专利名称：锭坯组合箱式水冷铸造装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于冶金、机械制造锻造领域中的锭坯制造装置，尤其涉及一种锭坯组 合箱式水冷铸造装置。
背景技术：
众所周知，连铸法具有效率高、质量好、金属收得率高等特点已被广泛用于板坯制 造，特别适于单品种的大批量生产；但是由于现阶段技术水平所限，连铸坯规格还只能限定 在厚度在380mm以下产品，对于大型船舶、核电设备、化工反应容器以及海洋结构用板，因 其批量小、规格大、材质要求特殊等原因，目前还只能依靠铸锭方法制造。传统铸锭方法，有方形锭、多棱圆形锭和扁钢铸锭等，定型为带锥度的定型，冷却 方法多为自然冷却。其缺点是冒口切头量大，成材率低。目前现有技术只能生产50吨以下， 厚度小于1000mm，宽度小于2500mm的锭坯。公知的技术当中还有一种方法，是将传统金属型钢锭模制作成水冷金属模，可将 整个金属模视为拉速为零的结晶器，因此无需庞大的连铸设备且不用担心其效率问题，同 时还起到了对铸锭的急冷组织细化等作用；但该方法由于采用整体模铸造，其美中不足的 是水冷钢锭模制造难度大、热开箱也相对困难。公知的技术当中另一种方法，是采用组合式结晶器原理，将四片结晶器制成的水 冷板组合起来构成钢锭铸模，其优点是组型与开箱便捷，铸型维护与更换方便，此外，宽度 或厚度可调，可实现一套模具多规格生产；其缺点是结晶器内表面工作板通常为铜合金材 料，熔点低，工作温度不易超过300°C，必须一直保持较好的冷却状态，由结晶板组成的铸型 实际上从上到下都保持在相对高的冷却条件下，因此，钢锭的凝固无法实现顺序冷却与顺 序凝固，所以也很难解决和消除中心的疏松与缩孔。有鉴于此，本发明人凭借多年的相关设计和制造经验，提出一种锭坯组合箱式水 冷铸造装置，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锭坯组合箱式水冷铸造装置，该铸造装置是利用传统 模铸铸型材料具有承受工作温度高、自身具有一定固有冷却能力的特点，将组合式结晶器 工作板采用足够厚度的Fe基钢质材料制成，再借助辅助水冷结构实现对铸型冷却强度的 可调整特性，把高度方向的整体结晶器改为可分段独立供水冷却的结构，实现了各独立段 水冷强度从0 100%范围内的调整，进而在发挥组合式模型优点的基础上，实现铸型高度 方向上的顺序冷却以及顺序凝固，达到消除疏松、缩孔提高锭坯质量目的。本发明的另一目的在于提供一种锭坯组合箱式水冷铸造装置，该铸造装置设置了 一环设组合式结晶器外侧以支撑组合式结晶器并向各个箱式水冷板组件供水的钢结构框 架；该钢结构框架采用空心环梁和空心立梁结构，并与各个箱式水冷板组件中独立水箱的 进水口和出水口合理连接，以大大降低管路数量和结构复杂程度，使操作变得更加便捷。
本发明的又一目的在于提供一种锭坯组合箱式水冷铸造装置，该铸造装置采用电 液推杆压紧系统控制各箱式水冷板组件，以使冷态合箱与热态开箱更加方便。本发明的目的是这样实现的，一种锭坯组合箱式水冷铸造装置，该铸造装置包括 由四个竖直设置的箱式水冷板组件构成的组合式结晶器，该组合式结晶器底部设有底板， 组合式结晶器顶部设有冒口 ；所述组合式结晶器外侧环设有支撑组合式结晶器并向四个箱 式水冷板组件供水的钢结构框架，所述钢结构框架与对应的箱式水冷板组件之间分别连接 设有多个电液推杆；所述箱式水冷板组件是由Fe基钢材制成的，所述各箱式水冷板组件由 与钢液接触的工作面板和位于工作面板外侧且与工作面板呈紧密接触式连接的水冷箱体 构成，所述水冷箱体由上至下分隔成两个以上紧邻设置的独立水箱，各独立水箱分别由下 水箱和位于下水箱上侧的上水箱构成；下水箱设有进水口，上水箱设有出水口 ；在工作面 板上与所述水冷箱体接触的侧面设有与独立水箱对应设置的两组以上的通水槽组；各通水 槽组是由沿工作面板纵向平行凹设的多条槽体构成的；各独立水箱的上水箱朝向工作面板 的一侧设有与对应通水槽组的槽体上端导通的热水集合结构，该热水集合结构导通于上水 箱；各独立水箱的下水箱朝向工作面板的一侧设有与对应通水槽组的槽体下端导通的冷水 分配结构，该冷水分配结构导通于下水箱。在本发明的一较佳实施方式中，所述热水集合结构包括上水箱朝向工作面板的一 侧设置的与对应通水槽组的多条槽体的上端导通的横向集水槽，在该横向集水槽中部设有 导通于上水箱的第一透水孔；所述冷水分配结构包括下水箱朝向工作面板的一侧设置的与 对应通水槽组的多条槽体的下端导通的横向布水槽，在该横向布水槽中部设有导通于下水 箱的第二透水孔。在本发明的一较佳实施方式中，所述水冷箱体是由与工作面板接触的背板、与背 板平行设置的外侧板、以及设置于背板和外侧板四周的左、右侧板及上、下侧板密封固定连 接构成的，该水冷箱体内部焊接有将水冷箱体分割为多个独立水箱以及将各独立水箱分割 为上箱体和下箱体的横向筋板；该水冷箱体内部还焊接有纵向筋板，纵向筋板上设有使同 一水箱内部连通的通孔。在本发明的一较佳实施方式中，所述各箱式水冷板组件的工作面板与水冷箱体由 多个螺栓固定连接；所述工作面板面向背板的一侧面上且对应各独立水箱的高度由上至下 设有多个间隔平行的圆底T型槽，所述背板上沿着每个圆底T型槽的中心线方向设有多个 螺栓孔，所述螺栓孔为长轴垂直圆底T型槽中心线的椭圆孔；所述螺栓头卡设在圆底T型槽 内，螺杆穿过对应的椭圆形螺栓孔并由螺母紧固连接。在本发明的一较佳实施方式中，在所述螺栓孔的外侧还设有放置螺母的椭圆形凹槽。在本发明的一较佳实施方式中，所述构成组合式结晶器的四个竖直设置的箱式水 冷板组件包括有呈前后平行设置的两个宽边组件和呈左右平行设置的两个窄边组件。在本发明的一较佳实施方式中，所述两个宽边组件被紧密夹设在两个窄边组件之 间。在本发明的一较佳实施方式中，所述两个窄边组件被紧密夹设在两个宽边组件之 间。在本发明的一较佳实施方式中，在所述工作面板与背板之间的背板一侧设有围绕
5各独立水箱的密封槽，密封槽内设有密封件。在本发明的一较佳实施方式中，所述工作面板和背板采用非淬火钢。在本发明的一较佳实施方式中，所述工作面板上与钢液接触的工作面为平面或曲 面形状。在本发明的一较佳实施方式中，曲面工作面的表面设有纵向花边结构。在本发明的一较佳实施方式中，各箱式水冷板组件的工作面板顶部分别设有四分 之一法兰，四个箱式水冷板组件组成组合式结晶器后其顶部形成一连接冒口的法兰；所述 冒口底部设有一止口，该止口设于所述法兰上。在本发明的一较佳实施方式中，所述冒口为保温绝热冒口或电加热绝热冒口。在本发明的一较佳实施方式中，所述组合式结晶器底部设置的底板为水冷底板， 该水冷底板长度方向的中部为进水箱，进水箱外侧设有出水箱。在本发明的一较佳实施方式中，所述钢结构框架包括相对组合式结晶器的各个箱 式水冷板组件外侧间隔设置的立梁，所述立梁的上端固定支撑有围绕所述组合式结晶器的 第一矩环形空心水梁，所述立梁的下端固定连接有围绕所述组合式结晶器的第二矩环形空 心水梁；所述第一矩环形空心水梁上设有主进水管，所述第二矩环形空心水梁上设有主回 水管；所述第一矩环形空心水梁通过管路与各个独立水箱的下水箱进水口导通，所述第二 矩环形空心水梁通过管路与各个独立水箱的上水箱出水口导通；所述电液推杆一端固定连 接在立梁上，另一端铰接于对应的箱式水冷板组件的外侧面。在本发明的一较佳实施方式中，每个箱式水冷板组件外侧对应间隔设置两个立 梁，所述立梁为空心管柱，其中一个立梁的上端与所述第一矩环形空心水梁导通构成供水 管柱，另一个立梁的下端与所述第二矩环形空心水梁导通构成回水管柱；所述供水管柱上 设有与相对箱式水冷板组件中各个独立水箱的下水箱进水口导通的多个第一管体；所述回 水管柱上设有与相对箱式水冷板组件中各个独立水箱的上水箱出水口导通的多个第二管 体。在本发明的一较佳实施方式中，所述第一管体上设有电动蝶阀。在本发明的一较佳实施方式中，所述回水管柱的上部设有蒸气放散口。由上所述，本发明的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其各箱式水冷板组件全部采用 Fe基钢材制成，可大大降低铸造装置的制作成本，提高了工作面板的耐热温度，铸造装置可 以在不通水冷却的条件下工作，克服了现有技术中铜板结晶器不能断水的致命缺陷；其每 个箱式水冷板组件自下而上分布有多个独立水箱，使顺序供水、顺序冷却成为可能，并使矩 形、扁钢锭消除疏松、缩孔成为可能；本发明中箱式水冷板组件的使用，能够在保证水冷板 刚度、结构强度的前提下，大大降低钢板使用量，同时水冷箱体内的水还可以增加组合式结 晶器的自重，防止铸型过轻造成抬箱炮火事故发生；再者，采用电液推杆控制各箱式水冷板 组件，具有投资小、结构简单、无需液压站及更多的管路、操作和控制便捷等优点，使热开箱 变得更加方便。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其 中
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图IA 为本发明锭坯组合箱式水冷铸造装置结构示意图。图IB 为图IA俯视结构示意图。图2A 为本发明中箱式水冷板组件结构示意图。图2B 为图2A侧视结构示意图。图3 为本发明中工作面板横截面部分结构示意图。图4A 为本发明工作面板中通水槽组和圆底T型槽的结构及分布示意图。图4B:为图4A的侧视结构示意图。图5:为本发明中工作面板的工作面设为带拱形的曲面结构的示意图(用于生产 带凸度的扁钢锭)。图6 为本发明中工作面板的工作面设有带花边起拱结构的示意图(用于生产带 凸度的多棱扁钢锭)。图7A 为本发明中背板的结构示意图。
图7B 为图7A的侧视示意图。图8A 为本发明中水冷箱体的结构示意图。图8B 为图8A的侧视示意图。图9A 为本发明中由箱式水冷板组件构成组合式结晶器的组合方式一示意图。图9B 为本发明中由箱式水冷板组件构成组合式结晶器的组合方式二示意图。图10 为本发明中组合式水冷箱角部密封方式示意图。图IlA 为本发明中钢结构框架与支撑结构示意图。图IlB 为图IlA的俯视结构示意图。图12 为本发明中箱式水冷板组件、制造加工流程示意图。图13A 图17B 为本发明中钢结构框架、箱式水冷板组件、支撑结构组装流程示 意图。图18 图21 为本发明中锭坯组合箱式水冷铸造装置浇铸钢锭过程示意图。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发 明的具体实施方式
。如图1A、图1B、图2A、图2B所示，本发明提出一种锭坯组合箱式水冷铸造装置 100，该铸造装置100包括由四个竖直设置的箱式水冷板组件10构成的组合式结晶器1，该 组合式结晶器1底部设有底板2，组合式结晶器1顶部设有冒口 3 ；所述组合式结晶器1外 侧环设有支撑组合式结晶器1并向四个箱式水冷板组件10供水的钢结构框架4，所述钢结 构框架4与对应的箱式水冷板组件10之间分别连接设有多个电液推杆5 ；如图2A、图2B所 示，所述箱式水冷板组件10是由Fe基钢材制成的，所述各箱式水冷板组件10是由与钢液 接触的工作面板11和位于工作面板11外侧且与工作面板11呈紧密接触式连接的水冷箱 体12构成，所述水冷箱体12由上至下分隔成两个以上紧邻设置的独立水箱13，在本实施方 式中以由上至下分隔成三个独立水箱13为例进行说明；各独立水箱13分别由下水箱131 和位于下水箱上侧的上水箱132构成；下水箱131设有进水口 14，上水箱132设有出水口 15 ；在工作面板11上与所述水冷箱体12接触的侧面设有与独立水箱13对应设置的三组通水槽组111 (如图3、图4A、图4B所示)，各通水槽组111之间互不相通；各通水槽组111是 由沿工作面板11纵向平行凹设的多条槽体构成的，在本实施方式中；所述各通水槽组111 是由多个U型槽构成的；各独立水箱13的上水箱132朝向工作面板11的一侧设有与对应 通水槽组111的槽体上端导通的热水集合结构16，该热水集合结构16导通于上水箱132 ； 各独立水箱13的下水箱131朝向工作面板11的一侧设有与对应通水槽组111的槽体下端 导通的冷水分配结构17，该冷水分配结构17导通于下水箱131 ；由此，当需要向各独立水箱 13分别输入冷却水时，冷却水由下水箱131的进水口 14进入该独立水箱13中，经过下水 箱131的冷水分配结构17进入对应的通水槽组111下端，冷却水由U型槽的下端向上端流 动，由上水箱132的热水集合结构16进入上水箱132，再由上水箱132的出水口 15导出形 成冷却循环。由上所述，本发明的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其各箱式水冷板组件全部采用 Fe基钢材制成，可大大降低铸造装置的制作成本，提高了工作面板的耐热温度，铸造装置 可以在不通水冷却的条件下工作，克服了现有技术中铜板结晶器不能断水的致命缺陷；其 每个箱式水冷板组件自下而上分布有多个独立水箱，使顺序供水、顺序冷却成为可能，并使 矩形钢锭消除疏松、缩孔成为可能；本发明中箱式水冷板组件的使用，能够在保证水冷板刚 度、结构强度的前提下，大大降低钢板使用量，同时水冷箱体内的水还可以增加组合式结晶 器的自重，防止铸型过轻造成抬箱炮火事故发生；再者，采用电液推杆控制各箱式水冷板 组件，具有投资小、结构简单、无需液压管路、操作和控制便捷等优点，使热开箱变得更加方 便。进一步，在本实施方式中，所述热水集合结构16包括上水箱朝向工作面板11的一 侧设置的与对应通水槽组111的多条槽体的上端导通的横向集水槽161，在该横向集水槽 161中部设有导通于上水箱132的第一透水孔162 ；所述冷水分配结构17包括下水箱131 朝向工作面板11的一侧设置的与对应通水槽组111的多条槽体的下端导通的横向布水槽 171，在该横向布水槽171中部设有导通于下水箱131的第二透水孔172。在本实施方式中， 所述横向集水槽161和横向布水槽171的宽度约为25 40mm，槽深约为8 30mm ；所述第 一透水孔162和第二透水孔172的宽度约为30 50mm，长度约为水箱宽度的1/3 1/2 ； 第一透水孔162穿透于上水箱132，第二透水孔172穿透于下水箱131 ；在本实施方式中，可 通过调整布水槽的形状和尺寸等，达到改变冷却水在工作面板宽度方向上的冷却强度分布 (例如可将布水槽设为由中间向两侧形成逐渐变窄的形状)。在本实施方式中，如图1B、图2B所示，所述水冷箱体12是由与工作面板11接触 的背板121、与背板121平行设置的外侧板122、以及设置于背板121和外侧板122四周的 左、右侧板123、124及上、下侧板125、126密封固定连接构成的，该水冷箱体12内部焊接 有将水冷箱体12分割为多个独立水箱13以及将各独立水箱13分割为上箱体132和下箱 体131的横向筋板127 ；该水冷箱体12内部还焊接有纵向筋板128，纵向筋板128上设有使 同一水箱内部连通的通孔1281 (如图8A、图8B所示)。组装时，将横向筋板127与纵向筋 板128进行焊接构成筋板架，上、下侧板与左、右侧板进行焊接构成组合箱框，外侧板122与 各独立水箱13的进、出水口的快速接头进行焊接；然后，将筋板架、背板与组合箱框进行焊 接，在左右侧板、上下侧板围成的内腔与筋板外端面平齐焊一周密封法兰129构成组合箱， 密封法兰129及横向筋板127立端面上均开设有安放密封垫的密封槽，使不同组的独立水箱以及各独立水箱的上下水箱间得到密封；最后，将外侧板122与组合箱进行把合，外侧板 与密封法兰、横向筋板立端面间为紧密接触式密封连接，采用紧固螺栓将其紧固。在本实施方式中，如图2A所示，在所述工作面板11与背板121之间的背板一侧设 有围绕各独立水箱13的密封槽1213，密封槽1213内设有密封件1214。由此保证各独立水 箱13和与其对应的通水槽组111 一同构成独立的水循环通路。所述密封件1214可由紫铜 材料制成。所述工作面板11和背板121采用非淬火钢材料制成。在本实施方式中，所述各箱式水冷板组件10的工作面板11与水冷箱体12是由多 个螺栓固定连接的；如图3、图4A、图4B所示，所述工作面板11面向背板121的一侧面上且 对应各独立水箱13的高度由上至下设有多个间隔平行的圆底T型槽112 (不同的独立水箱 对应的圆底T型槽互不相通)，如图7A、图7B所示，所述背板121上沿着每个圆底T型槽112 的中心线方向设有多个螺栓孔1211，所述螺栓孔1211为长轴垂直圆底T型槽中心线的椭 圆孔；如图2B所示，将所述螺栓头卡设在圆底T型槽112内，螺杆穿过对应的椭圆形螺栓孔 1211并由螺母紧固连接，螺母下方可设置密封垫圈。在本实施方式中，在所述螺栓孔1211 的外侧还设有放置螺母的椭圆形凹槽1212。在本实施方式中，所述纵向设置的多个圆底T 型槽112和多个U型槽应错开设置，以免发生干涉；由于本发明中采用圆底T型槽112和椭 圆形螺栓孔1211，在工作面板11接触高温钢水时工作面板高度方向可以沿圆底T型槽自 由膨胀延伸，宽度方向可以沿椭圆形螺栓孔的长轴方向自由膨胀延伸。进一步，在背板121 上沿着圆底T型槽112的中心线方向设置的多列螺栓孔1211中，靠近背板中心对称轴的两 列螺栓孔为普通圆形孔，具有定位作用；所述圆底T型槽112为槽底为圆弧角的T型槽，由 此解决开槽的应力集中问题；由于水冷箱体12的外侧板122是由紧固螺钉固定在各侧板和 筋板上的，外侧板122可以很容易地拆卸，因此，便于维护、调整和更换背板上的螺栓、面板寸。在本实施方式中，如图9A、图9B所示，所述构成组合式结晶器1的四个竖直设置的 箱式水冷板组件10包括有呈前后平行设置的两个宽边组件101和呈左右平行设置的两个 窄边组件102 ；当所述两个宽边组件101被紧密夹设在两个窄边组件102之间时(如图9B 所示)，所铸钢坯的宽度不可调，通过调整两个宽边组件101的间距，可以实现钢锭规格厚 度方向的调整；当所述两个窄边组件被紧密夹设在两个宽边组件之间时(如图9A所示)， 所铸钢坯的厚度不可调，通过调整两个窄边组件102的间距，可以实现钢锭规格宽度方向 的调整。由于高温钢液在注入组合式结晶器1组成的铸型时，高温钢液与工作面板11先后 接触到的位置不同，工作面板会出现由下向上不均勻变形及膨胀，因此，在本发明中除了背 板与螺栓紧固尽可能减少法向变形量，同时变形后的工作面板可以沿圆底T型槽向上自由 伸展，宽度方向可以沿椭圆形螺栓孔长轴方向自由伸展；在两垂直相邻的两个箱式水冷板 组件10接触面上，可以调整位置的水冷板组件10的工作面板比其侧板端面短5 15mm(预 留膨胀缝)，浇铸前事先用可压缩的耐火纤维材料6(如图10所示)将缝隙塞好，并在外面 涂上耐火涂料，当接触钢液的工作面板受热膨胀时将压挤耐火纤维材料，不致使整个铸型 产生不均勻膨胀及导致炮火漏钢事故发生。在本实施方式中，所述工作面板11上与钢液接触的工作面根据使用的需要可以 是平面结构(生产的锭坯为矩形锭)；如图5、图6所示，也可以是带拱形的曲面结构(用于生产带凸度的扁钢锭)，曲面还可以是带花边(设有纵向花边)的结构(用于生产带凸度的 多棱扁钢锭)。在本实施方式中，如图1A、图2B、图4B所示，各箱式水冷板组件10的工作面板11 顶部分别设有四分之一法兰113，四个箱式水冷板组件10组成组合式结晶器1后其顶部由 四个四分之一法兰113形成一完整的连接冒口的法兰；所述冒口 3底部设有一止口 31，该 止口 31设于所述法兰上；围绕法兰的外侧且位于冒口 3与各箱式水冷板组件10之间填充 有耐火材料7。当铸型内浇入钢液后，工作面板11受热膨胀通过圆底T型槽112自由向上 伸展，并与冒口法兰一起托着冒口 3整体向上；所述冒口 3可为保温绝热冒口，也可为电加 热绝热冒口等现有结构的冒口。在本实施方式中，如图IA所示，所述组合式结晶器1底部设置的底板2可采用现 有的传统底板结构；也可为水冷底板结构。当采用水冷底板结构时，该水冷底板可采用与上 述箱式水冷板组件10的结构相似的结构(具体结构不再赘述)；该水冷底板长度方向的中 部设置为进水箱，进水箱外侧设有出水箱，由此，可实现由锭坯底部中间位置逐步向外侧的 顺序冷却。在本实施方式中，如图1A、图1B、图IlA和图IlB所示，所述钢结构框架4包括相 对组合式结晶器1的各个箱式水冷板组件10外侧间隔设置的立梁41，所述立梁41的上端 固定支撑有围绕所述组合式结晶器1的第一矩环形空心水梁42，所述立梁41的下端固定连 接有围绕所述组合式结晶器1的第二矩环形空心水梁43，第二矩环形空心水梁43下方可设 置一支座44 ；所述第一矩环形空心水梁42上设有主进水管421，所述第二矩环形空心水梁 43上设有主回水管431 ；所述第一矩环形空心水梁42通过管路与各个独立水箱13的下水 箱131进水口 14导通，所述第二矩环形空心水梁43通过管路与各个独立水箱13的上水箱 132出水口 15导通；所述各电液推杆5的一端固定连接在立梁41上，另一端铰接于对应的 箱式水冷板组件10的外侧面。进一步，如图IlA所示，每个箱式水冷板组件10外侧间隔设置两个立梁41，所述立 梁41为空心管柱，其中一个立梁41的上端与所述第一矩环形空心水梁42导通构成供水管 柱411 (如图IlA所示，供水管柱411上端与第一矩环形空心水梁42之间设有透孔4111)， 另一个立梁41的下端与所述第二矩环形空心水梁43导通构成回水管柱412(如图IlA所 示，回水管柱412下端与第二矩环形空心水梁43之间设有透孔4121)；如图IB所示，所述 供水管柱411上设有与相对箱式水冷板组件10中各个独立水箱13的下水箱131进水口 14 导通的多个第一管体4112 ；所述回水管柱412上设有与相对箱式水冷板组件10中各个独 立水箱13的上水箱132出水口 15导通的多个第二管体4122。所述第一管体4112和第二 管体4122可为耐压软管。在本实施方式中，所述第一管体4112上设有电动蝶阀(图中未 示出)，以使进入各个独立水箱13的下水箱131进水口 14的冷却水的流量可进行自动调 节和控制。第一矩环形空心水梁42与外部主供水系统相连，供水压力4 8kg/cm2 ；第二矩 环形空心水梁43与外部回水系统相连，可根据回水管柱412内的水位自动控制与回水管柱 412连接的回水泵(图中未示出)；回水泵将被加热了的热水与外部换热系统换热，将热量 回收利用或放散，将被冷却了的凉水重新由供水回路注入冷却供水系统。在本实施方式中，所述回水管柱412的上部设有蒸气放散口 4123，可通过管路回 收或放散蒸气。
在本实施方式的锭坯组合箱式水冷铸造装置中，如果在冒口上安放中注管即可实 现顶铸生产，如果将下底板设置上浇铸通道并与外中注管连接即可实现底铸方式生产。由上所述，本发明的铸造装置，当铸型内浇入钢液后，通过调整各个箱式水冷板组 件自下而上的冷却箱系统的给水顺序及给水强度，能够实现强制顺序冷却、顺序凝固，能够 达到消除疏松、缩孔缺陷的目的。在本实施方式中，采用该锭坯组合箱式水冷铸造装置制造矩形锭坯的制造过程按 模具的制作、组装、浇铸、控制、开箱的操作步骤而进行操作实施。具体操作步骤如下一、模具的制作(组合箱式水冷板组件的组装流程如图12所示)1.组合箱式水冷板组件各零部件按照规格图纸设计要求进行加工、检查；2.将工作面板与对应工作面板的四分之一法兰进行焊接，横向筋板与纵向筋板进 行焊接构成筋板架，上下侧板与左右侧板进行焊接构成组合箱框，外侧板与进水口和出水 口的水管快速接头进行焊接；3.将筋板架、背板与组合箱框进行焊接；4.将密封法兰与组合箱框、筋板架焊接成组合箱；5.将外侧板与组合箱进行把合；6.整体进行去除应力退火；7.对焊接体背板与工作面板接触面进行整体加工(用平面磨磨平)；密封法兰面 包括筋板外断面整体加工(用平面磨磨平)；8.加工出所有密封槽；9.将所需方头螺栓安装到工作面板的圆底T型槽内对应背板上椭圆形螺栓孔位 置，安放背板与工作面板间的密封件；将工作面板与组合箱背板平面合到一起，将各方头螺 栓穿入椭圆形螺栓孔内；将螺栓用垫圈、螺母预紧；10.检查工作面板底面与下端面板平齐、工作面板与左右侧板中心对中后，上紧所 述方头螺栓螺母；11.安放密封法兰垫，组装外侧板，把合上紧外侧板紧固螺栓；12.分别对每一个水箱进行注水、打压试验合格后，将水放出即可具备使用。二、组合箱式水冷模具的组装(以上注为例，如图13A 图17B所示)1.首先将矩环形框架安放到作业场地；2.在矩环形框架中心安放底板(可为水冷底板)，测量各边距矩环形框架距离，找 正放水平(如图13A、图13B所示)；3.在底板上分别安装两个宽边箱式水冷板组件，安装电液推杆与框架固定、与水 冷板组件绞接，调整丝杆固定两个宽边箱式水冷板组件在底板上的位置(如图14A、图14B 所示)；4.在底板上两个宽边箱式水冷板组件的两个端面，安放两个窄边箱式水冷板组件 及对应电液推杆，调整电动丝杆给窄边箱式水冷板组件预紧200 260t力(如图15A、图 15B所示)；5.填充箱式水冷板角部膨胀缝；6.安放冒口(如图1ΘΑ、图1册所示)；
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7.安装中注管及浇铸漏斗(如图17A、图17B所示)；8.连接水路用管件及软管；9.打开总供水阀门，将外部水源引入矩环形框架水梁中，待浇铸。三、矩形组合箱式锭坯的铸造浇铸(以顶注为例，如图18 图21所示)1.浇铸前，首先检查工装模具、管路、阀门，是否组装、连接完好，无水渗漏；2.打开所有回水阀门，保证回水回路畅通，打开水冷底板、锭身下方第一段独立水 箱的供水阀(如图18所示)；3.启动回水泵，使供、回水回路正常运行；4.按工艺要求浇铸温度(采用高温慢注方法，过热度35 45°C )浇铸金属液，使 钢液缓慢平稳铺满型腔底平面，在液面高度达到200mm以后，向型腔内加入液面保护渣；5.保持液面平稳、均勻上升至冒口箱下沿以上200mm(如图19所示)；6.冒口加保温覆盖剂，间断点浇金属液点补冒口，保持冒口的补缩温度、高度(如 图20所示)；7.吊出冒口浇铸漏斗及中铸管，补加冒口保温覆盖剂(如图21所示)；四、启动铸型顺序冷却程序根据事先CAE仿真计算结果确定的顺序冷却工艺，按 规定时间顺序打开第二段(如图20所示)、第三段(如图21所示)冷却系统，同时根据供 水流量变化控制回水流量，致金属液凝固推进到冒口 ；待铸锭整体温度达到工艺起模温度 后，关闭供水阀门，待回水管内冷却水基本蒸发后，卸下管网软管，准备脱模开箱；五、脱模开箱操作首先卸掉冒口，启动电动丝杆电源，依次拆除两端面箱式水冷 板组件、两侧箱式水冷板组件，吊出钢锭；六、检查清整铸型准备下一轮生产。本发明具有如下有益的技术效果1.由于本发明采用四个箱式水冷板组件组合构成组合式结晶器，可以实现宽度固 定厚度可调或厚度固定宽度可调两种方式，大大降低了不同规格钢锭所需的模具制作周期 及成本；2.由于每个箱式水冷板组件自下而上分布有多个独立水箱，使顺序供水、顺序冷 却成为可能，使矩形钢锭消除疏松、缩孔成为可能；3.本发明箱式水冷板组件全部采用Fe基钢材制成；使制造成本大大降低；4.工作面板和背板采用足够厚度的低碳高韧性非淬火钢，其耐工作温度高完全可 以在不通水冷却的条件下工作，解决了铜板结晶器不能断水的致命缺陷，同时使分时顺序 冷却成为可能；5.工作面板垂直方向开设的圆底T型槽，解决了开槽应力集中问题，圆底T型槽可 以使方头螺栓在铸型工作面受热时在圆底T型槽内上下滑动；不仅避免了膨胀不一容易使 螺栓切断问题，同时降低了整体变形、提高铸型安全性、提高了使用寿命；6.工作面板垂直方向的U型水槽，不仅可降低工作板厚度方向应力，同时提高了 工作面板冷却换热面积，同一箱体内的圆底T型槽和U型水槽上下贯通，不同一箱体间不贯 通，实现了同一块工作面板高度上的冷却是独立进行；7.工作面板上方设置的与冒口相连接的四分之一冒口法兰，实现了工作面板冷热 涨缩状态下始终能保持与冒口的紧密连接；
8.在背板与工作面板接触面上设置密封槽和密封件，保证了背板与工作面板之间 在可滑动状态下的密闭；9.背板上开设的呈水平设置的椭圆形螺栓孔，保证了工作面板受热后紧固螺栓能 在宽度方向上进行滑移，中心轴两侧的两列圆形螺栓孔同时起到定位作用；10.每个独立水箱内的独特的布水槽结构，实现了冷却水在工作面板宽度方向上 冷却强度的分布控制，实现了钢锭宽度方向的中心强冷，边角弱冷的要求；11.横向和纵向筋板的巧妙使用，不仅起到了提高刚度、强度作用，同时实现了水 箱的分隔，使独立供水得以实现；12.外侧板采用螺栓紧固，便于维护、调整和更换背板上的螺栓、面板等，提高了系 统的可维护保养特性；13.四个组合式水冷板组件围成的边角部位，工作面板与侧板端间预留的膨胀缝， 避免了工作面板受热膨胀时导致的变形、炮火漏钢事故发生；14.电液推杆压紧系统具有结构简单、无需液压管路、投资省、操作控制便捷等优
点；15.组合式结构与电液推杆的使用，使热开箱变得更加方便；16.采用矩环形空心水梁和空心立梁的钢结构框架与水冷供、回水系统的有机融 合，在不降低钢结构强度的基础上，既提高了钢结构整体重量，提高了自身稳定性，同时大 大降低了管路数量和结构复杂程度，使操作变得更加便捷；17.箱式水冷板组件在保证水冷板刚度、强度的前提下，使钢板使用量大大降低， 同时水冷箱内的水还可以增加箱体自重，防止铸型过轻造成抬箱炮火事故发生；18.环形水梁采取的上供水、下回水结构，使供水更加顺畅，回水有利于水、汽分 离，热水可由回水泵抽走，高温蒸汽从上方冒出或回收，避免了回水向未供水的冷却箱内倒 灌；19.通过该装置，当铸型内浇入钢液后，通过调整自下而上的冷却箱系统的给水顺 序以及给水强度，能够达到强制顺序冷却、顺序凝固的效果，能够实现消除疏松、缩孔缺陷 的目的。综上所述，本发明的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其各箱式水冷板组件全部采用 Fe基钢材制成，可大大降低铸造装置的制作成本，提高了工作面板的耐热温度，铸造装置 可以在不通水冷却的条件下工作，克服了现有技术中铜板结晶器不能断水的致命缺陷；其 每个箱式水冷板组件自下而上分布有多个独立水箱，使顺序供水、顺序冷却成为可能，并使 矩形钢锭消除疏松、缩孔成为可能；本发明中箱式水冷板组件的使用，能够在保证水冷板刚 度、结构强度的前提下，大大降低钢板使用量，同时水冷箱体内的水还可以增加组合式结晶 器的自重，防止铸型过轻造成抬箱炮火事故发生；再者，采用电液推杆控制各箱式水冷板 组件，具有投资小、结构简单、无需液压管路、操作和控制便捷等优点，使热开箱变得更加方 便；本发明的锭坯组合箱式水冷铸造装置使提高铸锭质量、提高铸锭金属利用率成为可能。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何 本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均 应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于该铸造装置包括由四个竖直设置的 箱式水冷板组件构成的组合式结晶器，该组合式结晶器底部设有底板，组合式结晶器顶部 设有冒口 ；所述组合式结晶器外侧环设有支撑组合式结晶器并向四个箱式水冷板组件供 水的钢结构框架，所述钢结构框架与对应的箱式水冷板组件之间分别连接设有多个电液推 杆；所述箱式水冷板组件是由Fe基钢材制成的，所述各箱式水冷板组件由与钢液接触的工 作面板和位于工作面板外侧且与工作面板呈紧密接触式连接的水冷箱体构成，所述水冷箱 体由上至下分隔成两个以上紧邻设置的独立水箱，各独立水箱分别由下水箱和位于下水箱 上侧的上水箱构成；下水箱设有进水口，上水箱设有出水口 ；在工作面板上与所述水冷箱 体接触的侧面设有与独立水箱对应设置的两组以上的通水槽组；各通水槽组是由沿工作面 板纵向平行凹设的多条槽体构成的；各独立水箱的上水箱朝向工作面板的一侧设有与对应 通水槽组的槽体上端导通的热水集合结构，该热水集合结构导通于上水箱；各独立水箱的 下水箱朝向工作面板的一侧设有与对应通水槽组的槽体下端导通的冷水分配结构，该冷水 分配结构导通于下水箱。
2.如权利要求1所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述热水集合结构 包括上水箱朝向工作面板的一侧设置的与对应通水槽组的多条槽体的上端导通的横向集 水槽，在该横向集水槽中部设有导通于上水箱的第一透水孔；所述冷水分配结构包括下水 箱朝向工作面板的一侧设置的与对应通水槽组的多条槽体的下端导通的横向布水槽，在该 横向布水槽中部设有导通于下水箱的第二透水孔。
3.如权利要求1所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述水冷箱体是由 与工作面板接触的背板、与背板平行设置的外侧板、以及设置于背板和外侧板四周的左、右 侧板及上、下侧板密封固定连接构成的，该水冷箱体内部焊接有将水冷箱体分割为多个独 立水箱以及将各独立水箱分割为上箱体和下箱体的横向筋板；该水冷箱体内部还焊接有纵 向筋板，纵向筋板上设有使同一水箱内部连通的通孔。
4.如权利要求3所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述各箱式水冷板 组件的工作面板与水冷箱体由多个螺栓固定连接；所述工作面板面向背板的一侧面上且对 应各独立水箱的高度由上至下设有多个间隔平行的圆底T型槽，所述背板上沿着每个圆底 T型槽的中心线方向设有多个螺栓孔，所述螺栓孔为长轴垂直圆底T型槽中心线的椭圆孔； 所述螺栓头卡设在圆底T型槽内，螺杆穿过对应的椭圆形螺栓孔并由螺母紧固连接。
5.如权利要求4所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于在所述螺栓孔的外 侧还设有放置螺母的椭圆形凹槽。
6.如权利要求1所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述构成组合式结 晶器的四个竖直设置的箱式水冷板组件包括有呈前后平行设置的两个宽边组件和呈左右 平行设置的两个窄边组件。
7.如权利要求6所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述两个宽边组件 被紧密夹设在两个窄边组件之间。
8.如权利要求6所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述两个窄边组件 被紧密夹设在两个宽边组件之间。
9.如权利要求3所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于在所述工作面板与 背板之间的背板一侧设有围绕各独立水箱的密封槽，密封槽内设有密封件。
10.如权利要求3所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述工作面板和背 板采用非淬火钢。
11.如权利要求1所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述工作面板上与 钢液接触的工作面为平面或曲面形状。
12.如权利要求11所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于曲面工作面的表 面设有纵向花边结构。
13.如权利要求1所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于各箱式水冷板组件 的工作面板顶部分别设有四分之一法兰，四个箱式水冷板组件组成组合式结晶器后其顶部 形成一连接冒口的法兰；所述冒口底部设有一止口，该止口设于所述法兰上。
14.如权利要求13所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述冒口为保温 绝热冒口或电加热绝热冒口。
15.如权利要求1所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述组合式结晶器 底部设置的底板为水冷底板，该水冷底板长度方向的中部为进水箱，进水箱外侧设有出水 箱。
16.如权利要求1所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述钢结构框架包 括相对组合式结晶器的各个箱式水冷板组件外侧间隔设置的立梁，所述立梁的上端固定支 撑有围绕所述组合式结晶器的第一矩环形空心水梁，所述立梁的下端固定连接有围绕所述 组合式结晶器的第二矩环形空心水梁；所述第一矩环形空心水梁上设有主进水管，所述第 二矩环形空心水梁上设有主回水管；所述第一矩环形空心水梁通过管路与各个独立水箱的 下水箱进水口导通，所述第二矩环形空心水梁通过管路与各个独立水箱的上水箱出水口导 通；所述电液推杆一端固定连接在立梁上，另一端铰接于对应的箱式水冷板组件的外侧面。
17.如权利要求16所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于每个箱式水冷板 组件外侧对应间隔设置两个立梁，所述立梁为空心管柱，其中一个立梁的上端与所述第一 矩环形空心水梁导通构成供水管柱，另一个立梁的下端与所述第二矩环形空心水梁导通构 成回水管柱；所述供水管柱上设有与相对箱式水冷板组件中各个独立水箱的下水箱进水口 导通的多个第一管体；所述回水管柱上设有与相对箱式水冷板组件中各个独立水箱的上水 箱出水口导通的多个第二管体。
18.如权利要求17所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述第一管体上 设有电动蝶阀。
19.如权利要求17所述的锭坯组合箱式水冷铸造装置，其特征在于所述回水管柱的 上部设有蒸气放散口。
全文摘要
本发明为一种锭坯组合箱式水冷铸造装置，该铸造装置由箱式水冷板组件构成组合式结晶器，组合式结晶器底部设有底板，顶部设有冒口；组合式结晶器外侧环设有支撑组合式结晶器并向箱式水冷板组件供水的钢结构框架，钢结构框架与对应的箱式水冷板组件之间分别连接有电液推杆；该铸造装置是利用传统模铸铸型材料具有承受工作温度高、自身具有一定固有冷却能力的特点，将组合式组合式结晶器工作板采用足够厚度的Fe基钢质材料制成，再借助辅助水冷结构实现对铸型冷却强度的可调整特性，高度方向改整体结晶器为分段独立供水冷却的结构，实现了各独立段水冷强度的调整，实现铸型高度方向上的顺序冷却以及顺序凝固，达到消除疏松、缩孔提高锭坯质量目的。
文档编号B22D7/08GK102114525SQ201110072158
公开日2011年7月6日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者刘艳, 周守航, 张西鹏, 曹建宁, 李耀军, 黄衍林 申请人:中冶京诚工程技术有限公司