专利名称：一种空心锭的半连续铸造装置和铸造方法
技术领域：
本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种空心锭的半连续铸造装置和铸造方法。
背景技术：
目前，随着现代化工业的飞速发展，各领域对金属制品的需求与日俱增，尤其化工领域和能源领域对金属空心锻件的需求量成倍增长，利用空心锭锻造空心锻件可以起到事半功倍的作用，因此工业上对空心锭需求量巨大。现有技术中，铸造空心锭通常采用石墨棒作为内结晶器，由于石墨棒不具备冷却功能，从而致使空心锭内表面冷却效果较差；另外，石墨强度较低，而凝固的空心锭的抱心力随着铸锭的规格增大而增大，在铸造大型的空心锭时就容易造成石墨棒碎裂，因此导致耗材投入，成本升高。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷却效果好且生产成本低的空心锭半连续铸造装置和铸造方法。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种空心锭的半连续铸造装置，包括金属液箱、位于所述金属液箱下方的结晶器、 以及位于所述金属液箱和结晶器之间的分流浇管，其中，所述结晶器包括外结晶器和内结晶器，所述内结晶器由高硬度的耐热材料制成， 所述外结晶器和内结晶器之间形成环形空腔，所述外结晶器和内结晶器上均设置有内空腔液体循环冷却结构；所述分流浇管的进液口与所述金属液箱连接，所述分流浇管的出液口与所述结晶器的环形空腔位置相对应。进一步地，所述内结晶器的横截面自上而下逐渐收缩。进一步地，所述内结晶器的横截面的收缩角度为2° -4°。
进一步地，所述内结晶器表面镀有铬层。进一步地，所述铬层厚为0. 01-0. 1mm。进一步地，所述高硬度的耐热材料为铜或铜合金。进一步地，所述外结晶器和内结晶器为分体式结构。进一步地，所述金属液箱为倒锥形。一种利用前述的半连续铸造装置铸造空心锭的方法，包括如下步骤a将金属液箱中的金属液体通过分流浇管浇入到结晶器的环形空腔内，同时，在外结晶器和内结晶器的内空腔液体循环冷却结构中通入冷却水对外结晶器和内结晶器进行降温；b金属液体在结晶器的环形空腔内凝固形成金属空心锭后，开启引锭结构，缓缓拉下金属空心锭。
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进一步地，所述步骤b之后还包括步骤c从外结晶器中引出的金属空心锭采用二次喷水法兰喷水进行二次冷却。与传统的内结晶器石墨棒相比，本发明通过采用高硬度的耐热材料制备内结晶器，并在结晶器中设置循环冷却结构，不仅改善了空心锭的内表面和外表面冷却效果，使结晶组织更加稳定地均勻一致，而且增加了内结晶器的强度，降低了生产成本，同时保证了空心锭尺寸的稳定性，大大地提高了空心铸的铸造质量，为后续再加工降低生产成本创造了良好的条件。
图1为本发明一种铸造空心锭装置的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明提供一种空心锭的半连续铸造装置，包括金属液箱1、位于金属液箱1下方的结晶器2、以及位于金属液箱1和结晶器2之间的分流浇管3，其中，结晶器 2包括外结晶器4和内结晶器5，内结晶器5由高硬度的耐热材料制成，外结晶器4和内结晶器5之间形成环形空腔，外结晶器4和内结晶器5上均设置有内空腔液体循环冷却结构 6，所述的内空腔液体循环冷却结构6是本领域技术人员所公知的冷却结构，如可采用图1 所示的竖向排列的冷却结构；分流浇管3的进液口 31与金属液箱1连接，分流浇管3的出液口 32与结晶器2的环形空腔位置相对应。应用时，首先将金属液箱1中的金属液体通过分流浇管3浇入到结晶器2的环形空腔内，同时，在外结晶器4和内结晶器5的内空腔液体循环冷却结构6中通入冷却水对外结晶器4和内结晶器5进行降温；待金属液体在结晶器2的环形空腔内凝固形成金属空心锭后，开启引锭结构，缓缓拉下金属空心锭；最后采用二次喷水法兰对金属空心锭喷水进行二次冷却。本发明在外结晶器和内结晶器中分别设置循环冷却结构使空心锭均勻冷却，因此结晶组织更加均勻稳定，有效地改善了冷却效果。此外，本发明的内结晶器与传统的石墨棒相比，采用高硬度的耐热材料制成，提高了内结晶器的强度，避免由于空心锭凝固产生抱心力而导致内结晶器的碎裂，降低了生产过程中耗材的投入成本。进一步地，高强度的内结晶器还可保证空心锭尺寸的稳定性，提高空心铸的铸造质量，为后续再加工降低生产成本创造了良好的条件。为了防止凝固的金属在收缩过程中抱住内结晶器5，而导致难以脱模甚至造成浇铸失败，本发明的内结晶器5的横截面自上而下逐渐收缩，这样的结构可以有效地减小抱心力，使用引锭结构时，便于拉下空心锭坯，优选地，内结晶器5的收缩角度为2° -4°。作为一种优选方案，本发明在内结晶器5的表面还镀有铬层，还可以对铬层进行精磨处理，这样不但可有效地保护内结晶器5，提高其耐磨性能，还利于在空心锭成型之后与内结晶器5的分离。铬层厚优选为0. 01-0. 1mm。
本发明的高硬度的耐热材料优选地采用选择铜或铜合金。铜或铜合金在保证耐热性的同时提高了内结晶器的强度，避免由于空心锭凝固产生抱心力而导致内结晶器的碎裂，因此降低了生产过程中耗材投入，节约了生产成本。作为一种优选方案，本发明外结晶器4和内结晶器5还可以采用分体式结构来增加装置的灵活性，通过组装不同尺寸的外结晶器4和内结晶器5来获得大小不同的腔，进而可制备尺寸不同的空心锭。分体式的结晶器克服了一体式结晶器可浇铸产品尺寸单一的缺陷，降低了铸造模具的投入，因此进一步地降低了生产成本。作为一种优选方案，本发明对内结晶器5及外结晶器4可设计多种尺寸，优选地， 内结晶器5顶端横截面直径为15-50mm，外结晶器4的外径为45_60mm ；此外，为了便于金属液体的浇入，减少了残留在金属液箱中的金属液体，避免造成浪费，本发明优选地将金属液箱设计成倒锥形。综上，本发明在外结晶器和内结晶器中设置了循环冷却结构，高硬度的耐热材料， 使空心锭均勻冷却，因此其结晶组织更加均勻稳定，与传统的内结晶器石墨棒相比，本发明采用高强度的耐热材料提高内结晶器的强度和耐磨性能，防止由于内结晶器的损坏对空心锭尺寸稳定性的破坏，降低了生产成本，同时保证了空心锭尺寸的稳定性，大大地提高了空心铸的铸造质量，为后续再加工降低生产成本创造了良好的条件；另外，本发明还采用分体式结晶器的形式来增加装置的灵活性，由于可采用不同尺寸的内结晶器来精确地控制空心锭的尺寸，进一步地降低了生产成本。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
权利要求
1.一种空心锭的半连续铸造装置，其特征在于，包括金属液箱、位于所述金属液箱下方的结晶器、以及位于所述金属液箱和结晶器之间的分流浇管，其中，所述结晶器包括外结晶器和内结晶器，所述内结晶器由高硬度的耐热材料制成，所述外结晶器和内结晶器之间形成环形空腔，所述外结晶器和内结晶器上均设置有内空腔液体循环冷却结构；所述分流浇管的进液口与所述金属液箱连接，所述分流浇管的出液口与所述结晶器的环形空腔位置相对应。
2.根据权利要求1所述的空心锭的半连续铸造装置，其特征在于，所述内结晶器的横截面自上而下逐渐收缩。
3.根据权利要求2所述的空心锭的半连续铸造装置，其特征在于，所述内结晶器的横截面的收缩角度为2° -4°。
4.根据权利要求1所述的空心锭的半连续铸造装置，其特征在于，所述内结晶器表面镀有铬层。
5.根据权利要求4所述的空心锭的半连续铸造装置，其特征在于，所述铬层厚为 0. 01-0. 1mm。
6.根据权利要求1所述的空心锭的半连续铸造装置，其特征在于，所述高硬度的耐热材料为铜或铜合金。
7.根据权利要求1所述的空心锭的半连续铸造装置，其特征在于，所述外结晶器和内结晶器为分体式结构。
8.根据权利要求1所述的空心锭的半连续铸造装置，其特征在于，所述金属液箱为倒锥形。
9.一种利用权利要求1所述的半连续铸造装置铸造空心锭的方法，其特征在于，包括如下步骤a将金属液箱中的金属液体通过分流浇管浇入到结晶器的环形空腔内，同时，在外结晶器和内结晶器的内空腔液体循环冷却结构中通入冷却水对外结晶器和内结晶器进行降温；b金属液体在结晶器的环形空腔内凝固形成金属空心锭后，开启引锭结构，缓缓拉下金属空心锭。
10.根据权利要求9所述的半连续铸造空心锭的方法，其特征在于，所述步骤b之后还包括步骤c从外结晶器中引出的金属空心锭采用二次喷水法兰喷水进行二次冷却。
全文摘要
本发明公开了一种空心锭的半连续铸造装置和铸造方法，装置包括金属液箱、位于所述金属液箱下方的结晶器、以及位于所述金属液箱和结晶器之间的分流浇管，其中，所述结晶器包括外结晶器和内结晶器，所述内结晶器由高硬度的耐热材料制成，所述外结晶器和内结晶器之间形成环形空腔，所述外结晶器和内结晶器上均设置有内空腔液体循环冷却结构；所述分流浇管的进液口与所述金属液箱连接，所述分流浇管的出液口与所述结晶器的环形空腔位置相对应。本发明不但改善了空心锭的冷却效果，使结晶组织更加稳定地均匀一致，而且保证了空心锭尺寸的稳定性，大大地提高了空心铸的铸造质量，为后续再加工降低生产成本创造了良好的条件。
文档编号B22D11/055GK102451894SQ201110252270
公开日2012年5月16日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者徐曙光, 朱国俊, 郑康饶 申请人:苏州富瑞铜业有限公司