專利名稱：H型管式結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種H型管式結(jié)晶器，更具體地講，本實(shí)用新型涉及一種能夠改善H型鑄坯腹板凝固質(zhì)量的H型管式結(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)極其重要的核心部件。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(guò)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)晶器具有良好且均勻的導(dǎo)熱性和剛性，以使凝固過(guò)程均勻、平穩(wěn)。現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)晶器包括銅板或銅管與外面的鋼結(jié)構(gòu)，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的結(jié)晶器；
(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)的結(jié)晶器，增加該鍍層的目的在于提高結(jié)晶器的使用壽命和減緩銅板磨損，但是不能夠改變結(jié)晶器原來(lái)的導(dǎo)熱性能。而當(dāng)前的連鑄生產(chǎn)中，結(jié)晶器的導(dǎo)熱性是顯著影響連鑄坯質(zhì)量的重要因素。無(wú)論哪一種類型的結(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傳熱，當(dāng)然，H型管式結(jié)晶器腹板部也可視為一維傳熱，但是鑄坯腹板較薄，導(dǎo)熱率高于其他部位。這種情況的出現(xiàn)常常導(dǎo)致腹板部急劇冷卻，嚴(yán)重影響凝固質(zhì)量甚至出現(xiàn)裂紋。中國(guó)專利申請(qǐng)CN1401449A公布了一種適用于連鑄設(shè)備中的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，在結(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H型結(jié)晶器形狀不同以及散熱環(huán)境的不同對(duì)連鑄坯腹板產(chǎn)生的特殊影響，無(wú)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H型鑄坯腹板部凝固質(zhì)量。與上述專利申請(qǐng)相比，業(yè)界更普遍的做法是考慮到H型鑄坯腹板的均勻冷卻，減少H型銅管腹板部水腔體積，但是實(shí)踐表明，其依舊無(wú)法解決H型鑄坯腹板部均勻冷卻的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種H型管式結(jié)晶器，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的H型鑄坯腹板部無(wú)法均勻冷卻從而影響凝固質(zhì)量甚至出現(xiàn)裂紋的問題。為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種H型管式結(jié)晶器，其包括腹板，其特征在于，所述H型管式結(jié)晶器的工作外壁的腹板中心處設(shè)有隔熱用的覆蓋層。根據(jù)上述H型管式結(jié)晶器的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述覆蓋層寬度與所述腹板寬度的比例為1/4 I。根據(jù)上述H型管式結(jié)晶器的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述覆蓋層為等厚層。根據(jù)上述H型管式結(jié)晶器的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述覆蓋層為設(shè)有30° 80°倒角的等厚層。[0012]根據(jù)上述H型管式結(jié)晶器的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述覆蓋層為設(shè)有45°倒
角的等厚層。根據(jù)上述H型管式結(jié)晶器的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述覆蓋層為非等厚層，且所述覆蓋層的兩邊緣部分薄中間部分厚。根據(jù)上述H型管式結(jié)晶器的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述覆蓋層的厚度范圍為
0.5mm 8mm η根據(jù)上述H型管式結(jié)晶器的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述覆蓋層的邊緣部分厚度為0.1mm 1mm，所述覆蓋層的中間部分厚度為0.5mm 8mm，且從兩邊緣部分平滑過(guò)渡到中間部分。根據(jù)上述H型管式結(jié)晶器的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述H型管式結(jié)晶器由銅制成。本實(shí)用新型通過(guò)在其工作壁外側(cè)腹板部位置形成有具有隔熱功能的覆蓋層，在保證對(duì)鑄坯表面及心部質(zhì)量控制水平的前提下，弱化腹板部特別是腹板中心部的散熱強(qiáng)度，使腹板部、腹板中心部冷卻速度減緩，既避免了由于急劇冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)坯殼腹板部的影響和破壞，又避免了由于初生坯殼較早收縮形成的不均勻氣隙導(dǎo)致的熱阻不受控制增力口、影響坯殼均勻生長(zhǎng)的缺陷，使坯殼腹板部均勻散熱，從而提高凝固質(zhì)量，杜絕裂紋等嚴(yán)重質(zhì)量問題。

圖1為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例一的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例二的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例三的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例四的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。為了改善現(xiàn)有H型管式結(jié)晶器腹板冷卻不均勻的問題，本實(shí)用新型提供了一種能夠改善H型連鑄坯腹板冷凝質(zhì)量的H型管式結(jié)晶器，其工作壁外側(cè)腹板部位置涂鍍或貼附一層具有隔熱功能材料構(gòu)成的覆蓋層。不論工作壁內(nèi)表面是否設(shè)置有鍍層或者涂層，在工作面外層腹板部位置處均可涂鍍或貼附該隔熱用的覆蓋層。圖1示出了本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例一的剖視結(jié)構(gòu)，如其所示，該優(yōu)選實(shí)施例一包括腹板1，工作外壁的腹板I中心處設(shè)有覆蓋層2，覆蓋層2由耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)小于形成本優(yōu)選實(shí)施例一的材料導(dǎo)熱系數(shù)的金屬陶瓷材料或金屬材料形成。其中，工作內(nèi)壁是H型管式結(jié)晶器的形成(即接觸)H型鑄坯的界面，工作外壁是與工作內(nèi)壁相反的表面(SP不接觸H型鑄坯)，腹板I形成H型鑄坯的界面屬于工作內(nèi)壁的一部分。覆蓋層2的寬度W等于腹板I的寬度B，也即覆蓋層2的寬度B與腹板I的寬度W的比例為I。在其他實(shí)施例中，覆蓋層2的寬度W與腹板I的寬度B的比例最好為1/4 I，例如圖2-圖4所示的優(yōu)選實(shí)施例，覆蓋層2的寬度W與腹板I的寬度B的比例均小于I。在圖1所示的優(yōu)選實(shí)施例一中，覆蓋層2為等厚層。在其他實(shí)施例中，也可以將覆蓋層設(shè)置為非等厚層，中間部分的厚度大于兩邊緣部分的厚度。如圖2所示，本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例二的覆蓋層2的寬度W小于覆蓋I的寬度B，并且覆蓋層2為等厚層。另外，覆蓋層2可以為帶有30° 80°倒角的等厚度隔熱材料層或不帶倒角的非等厚度隔熱材料層，更優(yōu)選地，隔熱材料層I可以是帶45°倒角的等厚度隔熱材料層，例如圖3所示的本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例三。具體地講，帶有倒角的等厚度隔熱材料層在安裝、運(yùn)輸過(guò)程中不易損壞。此外，由于腹板I較薄、散熱強(qiáng)，特別是腹板I的中心位置散熱最快，翼緣或靠近翼緣的區(qū)域散熱較慢，散熱不均勻會(huì)對(duì)鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，因此為了使隔熱效果均勻過(guò)渡，當(dāng)采用隔熱系數(shù)較大的材料時(shí)，使用不等厚的設(shè)計(jì)可以使隔熱效果在所覆蓋區(qū)更合理。在圖1至圖3分別所示的優(yōu)選實(shí)施例一至優(yōu)選實(shí)施例三中，當(dāng)覆蓋層2為等厚度隔熱材料時(shí)，厚度范圍為0.5mm 8mm,例如0.5mm、1mm、3mm、5mm、8mm。如圖4所示優(yōu)選實(shí)施例四，當(dāng)覆蓋層2為不等厚隔熱材料層時(shí)，覆蓋層2的厚度為兩邊緣部分薄中間部分厚，也即，邊緣部分的厚度Tl小于中間部分的厚度T2。優(yōu)選地，兩邊緣部分從0.1mm 1_的厚度Tl平滑過(guò)渡到中間部分0.5mm 8mm的厚度T2。對(duì)于熱阻值不同的材料，可選擇不同的隔熱層厚度來(lái)獲得對(duì)腹板部的隔熱效果。再如圖2所示，本實(shí)用新型示例性實(shí)施例二為550mmX 440mmX 90mm的H型管式(坯管式)結(jié)晶器，其具有H型形狀，并在腹板I兩個(gè)外側(cè)壁處形成有金屬陶瓷鍍膜形成的覆蓋層2。覆蓋層2為不帶倒角的等厚度鍍膜，其寬度W為20mm，厚度T為1.6mm,長(zhǎng)度(未示出)為本優(yōu)選實(shí)施例二的結(jié)晶器的深度。此外，除了本優(yōu)選實(shí)施例二外側(cè)壁的腹板部處之夕卜，在外側(cè)壁的其他部分處沒有形成涂鍍層。在本優(yōu)選實(shí)施例二中，覆蓋層2包含按重量計(jì)86% 的 N1、6% 的 Al2O3、8% 的 ZrO2。再如圖3所示，本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例三為550mmX 440mmX 90mm的H型管式結(jié)晶器，其具有H型形狀，并在腹板I兩個(gè)外側(cè)壁處形成有金屬陶瓷鍍膜材質(zhì)的覆蓋層2。覆蓋層2為帶有45°倒角的等厚度鍍膜，其寬度W為22.5mm，厚度T為2mm，長(zhǎng)度(未示出)為本優(yōu)選實(shí)施例三的結(jié)晶器的深度。此外，除了本優(yōu)選實(shí)施例三外側(cè)壁的腹板部處之外，在外側(cè)壁的其他部分處沒有形成涂鍍層。本優(yōu)選實(shí)施例三的覆蓋層2包含按重量計(jì)82%的N1、12%的 Al203、6% 的 Cr。在如圖4所示，本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例四為550mmX440mmX90mm的H型管式結(jié)晶器，其具有H型形狀，并在腹板I兩個(gè)外側(cè)壁處形成有金屬陶瓷鍍膜形成的覆蓋層2。覆蓋層2為不帶倒角的不等厚度鍍膜，其初始的邊緣部分的厚度Tl為0.4mm。腹板2的中心部分的厚度T2最厚處為5mm，S卩，從腹板I中心部分的5mm平滑過(guò)渡到0.4mm。此外，除了本優(yōu)選實(shí)施例四外側(cè)壁的腹板部處之外，在外側(cè)壁的其他部分處沒有形成涂鍍層。在本優(yōu)選實(shí)施例四中，覆蓋層2包含按重量計(jì)87%的N1、10%的Al203、3%的Cr。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然上述優(yōu)選實(shí)施例二-優(yōu)選實(shí)施例四均以規(guī)格為550mmX440mmX90mm的H型管式結(jié)晶器為例進(jìn)行舉例說(shuō)明，但本實(shí)用新型不限于此。上述本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例一-優(yōu)選實(shí)施例四的覆蓋層2可以采用現(xiàn)有技術(shù)的熱噴涂、電鍍、化學(xué)鍍的方法與基體腹板I牢固結(jié)合，也可以采用焊接、粘附的方法與腹板I結(jié)
口 O具體地講，構(gòu)成覆蓋層2的隔熱材料可以由耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)比腹板I所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)小的金屬陶瓷和金屬材料構(gòu)成。例如，本實(shí)用新型的器壁為銅質(zhì)時(shí)，也即腹板I為銅質(zhì)時(shí)，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(如鋁合金、硬鋁、黃銅、青銅、不銹鋼等)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。實(shí)施時(shí)，可以通過(guò)以下工藝來(lái)獲得所需的金屬陶瓷材料鍍膜層(覆蓋層2):在電鍍液中混入超細(xì)陶瓷粉末，采用被鍍金屬作為陽(yáng)極，在將金屬離子附著在基體上的同時(shí)，將溶液中懸浮的超細(xì)陶瓷粉末帶入。綜合上述，現(xiàn)將本實(shí)用新型的具體原理解釋如下:H型管式結(jié)晶器內(nèi)鑄坯腹板處坯殼受結(jié)晶器壁作用，可看做處于一維傳熱狀態(tài)，與翼緣相比厚度較薄，熱流量大使腹板急劇冷卻，腹板坯殼中心處與兩端相比存在溫度梯度，在冷卻強(qiáng)度一樣的情況下，鑄坯腹板中部冷卻較快，較早形成坯殼，兩端冷卻較慢，較晚形成坯殼，從而導(dǎo)致腹板坯殼受應(yīng)力作用，嚴(yán)重時(shí)腹板中部坯殼在應(yīng)力作用下形成腹板縱向裂紋。由于腹板中部冷卻快，使初生坯殼收縮較早，從凝固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(wú)論內(nèi)表面是有無(wú)鍍層、涂層的結(jié)晶器，都無(wú)法改變結(jié)晶器原來(lái)的導(dǎo)熱性。基于上述情況，本實(shí)用新型在工作壁外側(cè)腹板部位置形成具有隔熱功能的覆蓋層，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，弱化腹板部、腹板中心部的散熱強(qiáng)度，使腹板部、腹板中心部冷卻速度減緩，既避免了由于急劇冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)坯殼腹板部的影響和破壞，又避免了由于初生坯殼較早收縮形成的不均勻氣隙導(dǎo)致的熱阻不受控制增加，影響坯殼均勻生長(zhǎng)，使坯殼腹板部均勻散熱。測(cè)試表明，通過(guò)在腹板部覆蓋隔熱材料形成的覆蓋層，可以使腹板部的熱流量降低22% 43%，從而有效改善腹板部散熱過(guò)快的問題，大大避免了由于腹板較薄、冷卻水流量大、散熱大且快導(dǎo)致的急劇冷卻引起的腹板中部縱向開裂等缺陷。綜上所述，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):第一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。第二，不影響現(xiàn)有技術(shù)對(duì)連鑄坯表面及心部的質(zhì)量控制水平。第三，使坯殼腹板部位置的溫度降低減少，從而使由于收縮小而形成的氣泡小，有助于坯殼均勻生長(zhǎng)。第四，可以廣泛應(yīng)用于內(nèi)表面沒有鍍層或涂層的H型結(jié)晶器以及內(nèi)表面鍍有比銅耐磨的金屬或合金的H型管式結(jié)晶器。由技術(shù)常識(shí)可知，本實(shí)用新型可以通過(guò)其它的不脫離其精神實(shí)質(zhì)或必要特征的實(shí)施方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，上述公開的實(shí)施方案，就各方面而言，都只是舉例說(shuō)明，并不是僅有的。所有在本實(shí)用新型范圍內(nèi)或在等同于本實(shí)用新型的范圍內(nèi)的改變均被本實(shí)用新型包
含ο
權(quán)利要求1.一種H型管式結(jié)晶器，包括腹板，其特征在于， 所述H型管式結(jié)晶器的工作外壁的腹板中心處設(shè)有隔熱用的覆蓋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H型管式結(jié)晶器，其特征在于， 所述覆蓋層的寬度與所述腹板的寬度的比例為1/4 I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H型管式結(jié)晶器，其特征在于， 所述覆蓋層為等厚層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的H型管式結(jié)晶器，其特征在于， 所述覆蓋層為設(shè)有30° 80°倒角的等厚層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的H型管式結(jié)晶器，其特征在于， 所述覆蓋層為設(shè)有45°倒角的等厚層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H型管式結(jié)晶器，其特征在于， 所述覆蓋層為非等厚層，且所述覆蓋層的兩邊緣部分薄中間部分厚。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的H型管式結(jié)晶器，其特征在于， 所述覆蓋層的厚度范圍為0.5mm 8mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的H型管式結(jié)晶器，其特征在于， 所述覆蓋層的邊緣部分厚度為0.1mm Imm,所述覆蓋層的中間部分厚度為0.5mm 8mm,且從兩邊緣部分平滑過(guò)渡到中間部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H型管式結(jié)晶器，其特征在于， 所述H型管式結(jié)晶器由銅制成。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種H型管式結(jié)晶器，其包括腹板，其中，所述H型管式結(jié)晶器的工作外壁的腹板中心處設(shè)有隔熱用的覆蓋層。本實(shí)用新型既可以避免由于急劇冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)坯殼腹板部的影響和破壞，又避免由于初生坯殼較早收縮形成的不均勻氣隙導(dǎo)致的熱阻不受控制增加、影響坯殼均勻生長(zhǎng)的缺陷，使坯殼腹板部均勻散熱，從而提高凝固質(zhì)量，杜絕裂紋等嚴(yán)重質(zhì)量問題。
文檔編號(hào)B22D11/04GK202943222SQ20122069618
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者韓文習(xí), 高祥明, 張佩, 楊志杰, 宋玉卿, 鄧存善, 石磊, 李超 申請(qǐng)人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司