本发明，权利要求1的特征可实现该目的。本发明的其它有益的改进在从属权利要求中给出。

由此，本发明的要点提出这样的措施，即在超临界地受负荷的区域，在漏斗的两侧进行结晶器体的非常强的冷却。根据本发明的建议，在此危险区中，最好相对于水平的相邻区将冷却功率提高10％～20％。冷媒剂通道可例如在此处有利地设置成狭一些，以便扩大冷却面积。另一种方案为使冷媒剂通道局部地更靠近表面；在此情况下对冷却水破例地用不同的(实际有效的)冷却壁厚工作。这对冷却孔同样适用。此外，做有槽形冷媒通道的宽边板在漏斗形过渡的危险区另外设置冷却孔；此处虽然壁厚小，但惊人地提高了结晶器材料的抗裂能力，从而提高了结晶器板的整体寿命。

此外，采用不同的背面侧的冷却强度，可以在板表面的铸造侧得到显然较好的均衡的温度分布。这一作用可使铸造粉末的有用的、较狭的工作温度范围有一较小的温度间隔。由此，可以避免按较冷的或较热的温度范围调节铸造粉末。

下面根据在图中示出的实施例更详细地说明本发明。