專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)周向均勻冷卻的水平連鑄結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金鑄造技術(shù)領(lǐng)域，提供一種水平連鑄用結(jié)晶器，該結(jié)晶器包括了周向分布的且相互獨(dú)立的多個(gè)冷卻水腔。
背景技術(shù)：
在冶金鑄造行業(yè)，黑色金屬和有色金屬水平連鑄采用的結(jié)晶器普遍采用單級(jí)式冷卻，即只有一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口，因此在水平連鑄技術(shù)領(lǐng)域，存在一個(gè)長(zhǎng)期難以解決的技術(shù)問(wèn)題是在水平連鑄過(guò)程中，由于重力對(duì)凝固后鑄坯會(huì)產(chǎn)生向下的作用，導(dǎo)致鑄坯凝固收縮后與結(jié)晶器之間形成的間隙不均勻，下部間隙小于上部間隙，這種不均勻?qū)е逻B鑄坯內(nèi)部形成不均勻或不對(duì)稱的組織，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)硅T坯表面或內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。目前對(duì)于這種水平連鑄過(guò)程中冷卻不均勻問(wèn)題的改進(jìn)方法主要有以下3種(見(jiàn)鐘衛(wèi)佳等，銅加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)，冶金工業(yè)出版社，(2007), p. 407) (1)在結(jié)晶器出口適當(dāng)位置設(shè)置托輥以調(diào)整上述間隙，其主要的調(diào)節(jié)作用在于靠近結(jié)晶器出口端的鑄坯，而對(duì)靠近結(jié)晶器入口端的鑄坯調(diào)整作用有限，然而在靠近結(jié)晶器入口端的鑄坯的溫度較高、換熱量較大，正是影響水平連鑄鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵部分。(2)通過(guò)模具設(shè)計(jì)改進(jìn)金屬液進(jìn)入結(jié)晶器的方式，例如將上下均勻的分配方式，改為上下不均勻或不對(duì)稱的方式，使得金屬液從底部進(jìn)入結(jié)晶器。這種方法對(duì)水平連鑄傳熱的上下不均勻的調(diào)整程度有限。(3)在石墨模具內(nèi)設(shè)置水冷銅塞裝置，當(dāng)位于石墨模具下側(cè)壁的水冷銅塞的深度比上側(cè)壁小時(shí)，可改善上下冷卻不均勻現(xiàn)象。顯然，這種方法僅適用于石墨模具厚度比較大的大尺寸鑄坯的水平連鑄。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決水平連鑄過(guò)程中的鑄坯上下冷卻不均勻的問(wèn)題，提供一種可對(duì)不同部位的冷卻進(jìn)行獨(dú)立調(diào)控的結(jié)晶器。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的提出一種實(shí)現(xiàn)周向均勻冷卻的水平連鑄結(jié)晶器，用于水平連鑄保溫爐，所述水平連鑄結(jié)晶器在周向設(shè)計(jì)多個(gè)獨(dú)立的冷卻水腔，每個(gè)冷卻水腔具有進(jìn)水口 3和出水口 4，分別獨(dú)立進(jìn)水和獨(dú)立出水；通過(guò)調(diào)節(jié)每個(gè)冷卻水腔的冷卻水流量、壓力、冷卻水溫度參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述水平連鑄結(jié)晶器周向不同部位冷卻強(qiáng)度的控制和冷卻均勻性控制。所述水平連鑄結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)具體包括水冷銅套1、安裝法蘭2、鋼殼5和6、隔離部件13、多個(gè)進(jìn)水口 3和出水口 4;其中，所述水冷銅套1的內(nèi)腔用于安裝模具，所述安裝法蘭2用于將所述水平連鑄結(jié)晶器固定于水平連鑄保溫爐上；由所述鋼殼5和6，水冷銅套1 和安裝法蘭2共同構(gòu)成環(huán)形冷卻水腔，所述的環(huán)形冷卻水腔在圓周方向上被隔離部件13分成多個(gè)互不連通的獨(dú)立的冷卻水腔14，15，16，17，每個(gè)冷卻水腔均設(shè)置對(duì)應(yīng)的一個(gè)進(jìn)水口 3和出水口 4，進(jìn)水口 3和出水口 4的數(shù)量與獨(dú)立的冷卻水腔的數(shù)量相等。所述水平連鑄結(jié)晶器還包括壓緊法蘭7和兩端的密封圈，通過(guò)所述壓緊法蘭7和密封圈使鋼殼5和6，水冷銅套1和安裝法蘭2裝配緊密，確保所述環(huán)形冷卻水腔不漏水。
所述水平連鑄結(jié)晶器還包括隔離部件8和9，所述獨(dú)立的冷卻水腔被所述隔離部件8和9分隔成進(jìn)水腔10、出水腔12和它們之間連通的通道11三部分；冷卻水由所述進(jìn)水口 3進(jìn)入所述進(jìn)水腔10，充滿進(jìn)水腔10后通過(guò)所述通道11進(jìn)入所述出水腔12，并在充滿后最終由所述出水口 4流出冷卻水腔。所述隔離部件8為圓筒形，隔離部件9為圓環(huán)形，所述隔離部件8和9通過(guò)焊接在圓周方向上連接在一起；所述鋼殼5為圓筒形，與所述隔離部件9通過(guò)焊接在圓周方向上連接在一起，形成冷卻水在所述冷卻水腔中的通道。本發(fā)明可用于圓形、矩形以及其他異型截面的黑色金屬、有色金屬的水平連鑄工藝以及水平連鑄復(fù)合成形工藝，本發(fā)明提供的結(jié)晶器具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)每個(gè)冷卻水腔的冷卻水流量、溫度等參數(shù)均可獨(dú)立調(diào)整，直到達(dá)到所需的冷卻效果，特別適應(yīng)于本身截面形狀對(duì)稱性不強(qiáng)的矩形和異型坯的水平連鑄。(2)結(jié)晶器每個(gè)水腔的水量均可在線調(diào)整，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)晶線的形態(tài)，可實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器水量調(diào)整的自動(dòng)反饋控制。
圖1為本發(fā)明提出的一種結(jié)晶器結(jié)構(gòu)的主視圖， 圖2為圖1的A-A面剖面圖。圖3為本發(fā)明提供的結(jié)晶器與石墨模具的裝配示意圖。圖4為圖3的A向視圖。圖中 1水冷銅套
11冷卻水通道
2安裝法蘭
12出水腔
3 進(jìn)水口
13隔離部件
4 出水口
14獨(dú)立水腔
5 鋼殼
15獨(dú)立水腔
6 鋼殼
16獨(dú)立水腔
7壓緊法蘭
17獨(dú)立水腔
8隔離部件
18結(jié)晶器石墨內(nèi)襯
9隔離部件
⑶石墨芯棒
10進(jìn)水腔
20金屬液導(dǎo)流孔。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例并配合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1為本發(fā)明提出的一種結(jié)晶器結(jié)構(gòu)的主視圖，圖2為圖1的A-A面剖面圖。如圖所示，所述多水腔水平連鑄結(jié)晶器包括水冷銅套1、安裝法蘭2、鋼殼5和6、隔離部件8、9 和13、壓緊法蘭7、進(jìn)水口 3和出水口 4等組件。水冷銅套1的內(nèi)部用于安裝模具，安裝法蘭2用于將結(jié)晶器固定于水平連鑄保溫爐上。由鋼殼5和6，水冷銅套1和安裝法蘭2共同構(gòu)成環(huán)形冷卻水腔，通過(guò)壓緊法蘭7和兩端的密封圈使上述各部分裝配緊密，確保環(huán)形冷卻水腔不漏水。所述的環(huán)形冷卻水腔在圓周方向上被隔離部件13分成多個(gè)互不連通的獨(dú)立的冷卻水腔，每個(gè)冷卻水腔均有對(duì)應(yīng)的一個(gè)進(jìn)水口 3和出水口 4，進(jìn)水口 3和出水口 4的數(shù)量與獨(dú)立冷卻水腔的數(shù)量相等。每個(gè)所述的獨(dú)立冷卻水腔又被隔離部件8和9分隔成三部分，分別是進(jìn)水腔10、出水腔12和它們之間連通的通道11。冷卻水由冷卻水進(jìn)水口 3進(jìn)入進(jìn)水腔10，充滿進(jìn)水腔10后在通過(guò)通道11進(jìn)入出水腔12，并在充滿12后最終由出水口 4流出獨(dú)立冷卻水腔。冷卻水在流經(jīng)所述的通道11的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)水冷銅套1的強(qiáng)制冷卻。上述對(duì)進(jìn)、出冷卻水進(jìn)行分隔控制的方法，可以避免進(jìn)入結(jié)晶器獨(dú)立腔室的低溫冷卻水和經(jīng)過(guò)換熱后的高溫冷卻水混在一起，從而可以控制流經(jīng)通道11的參與冷卻換熱的冷卻水的溫度為恒定值，提高冷卻的穩(wěn)定性和冷卻效率。隔離部件13與水冷銅套1、鋼殼5和6 以及隔離部件8和9之間的結(jié)合緊密，以保證水腔之間彼此密封，其中，隔離部件8為圓筒形，隔離部件9為圓環(huán)形，隔離部件8和9可通過(guò)焊接在圓周方向上連接在一起；鋼殼5為圓筒形，隔離部件9可通過(guò)焊接與鋼殼5在圓周方向上連接在一起。冷卻水腔數(shù)量可以為 2個(gè)或2個(gè)以上，圖2中所示為4個(gè)獨(dú)立水腔，分別標(biāo)為14、15、16、17。水平連鑄過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整不同冷卻水腔的進(jìn)水壓力和流量，如加大上部冷卻水腔14的水量，減小下部冷卻水腔16的水量，達(dá)到上下冷卻均勻的目的。圖3為本發(fā)明提供的結(jié)晶器與石墨模具的裝配示意圖，圖4為圖3的A向視圖。如圖所示為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。該實(shí)施例為50X30X3mm矩形純銅管坯水平連鑄專用結(jié)晶器，矩形銅管橫截面寬50mm、高30mm、管壁厚度3mm，采用4水腔結(jié)晶器進(jìn)行水平連鑄。 水平連鑄時(shí)采用高純石墨模具，石墨內(nèi)襯18與結(jié)晶器之間采用錐面配合，如圖3所示，圖4 為圖3中A向結(jié)構(gòu)示意圖。銅液從石墨內(nèi)襯13與石墨芯棒19之間的導(dǎo)流孔20進(jìn)入。矩形銅管水平連鑄時(shí)，銅液溫度1200°C，水壓為0. 3MPa,上部水腔14的冷卻水量為400L/h，下部水腔16的冷卻水量為200L/h，左右兩側(cè)的冷卻水腔15和17的水量均為300L/h，拉坯速度為60mm/min，拉坯方式采用“拉-停-拉”，可獲得結(jié)晶線平直、無(wú)缺陷的矩形純銅管坯。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)周向均勻冷卻的水平連鑄結(jié)晶器，用于水平連鑄系統(tǒng)，其特征在于所述水平連鑄結(jié)晶器在周向設(shè)計(jì)多個(gè)獨(dú)立的冷卻水腔(14，15，16，17)，每個(gè)冷卻水腔具有進(jìn)水口(3)和出水口(4)，分別獨(dú)立進(jìn)水和獨(dú)立出水；通過(guò)調(diào)節(jié)每個(gè)冷卻水腔的冷卻水流量、壓力、冷卻水溫度參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述水平連鑄結(jié)晶器周向不同部位冷卻強(qiáng)度的控制和冷卻均勻性控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于所述水平連鑄結(jié)晶器具體包括水冷銅套(1)、安裝法蘭(2)、鋼殼(5)和(6)、隔離部件(13)、多個(gè)進(jìn)水口(3)和出水口 (4 )；其中，所述水冷銅套(1)的內(nèi)腔用于安裝模具，所述安裝法蘭(2 )用于將所述水平連鑄結(jié)晶器固定于水平連鑄系統(tǒng)上；由所述鋼殼(5)和(6)，水冷銅套(1)和安裝法蘭(2)共同構(gòu)成環(huán)形冷卻水腔，所述的環(huán)形冷卻水腔在圓周方向上被隔離部件(13)分成多個(gè)互不連通的獨(dú)立的冷卻水腔(14，15，16，17)，每個(gè)冷卻水腔均設(shè)置對(duì)應(yīng)的一個(gè)進(jìn)水口(3)和出水口 (4)，進(jìn)水口(3)和出水口(4)的數(shù)量與獨(dú)立的冷卻水腔的數(shù)量相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于所述水平連鑄結(jié)晶器還包括壓緊法蘭(7)和兩端的密封圈，通過(guò)所述壓緊法蘭(7)和密封圈使鋼殼(5)和(6)，水冷銅套 (1)和安裝法蘭(2)裝配緊密，確保所述環(huán)形冷卻水腔不漏水。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于所述水平連鑄結(jié)晶器還包括隔離部件(8)和(9)，所述獨(dú)立的冷卻水腔被所述隔離部件(8)和(9)分隔成進(jìn)水腔(10)、 出水腔(12)和它們之間連通的通道(11)三部分；冷卻水由所述進(jìn)水口(3)進(jìn)入所述進(jìn)水腔 (10)，充滿后通過(guò)所述通道(11)進(jìn)入所述出水腔(12)，并在充滿后最終由所述出水口(4) 流出冷卻水腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于所述隔離部件(8)為圓筒形， 隔離部件(9)為圓環(huán)形，所述隔離部件(8)和(9)通過(guò)焊接在圓周方向上連接在一起；所述鋼殼(5)為圓筒形，與所述隔離部件(9)通過(guò)焊接在圓周方向上連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水平連鑄用結(jié)晶器，該結(jié)晶器包括了周向分布的多個(gè)冷卻水腔，多個(gè)水腔彼此相互獨(dú)立，通過(guò)控制多個(gè)冷卻水腔的水壓或水量或進(jìn)水溫度等參數(shù)，可有效改善水平連鑄過(guò)程中的冷卻不均勻現(xiàn)象，提高連鑄坯質(zhì)量。該結(jié)晶器可用于黑色金屬和有色金屬的圓棒坯、方坯、扁坯、板坯、異型坯的水平連鑄過(guò)程。
文檔編號(hào)B22D11/055GK102248138SQ20111020727
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者劉新華, 吳永福, 謝建新 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)