專利名稱：湍流式高效冷卻連鑄結晶器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及金屬連續(xù)鑄造設備，尤其是高效冷卻連鑄結晶器。
背景技術：
冶金連鑄技術方面在經歷了 "20世紀40年代的試驗開發(fā)，50年代工業(yè) 生產，60年代弧形連鑄機的出現(xiàn)，70年代的大發(fā)展，80年代日趨成熟的技 術和90年代面臨一場新的變革"近60年歷史發(fā)展的歷程。高效連鑄是80年 代中后期發(fā)展起來的連鑄技術，是指比常規(guī)連鑄生產效率更高，以高拉速為核 心，以高質量、高溫無缺陷坯料生產為基礎，實現(xiàn)高連澆、高作業(yè)率的連鑄系 統(tǒng)技術，是優(yōu)化當代連鑄生產的重要發(fā)展方向。高效連鑄技術在世界各主要鋼 鐵企業(yè)、工程公司、設備制造商中都受到高度重視，這是因為它在減少投資費 用、提高生產效率、簡化工藝流程、降低消耗和成本等方面更進一步發(fā)揮了連 鑄技術的優(yōu)勢，近年來在提高拉速方面已經取得了顯著進步。
連鑄結晶器是連續(xù)鑄鋼中的鑄坯成型設備，是連鑄機的核心設備之一。其 基本功能是利用冷卻水通過水冷銅板間接帶走鋼水中熱量，使鋼水在結晶器內 連續(xù)地形成具有一定厚度和一定強度的坯殼。在這個過程中，結晶器一直處于 機械應力與熱應力的綜合作用之下，工作條件較為惡劣。除了規(guī)范生產操作、 選擇合適的保護渣和避免機械損傷外，合理地設計結晶器的冷卻水縫，能有效 地提高傳熱效率，對于提高連鑄生產率，維持連鑄過程正常生產，以及保證鑄 坯質量都起著至關重要的作用。因而，研究開發(fā)新型結晶器在當今的冶金生產 中就顯得尤為重要。國外高效方坯連鑄機結晶器研究自從連鑄機進入工業(yè)生產領域后，國外的 眾多鋼鐵科技人員就開始對連鑄機結晶器這一關鍵部件進行了廣泛而深入的
研究，其中有德馬克公司的拋物線錐度結晶器、STEL-TEK公司的噴淋結晶器、 康卡斯特公司CCT結晶器、達涅利公司的DANAM結晶器和奧鋼聯(lián)公司的DIAMOND 結晶器等。國內的鋼鐵研究人員對鑄坯傳熱機理的研究也做了大量的工作，東
北大學、北京科技大學等大專院校以及北京鋼鐵研究總院等科研院所都有許多
關于鑄坯和結晶器傳熱機理的研究設計文章在近幾年發(fā)表。從結晶器的角度進
行的相關研究，主要集中在對結晶器倒錐度、結晶器壁厚度、結晶器銅管材質、
結晶器水縫寬度、水速和水溫以及負滑動時間和結晶器超前的研究。
目前，結晶器外壁結構始終使用的是平整光滑平面或曲面(方形結晶器為
平面，而圓形結晶器為曲面)，結晶器的水縫中的冷卻水流是一種層流狀態(tài)，
并以層流狀態(tài)進行水的熱交換和冷卻結晶器。因此，由于冷卻水是一種層流狀
態(tài)，水的流動較為平穩(wěn)，沒有相對流動，或者說攪動，因而其水與結晶器壁的
熱交換的速度也就相對較慢，即熱交換率較低，冷卻效果相對也慢，最終影響
拉坯速度，同時也影響企業(yè)生產效率。 發(fā)明內容
本實用新型的目的是在現(xiàn)有結晶器技術的基礎上進行改進，并克服現(xiàn)有結 晶器技術不足，設計和提供一種可增大結晶器與冷卻水的換熱面積，改善水縫 內水的流動狀態(tài)，使冷卻水為強烈的湍流流動，提高冷卻效果和使用壽命，及 提高連鑄坯的拉速的湍流式高效冷卻連鑄結晶器。
本實用新型所采用的技術方案是
湍流式高效冷卻連鑄結晶器是由水套、冷卻水縫、銅結晶器組成，其特點 是在銅結晶器(包括圓坯、方坯、板坯或矩形坯)外表面上設有間斷排布的橫向梯形溝槽，或者在銅結晶器的外壁面上設有間斷排布橫向梯形凸條，使水套 與布滿梯形溝槽或凸起的結晶器外表面之間形成凹凸不平的水縫。 本實用新型具有的有益效果和優(yōu)點是
(1) 增大了結晶器外表面的散熱面積，即增大了結晶器與冷卻水的換熱 能力，提高冷卻效果；
(2) 利用結晶器外表面間斷排布的橫向凸條或溝槽，水套與結晶器外壁
之間形成凹凸不平的水縫，從而改變冷卻水的流動狀態(tài)，使其形成湍流流動， 利用湍流效應，有效地增大結晶器與冷卻水的換熱能力，綜合換熱系數(shù)在
4000W/ri^以上，提高冷卻效果；
(3) 可保證結晶器的銅板溫度足夠低、避免冷卻水沸騰，結晶器的溫度 不超過銅材的相變溫度25(TC，從而提高了使用壽命。
(4) 由于水縫內的冷卻水為湍流流動，可以在一定程度上避免冷卻水在 結晶器表面形成氷垢。
本實用新型可以提高連鑄坯的拉速，廣泛應用于鋼的連鑄，及銅、鋁等各
種有色金屬的連鑄中。

圖l是本實用新型用于圓坯連鑄結晶器的結構示意圖。 圖2是圖1的局部放大圖。
圖3是本實用新型用于方坯連鑄結晶器的結構示意圖。
圖4是圖3的局部放大圖。
圖5是湍流^冷卻連鑄結晶器的縱向剖面圖。
圖6是湍流式冷卻連鑄結晶器橫向溝槽的局部放大圖。
具體實施方法下面結合附P對本實用新型作進一步說明。'
如圖1和圖2所示，本實用新型用于圓坯連鑄結晶器的結構。如圖3和圖 4所示，本實用新型用于方坯連鑄結晶器的結構。如圖5和圖6所示，本實用 新型湍流式冷卻連鑄結晶器的縱向剖面和局部放大。
湍流式冷卻圓坯連鑄結晶器包括水套l、銅結晶器3、水套與銅結晶器之 間構成的冷卻水縫2，在銅結晶器的外壁面上設有間斷排布橫向梯形溝槽，或 者在銅結晶器的外壁面上設有間斷排布橫向梯形凸條。所述的梯形槽或梯形凸 條的兩面所夾角'a為30° 60° 。
本實用新型這種間斷排布橫向梯形凸條或溝槽使水套與結晶器外表面之 間形成凹凸不平的水縫，使現(xiàn)有連鑄結晶器中水縫內水的層流狀態(tài)改變?yōu)橥牧?br> 狀態(tài)，并增強了水流的湍動效果，使冷卻水在水縫中全部參與熱交換和冷卻結
曰奧
權利要求1、一種湍流式高效冷卻連鑄結晶器，包括水套(1)、銅結晶器(3)、水套(1)與銅結晶器(3)之間構成的冷卻水縫(2)，其特征在于銅結晶器外壁表面設有間斷排布的橫向梯形溝槽或凸條，使冷卻水縫為凹凸不平的水縫。
2、 按照權利要求l所述的湍流式高效冷卻連鑄結晶器，其特征在于所述 的梯形槽或梯形凸條的兩面夾角a為30° 60° 。
專利摘要本實用新型涉及金屬連續(xù)鑄造設備，尤其是高效冷卻連鑄結晶器。由水套、冷卻水縫、銅結晶器組成，其特點是在銅結晶器(包括圓坯、方坯、板坯或矩形坯)外表面上設有間斷排布的橫向梯形溝槽，或者在銅結晶器的外壁面上設有間斷排布橫向梯形凸條，使水套與布滿梯形溝槽的結晶器外表面之間形成凹凸不平的水縫。它可增大結晶器與冷卻水的換熱面積，改善水縫內水的流動狀態(tài)，使冷卻水的流動為強烈的湍流，提高冷卻效果和使用壽命，及提高連鑄坯的拉速，可廣泛應用于鋼的連鑄，及銅、鋁等各種有色金屬的連鑄中。
文檔編號B22D11/112GK201264077SQ20082010605
公開日2009年7月1日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權日2008年9月25日
發(fā)明者浩 劉, 崔小朝, 柱 張, 張俊婷, 晉艷娟, 陳艷霞 申請人:太原科技大學