專利名稱：H型管式結晶器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種H型管式結晶器，更具體地講，本實用新型涉及一種能夠改善H型鑄坯腹板凝固質量的H型管式結晶器。
背景技術：
結晶器是一個水冷的銅模，是連鑄機極其重要的核心部件。鋼水在結晶器內冷卻，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晶器壁連續、相對運動下完成的。因此結晶器具有良好且均勻的導熱性和剛性，以使凝固過程均勻、平穩。現有技術中的結晶器包括銅板或銅管與外面的鋼結構，銅板或銅管的作用是將鋼水的熱量傳遞給冷卻水。這樣的結晶器一般有兩類:(1)內表面沒有鍍層或涂層的結晶器；
(2)內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)的結晶器，增加該鍍層的目的在于提高結晶器的使用壽命和減緩銅板磨損，但是不能夠改變結晶器原來的導熱性能。而當前的連鑄生產中，結晶器的導熱性是顯著影響連鑄坯質量的重要因素。無論哪一種類型的結晶器，已經凝固的坯殼與結晶器內壁接觸的散熱形式可以視為一維傳熱，當然，H型管式結晶器腹板部也可視為一維傳熱，但是鑄坯腹板較薄，導熱率高于其他部位。這種情況的出現常常導致腹板部急劇冷卻，嚴重影響凝固質量甚至出現裂紋。中國專利申請CN1401449A公布了一種適用于連鑄設備中的具有隔熱耐磨鍍層的結晶器產品。該結晶器產品的組成是在結晶器銅壁的外部套有水套，在結晶器內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型結晶器形狀不同以及散熱環境的不同對連鑄坯腹板產生的特殊影響，無法在有效改善連鑄坯的表面和內部質量的同時兼顧H型鑄坯腹板部凝固質量。與上述專利申請相比，業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，但是實踐表明，其依舊無法解決H型鑄坯腹板部均勻冷卻的問題。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種H型管式結晶器，以解決現有技術存在的H型鑄坯腹板部無法均勻冷卻從而影響凝固質量甚至出現裂紋的問題。為了解決上述問題，本實用新型提供一種H型管式結晶器，其包括腹板，其特征在于，所述H型管式結晶器的工作外壁的腹板中心處設有隔熱用的覆蓋層。根據上述H型管式結晶器的一種優選實施方式，其中，所述覆蓋層寬度與所述腹板寬度的比例為1/4 I。根據上述H型管式結晶器的一種優選實施方式，其中，所述覆蓋層為等厚層。根據上述H型管式結晶器的一種優選實施方式，其中，所述覆蓋層為設有30° 80°倒角的等厚層。[0012]根據上述H型管式結晶器的一種優選實施方式，其中，所述覆蓋層為設有45°倒
角的等厚層。根據上述H型管式結晶器的一種優選實施方式，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。根據上述H型管式結晶器的一種優選實施方式，其中，所述覆蓋層的厚度范圍為
0.5mm 8mm η根據上述H型管式結晶器的一種優選實施方式，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渡到中間部分。根據上述H型管式結晶器的一種優選實施方式，其中，所述H型管式結晶器由銅制成。本實用新型通過在其工作壁外側腹板部位置形成有具有隔熱功能的覆蓋層，在保證對鑄坯表面及心部質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生的應力對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致的熱阻不受控制增力口、影響坯殼均勻生長的缺陷，使坯殼腹板部均勻散熱，從而提高凝固質量，杜絕裂紋等嚴重質量問題。
圖1為本實用新型優選實施例一的剖視結構示意圖；圖2為本實用新型優選實施例二的剖視結構示意圖；圖3為本實用新型優選實施例三的剖視結構示意圖；圖4為本實用新型優選實施例四的剖視結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步詳細說明。為了改善現有H型管式結晶器腹板冷卻不均勻的問題，本實用新型提供了一種能夠改善H型連鑄坯腹板冷凝質量的H型管式結晶器，其工作壁外側腹板部位置涂鍍或貼附一層具有隔熱功能材料構成的覆蓋層。不論工作壁內表面是否設置有鍍層或者涂層，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示出了本實用新型優選實施例一的剖視結構，如其所示，該優選實施例一包括腹板1，工作外壁的腹板I中心處設有覆蓋層2，覆蓋層2由耐高溫、耐腐蝕、導熱系數小于形成本優選實施例一的材料導熱系數的金屬陶瓷材料或金屬材料形成。其中，工作內壁是H型管式結晶器的形成(即接觸)H型鑄坯的界面，工作外壁是與工作內壁相反的表面(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所示的優選實施例，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所示的優選實施例一中，覆蓋層2為等厚層。在其他實施例中，也可以將覆蓋層設置為非等厚層，中間部分的厚度大于兩邊緣部分的厚度。如圖2所示，本實用新型優選實施例二的覆蓋層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所示的本實用新型優選實施例三。具體地講，帶有倒角的等厚度隔熱材料層在安裝、運輸過程中不易損壞。此外，由于腹板I較薄、散熱強，特別是腹板I的中心位置散熱最快，翼緣或靠近翼緣的區域散熱較慢，散熱不均勻會對鑄坯質量產生負面影響，因此為了使隔熱效果均勻過渡，當采用隔熱系數較大的材料時，使用不等厚的設計可以使隔熱效果在所覆蓋區更合理。在圖1至圖3分別所示的優選實施例一至優選實施例三中，當覆蓋層2為等厚度隔熱材料時，厚度范圍為0.5mm 8mm,例如0.5mm、1mm、3mm、5mm、8mm。如圖4所示優選實施例四，當覆蓋層2為不等厚隔熱材料層時，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。優選地，兩邊緣部分從0.1mm 1_的厚度Tl平滑過渡到中間部分0.5mm 8mm的厚度T2。對于熱阻值不同的材料，可選擇不同的隔熱層厚度來獲得對腹板部的隔熱效果。再如圖2所示，本實用新型示例性實施例二為550mmX 440mmX 90mm的H型管式(坯管式)結晶器，其具有H型形狀，并在腹板I兩個外側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,長度(未示出)為本優選實施例二的結晶器的深度。此外，除了本優選實施例二外側壁的腹板部處之夕卜，在外側壁的其他部分處沒有形成涂鍍層。在本優選實施例二中，覆蓋層2包含按重量計86% 的 N1、6% 的 Al2O3、8% 的 ZrO2。再如圖3所示，本實用新型優選實施例三為550mmX 440mmX 90mm的H型管式結晶器，其具有H型形狀，并在腹板I兩個外側壁處形成有金屬陶瓷鍍膜材質的覆蓋層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，長度(未示出)為本優選實施例三的結晶器的深度。此外，除了本優選實施例三外側壁的腹板部處之外，在外側壁的其他部分處沒有形成涂鍍層。本優選實施例三的覆蓋層2包含按重量計82%的N1、12%的 Al203、6% 的 Cr。在如圖4所示，本實用新型優選實施例四為550mmX440mmX90mm的H型管式結晶器，其具有H型形狀，并在腹板I兩個外側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平滑過渡到0.4mm。此外，除了本優選實施例四外側壁的腹板部處之外，在外側壁的其他部分處沒有形成涂鍍層。在本優選實施例四中，覆蓋層2包含按重量計87%的N1、10%的Al203、3%的Cr。本領域技術人員應當理解，雖然上述優選實施例二-優選實施例四均以規格為550mmX440mmX90mm的H型管式結晶器為例進行舉例說明，但本實用新型不限于此。上述本實用新型優選實施例一-優選實施例四的覆蓋層2可以采用現有技術的熱噴涂、電鍍、化學鍍的方法與基體腹板I牢固結合，也可以采用焊接、粘附的方法與腹板I結
口 O具體地講，構成覆蓋層2的隔熱材料可以由耐高溫、耐腐蝕、導熱系數比腹板I所用材料的導熱系數小的金屬陶瓷和金屬材料構成。例如，本實用新型的器壁為銅質時，也即腹板I為銅質時，隔熱材料可以由耐高溫、耐腐蝕、導熱系數比銅的導熱系數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)構成。這里，金屬陶瓷材料是由陶瓷硬質相與金屬或合金粘結相組成的材料，金屬陶瓷具有高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學穩定性等特性。實施時，可以通過以下工藝來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，將溶液中懸浮的超細陶瓷粉末帶入。綜合上述，現將本實用新型的具體原理解釋如下:H型管式結晶器內鑄坯腹板處坯殼受結晶器壁作用，可看做處于一維傳熱狀態，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，從而導致腹板坯殼受應力作用，嚴重時腹板中部坯殼在應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，導致熱阻急劇增加，影響坯殼均勻生長。無論內表面是有無鍍層、涂層的結晶器，都無法改變結晶器原來的導熱性。基于上述情況，本實用新型在工作壁外側腹板部位置形成具有隔熱功能的覆蓋層，在保證現有結晶器對鑄坯表面及心部質量控制水平的前提下，弱化腹板部、腹板中心部的散熱強度，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生的應力對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致的熱阻不受控制增加，影響坯殼均勻生長，使坯殼腹板部均勻散熱。測試表明，通過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，本實用新型具有如下優點:第一，結構簡單、投資少、易于實現和維護。第二，不影響現有技術對連鑄坯表面及心部的質量控制水平。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。第四，可以廣泛應用于內表面沒有鍍層或涂層的H型結晶器以及內表面鍍有比銅耐磨的金屬或合金的H型管式結晶器。由技術常識可知，本實用新型可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實用新型范圍內或在等同于本實用新型的范圍內的改變均被本實用新型包
含ο
權利要求1.一種H型管式結晶器，包括腹板，其特征在于， 所述H型管式結晶器的工作外壁的腹板中心處設有隔熱用的覆蓋層。
2.根據權利要求1所述的H型管式結晶器，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.根據權利要求1所述的H型管式結晶器，其特征在于， 所述覆蓋層為等厚層。
4.根據權利要求3所述的H型管式結晶器，其特征在于， 所述覆蓋層為設有30° 80°倒角的等厚層。
5.根據權利要求4所述的H型管式結晶器，其特征在于， 所述覆蓋層為設有45°倒角的等厚層。
6.根據權利要求1所述的H型管式結晶器，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.根據權利要求3所述的H型管式結晶器，其特征在于， 所述覆蓋層的厚度范圍為0.5mm 8mm。
8.根據權利要求6所述的H型管式結晶器，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渡到中間部分。
9.根據權利要求1所述的H型管式結晶器，其特征在于， 所述H型管式結晶器由銅制成。
專利摘要本實用新型提供一種H型管式結晶器，其包括腹板，其中，所述H型管式結晶器的工作外壁的腹板中心處設有隔熱用的覆蓋層。本實用新型既可以避免由于急劇冷卻產生的應力對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致的熱阻不受控制增加、影響坯殼均勻生長的缺陷，使坯殼腹板部均勻散熱，從而提高凝固質量，杜絕裂紋等嚴重質量問題。
文檔編號B22D11/04GK202943222SQ20122069618
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者韓文習, 高祥明, 張佩, 楊志杰, 宋玉卿, 鄧存善, 石磊, 李超 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司