一种冷却钢锭模具的制作方法

本实用新型涉及钢锭铸造的技术领域，特别涉及一种冷却钢锭模具。

背景技术：

现有技术中合金液体浇铸成型的设备，最常用的有三种方式：

第一种是传统模具，采用铸铁或铸钢的模具，模具本身具有一定几何形状并带有锥度的型腔。使用时，将钢液注入模具的型腔后，锭模本身吸收了钢液的热度，钢液凝固成一定形状的钢锭，再从模具中将钢锭脱出。采用传统钢锭模具生产，金属降温凝固释放的大量的热被锭模本体吸收，吸收后通过热辐射、传导到空气中，热交换速度慢，所以锭模的温度比较高；模具上与液态金属接触的部位容易出现粘连、划伤、掉块等现象，不仅严重影响了锭模的使用寿命，也影响了凝固后产品的质量，使铸件表面光洁度受到影响。另外，传统模具的模耗高，浇注困难，脱模困难，钢液凝固慢，易产生缩孔、疏松、偏析、短锭等缺陷。生产效率低、铸锭成本高，工人劳动条件恶劣。

第二种是连铸机，属于目前比较通用的铸坯设备，连铸机包括中间包、结晶器、引锭装置、振动机构、二冷喷淋区、矫直区、拉坯机和定尺切割机等，其结构复杂，设备庞大，操作和使用难度大，造价高。另外，连铸机也无法满足对特殊规格尺寸坯料的生产。

第三种是水冷模铸机或钢液快速浇铸成型机，采用单组成型模具或多组成型模具的组合配型，但无法满足对超大断面的工字钢、H型钢和方形钢的生产，同时钢锭内部质量无法满足要求。

技术实现要素：

为解决无法生产超大断面的工字钢、H型钢和方形钢，且产品质量不高的技术问题，本实用新型提出一种冷却钢锭模具，能够制造超大型的工字钢、H型钢和方形钢，凝固速度较快，提高了产品质量。

本实用新型提出一种冷却钢锭模具，所述冷却钢锭模具包括具有内部浇道的底盘、密封连接在所述底盘上的冷却侧壁和冒口箱；

所述冷却侧壁与所述底盘围合形成具有上开口的用于容纳待冷却钢锭的铸造腔，所述铸造腔的高度小于所述铸造腔的长度；所述冷却侧壁包括工作板和背板，所述工作板的内表面能与所述钢锭的侧面贴合，所述工作板的外表面与所述背板的内表面密封贴合；

所述工作板包括从上到下依次设置的至少两个工作板冷却区，所述背板包括与各所述工作板冷却区一一对应的背板冷却区；每个所述工作板冷却区与对应的所述背板冷却区形成一个侧壁冷却区，各所述侧壁冷却区相互并联；

所述冒口箱扣盖在所述上开口上，所述冒口箱具有沿所述铸造腔的长度方向设置的至少两个用于补缩的冒口。

作为一种可实施的方式，所述铸造腔的纵截面呈方形，所述冷却侧壁具有四个侧面，各所述侧面能分别贴合在所述钢锭的四个侧面上。

作为另一种可实施的方式，所述铸造腔的纵截面呈工字形或H形，所述钢锭的其中一个翼缘板的翼面能贴合于所述底盘的上表面；所述冷却侧壁具有四个侧面，所述冷却侧壁的其中两个相对的所述侧面能分别贴合在所述钢锭的两端端面上，所述冷却侧壁的另外两个相对的所述侧面能分别贴合在所述钢锭的两侧。

进一步地，各所述工作板冷却区的外表面上从上到下开设多个条状的冷却通槽；在各所述工作板冷却区的外表面的上部开设至少两个上蓄水槽，在各所述工作板冷却区的外表面的下部开设至少两个与各所述上蓄水槽一一对应的下蓄水槽；相邻的至少两个所述冷却通槽的上下两端分别与其中一个所述上蓄水槽和对应的所述下蓄水槽连通；

所述冷却钢锭模具还包括与所述侧壁冷却区的数量相同的供水机构，各所述供水机构分别设置在各所述背板冷却区的外表面上；各所述供水机构分别包括至少一个上水箱和至少一个下水箱，对应所述上水箱在所述背板上开设上通孔，对应所述下水箱在所述背板上开设下通孔；所述上水箱通过对应的所述上通孔与各所述上蓄水槽分别连通，所述下水箱通过对应的所述下通孔与各所述下蓄水槽分别连通；在各所述侧壁冷却区内，对应的所述上水箱、所述上通孔、所述上蓄水槽、所述冷却通槽、所述下蓄水槽、所述下通孔和所述下水箱依次连通，形成供冷却水流通的流道。

更进一步地，各所述工作板冷却区内的各所述上蓄水槽位于同一高度，各所述工作板冷却区内的各所述下蓄水槽位于同一高度。

更进一步地，所述上水箱的数量为至少一个，所述上水箱连接一出水接口；所述下水箱的数量为至少两个，各所述下水箱分别连接一进水接口；

或者所述上水箱的数量为至少两个，各所述上水箱分别连接一进水接口；所述下水箱的数量为至少一个，所述下水箱连接一出水接口。

更进一步地，所述上水箱的数量与所述下水箱的数量相同，且均为至少两个，各所述上水箱的位置与各所述下水箱的位置一一对应。

更进一步地，各所述供水机构还分别包括一个储水箱，所述储水箱通过连接管路与各所述进水接口分别连通。

更进一步地，各所述进水接口上分别设置用于控制流量的调节阀。

作为一种可实施的方式，所述工作板与所述背板为可拆卸式连接。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：本实用新型的冷却钢锭模具，使钢锭侧卧于铸造腔中，因此能够制造超大型(即水平方向尺寸很长)的工字钢、H型钢和方形钢。钢锭水平方向的尺寸可以按照生产要求设计为较大，高度方向的尺寸较小，冒口箱扣盖在上开口上，使钢锭的内部补缩距离短，冒口能在较短距离内及时地对钢锭进行较好的补缩。

各冷却侧壁的各侧壁冷却区相互并联，对钢锭的上部和下部可采用不同的冷却强度，有针对性地分别进行冷却，提高了产品质量。另外，各侧壁冷却区相互独立，加快了冷却液的循环速度，提高了冷却速度，避免冷却液在某一位置受热后还要流通到其他位置参与热交换。

本实用新型的冷却钢锭模具中，工作板上加工的冷却通槽在高度方向进行了分段，不仅形成相互独立的侧壁冷却区，并采用相互独立的供水机构对各侧壁冷却区分别供应冷却液。在相同的高度位置，至少两个冷却通槽共用一个上蓄水槽和一个下蓄水槽，使冷却通槽在水平方向进行分组排列，能够针对各上蓄水槽对应的每组流道分别进行调节，实现钢锭模具分区域的精确冷却。

附图说明

图1为本实用新型的冷却钢锭模具的实施例一的主视剖面示意图；

图2为本实用新型的冷却钢锭模具的实施例一的左视剖面示意图；

图3为本实用新型的冷却钢锭模具的实施例一的俯视剖面示意图；

图4为本实用新型的冷却钢锭模具的实施例二的主视剖面示意图；

图5为本实用新型的冷却钢锭模具的实施例二的俯视剖面示意图；

图6为本实用新型的冷却钢锭模具的实施例一的工作板的主视示意图；

图7为本实用新型的冷却钢锭模具的实施例一上沿钢锭长度方向设置的背板及其上相应的供水机构的主视示意图；

图8为本实用新型的冷却钢锭模具的实施例一上沿钢锭宽度方向设置的背板及其上相应的供水机构的主视示意图；

图9为本实用新型的冷却钢锭模具内放置的钢锭的主视示意图；

图10为本实用新型的冷却钢锭模具内放置的钢锭的右视示意图；

图11为本实用新型的冷却钢锭模具内放置的钢锭的俯视示意图。

附图标记：

10-底盘；

20-工作板；22-冷却通槽；24-上蓄水槽；26-下蓄水槽；

30-背板；

40-冒口箱；42-冒口；

54-上水箱；542-出水接口；

56-下水箱；562-进水接口；

2-钢锭。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1至图5所示，本实用新型提出一种冷却钢锭模具，其包括具有内部浇道的底盘10、冒口箱40和冷却侧壁。冷却侧壁密封连接在底盘10上，且与底盘10围合形成具有上开口的用于容纳待冷却钢锭2的铸造腔，铸造腔的高度小于铸造腔的长度。

冷却侧壁包括工作板20和背板30，工作板20的内表面能与钢锭2的侧面贴合，工作板20的外表面与背板30的内表面密封贴合。工作板20包括从上到下依次设置的至少两个工作板冷却区，背板30包括与各工作板冷却区一一对应的背板冷却区；每个工作板冷却区与对应的背板冷却区形成一个侧壁冷却区，各侧壁冷却区相互并联。

冒口箱40扣盖在上开口上，冒口箱40具有沿铸造腔的长度方向设置的至少两个用于补缩的冒口42。

本实用新型的冷却钢锭模具，使置于本实用新型的冷却钢锭模具中的待冷却的钢锭2侧卧于铸造腔中，因此能够制造超大型(即水平方向尺寸很长)的工字钢、H型钢(如图1所示)和方形钢(如图4所示)。钢锭2水平方向的尺寸可以按照生产要求设计为较大，高度方向的尺寸较小，冒口箱40扣盖在上开口上，使钢锭2的内部补缩距离短，冒口42能在较短距离内及时地对钢锭2进行较好的补缩。

各冷却侧壁的各侧壁冷却区相互并联，对钢锭2的上部和下部可采用不同的冷却强度，有针对性地分别进行冷却，提高了产品质量。另外，各侧壁冷却区相互独立，加快了冷却液的循环速度，提高了冷却速度，避免冷却液在某一位置受热后还要流通到其他位置参与热交换。

为了生产超大型工字钢、H型钢和方形钢，传统模具采用厚钢板进行装配焊接。本实用新型的冷却钢锭模具，采用四块冷却侧壁组装，适用于工字钢、H型钢和方形钢的铸造。各冷却侧壁由工作板20和背板30组装，解决了传统模具生产周期长，钢板焊接过程容易产生的变形等缺陷，模具产品精度较低的问题。

本实用新型的冷却钢锭模具，可以直接将超大型工字钢、H型钢和方形钢铸造成型，或者浇注超大型工字钢、H型钢和方形钢，然后进行轧制或锻造，将大型钢坯一体成型，免去焊接、热处理等环节，降低了生产成本，缩短了生产周期，提高了产品均匀性，使产品能满足极端苛刻的使用条件。

较优地，冒口箱40采用如下保温措施：冒口箱40的壳体采用钢板进行焊接，壳体的内部中空，在壳体的内部填充隔热材料，利用隔热材料减少钢锭2在冒口42处的热量损失。同时，在冒口42的内壁面上悬挂隔热板，利用隔热板降低冒口42与壳体之间的热传热。

还可以在冒口42的上部，且在钢水的上表面铺设保护渣，保护渣覆盖在钢水的上表面，使钢水与空气隔绝，降低冒口42对空气的辐射散热；同时铺设发热剂，针对冒口42处温度较低的情况，利用发热剂进行热量补充。还可以在冒口42的上部安装煤气加热器，燃烧煤气对冒口42处的钢液进行加热。还可以在壳体的内部安装电磁加热装置，对冒口42处的钢液进行加热。

上述保温措施不仅可以延缓钢锭2在冒口42处的凝固，冒口42处的高温钢液能对钢锭2的中下部进行良好的补缩，使钢锭2的内部不会产生疏松和缩孔，生产出的钢锭2的质量优良，内部成分、组织均匀。

较优地，各冒口42的总体积约为钢锭2总体积的8％～15％，各冒口42的数量和尺寸要保证冒口42处的钢液具有良好的流动性，能对钢锭2的锭身进行补缩，同时冒口42内的缩孔深度不能深入到钢锭2的锭身内部，钢锭2在冒口42处最后凝固。

作为一种可实施的方式，铸造腔的纵截面呈方形，如图4和图5所示的实施例二中，冷却侧壁具有四个侧面，各侧面能分别贴合在钢锭2的四个侧面上。

作为另一种可实施的方式，如图1、图2和图3所示的实施例一中，铸造腔的纵截面呈工字形或H形，钢锭2的其中一个翼缘板的翼面能贴合于底盘10的上表面。冷却侧壁具有四个侧面，冷却侧壁的其中两个相对的侧面能分别贴合在钢锭2的两端端面上，冷却侧壁的另外两个相对的侧面能分别贴合在钢锭2的两侧。

本实用新型使钢锭2侧卧放置，即钢锭2的最大尺寸所在的方向平行于底盘10的上表面。

进一步地，请参阅图6所示，各工作板冷却区的外表面上从上到下开设多个条状的冷却通槽22；在各工作板冷却区的外表面的上部开设至少两个上蓄水槽24，在各工作板冷却区的外表面的下部开设至少两个与各上蓄水槽24一一对应的下蓄水槽26；相邻的至少两个冷却通槽22的上下两端分别与其中一个上蓄水槽24和对应的下蓄水槽26连通。

冷却钢锭模具还包括与侧壁冷却区的数量相同的供水机构，各供水机构分别设置在各背板冷却区的外表面上。请参阅图7和图8所示，各供水机构分别包括至少一个上水箱54和至少一个下水箱56，对应上水箱54在背板30上开设上通孔，对应下水箱56在背板30上开设下通孔；上水箱54通过对应的上通孔与各上蓄水槽24分别连通，下水箱56通过对应的下通孔与各下蓄水槽26分别连通；在各侧壁冷却区内，对应的上水箱54、上通孔、上蓄水槽24、冷却通槽22、下蓄水槽26、下通孔和下水箱56依次连通，形成供冷却水流通的流道。

上蓄水槽24和下蓄水槽26用于蓄积一定量的冷却液，使冷却液在上蓄水槽24和下蓄水槽26能得到缓冲，并聚集起来，避免冷却液在冷却通槽22中的流速过大，影响冷却效果。而且，使至少两个冷却通槽22的上端共用一个上蓄水槽224，相应地，这些冷却通槽22的下端共用一个下蓄水槽26，使冷却通槽22在水平方向进行分组排列。背板30上对应于至少一个上蓄水槽24设置一个上水箱54，背板30上对应于至少一个下蓄水槽26设置一个下水箱56。

本实用新型的冷却钢锭模具中，工作板20上加工的冷却通槽22在高度方向进行了分段，形成相互独立的侧壁冷却区，并采用相互独立的供水机构对各侧壁冷却区分别供应冷却液。在相同的高度位置，至少两个冷却通槽22共用一个上蓄水槽24和一个下蓄水槽26，使冷却通槽22在水平方向进行分组排列，能够针对各上蓄水槽24对应的每组流道分别进行调节，实现钢锭模具分区域的精确冷却。

较优地，工作板20的外表面加工成光滑表面，在光滑表面加工细小截面的冷却通槽22，冷却通槽22的截面形状可以为圆形、方形、椭圆形、多边形或其他不规则的形状。冷却通槽22通过机械加工形成，使冷却通槽22的内壁具有较高的光滑度，减小了冷却液的流动阻力。而且，相邻的冷却通槽22之间的间隔距离很小，密集的冷却通槽22保证了冷却强度。

图6所示为沿钢锭2底面的长度方向(即沿铸造腔的长度方向)设置的工作板20，图7所示为沿钢锭2底面的长度方向设置的背板30，图6和图7中所示的冷却侧壁包括从上至下依次设置的三个侧壁冷却区，工作板20上从上至下设置三排密集的冷却通槽22，相邻的多个冷却通槽22的上端和下端分别共用一个上蓄水槽24和一个下蓄水槽26。

本实施例中，沿钢锭2底面的长度方向设置的工作板20上，相邻的四至八条冷却通槽22共用一个上蓄水槽24和一个下蓄水槽26，沿钢锭2底面的长度方向设置的背板30上，对应于三个上蓄水槽24设置一个上水箱54，对应于三个下蓄水槽26设置一个下水箱56。

图8所示为沿钢锭2底面的宽度方向(即沿铸造腔的宽度方向)设置的背板30。本实施例中，沿钢锭2底面的宽度方向设置的冷却侧壁包括从上至下依次设置的两个侧壁冷却区。

请结合图9、图10和图11所示，以H型钢为例，本实用新型的冷却钢锭模具，工作板20和背板30的形状适应于钢锭2的四周侧壁的形状，四块冷却侧壁灵活组合成铸造腔。在工作板20上机械加工的冷却通槽22，再将背板30扣在冷却通槽22上，形成供冷却水流通的密闭的流道，可以保证冷却强度。同时，由于本实用新型的冷却钢锭模具为组装式结构，可以对方便地对局部进行检查、维修和更换，模具的使用寿命明显延长，运行成本较低，明显降低生产成本，有利于保证产品质量。

冷却通槽22在高度方向进行分段，并在水平方向进行分组，可以实现冷却钢锭模具在不同区域进行冷却水流量的精确控制，实现钢锭2的冷却全程控制，生产高质量的钢锭2。

较优地，本实用新型的冷却钢锭模具，使钢锭2的底部和下部冷却强度大，凝固速度快；钢锭2的上部冷却强度小，凝固速度慢。由上可知，钢锭2在强制可控的冷却条件下进行凝固，使钢锭2整体的凝固速度相对较快；缩小了钢锭2上部和下部的凝固速度的差距，使钢锭2的内部晶粒小，钢锭2的内部质量均匀，钢锭2的偏析小，能够消除钢锭2内部的疏松和缩孔等缺陷。

本实用新型的冷却钢锭模具，钢锭2在强制可控的冷却条件下进行凝固，可以使工字钢、H型钢和方形钢自下向上顺序凝固，针对不同尺寸和规格的钢锭2能够实现局部控制冷却，从而全程可控的生产。对钢锭2不同部位采用不同的冷却强度，满足不同部位不同的热负荷强度的要求，保证了钢锭2整体质量的均匀性，提高了钢锭2的冷却速度，减轻了钢锭2内部的疏松、缩孔，减轻钢锭2的背部偏析，产品的内部组织均匀致密。

更进一步地，如图6所示，各工作板冷却区内的各上蓄水槽24位于同一高度，各工作板冷却区内的各下蓄水槽26位于同一高度。

更进一步地，如图7所示，本实施例中，上水箱54的数量为至少一个，上水箱54连接一出水接口542；下水箱56的数量为至少两个，各下水箱56分别连接一进水接口562；可以使冷却液先进入温度较高的钢锭2的下部，从而提高冷却速度。

此时，冷却液从下水箱56输入，从上水箱54输出，冷却液依次经下水箱56和下通孔蓄积在下蓄水槽26中，然后下蓄水槽26中的冷却液经冷却通槽22从下到上流通，再蓄积在上蓄水槽24中，上蓄水槽24中的冷却液经上通孔回到上水箱54中，在该侧壁冷却区内完成一个循环。

或者上水箱54的数量为至少两个，各上水箱54分别连接一进水接口；下水箱56的数量为至少一个，下水箱56连接一出水接口。此时，冷却液从上水箱54输入，从下水箱56输出，冷却液依次经上水箱54和上通孔蓄积在上蓄水槽24中，然后上蓄水槽24中的冷却液经冷却通槽22从上到下流通，再蓄积在下蓄水槽26中，下蓄水槽26中的冷却液经下通孔回到下水箱56中，在该侧壁冷却区内完成一个循环。

更进一步地，如图7和图8所示，上水箱54的数量与下水箱56的数量相同，且均为至少两个，各上水箱54的位置与各下水箱56的位置一一对应。

更进一步地，各供水机构还分别包括一个储水箱，储水箱通过连接管路与各进水接口562分别连通。本实施例中，下水箱56用于进水，上水箱54用于出水。在进水接口562之前设置一个储水箱，外界的冷却液先蓄积在储水箱中，然后再分配到各个下水箱56中，冷却液在冷却通槽22中从下至上流通后，最后蓄积在上水箱54中，集中输出。

更进一步地，各进水接口562上分别设置用于控制流量的调节阀，通过调节阀可以控制各连接管路上的流量大小，从而实现了在同一高度位置、对水平方向的不同位置的冷却强度进行差异化控制。较优地，各连接管路上还可安装流量计，用于检测进入各进水接口562的水流量。

较优地，还可以在背板30上安装用于测温的热电偶，实时监测工作板20的温度和冷却强度，并根据钢锭2的凝固进程，对每个侧壁冷却区的冷却水量分别独立调节，实现钢锭2凝固的区域控制，提高钢锭2的温度均匀性，消除钢锭2的内部缺陷，生产高质量的钢锭2。

作为一种可实施的方式，工作板20与背板30为可拆卸式连接。较优地，工作板20与背板30通过螺栓和螺母进行连接，冷却通槽22在工作板20的外表面与背板30的内表面之间密封，形成供冷却液流通的流道，冷却液输入后，对钢锭2和冷却侧壁同时进行冷却降温，由于冷却强度较高，保证冷却钢锭模具始终在安全温度以下工作，对钢锭2实现可控的强制冷却。

工作板20与背板30之间为可拆卸式连接，为设备的检修和局部更换提供便利。当使用一段时间之后，拆卸工作板20和背板30，即可露出冷却通槽22、上通孔和下通孔，从而可方便地对冷却通槽22、上通孔和下通孔中的水垢或其他杂质进行清理。如果工作板20或背板30上的某一处损坏，只需更换损坏的工作板20或背板30即可。

较优地，工作板20可选择铜合金、纯铜、不锈钢、钢等材质制成，背板30可选择钢、不锈钢等材质制成。另外，工作板20和背板30可以为两种不同的材质，不仅可以降低成本，还可以提高冷却钢锭模具的使用寿命。

较优地，底盘10一般采用铸铁材质制成，也可选用铸钢材质进行机加工。本实用新型的冷却钢锭模具的底盘10可采用水冷底盘。在底盘10内加工“米”字形通道，通道内铺设耐火材料制成的浇道，耐火材料制成的浇道内腔形成钢水流动通道，将高温钢液引流进入本实用新型的冷却钢锭模具。在整个凝固过程中还可以通过对底盘10的冷却水量进行调节，控制冷却强度，进而对钢锭2的整个凝固过程进行控制。由于高温钢液由下至上进入冷却钢锭模具，相应地，钢锭2的下部温度会高于钢锭2的上部温度。因此，各侧壁冷却区中，使各下水箱56用于进水，各下水箱56分别连接一进水接口562，冷却液从温度最高的下部进入，迅速地对钢锭2降温。

如图1、图3、图4和图5所示，冷却钢锭模具还包括夹紧机构，夹紧机构包括对称设置在钢锭2两侧的至少两个驱动器，各驱动器分别顶抵在相对的冷却侧壁的外侧。通过各驱动器挤压冷却侧壁，冷却侧壁贴合在钢锭2的侧面。夹紧机构还包括锁紧油缸，图3和图5中相邻的冷却侧壁之间分别通过锁紧油缸固定连接。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。