专利名称：一种实现周向均匀冷却的水平连铸结晶器的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金铸造技术领域，提供一种水平连铸用结晶器，该结晶器包括了周向分布的且相互独立的多个冷却水腔。
背景技术：
在冶金铸造行业，黑色金属和有色金属水平连铸采用的结晶器普遍采用单级式冷却，即只有一个进水口和一个出水口，因此在水平连铸技术领域，存在一个长期难以解决的技术问题是在水平连铸过程中，由于重力对凝固后铸坯会产生向下的作用，导致铸坯凝固收缩后与结晶器之间形成的间隙不均勻，下部间隙小于上部间隙，这种不均勻导致连铸坯内部形成不均勻或不对称的组织，严重时甚至会使铸坯表面或内部产生裂纹。目前对于这种水平连铸过程中冷却不均勻问题的改进方法主要有以下3种(见钟卫佳等，铜加工技术实用手册，冶金工业出版社，(2007), p. 407) (1)在结晶器出口适当位置设置托辊以调整上述间隙，其主要的调节作用在于靠近结晶器出口端的铸坯，而对靠近结晶器入口端的铸坯调整作用有限，然而在靠近结晶器入口端的铸坯的温度较高、换热量较大，正是影响水平连铸铸坯质量的关键部分。(2)通过模具设计改进金属液进入结晶器的方式，例如将上下均勻的分配方式，改为上下不均勻或不对称的方式，使得金属液从底部进入结晶器。这种方法对水平连铸传热的上下不均勻的调整程度有限。(3)在石墨模具内设置水冷铜塞装置，当位于石墨模具下侧壁的水冷铜塞的深度比上侧壁小时，可改善上下冷却不均勻现象。显然，这种方法仅适用于石墨模具厚度比较大的大尺寸铸坯的水平连铸。
发明内容
本发明的目的在于解决水平连铸过程中的铸坯上下冷却不均勻的问题，提供一种可对不同部位的冷却进行独立调控的结晶器。为了实现本发明的目的提出一种实现周向均勻冷却的水平连铸结晶器，用于水平连铸保温炉，所述水平连铸结晶器在周向设计多个独立的冷却水腔，每个冷却水腔具有进水口 3和出水口 4，分别独立进水和独立出水；通过调节每个冷却水腔的冷却水流量、压力、冷却水温度参数，实现对所述水平连铸结晶器周向不同部位冷却强度的控制和冷却均勻性控制。所述水平连铸结晶器的结构具体包括水冷铜套1、安装法兰2、钢壳5和6、隔离部件13、多个进水口 3和出水口 4;其中，所述水冷铜套1的内腔用于安装模具，所述安装法兰2用于将所述水平连铸结晶器固定于水平连铸保温炉上；由所述钢壳5和6，水冷铜套1 和安装法兰2共同构成环形冷却水腔，所述的环形冷却水腔在圆周方向上被隔离部件13分成多个互不连通的独立的冷却水腔14，15，16，17，每个冷却水腔均设置对应的一个进水口 3和出水口 4，进水口 3和出水口 4的数量与独立的冷却水腔的数量相等。所述水平连铸结晶器还包括压紧法兰7和两端的密封圈，通过所述压紧法兰7和密封圈使钢壳5和6，水冷铜套1和安装法兰2装配紧密，确保所述环形冷却水腔不漏水。
所述水平连铸结晶器还包括隔离部件8和9，所述独立的冷却水腔被所述隔离部件8和9分隔成进水腔10、出水腔12和它们之间连通的通道11三部分；冷却水由所述进水口 3进入所述进水腔10，充满进水腔10后通过所述通道11进入所述出水腔12，并在充满后最终由所述出水口 4流出冷却水腔。所述隔离部件8为圆筒形，隔离部件9为圆环形，所述隔离部件8和9通过焊接在圆周方向上连接在一起；所述钢壳5为圆筒形，与所述隔离部件9通过焊接在圆周方向上连接在一起，形成冷却水在所述冷却水腔中的通道。本发明可用于圆形、矩形以及其他异型截面的黑色金属、有色金属的水平连铸工艺以及水平连铸复合成形工艺，本发明提供的结晶器具有以下优点
(1)每个冷却水腔的冷却水流量、温度等参数均可独立调整，直到达到所需的冷却效果，特别适应于本身截面形状对称性不强的矩形和异型坯的水平连铸。(2)结晶器每个水腔的水量均可在线调整，通过实时监测结晶线的形态，可实现结晶器水量调整的自动反馈控制。
图1为本发明提出的一种结晶器结构的主视图， 图2为图1的A-A面剖面图。图3为本发明提供的结晶器与石墨模具的装配示意图。图4为图3的A向视图。图中 1水冷铜套
11冷却水通道
2安装法兰
12出水腔
3 进水口
13隔离部件
4 出水口
14独立水腔
5 钢壳
15独立水腔
6 钢壳
16独立水腔
7压紧法兰
17独立水腔
8隔离部件
18结晶器石墨内衬
9隔离部件
⑶石墨芯棒
10进水腔
20金属液导流孔。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例并配合附图，对本发明进一步详细说明。图1为本发明提出的一种结晶器结构的主视图，图2为图1的A-A面剖面图。如图所示，所述多水腔水平连铸结晶器包括水冷铜套1、安装法兰2、钢壳5和6、隔离部件8、9 和13、压紧法兰7、进水口 3和出水口 4等组件。水冷铜套1的内部用于安装模具，安装法兰2用于将结晶器固定于水平连铸保温炉上。由钢壳5和6，水冷铜套1和安装法兰2共同构成环形冷却水腔，通过压紧法兰7和两端的密封圈使上述各部分装配紧密，确保环形冷却水腔不漏水。所述的环形冷却水腔在圆周方向上被隔离部件13分成多个互不连通的独立的冷却水腔，每个冷却水腔均有对应的一个进水口 3和出水口 4，进水口 3和出水口 4的数量与独立冷却水腔的数量相等。每个所述的独立冷却水腔又被隔离部件8和9分隔成三部分，分别是进水腔10、出水腔12和它们之间连通的通道11。冷却水由冷却水进水口 3进入进水腔10，充满进水腔10后在通过通道11进入出水腔12，并在充满12后最终由出水口 4流出独立冷却水腔。冷却水在流经所述的通道11的过程中实现对水冷铜套1的强制冷却。上述对进、出冷却水进行分隔控制的方法，可以避免进入结晶器独立腔室的低温冷却水和经过换热后的高温冷却水混在一起，从而可以控制流经通道11的参与冷却换热的冷却水的温度为恒定值，提高冷却的稳定性和冷却效率。隔离部件13与水冷铜套1、钢壳5和6 以及隔离部件8和9之间的结合紧密，以保证水腔之间彼此密封，其中，隔离部件8为圆筒形，隔离部件9为圆环形，隔离部件8和9可通过焊接在圆周方向上连接在一起；钢壳5为圆筒形，隔离部件9可通过焊接与钢壳5在圆周方向上连接在一起。冷却水腔数量可以为 2个或2个以上，图2中所示为4个独立水腔，分别标为14、15、16、17。水平连铸过程中，通过调整不同冷却水腔的进水压力和流量，如加大上部冷却水腔14的水量，减小下部冷却水腔16的水量，达到上下冷却均勻的目的。图3为本发明提供的结晶器与石墨模具的装配示意图，图4为图3的A向视图。如图所示为本发明的一个具体实施例。该实施例为50X30X3mm矩形纯铜管坯水平连铸专用结晶器，矩形铜管横截面宽50mm、高30mm、管壁厚度3mm，采用4水腔结晶器进行水平连铸。 水平连铸时采用高纯石墨模具，石墨内衬18与结晶器之间采用锥面配合，如图3所示，图4 为图3中A向结构示意图。铜液从石墨内衬13与石墨芯棒19之间的导流孔20进入。矩形铜管水平连铸时，铜液温度1200°C，水压为0. 3MPa,上部水腔14的冷却水量为400L/h，下部水腔16的冷却水量为200L/h，左右两侧的冷却水腔15和17的水量均为300L/h，拉坯速度为60mm/min，拉坯方式采用“拉-停-拉”，可获得结晶线平直、无缺陷的矩形纯铜管坯。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种实现周向均勻冷却的水平连铸结晶器，用于水平连铸系统，其特征在于所述水平连铸结晶器在周向设计多个独立的冷却水腔(14，15，16，17)，每个冷却水腔具有进水口(3)和出水口(4)，分别独立进水和独立出水；通过调节每个冷却水腔的冷却水流量、压力、冷却水温度参数，实现对所述水平连铸结晶器周向不同部位冷却强度的控制和冷却均勻性控制。
2.根据权利要求1所述的水平连铸结晶器，其特征在于所述水平连铸结晶器具体包括水冷铜套(1)、安装法兰(2)、钢壳(5)和(6)、隔离部件(13)、多个进水口(3)和出水口 (4 )；其中，所述水冷铜套(1)的内腔用于安装模具，所述安装法兰(2 )用于将所述水平连铸结晶器固定于水平连铸系统上；由所述钢壳(5)和(6)，水冷铜套(1)和安装法兰(2)共同构成环形冷却水腔，所述的环形冷却水腔在圆周方向上被隔离部件(13)分成多个互不连通的独立的冷却水腔(14，15，16，17)，每个冷却水腔均设置对应的一个进水口(3)和出水口 (4)，进水口(3)和出水口(4)的数量与独立的冷却水腔的数量相等。
3.根据权利要求2所述的水平连铸结晶器，其特征在于所述水平连铸结晶器还包括压紧法兰(7)和两端的密封圈，通过所述压紧法兰(7)和密封圈使钢壳(5)和(6)，水冷铜套 (1)和安装法兰(2)装配紧密，确保所述环形冷却水腔不漏水。
4.根据权利要求2所述的水平连铸结晶器，其特征在于所述水平连铸结晶器还包括隔离部件(8)和(9)，所述独立的冷却水腔被所述隔离部件(8)和(9)分隔成进水腔(10)、 出水腔(12)和它们之间连通的通道(11)三部分；冷却水由所述进水口(3)进入所述进水腔 (10)，充满后通过所述通道(11)进入所述出水腔(12)，并在充满后最终由所述出水口(4) 流出冷却水腔。
5.根据权利要求4所述的水平连铸结晶器，其特征在于所述隔离部件(8)为圆筒形， 隔离部件(9)为圆环形，所述隔离部件(8)和(9)通过焊接在圆周方向上连接在一起；所述钢壳(5)为圆筒形，与所述隔离部件(9)通过焊接在圆周方向上连接在一起。
全文摘要
本发明涉及一种水平连铸用结晶器，该结晶器包括了周向分布的多个冷却水腔，多个水腔彼此相互独立，通过控制多个冷却水腔的水压或水量或进水温度等参数，可有效改善水平连铸过程中的冷却不均匀现象，提高连铸坯质量。该结晶器可用于黑色金属和有色金属的圆棒坯、方坯、扁坯、板坯、异型坯的水平连铸过程。
文档编号B22D11/055GK102248138SQ20111020727
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者刘新华, 吴永福, 谢建新 申请人:北京科技大学