專利名稱：管式結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金行業(yè)的連鑄設(shè)備，更具體地講，涉及一種能夠改善矩形坯、方坯角部凝固質(zhì)量的管式結(jié)晶器。
背景技術(shù)：
結(jié)晶器是一個(gè)水冷的銅模，是連鑄機(jī)非常重要的部件，被稱為連鑄機(jī)的“心臟”。鋼水在結(jié)晶器內(nèi)冷卻，初步凝固成形并具有一定厚度的坯殼，這一過程是在坯殼與結(jié)晶器壁連續(xù)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)下完成的。因此結(jié)晶器應(yīng)具有良好且均勻的導(dǎo)熱性和剛性，以使凝固過程均勻、平穩(wěn)?，F(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)晶器是由銅板或銅管與外面的鋼結(jié)構(gòu)組成，銅板或銅管的作用是將鋼水的熱量傳遞給冷卻水。這樣的結(jié)晶器一般有兩類(1)內(nèi)表面沒有鍍層或涂層；(2) 內(nèi)表面被鍍上一層厚度約為20-80微米、比銅耐磨的金屬或合金，如鎳或鉻的合金，增加該鍍層的目的在于提高結(jié)晶器使用壽命和減緩銅板磨損，但不能夠改變結(jié)晶器原來的導(dǎo)熱性能。而當(dāng)前的連鑄生產(chǎn)中，結(jié)晶器的導(dǎo)熱性能是顯著影響連鑄坯質(zhì)量的重要因素。無論是哪一種類型的結(jié)晶器，已經(jīng)凝固的坯殼與結(jié)晶器內(nèi)壁接觸的散熱形式可以視為一維散熱，而凝固的坯殼角部與結(jié)晶器內(nèi)腔角部接觸的散熱形式可以視為二維散熱。 角部的導(dǎo)熱效率遠(yuǎn)高于其他部位。這種情況的出現(xiàn)常導(dǎo)致角部處急劇冷卻，嚴(yán)重影響凝固質(zhì)量甚至出現(xiàn)裂紋。專利CN1401449A公布了一種適用于連鑄設(shè)備中具有隔熱耐磨鍍層的結(jié)晶器產(chǎn)品。該結(jié)晶器產(chǎn)品的組成是在結(jié)晶器銅壁的外部套有水套，特征是結(jié)晶器內(nèi)的銅壁上部涂有隔熱耐磨鍍層，但是該專利沒有考慮到由于散熱環(huán)境的不同對(duì)連鑄坯角部產(chǎn)生的特殊影響，無法在有效改善連鑄坯的表面和內(nèi)部質(zhì)量的同時(shí)兼顧角部凝固質(zhì)量。更普遍的做法是，考慮到鑄坯的均勻冷卻，在銅管的四角都設(shè)圓角過度，但依舊無法解決角部的均勻冷卻問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能夠改善矩形坯、方坯角部凝固質(zhì)量的
管式結(jié)晶器。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，提出了一種管式結(jié)晶器，在所述管式結(jié)晶器的工作外壁的角部處形成有覆蓋層，所述覆蓋層由耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)小于形成結(jié)晶器的材料的導(dǎo)熱系數(shù)的金屬陶瓷材料或金屬形成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，覆蓋層在管式結(jié)晶器器壁上的覆蓋寬度為管式結(jié)晶器的窄面寬度的1/10 1/4。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，覆蓋層可為形成有30° -75°倒角的等厚層。優(yōu)選地，覆蓋層可為形成有45°倒角的等厚層。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，覆蓋層可為不帶倒角的等厚層或非等厚層。
當(dāng)所述覆蓋層為等厚層時(shí)，厚度范圍為0. 2mm 5mm ；當(dāng)所述覆蓋層為非等厚層時(shí)，所述覆蓋層從0. 2mm 2mm的厚度平滑過渡到0. 5mm 5mm的厚度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)所述管式結(jié)晶器由銅制成時(shí)，所述覆蓋層由耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)小于銅的導(dǎo)熱系數(shù)的金屬陶瓷材料或金屬形成。


通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，本發(fā)明的上述和其他目的和特點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成有隔熱材料層的管式結(jié)晶器的剖面圖；圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成有帶有45°倒角的等厚度隔熱材料層的管式結(jié)晶器的剖面圖；圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成有不帶倒角的等厚度隔熱材料層的管式結(jié)晶器的剖面圖；圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成有不帶倒角的不等厚度隔熱材料層的管式結(jié)晶器的剖面圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的管式結(jié)晶器。在現(xiàn)有技術(shù)中，結(jié)晶器內(nèi)的坯殼角部由于受兩個(gè)結(jié)晶器壁的共同作用而處于二維傳熱狀態(tài)，其熱流量大從而使角部急劇冷卻，從而導(dǎo)致坯殼角部受應(yīng)力作用，嚴(yán)重時(shí)坯殼角部在應(yīng)力作用下形成角部縱向裂紋，且由于角部急劇冷卻使初生坯殼收縮較早，從凝固一開始就形成不均勻氣隙，導(dǎo)致熱阻急劇增加，影響坯殼均勻生長(zhǎng)。無論是內(nèi)表面沒有鍍層或涂層的結(jié)晶器還是內(nèi)表面被鍍上鍍層或涂層的結(jié)晶器，都無法改變結(jié)晶器原來的導(dǎo)熱性。為了解決結(jié)晶器角部的均勻冷卻的問題，本發(fā)明提出了一種能夠改善矩形坯、方坯角部凝固質(zhì)量的管式結(jié)晶器。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的管式結(jié)晶器的特點(diǎn)在于在現(xiàn)有的內(nèi)表面沒有鍍層或涂層的管式結(jié)晶器的工作壁外側(cè)角部位置處涂鍍或貼附一層具有隔熱功能的材料(下面，簡(jiǎn)稱為“隔熱材料”)?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的管式結(jié)晶器也可以是在現(xiàn)有的內(nèi)表面鍍有涂層的管式結(jié)晶器的基礎(chǔ)上，在工作面外側(cè)角部位置處涂鍍或貼附一層隔熱材料。上述隔熱材料可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的熱噴涂、電鍍、化學(xué)鍍的方法使涂鍍層與基體牢固結(jié)合，也可以采用焊接、粘附的方法使隔熱材料片與基體結(jié)合。具體地講，隔熱材料可由耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)比結(jié)晶器所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)小的金屬陶瓷材料和金屬材料構(gòu)成。例如，當(dāng)結(jié)晶器的器壁為銅質(zhì)時(shí)，上述隔熱材料可以由耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)比銅的導(dǎo)熱系數(shù)小的金屬陶瓷材料和金屬材料構(gòu)成。這里，金屬陶瓷材料是由陶瓷硬質(zhì)相與金屬或合金粘結(jié)相組成的材料，金屬陶瓷具有高強(qiáng)度、高硬度、 耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學(xué)穩(wěn)定性等特性。本發(fā)明可以通過在電鍍液中混入超細(xì)陶瓷粉末，采用被鍍金屬作為陽極，在將金屬離子附著在基體上的同時(shí)，又將溶液中懸浮的超細(xì)陶瓷粉末帶入的工藝來獲得所需的金屬陶瓷材料鍍膜層。
圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成有隔熱材料層的管式結(jié)晶器的剖面圖。如圖1所示，隔熱材料層3在結(jié)晶器器壁上的覆蓋寬度W為管式結(jié)晶器窄面寬度 B的1/10 1/4，并且隔熱材料層3可以是帶有30° 75°倒角的等厚度隔熱材料層、不帶倒角的等厚度隔熱材料層、或不帶倒角的不等厚度隔熱材料層。更優(yōu)選地，當(dāng)隔熱材料層 3是等厚度隔熱材料層時(shí)，隔熱材料層3可以是帶有45°倒角的等厚度隔熱材料層。具體地講，帶有倒角的等厚度隔熱材料層在結(jié)晶器安裝、運(yùn)輸過程中不易損壞。此外，由于結(jié)晶器角部越靠近邊緣散熱作用越強(qiáng)，而非邊緣區(qū)域過分的降低導(dǎo)熱率對(duì)連鑄質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，因此為了使隔熱效果均勻過度，當(dāng)采用隔熱系數(shù)較大的材料時(shí)，使用不等厚度的設(shè)計(jì)可以使隔熱效果在所覆蓋區(qū)域更合理。當(dāng)該隔熱材料層為等厚度隔熱材料時(shí)，厚度范圍為0. 2mm 5mm ；當(dāng)該隔熱材料層為不等厚的隔熱材料層時(shí)，從窄面的0. 2mm 2mm厚度平滑過渡到厚面的0. 5mm 5mm。對(duì)于熱阻值不同的材料，可選擇不同的隔熱材料層的厚度來獲得對(duì)角部類似的隔熱效果?，F(xiàn)在將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的管式結(jié)晶器改善矩形坯、方坯角部凝固質(zhì)量的原理。結(jié)晶器內(nèi)的坯殼角部受兩個(gè)結(jié)晶器壁的共同作用處在二維傳熱狀態(tài)，其熱流量大導(dǎo)致角部急劇冷卻，從而導(dǎo)致初生坯殼角部受到應(yīng)力的作用，嚴(yán)重時(shí)坯殼角部在應(yīng)力作用下形成角部縱裂紋，且由于角部急劇冷卻使初生坯殼收縮較早，從凝固一開始就形成不均勻氣隙，導(dǎo)致熱阻急劇增加，影響坯殼均勻生長(zhǎng)。無論是內(nèi)表面沒有鍍層或涂層的結(jié)晶器還是內(nèi)表面形成有鍍層或涂層的結(jié)晶器，都無法改變結(jié)晶器原來的導(dǎo)熱性?；谏鲜銮闆r，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在管式結(jié)晶器的工作壁外側(cè)的角部處形成具有隔熱耐磨功能的覆蓋層，在保證現(xiàn)有結(jié)晶器對(duì)鑄坯表面及心部質(zhì)量控制水平的前提下，弱化坯殼角部的二維散熱強(qiáng)度，使角部冷卻速度減緩，既避免了由于急劇冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)坯殼角部的影響和破壞，又避免了由于初生坯殼較早收縮形成的不均勻氣隙導(dǎo)致的熱阻不受控增加，影響坯殼均勻生長(zhǎng)，使坯殼角部未均勻散熱。圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的帶有45°倒角的等厚度隔熱材料層的管式結(jié)晶器的剖面圖，圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的不帶倒角的等厚度隔熱材料層的管式結(jié)晶器的剖面圖，圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的不帶倒角的不等厚度隔熱材料層的管式結(jié)晶器的剖面圖。實(shí)施例1如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例1的管式結(jié)晶器1為120mmX 120mm方坯管式結(jié)晶器。圖2中示出的管式結(jié)晶器1具有正方形形狀，并在管式結(jié)晶器1的外側(cè)壁的四個(gè)角部處形成有金屬陶瓷鍍膜2。該金屬陶瓷鍍膜2為帶有45°倒角的等厚度鍍膜，其寬度W為20mm，厚度T為1mm，長(zhǎng)度(未示出)為結(jié)晶器的深度。此外，除了外側(cè)壁的角部處之外，在管式結(jié)晶器1的外側(cè)壁的其他部分處沒有形成涂鍍層。在實(shí)施例1中，帶有45°倒角的金屬陶瓷鍍膜2包含按重量計(jì)85%的Ni和15%的Al2O315實(shí)施例2如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例2的管式結(jié)晶器1為120mmX 120mm方坯管式結(jié)晶器。圖3中示出的管式結(jié)晶器具有正方形形狀，并在管式結(jié)晶器的外側(cè)壁的四個(gè)角部處涂鍍有金屬陶瓷鍍膜3。該金屬陶瓷鍍膜3為不帶倒角的等厚度鍍膜，其寬度W為 15mm，厚度T為2mm，長(zhǎng)度(未示出)為結(jié)晶器的深度。此外，除了外側(cè)壁的角部處之外，在管式結(jié)晶器的外側(cè)壁的其他部分處沒有形成涂鍍層。在實(shí)施例2中，不帶有倒角的金屬陶瓷鍍膜3包含按重量計(jì)90%的Ci和10%的&02。實(shí)施例3如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例3的管式結(jié)晶器為120mmX 120mm方坯管式結(jié)晶器。圖4中示出的管式結(jié)晶器具有正方形形狀，并在管式結(jié)晶器的外側(cè)壁的四個(gè)角部處涂鍍有金屬陶瓷鍍膜4。該金屬陶瓷鍍膜4為不帶倒角的不等厚的鍍膜，其初始厚度為 0. 5mm，角部最厚處為3mm，即，從角部處的3mm平滑過渡到0. 5mm。此外，除了外側(cè)壁的角部處之外，在管式結(jié)晶器的外側(cè)壁的其他部分處沒有形成涂鍍層。在實(shí)施例3中，不帶倒角的金屬陶瓷鍍膜4包含按重量計(jì)90%的Ni和10%的Al2O3。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的管式結(jié)晶器，通過在角部覆蓋隔熱層，可以使角部的熱流降低20% _40%，從而有效改善角部的散熱過快的問題，降低了由于角部的二維散熱導(dǎo)致的急劇冷卻引起的角部開裂等缺陷。上述實(shí)施例均以120mmX 120mm方坯管式結(jié)晶器為例進(jìn)行舉例說明，本發(fā)明不限于此。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的管式結(jié)晶器具有如下優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)；2)本發(fā)明使坯殼角部位置溫度降低減緩，從而使收縮率減小而形成的氣隙小，有助于坯殼均勻生長(zhǎng)；3)本發(fā)明適應(yīng)性廣，能夠廣泛應(yīng)用于內(nèi)表面沒有鍍層或涂層以及內(nèi)表面被鍍上一層比銅耐磨的金屬或合金的各類矩形坯、方坯管式結(jié)晶器。盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上做出各種修改。本發(fā)明的范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1 一種管式結(jié)晶器，其特征在于在所述管式結(jié)晶器的工作外壁的角部處形成有覆蓋層，所述覆蓋層由耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)小于形成結(jié)晶器的材料的導(dǎo)熱系數(shù)的金屬陶瓷材料或金屬形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式結(jié)晶器，其特征在于所述覆蓋層在管式結(jié)晶器器壁上的覆蓋寬度為管式結(jié)晶器的窄面寬度的1/10 1/4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式結(jié)晶器，其特征在于所述覆蓋層為形成有30°-75°倒角的等厚層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的管式結(jié)晶器，其特征在于所述覆蓋層為形成有45°倒角的等厚層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式結(jié)晶器，其特征在于所述覆蓋層為不帶倒角的等厚層或非等厚層。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的管式結(jié)晶器，其特征在于當(dāng)所述覆蓋層為等厚層時(shí)，厚度范圍為0. 2mm 5mmο
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管式結(jié)晶器，其特征在于當(dāng)所述覆蓋層為非等厚層時(shí)，所述覆蓋層從0. 2mm 2mm的厚度平滑過渡到0. 5mm 5mm的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式結(jié)晶器，其特征在于當(dāng)所述管式結(jié)晶器由銅制成時(shí)，所述覆蓋層由耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)小于銅的導(dǎo)熱系數(shù)的金屬陶瓷材料或金屬形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種管式結(jié)晶器，在所述管式結(jié)晶器的工作外壁的角部處形成有覆蓋層，所述覆蓋層由耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)小于形成結(jié)晶器的材料的導(dǎo)熱系數(shù)的金屬陶瓷材料或金屬形成。根據(jù)本發(fā)明的管式結(jié)晶器能夠改善矩形坯、方坯角部的凝固質(zhì)量。
文檔編號(hào)B22D11/059GK102554155SQ20111043454
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者劉洪銀, 劉美, 孫會(huì)朝, 張炯, 朱秋菊, 楊州, 王博 申請(qǐng)人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司