專利名稱：用于連續(xù)鑄造長型或平型產(chǎn)品的結(jié)晶器、設(shè)計成與這種結(jié)晶器配合的冷卻套及包括這種 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于連續(xù)鑄造諸如小鋼坯或大鋼坯的長型或平型產(chǎn)品的結(jié)晶器。
背景技術(shù)：
用于連續(xù)鑄造長型產(chǎn)品的結(jié)晶器限定了鑄造金屬的連續(xù)定尺寸通路，該鑄造金屬以熔融狀態(tài)經(jīng)由結(jié)晶器的頂部進入該通路并且以固體殼形式經(jīng)由結(jié)晶器的底部離開該通路，所述固體殼是源自于鑄造金屬與結(jié)晶器主體的冷壁接觸而產(chǎn)生的邊界凝固并且容納仍為液體的芯。所述凝固之后借助于噴灑單元繼續(xù)最終進行到鑄造機器的下部。這種結(jié)晶器也被稱為“結(jié)晶器管”并且能夠具有方形、矩形、圓形或多邊形截面。管能夠沿所謂的“鑄造半徑”是筆直的或者彎曲，并且內(nèi)部腔的特征在于尺寸逐漸減小以便遵循凝固過程中鋼的自然收縮。用于連續(xù)制造長型產(chǎn)品(特別是在開放式液流鑄造中鑄造的小鋼坯)的結(jié)晶器在鑄造期間必須承受高溫負(fù)載。具體而言，結(jié)晶器的頂部部分受到熱傳遞曲線的影響，該熱傳遞曲線可由不同溫度下的等溫線來表征。此外還由較大鑄造速度和油潤滑所增強的這種情況導(dǎo)致了沿結(jié)晶器的縱向以及橫向方向的大的熱梯度，且在結(jié)晶器的厚度上具有額外的大梯度且因而具有大的內(nèi)部溫度。在結(jié)晶器的不同點之間的這種溫度差以及到達(dá)結(jié)晶器內(nèi)部的高溫導(dǎo)致內(nèi)部鍍鉻的熱變形、再結(jié)晶、裂紋和剝離。此外，特別是使用油來潤滑時，結(jié)晶器內(nèi)側(cè)的高溫導(dǎo)致了油的部分蒸發(fā)，從而具有不良的潤滑并且具有較高的耗油速率。此外，這種不均勻的結(jié)晶器壁溫度以及相應(yīng)的散熱對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。在過去已經(jīng)做出了多種嘗試，沿橫向和縱向大致以均勻的方式減小結(jié)晶器厚度。 在其他應(yīng)用中，已經(jīng)通過在結(jié)晶器的頂部部分中沿豎直方向或者最終沿整個結(jié)晶器長度應(yīng)用溝槽來減小結(jié)晶器厚度，以便增加該區(qū)域中的熱傳遞并且減小結(jié)晶器溫度。其他應(yīng)用基于針對結(jié)晶器管本身的不同部分使用單獨的回路來應(yīng)用差冷。不過，如果一方面結(jié)晶器厚度的減小增加了結(jié)晶器內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間的溫度梯度， 則另一方面，該減小還降低了結(jié)晶器的機械特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)在于解決上述問題，并且更具體地針對連續(xù)鑄造長型產(chǎn)品來增加結(jié)晶器縱向和橫向方向的熱傳遞、減小結(jié)晶器縱向和橫向方向的溫度梯度，以及減小結(jié)晶器的內(nèi)部溫度，并且同時保持所述結(jié)晶器使用時的機械特性。為此目的，根據(jù)第一方面的本發(fā)明的主題是用于連續(xù)鑄造長型或平型產(chǎn)品的結(jié)晶器，所述結(jié)晶器沿軸線延伸并且包括界定結(jié)晶器厚度的內(nèi)表面和外表面，所述內(nèi)表面限定結(jié)晶器腔，特征在于所述結(jié)晶器的縱向截面內(nèi)包含的所述結(jié)晶器的至少一個縱向元件的厚度(e3、e4)至少在所述結(jié)晶器的一部分上沿縱向軸線所限定的兩個方向從最小厚度點增力口，該增加取決于使用中的測試結(jié)晶器的測量或模擬溫度梯度。
本發(fā)明沿結(jié)晶器的縱向和橫向方向增加熱傳遞、減小溫度梯度并且減小結(jié)晶器的內(nèi)部溫度，從而為更均質(zhì)的殼生長創(chuàng)造先決條件。有利的是當(dāng)結(jié)晶器具有沿軸線延伸的多個縱向元件時，其中所述元件形成結(jié)晶器的橫向多邊形截面，根據(jù)使用中的結(jié)晶器的測量或模擬橫向溫度梯度，在結(jié)晶器橫向截面內(nèi)包含的至少一個結(jié)晶器元件的厚度在第一值和第二值之間連續(xù)變化。有利的是，該厚度沿結(jié)晶器的內(nèi)角之一的方向從所述結(jié)晶器元件的部段的中間連
續(xù)變化。根據(jù)本發(fā)明，每個結(jié)晶器元件的厚度沿結(jié)晶器的內(nèi)角的方向從每個結(jié)晶器元件的部段的中間變化。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，在至少一個橫截面內(nèi)，結(jié)晶器元件的至少一部分相對于經(jīng)過所述橫向結(jié)晶器元件的中心段且垂直于所述橫向結(jié)晶器元件的平面對稱。有利的是，厚度的變化僅在結(jié)晶器高度的一部分上延伸。此外，該變化是增加。在本發(fā)明的一種實施例中，最大厚度是相等的。有利的是，厚度的變化是在使用中的結(jié)晶器上測量或模擬的縱向溫度梯度的函數(shù)。有利地，每個縱向元件的縱向截面內(nèi)所包含的厚度至少在結(jié)晶器的一部分上沿縱向軸線所限定的兩個方向從最小厚度點P增加。有利地，最小厚度點P根據(jù)最大縱向溫度點Px的位置被定位在結(jié)晶器上，該最大縱向溫度點Px在使用中的所述測試結(jié)晶器上被事先測量或者通過模擬被事先確定。根據(jù)一種實施例，最小厚度點P位于結(jié)晶器上距點Py近似在50至100 mm之間， 點Py是根據(jù)事先在使用中的所述測試結(jié)晶器上測量的或者事先通過模擬確定的最大縱向溫度點Px而確定的。根據(jù)第二方面，本發(fā)明的主題是制造根據(jù)上述定義的用于連續(xù)鑄造長型或平型產(chǎn)品的結(jié)晶器的方法，該方法包括步驟
-測量或模擬使用中的測試結(jié)晶器的溫度梯度，
-機加工所述結(jié)晶器直到該結(jié)晶器的至少一部分的厚度根據(jù)所述測試結(jié)晶器的測量或模擬的溫度梯度而變化。根據(jù)本發(fā)明，該方法可以包括步驟
-在機加工所述結(jié)晶器之前，通過在使用中的所述測試結(jié)晶器上測量或通過模擬在使用中的所述測試結(jié)晶器來確定具有最大縱向溫度的第一點Px，
-在機加工所述結(jié)晶器之前，根據(jù)所述第一點Px在所述測試結(jié)晶器上的位置確定第二點Py位于所述結(jié)晶器上的位置，
-機加工所述測試結(jié)晶器以使得最小厚度點P位于距所述第二點Py近似在50至100 mm之間。在一種實施例中，結(jié)晶器被機加工成使得點。在結(jié)晶器上位于與點Px位于測試結(jié)晶器上相同的位置。根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及被設(shè)計成與如上定義的結(jié)晶器配合的冷卻套，該冷卻套包括主體，該主體限定多個冷卻管道從而沿結(jié)晶器的外表面引導(dǎo)冷卻劑，冷卻套被設(shè)計成接收并至少部分地縱向圍繞所述結(jié)晶器，所述冷卻套的厚度根據(jù)使用中的結(jié)晶器的測量或模擬溫度梯度而變化。有利地，在冷卻套的預(yù)定高度處冷卻套的厚度反比于在相同高度處結(jié)晶器的厚度。根據(jù)另一方面，本發(fā)明的主題是制造如上定義的冷卻套的方法，該冷卻套被設(shè)計成與如上定義的結(jié)晶器配合，該方法包括一步驟，在該步驟中，冷卻套被機加工成使得冷卻套的厚度根據(jù)使用中的測試結(jié)晶器的測量或模擬溫度梯度而變化。在一種實施例中，冷卻套被機加工成使得在冷卻套的預(yù)定高度處的冷卻套的厚度反比于在相同高度處的結(jié)晶器的厚度。在一種實施例中，冷卻套被機加工成使得至少在冷卻套的縱向部分上，在冷卻套的給定高度處，結(jié)晶器的厚度越大，則冷卻套的厚度越不重要。根據(jù)另一方面，本發(fā)明的主題是包括如上定義的結(jié)晶器和如上定義的冷卻套的組件。由于結(jié)晶器的外側(cè)部分和水冷通道的這種具體設(shè)計，實現(xiàn)了更高的穩(wěn)定性以及結(jié)晶器本身的改進對中性，從而防止了由于結(jié)晶器在冷卻套內(nèi)可能的不對準(zhǔn)而產(chǎn)生的不均勻冷卻的效果。


參考附圖根據(jù)實施例所給出的下述描述，將更加清楚地理解本發(fā)明并且將更加顯而易見到其他方面和優(yōu)點，附圖中
-圖1示出了使用中的結(jié)晶器的測量或模擬的縱向溫度等溫線， -圖2是根據(jù)圖1情況的使用中的結(jié)晶器的內(nèi)部和外部溫度曲線的示圖， -圖3A、圖;3B和圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶器的示意性縱向和橫向截面， -圖4A、圖4B、圖4C、圖4D示出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻套的示意性縱向和橫向截面， -圖5A、圖5B、圖5C示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶器和冷卻套構(gòu)成的組件的示意性縱向和橫向截面。
具體實施例方式應(yīng)該注意到在附圖中示圖不具有相同比例。當(dāng)液體形式的金屬被澆注到結(jié)晶器內(nèi)時，該結(jié)晶器的頂部部分經(jīng)受一定的熱傳遞曲線，其可以以不同溫度的等溫線來表征。圖1是給出在使用時針對連續(xù)鑄造長型產(chǎn)品沿測試結(jié)晶器的縱向方向和縱向厚度測量或模擬的等溫線的圖示，進入結(jié)晶器的液態(tài)金屬在近似1450°C至1600°c之間的溫度，該圖取決于鑄造產(chǎn)品的化學(xué)成分和鑄造模式、截面和速度。圖中示出的測試結(jié)晶器是900 mm長，具有13 mm的厚度并且具有方形截面。圖2是根據(jù)圖1情況的在使用中的測試結(jié)晶器的內(nèi)部和外部溫度曲線圖的示圖。 換言之，圖2給出了在圖1情況下沿使用中的測試結(jié)晶器的內(nèi)側(cè)和外側(cè)面測量或模擬的溫度。溫度T° ,是測試結(jié)晶器的外側(cè)面的溫度，并且溫度Τ° 是測試結(jié)晶器的內(nèi)側(cè)面的溫度。這兩個曲線給出了針對已知結(jié)晶器的給定海拔、在測試結(jié)晶器的厚度上的溫度差異。例如，位于距已知測試結(jié)晶器的頂部200 mm處的已知測試結(jié)晶器的內(nèi)部和外部點之間的溫度差是大約100°C。如上所述，這種差異導(dǎo)致了結(jié)晶器的裂紋和其他問題。
本發(fā)明的目標(biāo)是要最小化結(jié)晶器兩點間的溫度差。換言之，是為了使得結(jié)晶器具有更均勻的溫度分布并且同時增加散熱并減小內(nèi)部結(jié)晶器壁的溫度。為此目的，本發(fā)明的目標(biāo)是一種用于連續(xù)鑄造長型產(chǎn)品的結(jié)晶器，該結(jié)晶器包括界定結(jié)晶器厚度的內(nèi)表面和外表面，內(nèi)表面限定了結(jié)晶器腔。本發(fā)明的主要特征在于，結(jié)晶器的至少一部分的厚度根據(jù)使用中的另一結(jié)晶器的測量或模擬溫度梯度而變化。該另一結(jié)晶器可以是具有已知特征的已知結(jié)晶器。圖3A是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶器10的一種實施例的縱向截面圖，并且圖:3B和圖3C 是在所述結(jié)晶器10的兩個不同高度或海拔處圖3A的橫向截面圖。為了更好地理解，圖:3B 和圖3C具有正交二維坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系由兩個正交射線χ和y限定。結(jié)晶器10包括外部縱向表面12和內(nèi)部縱向表面14并且能夠由銅或包含銅的合金制成。這種結(jié)晶器也被成為結(jié)晶器管。此外，結(jié)晶器10包括沿軸線ζ延伸的多個縱向元件16至16C。元件16至16C 可以具有板形。在這種具體實施例中并且能夠在圖:3B和圖3C中看出，結(jié)晶器10具有橫向多邊形截面并且包括多個內(nèi)角A、B、C、D和多個外角A'、E、F、B，、B"、C"、C’、C’ 〃、D' 〃、D'、D"和 A'“。在圖:3B的結(jié)晶器10的橫向截面中，結(jié)晶器元件16由兩個接連的內(nèi)角A和B以及四個接連的外角A’、B’、E、F界定。所述橫向結(jié)晶器元件16的豎直厚度e (其是厚度e在豎直軸線y上的投影)在第一豎直厚度el和第二豎直厚度e2之間從結(jié)晶器10的所述元件16 的一個點連續(xù)變化。針對這種具體結(jié)晶器元件16，元件16的第一厚度el是在點A和點E 之間的豎直距離，并且元件16的第二厚度e2是在點A和點A’之間的豎直距離。當(dāng)然，針對厚度e，分別由角BB’ B〃C〃C’ CXC' C’ 〃D’ 〃D〃D’ D和DD’ D〃A〃A’ A界定的其他三個結(jié)晶器元件16A至16C中每個的厚度也如上所述變化，不過變化是沿對應(yīng)的水平或豎直方向。圖3C是在結(jié)晶器10的另一高度或海拔處的圖3A的截面圖。在這個示圖中，結(jié)晶器10的橫向截面具有不同的形狀。在圖3C的結(jié)晶器10的橫向截面中，結(jié)晶器10的閉合橫向元件18由兩個接連的內(nèi)角G和J以及四個接連的外角G’、K、L、J’來界定。所述橫向結(jié)晶器元件18的水平厚度 e’(其是厚度e’在水平軸線χ上的投影)在第一水平厚度el’和第二水平厚度e2'之間從所述結(jié)晶器元件18的一個點連續(xù)變化。針對這種具體結(jié)晶器元件18，第一厚度el'是在點L和點J之間的水平距離，并且第二厚度是在點J和點J'之間的水平距離。當(dāng)然，針對厚度e'，分別由角GG' G"H，"H，H、HH，H"I，I〃I和II，I〃J〃J’ J界定的其他三個閉合橫向結(jié)晶器元件18A至18C中每個的厚度也如上所述變化，不過變化是沿對應(yīng)的水平或豎直方向。此外，在圖3的實施例中，每個橫向結(jié)晶器元件相對于經(jīng)過所述橫向結(jié)晶器面的中心段且垂直于所述橫向結(jié)晶器面的平面是對稱的。換言之，如上定義的結(jié)晶器面的厚度 (e或e’)對于相對于所述結(jié)晶器面的中心段的兩側(cè)位于相同距離和處于這兩側(cè)的兩個點而言具有相同值。在圖中未示出的另一實施例中，厚度e沿結(jié)晶器的內(nèi)角A、B、C或D之一的方向從一個結(jié)晶器元件16的部段AB、BC、⑶或DA的中間連續(xù)變化。此外，結(jié)晶器的橫向厚度的變化能夠被限于這個結(jié)晶器的頂部部分，而結(jié)晶器的其他部分具有恒定的橫向厚度。例如，結(jié)晶器的橫向厚度的變化能夠僅在結(jié)晶器高度的前 300和400 mm之間縱向延伸。
此外，在圖:3B和圖3C的實施例中，其中結(jié)晶器10具有大體方形橫向截面，在角區(qū)域中的厚度是相等的。換言之，距離AA'、BB'、CC'、DD'彼此相等并且距離GG'、HH'、II，、 JJ'也彼此相等。換言之，在結(jié)晶器的給定高度或海拔處被包含在結(jié)晶器的橫向截面內(nèi)的結(jié)晶器10的最大水平和豎直厚度可以具有相同值。此外，上述變化可以是增加，并且e2大于el而e2'大于el'。此外，在矩形截面結(jié)晶器的情況下，可能發(fā)生的是，在結(jié)晶器的給定高度或海拔處被包含在結(jié)晶器的橫向截面內(nèi)的厚度僅對于兩個相對元件是相同的，而位于角區(qū)域內(nèi)的最大厚度如上所述可以具有相同值。改變結(jié)晶器厚度這一原理也被應(yīng)用到根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶器10的縱向方向。圖3A 是結(jié)晶器10的縱向截面。結(jié)晶器10的每個元件16A和16C包括相應(yīng)的縱向表面20和22， 每個表面具有相應(yīng)厚度e3和e4。如上所述，厚度e3和e4的變化如圖1和圖2中所示的是使用中的另一結(jié)晶器上事先測量的縱向溫度梯度的函數(shù)或者是結(jié)晶器的模擬縱向溫度梯度的函數(shù)。更精確地，每個縱向元件16A、16C的縱向厚度e3和e4至少在結(jié)晶器的一部分上沿縱向軸線ζ所限定的兩個方向從最小厚度點增加。更精確地，在圖3A的實施例中， 在從結(jié)晶器10的頂點Pl豎直運動時，厚度e3和e4逐漸減小到厚度最小的點P。之后，厚度e3和e4增加到點P2。在點P2之后，厚度e3和e4是恒定的。作為示例，對于具有900 mm高度的結(jié)晶器而言，點Pl和P之間的距離能夠包括在300至400 mm之間。元件16B和 16C在結(jié)晶器的縱向截面內(nèi)的厚度也如上所述變化。厚度e3和e4的這種變化允許結(jié)晶器10中具有更均勻的溫度分布且同時增加散熱并減小內(nèi)部結(jié)晶器壁的溫度。結(jié)晶器10的最小厚度點P被置于距點Py近似在50至100 mm之間，該點Py是由于最大縱向溫度點Px而在產(chǎn)品結(jié)晶器上確定的，其中該最大縱向溫度點Px是事先在使用中的所述測試結(jié)晶器上測量的或者事先通過模擬確定的?；谝阎Y(jié)晶器上安裝的熱電偶或其他測量系統(tǒng)通過實驗性測量以便找出真實的溫度曲線，或者使用適當(dāng)模擬程序來計算， 從而獲得這個點Px和圖1及圖2的曲線。多種計算和溫度曲線測量以及熱傳遞計算顯示出增加的鑄造速度也導(dǎo)致了增加的熱傳遞且因而增加了結(jié)晶器10 (所謂的銅管)的溫度。這種熱傳遞增加的原因在于
-由于鋼在結(jié)晶器中的較短的停滯時間，因此殼較薄且更易變形，并且因而更多地承受鐵水靜壓力，這會導(dǎo)致在殼和結(jié)晶器管之間存在更密切地接觸且形成較小的空隙； -這還導(dǎo)致了殼具有較高溫度且因而具有較大溫度梯度，這造成較大熱傳遞； -此外，在較高溫度時，存在較小收縮，這再次導(dǎo)致了進一步的殼接觸和更大熱傳遞的條件。通過增加鑄造速度來增加熱傳遞在恰位于彎液面(meniscus)下方的區(qū)域中是特別明顯的。這樣的值和情況還通過使用儀表化的結(jié)晶器進行的實驗來記錄。在結(jié)晶器的角，相對于結(jié)晶器面的中心而言熱傳遞較小，因此相應(yīng)地在結(jié)晶器面的中心和位于彎液面下方的區(qū)域內(nèi)達(dá)到結(jié)晶器管內(nèi)的最大熱傳遞值且因而達(dá)到最高溫度。較高溫度對于結(jié)晶器管的機械特性是有害的，因為這可能接近銅的再結(jié)晶溫度， 而這會產(chǎn)生管硬度和穩(wěn)定性的變化，且還導(dǎo)致更加可能在彎液面區(qū)域中的鍍鉻中產(chǎn)生裂紋。此外，因為熱傳導(dǎo)取決于傳導(dǎo)材料的厚度，所以較薄的銅壁將明顯地可能具有較大的熱傳遞。基于所有上述事實，根據(jù)本發(fā)明的銅管的最小厚度的位置被定位在彎液面區(qū)域下方的區(qū)域內(nèi)，精確的位置取決于鑄造速度和鑄造等級，并且能夠被近似估計成位于距彎液面本身70至100 mm之間的距離處。通過銅厚度從最小值到最大值的連續(xù)變化，這個位置和相應(yīng)的銅厚度以及保持管的其他區(qū)域內(nèi)的實際銅厚度的可能性將具有下述積極效果
-增加更有效率的區(qū)域(殼厚度還沒有用作熱傳遞的屏障的區(qū)域)處的局部熱傳遞； -相對于沿全部長度/周界均等延伸的具有相等最小厚度的管，所述銅管具有更大穩(wěn)定性；
-銅管的溫度減小且具有更加均等的溫度分布，這導(dǎo)致更好的機械特性，從而還保持鑄造條件下的適當(dāng)硬度；
-由于穩(wěn)定性增加、溫度減小并且由于防止了大的溫度梯度產(chǎn)生的鍍鉻裂紋/剝離，從而增加了結(jié)晶器壽命；
-減小了與過度溫度增加相關(guān)的結(jié)晶器管變形的可能性，其中所述過度溫度增加會導(dǎo)致管抵抗現(xiàn)有約束(例如水空隙管、法蘭等)的熱膨脹。為了獲得根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶器，在一種實施例中，與用于確定圖1和圖2曲線的已知結(jié)晶器相比具有相同幾何特征的結(jié)晶器被機加工直到獲得如上所述且在圖中所示的形狀。為了獲得根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶器，能夠執(zhí)行下述步驟 -測量或模擬在使用中的測試結(jié)晶器的溫度梯度，
-機加工產(chǎn)品結(jié)晶器10以使得產(chǎn)品結(jié)晶器10的至少一部分的厚度e、e'、e3、e4根據(jù)測試結(jié)晶器的測量或模擬的溫度梯度而變化。此外，在機加工所述結(jié)晶器之前，通過在使用中的所述測試結(jié)晶器上進行測量來確定或者通過模擬來事先確定具有最大縱向溫度的第一點Px。在機加工所述產(chǎn)品結(jié)晶器10 之前，根據(jù)第一點Px的位置來確定位于結(jié)晶器10上的第二點Py。例如點Py可以位于第二結(jié)晶器的外側(cè)面上，且在第二結(jié)晶器的頂部和點Py之間的縱向距離是點&和第一結(jié)晶器的頂部之間的距離的倍數(shù)。隨后，結(jié)晶器10被機加工成使得最小厚度點P位于距第二點Py近似在50至100 mm之間。換言之，點Py在產(chǎn)品結(jié)晶器上的位置可以由點Px在測試結(jié)晶器上的位置推斷得出。在產(chǎn)品結(jié)晶器10相對于測試結(jié)晶器具有不同尺寸的情況下，通過從測試結(jié)晶器獲得的數(shù)據(jù)來擬合新尺寸從而計算產(chǎn)品結(jié)晶器的幾何形狀且特別是其厚度變化。此外，由一個測試結(jié)晶器確定的點Px的值且具體是位置能夠被用于機加工彼此間具有或不具有相同幾何特性的多個產(chǎn)品結(jié)晶器。在第一和第二結(jié)晶器具有相同幾何特征的情況下，點可以位于分別在產(chǎn)品和測試結(jié)晶器上的相同位置處。例如，點Py位于與點Px距測試結(jié)晶器頂部相比距結(jié)晶器10 的頂部相同的縱向距離處。在鑄造過程期間借助于冷卻劑來冷卻用于連續(xù)鑄造長型產(chǎn)品的結(jié)晶器，其中所述冷卻劑流動通過圍繞結(jié)晶器的外部引導(dǎo)通道，以便避免與機械變形相關(guān)的問題并且額外地改進散熱、增加水湍流并且有助于結(jié)晶器居中在水套內(nèi)部。本發(fā)明的另一方面則是被設(shè)計成接收并至少部分地縱向圍繞結(jié)晶器10的冷卻套。圖4A是根據(jù)本發(fā)明的冷卻套的縱向截面圖并且圖4B-4D是在冷卻套的不同高度或海拔處圖4A的橫向截面圖。用于如前定義的結(jié)晶器的冷卻套30包括界定兩個縱向截面冷卻套面36和38的內(nèi)側(cè)面32和外側(cè)面34。冷卻套30限定多個冷卻管道36以便沿根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶器的外表面引導(dǎo)冷卻劑。冷卻管道至少在冷卻套30的高度的一部分上延伸。冷卻套30被設(shè)計成接收并至少部分地縱向圍繞所述結(jié)晶器10并且具有相對于結(jié)晶器互補的形式。具體而言， 能夠從圖4A看出，冷卻套的厚度i和i"沿冷卻套30的高度變化。在圖中所示實施例中，冷卻套30具有包括多個部分30A至30D的方形截面形狀。 在冷卻套30的預(yù)定高度處由內(nèi)側(cè)面32和外側(cè)面34界定的冷卻套30的厚度i和i’反比于處于冷卻套30的相同高度處的結(jié)晶器的截面縱向面20或22的厚度e3或e4。在圖4A至圖4D中能夠看出，厚度i和i’在水套30的頂部部分中增加直到最大值且之后減小直到最小值并且在水套30的最后部分中保持恒定。制造被設(shè)計成與結(jié)晶器10配合的冷卻套30的方法包括一步驟，其中冷卻套被機加工成使得冷卻套36、38的厚度i、i’根據(jù)使用中的測試結(jié)晶器的測量或模擬的溫度梯度而變化。在一種實施例中，冷卻套被機加工成使得在冷卻套30的預(yù)定高度處的冷卻套30 的厚度i、i’反比于在相同高度處結(jié)晶器10的厚度e3、e4。換言之，冷卻套被機加工成使得至少在冷卻套30的縱向部分上，在冷卻套30的給定高度處，結(jié)晶器10’的厚度e3'和e4' 越大，則冷卻套的厚度i和i'越不重要。圖5A是包括根據(jù)本發(fā)明的冷卻套30和結(jié)晶器10'的組件的縱向截面圖，并且圖 5B和圖5C是在冷卻套的不同高度或海拔處的圖5A的橫向截面。冷卻套30具有縱向外形和橫向外形，其遵循結(jié)晶器10'的外側(cè)面的不同厚度e3' 和e4'并且還具有厚度i和i'，至少在冷卻套30的一部分上所述厚度i和i'取決于使用中的另一結(jié)晶器上事先測量的溫度梯度或使用中的結(jié)晶器的事先模擬的溫度梯度。此外，為了將組件40的總體厚度保持在恒定值，在冷卻套30的給定高度處，結(jié)晶器10’的厚度e3'和e4'越大則冷卻套的厚度i和i'越不重要。除此之外，冷卻套30包括能夠圍繞結(jié)晶器10被組裝的部分，能夠在工廠進行這種組裝。此外，上述鑄造結(jié)晶器還可以沿一定彎曲半徑彎曲地延伸并且可以具有不同長度和/或厚度，這取決于鑄造產(chǎn)品的尺寸和化學(xué)成分并且取決于所需生產(chǎn)率。因為不僅沿結(jié)晶器周界而且沿縱向方向具有更加均勻的散熱，所以結(jié)晶器/冷卻套組件的這種具體設(shè)計防止了結(jié)晶器變形，并且具有更高的鑄造速度、更長的結(jié)晶器壽命以及更佳的產(chǎn)品質(zhì)量。在小鋼坯周界中的均勻冷卻允許更均勻的殼生長，從而防止了由于差冷和最終的熱張力所導(dǎo)致的可能的形狀變形，且同時結(jié)晶器減小的厚度沿縱向方向的擴展將增加結(jié)晶器本身的散熱能力，從而在相關(guān)地增加鑄造速度和生產(chǎn)率的可能性下導(dǎo)致更快的殼生長。
所有這些優(yōu)點給予了在減少機器成本方面的優(yōu)點，即在具有相同數(shù)量的鋼股的情況下具有更大的生產(chǎn)率或者在具有相同生產(chǎn)率的情況下鋼股數(shù)量減小。此外，還可能將本發(fā)明安裝在現(xiàn)有機器上，使用根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶器和結(jié)晶器冷卻套來更換舊系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于連續(xù)鑄造長型或平型產(chǎn)品的結(jié)晶器，所述結(jié)晶器沿軸線(ζ)延伸并且包括界定結(jié)晶器厚度(e、e'、e3、e4)的內(nèi)表面和外表面，所述內(nèi)表面限定結(jié)晶器腔，特征在于所述結(jié)晶器(10)的縱向截面內(nèi)包含的所述結(jié)晶器的至少一個縱向元件(16A、16C)的厚度 (e3、e4)至少在所述結(jié)晶器(10)的一部分上沿縱向軸線(ζ)所限定的兩個方向從最小厚度點P增加，該增加取決于使用中的測試結(jié)晶器的測量或模擬溫度梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的結(jié)晶器，具有沿所述軸線(ζ)延伸的多個縱向元件(16、16A、16B、16C)，所述元件形成所述結(jié)晶器的橫向多邊形截面，特征在于結(jié)晶器橫向截面內(nèi)所包含的至少一個結(jié)晶器元件的厚度(e、e’)根據(jù)使用中的測試結(jié)晶器的測量或模擬橫向溫度梯度在第一值(el、e’ 1)和第二值(e2、e' 2)之間連續(xù)變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)晶器，特征在于所述厚度(e、e’)沿所述結(jié)晶器的內(nèi)角(A、 B、C、D)之一的方向從所述結(jié)晶器元件(16)的部段(AB、BC、⑶、DA)的中間連續(xù)變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3中一項權(quán)利要求所述的結(jié)晶器，特征在于每個結(jié)晶器元件(16、 16A、16B、16C)的厚度沿所述結(jié)晶器(10)的內(nèi)角(A、B、C、D、G、H、I、J)的方向從每個結(jié)晶器元件(16、16A、16B、16C)的部段的中間變化。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)晶器，特征在于至少一個結(jié)晶器元件(16、 16A、16B、16C、18、18A、18B、18C)相對于經(jīng)過所述橫向結(jié)晶器元件(16、16A、16B、16C)的中心段且與所述橫向結(jié)晶器元件垂直的平面是對稱的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的結(jié)晶器，特征在于厚度(e)的變化僅在所述結(jié)晶器(10)的高度(h)的一部分上延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的結(jié)晶器，特征在于所述變化是增加。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)晶器，特征在于最大厚度(e2、e2')是相等的。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)晶器，特征在于厚度(e3、e4)的變化是在使用中的測試結(jié)晶器上測量或模擬的縱向溫度梯度的函數(shù)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)晶器，特征在于每個縱向元件(16、16A、16B、 16C、18、18A、18B、18C)的縱向截面內(nèi)所包含的厚度(e3、e4)至少在所述結(jié)晶器(10)的一部分上沿所述縱向軸線(ζ)所限定的兩個方向從最小厚度點(P)增加。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的結(jié)晶器，特征在于根據(jù)事先在使用中的所述測試結(jié)晶器上測量的或通過模擬事先確定的最大縱向溫度點Px的位置來定位所述最小厚度點P。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的結(jié)晶器，特征在于所述最小厚度點P被定位在所述結(jié)晶器上距點Py近似在50至100 mm之間，該點Py是根據(jù)在使用中的所述測試結(jié)晶器上事先測量的或通過模擬事先確定的所述最大縱向溫度點Px來確定的。
13.—種制造根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于連續(xù)鑄造長型或平型產(chǎn)品的結(jié)晶器(10)的方法，特征在于所述方法包括步驟-測量或模擬使用中的測試結(jié)晶器的溫度梯度，-機加工所述結(jié)晶器(10)直到所述結(jié)晶器(10)的至少一部分的厚度(e、e'、e3、e4)根據(jù)所述測試結(jié)晶器的測量或模擬溫度梯度而變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中-在機加工所述結(jié)晶器之前，通過在使用中的所述測試結(jié)晶器上測量或者通過模擬使用中的所述測試結(jié)晶器來確定具有最大縱向溫度的第一點Px，-在機加工所述結(jié)晶器(10)之前，根據(jù)所述第一點Px在所述測試結(jié)晶器上的位置來確定第二點Py位于所述結(jié)晶器(10)上的位置，-機加工所述測試結(jié)晶器以使得最小厚度點位于距所述第二點Py近似在50至100 mm 之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述結(jié)晶器被機加工成使得點Py在所述結(jié)晶器 (10)上處于與點Px在所述測試結(jié)晶器上相同的位置。
16.一種設(shè)計成與根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的結(jié)晶器(10)配合的冷卻套 (30)，所述冷卻套包括主體，該主體限定多個冷卻管道(6)以用于沿所述結(jié)晶器(10)的外表面(12)引導(dǎo)冷卻劑，所述冷卻套(30)被設(shè)計成接收并至少部分地縱向圍繞所述結(jié)晶器， 特征在于，所述冷卻套(36、38)的厚度(i、i’)根據(jù)使用中的結(jié)晶器的測量或模擬溫度梯度而變化。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的冷卻套，特征在于在所述冷卻套(30)的預(yù)定高度處的所述冷卻套(30)的厚度(i、i’ )反比于處于相同高度的所述結(jié)晶器(10)的厚度(e3、e4)。
18.—種制造被設(shè)計成與根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的結(jié)晶器(10)配合的冷卻套(30)的方法，特征在于所述方法包括一步驟，在該步驟中，所述冷卻套被機加工成使得所述冷卻套(36、38)的厚度(i、i’ )根據(jù)使用中的結(jié)晶器的測量或模擬溫度梯度而變化。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述冷卻套被機加工成使得在所述冷卻套 (30)的預(yù)定高度處的所述冷卻套(30)的厚度(i、i’ )反比于處于相同高度的所述結(jié)晶器 (10)的厚度(e3、e4)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述冷卻套被機加工成使得至少在所述冷卻套 (30)的縱向部分上，在所述冷卻套(30)的給定高度處，所述結(jié)晶器(10’)的厚度(e3’、e4’ ) 越大則所述冷卻套的厚度(i、i’)越不重要。
21.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的結(jié)晶器和根據(jù)權(quán)利要求16和17中任一項所述的冷卻套的組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于連續(xù)鑄造長型或平型產(chǎn)品的結(jié)晶器，所述結(jié)晶器沿軸線(z)延伸并且包括界定結(jié)晶器厚度(e、e’、e3、e4)的內(nèi)表面和外表面，內(nèi)表面限定結(jié)晶器腔，特征在于所述結(jié)晶器(10)的縱向截面內(nèi)包含的所述結(jié)晶器的至少一個縱向元件(16A、16C)的厚度(e3、e4)至少在所述結(jié)晶器(10)的一部分上沿縱向軸線(z)所限定的兩個方向從最小厚度點P增加，該增加取決于使用中的測試結(jié)晶器的測量或模擬溫度梯度。本發(fā)明還涉及制造這種結(jié)晶器的方法、與這種結(jié)晶器配合的冷卻套設(shè)計以及包括這種結(jié)晶器和這種冷卻套的組件。
文檔編號B22D11/041GK102470425SQ201080034515
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者扎內(nèi)利 U. 申請人:西門子Vai金屬技術(shù)有限公司