一种不易变形的大方坯连铸结晶器铜管技术领域
本发明属于钢铁冶金工装技术领域，具体涉及一种不易变形的大方坯连铸结晶器铜管。
背景技术
目前越来越多的大方坯连铸机采用银铜或磷脱氧铜材质的管式结晶器，管式结晶器铜管内腔尺寸变大、壁厚相对变薄，浇注过程铜管冷却依靠其外壁和水套间窄水缝内的高压水进行冷却，铜管四个面中间在力学上属于挠性梁的受力最大变形部位、在高压水作用下铜管半高度部位四个面中间将产生2毫米左右的向内变形量（附图1、图2）。
这种变形的存在使结晶器固有倒锥度发生变化、不适应坯壳的凝固收缩规律，铜管四个面中间部位向内收缩挤压初生坯壳、导致铜管内壁上下部分与坯壳的接触紧密程度不同，上半部分接触紧、铜管和坯壳摩擦力大，下半部分接触松、铜管和坯壳间气隙变大、水汽进入气隙侵蚀镀层；
综上，目前大方坯连铸机管式结晶器结构对铸坯质量和本身的有效浇钢应用不是最佳形式，有改善的要求和必要性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种大方坯连铸结晶器铜管，采用新的铜管材质，提高铜管的弹性模量；再采用新的结构设计，减小铜管变形量，保证铜管倒锥度适应坯壳收缩规律，减轻铜管内表面镀层磨损，提高结晶器有效使用寿命和铸坯质量。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种不易变形的大方坯连铸结晶器铜管，包括方形管本体，所述方形管本体的四面内壁分别成型为内陷的曲面，相邻所述曲面之间通过圆角过渡。
优选地，方形管本体壁厚为20～30mm，曲面弦高从方形管本体上口到中间部位逐渐减少，最大弦高值范围1～3mm。在结晶器弯月面高度处铜管曲面弦高最大、向下逐渐减少，在一半高度下弦高收缩到零、曲面恢复到平面结构（附图5）。曲面内壁铜管相当于将挠性梁改良成了拱形梁，受力结构型式发生改变，同时角部壁厚加大提高了对拱形梁受力变形的支撑强度，铜管最大变形部位在高压水作用下的向内变形量会进一步减小30～40%。
优选地，圆角半径10～30mm，使相邻曲面相接部位接近切线形式过渡。
进一步地，铜管材质按质量百分比计包括Zr0.08～0.30%、Cr0.5～1.5%、O＜100ppm，余量为铜及不可避免的杂质元素。机械性能满足：抗拉强度σb≥294MPa、屈服强度δs≥235MPa、延伸率δ≥15%、硬度≥100HB。
本发明采用高弹性模量的CrZrCu材质铜管代替目前AgCu材质铜管，CrZrCu材质硬度比AgCu材质提高40%左右，冷试打压最大变形量比相同条件下的AgCu材质铜管减小15～30%。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、曲面结构铜管内壁在冷却水压力下的变形量大幅减少、并且变形平缓，避免了结晶器内薄弱的初生坯壳受到铜管局部大变形部位的挤压作用，曲面内壁结构具有提高结晶器倒锥度的作用，可以更好的适应线收缩大的、包晶反应钢种的浇注生产，内壁和坯壳间气隙小，有利于补偿结晶器内液态和坯壳包晶反应收缩量。
2、铜管内壁弦高逐渐降低对初生坯壳有均匀稳定的面部积压作用，再加之角部铜壁厚度增大带来的弱冷作用，可以减小坯壳与铜管内壁之间的气隙量，使铸坯表面更加平整光滑。
3、平面结构铜管高度中间部位的受力最大变形减小了坯壳周长，增大坯壳在结晶器下半部分气隙量，足辊区域的水汽侵入结晶器下端铜管内部区域，水汽增大坯壳表面渣中氟的活跃度，氟对铜管内壁镀层的侵蚀反应加剧，导致铜管下口内壁镀层的大面积剥落；曲面内壁结构可以明显减轻这种铜管内壁镀层剥落发生。
4、曲面结构铜管内壁和角部与坯壳的接触比平面结构铜管要轻柔，减轻了坯壳对铜管内壁镀层的磨损，可以提高铜管的有效使用寿命。
附图说明
图1为现有铜管的结构示意图；
图2为现有铜管的受力示意图；
图3为本发明实施例中铜管的结构示意图；
图4为本发明实施例中铜管的受力示意图；
图5为本发明实施例中铜管的立体图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图3和4所示，本实施例中的不易变形的大方坯连铸结晶器铜管，包括方形管本体1，所述方形管本体1的四面内壁分别成型为内陷的曲面a，相邻曲面a之间通过圆角过渡。方形管本体壁厚为20～30mm，曲面弦高从方形管本体上口到中间部位逐渐减少，在一半高度下弦高收缩到零、曲面恢复到平面结构，最大弦高值范围1～3mm，圆角半径为10～30mm。
进一步地，铜管采用高弹性模量的CrZrCu材质铜管，按质量百分比计包括Zr0.08～0.30%、Cr0.5～1.5%、O＜100ppm，余量为铜及不可避免的杂质元素。机械性能满足：抗拉强度σb≥294MPa、屈服强度δs≥235MPa、延伸率δ≥15%、硬度≥100HB。
CrZrCu材质硬度比现有铜管AgCu材质提高40%左右、冷试打压最大变形量比相同条件下的AgCu材质铜管减小15～30%。
上述结构的曲面内壁铜管相当于将挠性梁改良成了拱形梁，受力结构型式发生改变，同时角部壁厚加大提高了对拱形梁受力变形的支撑强度，铜管最大变形部位在高压水作用下的向内变形量会进一步减小30～40%。
铜管内壁弦高逐渐降低对初生坯壳有均匀稳定的面部积压作用，再加之角部铜壁厚度增大带来的弱冷作用，可以减小坯壳与铜管内壁之间的气隙量，使铸坯表面更加平整光滑。