具有文丘里管的熔炉结晶器冷却系统的制作方法
【专利摘要】一种具有文丘里管的熔炉结晶器冷却系统，包括石墨结晶器、铜套、第一冷水套、真空吸附装置、第二冷水套和文丘里管；所述的真空吸附装置为环形，固定安装在石墨结晶器铜铸坯出模口，真空吸附装置内壁环形阵列有若干吸附小孔，真空吸附装置内部沿圆周方向开设有环形腔，环形腔与所述若干吸附小孔连通，真空吸附装置外壁开设有水蒸气出口；所述的文丘里管具有两个入口，其中水蒸气入口与真空吸附装置的水蒸气出口连接，文丘里管出水口与第二冷水套上的第二进水管接口连通。由于去除了充氮保护装置，增加了真空吸附装置和文丘里管，从而避免了腔内低温气体一张一弛的气体呼吸现象的产生，减轻了对铜铸坯的表面冷隔和内部晶粒不均匀性的影响程度。
【专利说明】具有文丘里管的熔炉结晶器冷却系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石墨结晶器的冷却系统。
【背景技术】
[0002]目前，铜管铜铸坯的成材工艺有两种，一是水平连铸连轧法，另一是挤压法。挤压法由于挤压技术水平低，产品的偏心度大，重量轻，成材率低，成本高，能耗高，已逐步被各厂商放弃使用。水平连铸连轧法与传统的挤压法相比，具有成本低、能耗小、效率高、成材率高等特点，因而得到了较快的发展。
[0003]铜管铜铸坯的水平连铸普遍选用石墨结晶器作为铸造模具，在铜铸坯生产过程中普遍采用直接水冷式铸造，即铜铸坯除了受到石墨结晶器内水室(第一水冷套)的间接冷却夕卜，在石墨结晶器的出口处直接受到二冷水(第二水冷套)的强烈冷却。其中，石墨结晶器内水室冷却称为第一次水冷，石墨结晶器出口处的水冷称为第二次水冷。位于第一冷水套和第二冷水套之间具有充氮保护装置，向充氮保护装置内输入一定压力的高纯低温氮气，将第二冷水套内的冷却水高温气化产生的水蒸气同一次结晶区的的石墨结晶器和铜铸坯隔离开，防止第二冷水套内的冷却水高温气化产生的水蒸气对铜铸坯的表面质量和内部金相组织结构不均匀性的影响，带有一定压力的高纯低温氮气通过进入第二冷水套的二冷水排出。这种熔炉结晶器冷却系统的局限性如下:
[0004]1、此熔炉结晶器系统冷却结构通过增加充氮保护装置，将第二冷水套内的冷却水高温气化产生的水蒸气，同一次结晶区的的石墨结晶器和铜铸坯隔离开来，在一定程度上起到了减少铜铸坯表面氧化、提高石墨结晶器的使用寿命，而且带有一定压力的高纯低温氮气进入第二冷水套的二冷水内，对其形成了一定的紊流作用，提高了第二冷水套的二冷水流速，改善了铜铸坯的表面冷却效果，对铜铸坯内部的二次结晶和金相组织结构的均匀性起到了一定作用，但产生的效果并没有达到预期要求，铜铸坯内的金相组织不均匀性仍很严重，铜铸坯外表面波纹冷隔并没有得到明显改善。
[0005]2、通过充氮保护装置进入的高纯低温氮气带有一定的压力，在进入第二冷水套和石墨结晶器，以及铜铸坯形成的内腔后，由于高纯低温氮气本身具有一定的压力，在随着铜铸坯往铜坯流向方向拉升时，第二冷水套、石墨结晶器以及铜铸坯形成的内腔空间将得到一定程度的压缩，使得进入第二冷水套、石墨结晶器以及铜铸坯形成的内腔内的氮气压力得到提高，同时通过充氮保护装置进入的高纯氮气连续不断地进入第二冷水套、石墨结晶器以及铜铸坯形成的内腔内，使得其内的氮气压力进一步升高，当压力值升高到一定值(>二冷水压力)时，氮气压力将得到一定程度释放，释放压力后腔内的氮气压力下降，对铜铸坯的表面冷却效果下降，断面收缩率变低，内部晶粒变大。腔内的氮气压力下降后，通过充氮保护装置进入的高纯低温氮气将重新进入第二冷水套、石墨结晶器以及铜铸坯形成的内腔内，腔内高纯低温氮气压力将重新升高，对铜铸坯的表面冷却效果升高，断面收缩率变高，内部晶粒变细。这种一张一弛的气体呼吸现象就造成铜铸坯的表面冷隔和内部晶粒不均匀的现象产生。这也是铜铸坯的产品质量不能得到显著改善的根本原因所在。实用新型内容
[0006]本实用新型要解决的技术问题是:克服现有技术中铜铸坯的表面冷隔和内部晶粒不均匀的不足，提供一种具有文丘里管的熔炉结晶器冷却系统。
[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种具有文丘里管的熔炉结晶器冷却系统，包括石墨结晶器、铜套、第一冷水套、真空吸附装置、第二冷水套和文丘里管；
[0008]所述的石墨结晶器后端底壁开有进液口，石墨结晶器如端为铸还出|旲口，石墨结晶器外圈上套装有铜套，所述的铜套外设有第一冷水套，第一冷水套两端分别具有用于固定第一冷水套的环套，所述的环套的内圈与铜套外圈密封连接，环套的侧壁设有环槽，第一冷水套的侧边嵌装在环槽内，第一冷水套上设有与第一冷水套内腔连通的第一进水管接口和第一出水管接口；
[0009]所述的真空吸附装置为环形，固定安装在石墨结晶器铸坯出模口，真空吸附装置内壁环形阵列有若干吸附小孔，真空吸附装置内部沿圆周方向开设有环形腔，环形腔与所述若干吸附小孔连通，真空吸附装置外壁开设有水蒸气出口，所述水蒸气出口与环形腔连通；
[0010]所述第二冷水套安装在所述真空吸附装置的侧面，第二冷水套上设置有与第二冷水套内腔连通的第二进水管接口和第二出水管接口；
[0011]所述的文丘里管具有两个入口，分别为水蒸气入口和冷却水入口，其中水蒸气入口与真空吸附装置的水蒸气出口连接，文丘里管出水口与第二冷水套上的第二进水管接口连通。
[0012]在第二冷水套的第二进水管接口加装文丘里管，使二冷水的进口改从文丘里管的冷却水入口直接进入，然后从文丘里管出水口出去进入到第二冷水套，对铜铸坯的表面直接进行冷却，从第二冷水套的第二出水管接口流出。当二冷水经过文丘里管的内部锥形段时，水流由粗变细，水的流速由慢变快，水的压力降低，使得二冷水在文丘里管的锥形段形成了一个真空区域，连接在第一冷水套和第二冷水套之间的真空吸附装置通过其内壁环形阵列的若干吸附小孔，将第二冷水套、石墨结晶器以及铜铸坯形成的内腔中的水蒸气吸入文丘里管内，随着压缩的二冷水进入第二冷水套内。
[0013]本实用新型的有益效果是，由于去除了充氮保护装置，使得第二冷水套、石墨结晶器以及铜铸坯形成的内腔内不再有低温氮气存在，从而避免了腔内低温气体一张一弛的气体呼吸现象的产生，减轻了对铜铸坯的表面冷隔和内部晶粒不均匀性的影响程度。
[0014]由于在第二冷水套的进水口加装了文丘里管，进入文丘里管内的二冷水在文丘里管的扩散腔内由于流速减缓，二冷水会在扩散腔内形成水流震荡(就是我们通常所说的紊流现象)，产生震荡的二冷水在于铜铸坯表面的接触冷却过程中，冷却效果更好，这对铜铸坯产品内部金相组织的晶粒细化起到明显的改善作用。
[0015]由于文丘里管具有真空吸附的特性，能够将第二冷水套、石墨结晶器以及铜铸坯形成的内腔内的水蒸气吸除干净，对改善铜铸坯表面的冷隔纹的深度和内部晶粒不均匀性起到显著的改善作用。
[0016]由于在第二冷水套、石墨结晶器以及铜铸坯形成的内腔内形成了负压作用，结晶区附近产生的热量和水蒸气一起被吸附走，提高了铜铸坯和石墨结晶器的散热性能，减少了模具成型表面的磨损，铜铸坯表面质量也得到改善，缺陷变少，内部晶粒得到细化，模具寿命也得到相应提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0018]图1是具有文丘里管的熔炉结晶器冷却系统；
[0019]图中:1.石墨结晶器，2.铜套，3.第一冷水套，4.真空吸附装置，5.第二冷水套，
6.文丘里管，7.进液口，8.环套，9.第一进水管接口，10.第一出水管接口，11.吸附小孔，12.环形腔，13.水蒸气出口，14.第二进水管接口，15.第二出水管接口，16.水蒸气入口，17.冷却水入口，18.文丘里管出水口。
【具体实施方式】
[0020]现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
[0021]如图1所示，本实用新型的具有文丘里管的熔炉结晶器冷却系统包括:石墨结晶器1、铜套2、第一冷水套3、真空吸附装置4、第二冷水套5和文丘里管6 ；
[0022]所述的石墨结晶器I后端底壁开有进液口 7,石墨结晶器I如端为铜铸还出|旲口，石墨结晶器I外圈上套装有铜套2，所述的铜套2外设有第一冷水套3，第一冷水套3两端分别具有用于固定第一冷水套3的环套8，所述的环套8的内圈与铜套2外圈密封连接，环套8的侧壁设有环槽，第一冷水套3的侧边嵌装在环槽内，第一冷水套3上设有与第一冷水套3内腔连通的第一进水管接口 9和第一出水管接口 10 ；
[0023]所述的真空吸附装置4为环形，固定安装在石墨结晶器I铜铸坯出模口，真空吸附装置4内壁环形阵列有若干吸附小孔11，真空吸附装置4内部沿圆周方向开设有环形腔12，环形腔12与所述若干吸附小孔11连通，真空吸附装置4外壁开设有水蒸气出口 13，所述水蒸气出口 13与环形腔12连通；
[0024]所述第二冷水套5安装在所述真空吸附装置4的侧面，第二冷水套5上设置有与第二冷水套5内腔连通的第二进水管接口 14和第二出水管接口 15 ；
[0025]所述的文丘里管6具有两个入口，分别为水蒸气入口 16和冷却水入口 17，其中水蒸气入口 16与真空吸附装置4的水蒸气出口 13连接，文丘里管出水口 18与第二冷水套5上的第二进水管接口 14连通。
[0026]在第二冷水套5的第二进水管接口 14加装文丘里管6，使二冷水的进口改从文丘里管6的冷却水入口 17直接进入，然后从文丘里管出水口 18出去进入到第二冷水套5，对铜铸坯的表面直接进行冷却，从第二冷水套5的第二出水管接口 15流出。当二冷水经过文丘里管6的内部锥形段时，水流由粗变细，水的流速由慢变快，水的压力降低，使得二冷水在文丘里管6的锥形段形成了一个真空区域，连接在第一冷水套3和第二冷水套5之间的真空吸附装置4通过其内壁环形阵列的若干吸附小孔11将第二冷水套5、石墨结晶器I以及铜铸坯形成的内腔中的水蒸气吸入文丘里管6内，随着压缩的二冷水进入第二冷水套5内。
[0027]本实用新型中，由于去除了充氮保护装置，使得第二冷水套5、石墨结晶器I以及铜铸坯形成的内腔内不再有低温氮气存在，从而避免了腔内低温气体一张一弛的气体呼吸现象的产生，减轻了对铜铸坯的表面冷隔和内部晶粒不均匀性的影响程度。
[0028]由于在第二冷水套5的进水口加装了文丘里管6，进入文丘里管6内的二冷水在文丘里管6的扩散腔内由于流速减缓，二冷水会在扩散腔内形成水流震荡(就是我们通常所说的紊流现象)，产生震荡的二冷水在于铜铸坯表面的接触冷却过程中，冷却效果更好，这对铜铸坯产品内部金相组织的晶粒细化起到明显的改善作用。
[0029]由于文丘里管6具有真空吸附的特性，能够将第二冷水套5、石墨结晶器I以及铜铸坯形成的内腔内的水蒸气吸除干净，对改善铜铸坯表面的冷隔纹的深度和内部晶粒不均匀性起到显著的改善作用。
[0030]由于在第二冷水套5、石墨结晶器I以及铜铸坯形成的内腔内形成了负压作用，结晶区附近产生的热量和水蒸气一起被吸附走，提高了铜铸坯和石墨结晶器I的散热性能，减少了模具成型表面的磨损，铜铸坯表面质量也得到改善，缺陷变少，内部晶粒得到细化，模具寿命也得到相应提高。 [0031]本实用新型装置与改进前熔炉结晶器冷却系统结构使用效果对比如下:
【权利要求】
1.一种具有文丘里管的熔炉结晶器冷却系统，其特征在于:包括石墨结晶器(I)、铜套(2)、第一冷水套(3)、真空吸附装置(4)、第二冷水套(5)和文丘里管(6)；所述的石墨结晶器(I)后端底壁开有进液口(7),石墨结晶器(I)如端为铸还出I旲口，石墨结晶器(I)外圈上套装有铜套(2)，所述的铜套(2)外设有第一冷水套(3)，第一冷水套(3)两端分别具有用于固定第一冷水套(3)的环套(8)，所述的环套(8)的内圈与铜套(2)外圈密封连接，环套(8)的侧壁设有环槽，第一冷水套(3)的侧边嵌装在环槽内，第一冷水套(3)上设有与第一冷水套(3)内腔连通的第一进水管接口(9)和第一出水管接口(10)； 所述的真空吸附装置(4)为环形，固定安装在石墨结晶器(I)铸坯出模口，真空吸附装置(4)内壁环形阵列有若干吸附小孔(11)，真空吸附装置(4)内部沿圆周方向开设有环形腔(12)，环形腔(12)与所述若干吸附小孔(11)连通，真空吸附装置(4)外壁开设有水蒸气出口(13)，所述水蒸气出口(13)与环形腔(12)连通； 所述第二冷水套(5)安装在所述真空吸附装置(4)的侧面，第二冷水套(5)上设置有与第二冷水套(5)内腔连通的第二进水管接口(14)和第二出水管接口(15)； 所述的文丘里管(6)具有两个入口，分别为水蒸气入口(16)和冷却水入口(17)，其中水蒸气入口(16)与真空吸附装置(4)的水蒸气出口(13)连接，文丘里管出水口(18)与第二冷水套(5)上的第二进水管接口(14)连通。
【文档编号】B22D11/055GK203737969SQ201420121192
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2014年3月17日
【发明者】邵俊, 于志才 申请人:江苏兴荣美乐铜业有限公司