专利名称：真空快淬炉结晶器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属熔炼领域中的真空快淬炉，尤其涉及其中的真空快淬炉结晶
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背景技术：
目前，国内外真空快淬炉的相关设计均对炉料在真空快淬炉结晶器上的冷却效果表现出了足够的重视如带(片)的厚度和宽度，冷却介质的类型及流速，真空快淬炉结晶器的转速，钢液的浇铸速度等等。但是，目前的真空快淬炉结晶器内部冷却水的水路设计却大都存在着明显缺陷。 造成在生产过程中，真空快淬炉结晶器冷却板损伤较大，合金甩带(片)在冷却板上粘滞，以及合金片冷却效果不均勻等现象经常发生。其原因就是对真空快淬炉结晶器中水流的流体力学和水流的热传导方式缺乏足够的认识。根据流体力学，当液体或气体等介质在管状等形状所形成的空间里运动时，它们的流动可以分为层流、湍流和过渡区。所谓层流，是指流体在流动中流速较小，流线相互平行，互不干扰，流体平行于流道运动。而湍流的流速较大， 各流线间相互交错和干扰，流体各部分运动不规则。过渡区则是由层流至湍流的过渡状态。 一个流体的运动状态，可以使用雷诺数Re来判断，如下Re = vd P / μ其中，ν表示流体的平均流速；d表示管道的当量半径；P表示流体的质量密度； 而μ则是流体的粘滞系数。对于直管内的流动Re ( 2200， 流体为稳定的层流区；Re彡10000, 流体为湍流区；2200 < Re〈10000， 流体为过渡区。而流体的热传导跟流体的流动形式密切相关。当层流时，在垂直于流体流动方向上的热传递，主要是以导热的方式进行。当湍流时，由于大量分子或分子团在流体流动的垂直方向上做不规则运动，从而引起动能和动量的快速传递，其传递速率比层流中的传递速率大得多。根据目前真空快淬炉结晶器的几何尺寸，冷却水的单位时间流量以及冷却水的实际温度，不难计算出雷诺数在400(Γ6000之间。可见水流是处在一个过渡区。在这个过渡区，由于靠近管壁处总有层流存在，而该层的传热方式仍是热传导。所以热阻主要集中在该层中。如何设计真空快淬炉结晶器内部的水流方式，尽量提高雷诺数，提高湍流的程度从而提高传导效果，是非常重要的。同时，设计真空快淬炉结晶器内部结构，利用管道进出口和弯管效应，尽量消除管壁附近的层流，对真空快淬炉结晶器的冷却效果也是非常必要的。目前真空快淬炉结晶器内部的水流设计过于简单，缺乏基本的工艺参数计算。所以造成水流量虽然比较大，但是冷却效果却很差等明显技术缺陷。现有的结构设计一般仅仅关注了在高速旋转时如何提高水流量的问题，却都没有考虑水流在真空快淬炉结晶器中的流动形式以及这些形式对热传导的影响，以及最终对真空快淬炉结晶器冷却效果的影响等实质性问题。其后果是，真空快淬炉结晶器的冷却板由于热量不能及时传递，而致使冷却板材质晶粒迅速长大，热传导系数迅速降低。同时使得产品整体性能降低，产品的性能一致性差。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种真空快淬炉结晶器。充分考虑到流体力学的各项参数，在提高水流速度的同时，使真空快淬炉结晶器内部各个关键部分的设计，都最大限度地提高水流的湍流程度，尽量消除层流厚度，实现最有效地带走冷却板上的热量， 提高真空快淬炉结晶器的冷却效果。为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种真空快淬炉结晶器，包括圆柱状的本体，沿本体轴心设有冷却水管，本体外侧面包覆有冷却板；所述本体中开有使冷却水管中的冷却水沿本体径向喷至冷却板的冷却水通道。进一步地，所述冷却水通道包括位于本体轴向中部的进水导向通道和进水导向通道两侧的回水导向通道；所述本体外侧面与冷却板之间设有冷却腔，所述冷却腔与进水导向通道及回水导向通道相通；所述冷却水管包括外管和位于外管中的内管，所述内管与进水导向通道相通，所述外管与回水导向通道相通。进一步地，所述进水导向通道及回水导向通道的宽度范围均为纩20毫米。进一步地，所述冷却腔的厚度范围为纩12毫米。进一步地，所述进水导向通道在靠近冷却腔的末端开有15 30度的外倾角。进一步地，所述冷却板在与回水导向通道对应的位置开有横截面呈等腰梯形的内削。进一步地，所述内削的高度为2、毫米。进一步地，所述内削斜面与冷却板法线之间的夹角为15 30度。进一步地，所述冷却板为铜质、钼质、铁质或合金冷却板。本实用新型的有益效果为由于真空快淬炉结晶器内部水流结构的显著改进，充分利用了流体的对流导热的效应，显著地改善了真空快淬炉结晶器冷却板的热传导效果， 从而改善真空快淬炉的冷却效果。本实用新型能明显改善金属合金的快淬效果，并且改善合金的微观结构，可以明显改善产品的性能和一致性。同时，冷却板的热传导效果的改善， 使得冷却板材质的使用寿命周期明显增加。本实用新型冷却及时、均勻，结构简单，适合大规模生产。
图1是本实用新型真空快淬炉结晶器在真空快淬炉中的工作示意图。图2是本实用新型真空快淬炉结晶器剖视图。图3是本实用新型真空快淬炉结晶器右视图。其中1 真空快淬炉结晶器；10 本体；11 进水导向通道；111 外倾角；12 回水导向通道；20冷却水管；21外管；22内管；30冷却板；31内削；32冷却腔。具体实 施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。图1所示为本实用新型真空快淬炉结晶器1在真空快淬炉中的工作示意图。本实用新型的结构请参照图2和图3，本实用新型采用套管双层水流方式，冷却水从内管22直接导向真空快淬炉结晶器1的冷却板30。本实用新型包括圆柱状本体10、沿本体10的轴心设置的冷却水管20和本体10外侧面包覆的冷却板30 ；所述本体中开有使冷却水管20中的冷却水沿本体10的径向喷至冷却板30的冷却水通道。冷却水通道包括位于本体10轴向中部的进水导向通道11和进水导向通道11两侧的回水导向通道12，进水导向通道11和回水导向通道12的宽度范围均在纩20毫米之间。本体10外侧面与冷却板30之间设有冷却腔32，冷却腔32与进水导向通道11、回水导向通道12相通，冷却腔32的厚度范围在纩12毫米之间，这个间隔距离，充分考虑了水流的流速，湍流的剪切作用等因素。此外，冷却水管20包括外管21和位于外管21中的内管 22，内管22在与进水导向通道11对应的位置开有进水口，以与进水导向通道相通，外管21 在与回水导向通道12对应的位置开有回水口，以与回水导向通道相通。显而易见地，冷却水的水路设计不以此为限，本领域的技术人员还可在本实用新型的基础上采用其它流路设计，以使冷却水管20中的冷却水径向喷至冷却板30。作为本实用新型的进一步改进，在进水导向通道11靠近冷却腔32的末端，通道壁面有一个15 30度的外倾角111。这个外倾角111的作用是减少水阻，增加单位时间的水流量，同时增加该位置水流的剪切作用，从而提高湍流传热效果，减少该位置的层流厚度。此夕卜，冷却板30 (可以是铜，钼或铁等金属，也可以是某种合金)在与回水导向通道12对应处开有横截面呈等腰梯形的内削31，高度为2、毫米，该呈等腰梯形的内削31的斜面与冷却板法线之间的夹角为15 30度。该设计的目的是，在冷却板30的两个顶端附近形成最大限度的湍流，并且消除该顶端附近的层流，以最大限度地增加热传导。本实用新型中冷却水的水路为冷却水沿冷却水管20的内管22流入真空快淬炉结晶器1的进水导向通道11，并在流过进水导向通道11后喷至冷却板30，冲击冷却板30 以后，沿着冷却板30向冷却板30的两侧流动，然后在冷却板30的两个顶端离开冷却板30， 沿着回水导向通道12流回冷却水管20的外管21，再流出真空快淬炉结晶器1。以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
权利要求1.一种真空快淬炉结晶器，其特征在于，包括圆柱状的本体，沿本体轴心设有冷却水管，本体外侧面包覆有冷却板；所述本体中开有使冷却水管中的冷却水沿本体径向喷至冷却板的冷却水通道。
2.根据权利要求1所述的真空快淬炉结晶器，其特征在于，所述冷却水通道包括位于本体轴向中部的进水导向通道和进水导向通道两侧的回水导向通道；所述本体外侧面与冷却板之间设有冷却腔，所述冷却腔与进水导向通道及回水导向通道相通；所述冷却水管包括外管和位于外管中的内管，所述内管与进水导向通道相通，所述外管与回水导向通道相通。
3.根据权利要求2所述的真空快淬炉结晶器，其特征在于，所述进水导向通道及回水导向通道的宽度范围均为纩20毫米。
4.根据权利要求2所述的真空快淬炉结晶器，其特征在于，所述冷却腔的厚度范围为 8 12毫米。
5.根据权利要求2所述的真空快淬炉结晶器，其特征在于，所述进水导向通道在靠近冷却腔的末端开有15 30度的外倾角。
6.根据权利要求2所述的真空快淬炉结晶器，其特征在于，所述冷却板在与回水导向通道对应的位置开有横截面呈等腰梯形的内削。
7.根据权利要求6所述的真空快淬炉结晶器，其特征在于，所述内削的高度为2、毫米。
8.根据权利要求6所述的真空快淬炉结晶器，其特征在于，所述内削斜面与冷却板法线之间的夹角为15 30度。
9.根据权利要求1所述的真空快淬炉结晶器，其特征在于，所述冷却板为铜质、钼质、 铁质或合金冷却板。
专利摘要本实用新型公开了一种真空快淬炉结晶器，包括圆柱状的本体，沿本体轴心设有冷却水管，本体外侧面包覆有冷却板；所述本体中开有使冷却水管中的冷却水沿本体径向喷至冷却板的冷却水通道。由于真空快淬炉结晶器内部水流结构的显著改进，充分利用了流体的对流导热的效应，显著地改善了真空快淬炉结晶器冷却板的热传导效果，从而改善真空快淬炉的冷却效果。本实用新型冷却及时、均匀，结构简单，适合大规模生产。
文档编号B22D11/06GK202174227SQ201120237418
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者刘海晨 申请人:刘海晨