一种铝杆连铸用结晶轮冷却系统的制作方法

本实用新型涉及一种铝杆连铸用结晶轮冷却系统，属于铝杆制造技术领域。

背景技术：

目前现有电工圆铝杆是生产电力和通讯领域铝质电缆的首选材料，在生产过程中，先将铝锭熔炼，然后再添加精炼剂进行精炼，精炼后使用结晶轮冷却制成铝条，铝条送入到轧机中进行轧制成电工圆铝杆。

结晶轮是铝杆连铸机中最重要的零件，结晶轮一般采用铜或者铜合金制成，其外周壁设置有绕环周设置的铸槽，所述铸槽的横截面为U形。在铝杆的连铸生产过程中，结晶轮与钢带配合，钢带由钢带轮牵引，钢带与结晶轮的铸槽相贴合形成型腔，钢带轮通过牵引钢带带动结晶轮转动。在结晶轮的内圈中通常设置有用来支撑结晶轮的支撑辊和用来限定结晶轮位置的限位辊。熔融的铝液通过浇包流入型腔，在型腔内经过冷却、结晶和凝固成型成铝条，铝条随着结晶轮的转动而从拉坯口被拉出。

在使用结晶轮制成铝条的过程中，冷却过程对结晶轮生产的铝条质量至关重要。一般现有的结晶轮采用多面冷却的形式对结晶轮进行强制冷却。较为常见的是通过直接喷淋在钢带或者结晶轮的内周，尤其是铸造区的内侧，所述结晶轮中与钢带相切的部位为铸造区。

由于目前钢带处的喷淋冷却速率要远大于结晶轮内周的冷却速率，这就使得越靠近铸槽的槽底，其结晶的速率越慢，则会导致铝液在结晶时晶向组织不均匀，在后续进行轧制得到的铝杆表面易出现鱼纹状的裂纹，严重时，在结晶轮进行结晶时会出现断裂的情况。目前，采用多面冷却的形式对结晶轮进行强制冷却，其制成铝条的合格率不超过90％。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供了一种铝杆连铸用结晶轮冷却系统，具体技术方案如下：

一种铝杆连铸用结晶轮冷却系统，包括结晶轮、绕经结晶轮的钢带，所述结晶轮的外周设置有铸槽，所述结晶轮中与钢带相切的部位为铸造区，所述结晶轮的内圈中设置有用来支撑结晶轮的支撑辊和用来限定结晶轮位置的限位辊；所述结晶轮的内周设置有环形换热槽，所述换热槽的横截面为燕尾形；所述铸造区的外侧设置有第一冷却装置，所述第一冷却装置包括与结晶轮外周相匹配的弧形水箱、第一水管，所述水箱与钢带之间设置有间隙，所述水箱正对着铸造区的那一侧设置有多个出水孔，所述水箱的中部设置有第一进水孔，所述第一水管的尾端与第一进水孔连通；所述铸造区的内侧设置有第二冷却装置，所述第二冷却装置包括与结晶轮内周相匹配的弧形金属槽、第二水管，所述金属槽包括底板和分别固设在底板两侧的侧板，所述底板的中部设置有第二进水孔，所述第二水管的尾端与第二进水孔连通，所述侧板与结晶轮的侧壁之间设置有密封板，所述密封板包括金属板和固设在金属板一侧的石墨板；所述金属槽与结晶轮的内周之间设置有与换热槽相连通的换热腔，所述换热腔的下半段设置有多个相互交错的换热片，所述换热片均设置在第二进水孔的下方，所述换热片的尾端与侧板固定连接。

作为上述技术方案的改进，所述结晶轮的两侧分别还固设有环形挡板，所述侧板与挡板之间设置有间隙，所述密封板与挡板之间设置有间隙。

作为上述技术方案的改进，所述金属板的另一侧固设有多根螺柱，所述侧板的侧壁设置有供螺柱进出的通孔，所述金属槽的外部设置有与螺柱相适配的螺母，所述螺母与螺柱螺纹连接。

作为上述技术方案的改进，所述换热槽的槽底设置有锯齿。

作为上述技术方案的改进，所述换热片与侧板相互垂直。

本实用新型所述铝杆连铸用结晶轮冷却系统通过第一冷却装置对铸造区的外侧进行冷却，通过第二冷却装置对铸造区的内侧进行冷却，第二冷却装置的冷却效果好；第一冷却装置和第二冷却装置共同作用，能够显著缩短结晶轮内周与其外周之间的温差，有助于提高铝条的结晶质量。

附图说明

图1为本实用新型所述铝杆连铸用结晶轮冷却系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述铸造区和空置区的分布示意图；

图3本实用新型所述结晶轮和金属槽的断面示意图；

图4为本实用新型所述金属槽和结晶轮构成换热腔的示意图；

图5为本实用新型所述金属槽的断面示意图；

图6为本实用新型所述换热片在金属槽内部的分布示意图；

图7为本实用新型所述水箱和第一水管的连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1～3所示，所述铝杆连铸用结晶轮冷却系统，包括结晶轮10、绕经结晶轮10的钢带21，所述结晶轮10的外周设置有铸槽11，所述铸槽11的横截面为U形，所述结晶轮10中与钢带21相切的部位为铸造区10b，所述结晶轮10中与钢带21不接触的部位为空置区10a，所述结晶轮10的内圈中设置有用来支撑结晶轮10的支撑辊23和用来限定结晶轮10位置的限位辊24；所述钢带21牵引结晶轮10转动，支撑辊23和限位辊24的配合使得结晶轮10只能在钢带21的牵引下进行自转。浇包22中存储有700～720℃的铝液，钢带21与结晶轮10外周的铸槽11相贴合形成型腔，钢带21带动结晶轮10转动。熔融的铝液通过浇包22流入型腔，通过强制性冷却作用，在结晶轮10转动180°的过程中，型腔中的铝液迅速冷却、结晶、凝固铸成铝条40，铝条40被牵引与铸槽11脱离然后被送入连轧机中进行轧制；随着结晶轮10不停地转动，浇包22向铸槽11中连续注入的铝液，周而复始的冷却、结晶、凝固，完成连续铸锭的任务。在上述过程中，所述结晶轮10中的铸槽11、钢带21、浇包22、支撑辊23和限位辊24均为现有设计，不是本技术方案的保护重点。

如图1～7所示，所述结晶轮10的内周设置有环形换热槽12，所述换热槽12的横截面为燕尾形，即所述换热槽12为环形的燕尾槽；所述铸造区10b的外侧设置有第一冷却装置，所述第一冷却装置包括与结晶轮10外周相匹配的弧形水箱50、第一水管52，所述水箱50沿着结晶轮10的外周设置，所述水箱50与钢带21之间设置有间隙，所述水箱50正对着铸造区10b的那一侧设置有多个出水孔501，所述水箱50的中部设置有第一进水孔502，所述第一水管52的尾端与第一进水孔502连通；所述铸造区10b的内侧设置有第二冷却装置，所述第二冷却装置包括与结晶轮10内周相匹配的弧形金属槽61、第二水管62，所述金属槽61设置在支撑辊23和限位辊24之间，所述金属槽61沿着结晶轮10的内周设置，所述金属槽61的横截面为U形，所述金属槽61包括底板611和分别固设在底板611两侧的侧板612，所述底板611的中部设置有第二进水孔621，所述第二水管62的尾端与第二进水孔621连通，两个侧板612分别设置在结晶轮10的两侧，所述侧板612与结晶轮10的侧壁之间设置有密封板，所述密封板包括金属板631和固设在金属板631一侧的石墨板632，所述石墨板632设置在金属板631和结晶轮10的侧壁之间；所述金属槽61与结晶轮10的内周之间设置有与换热槽12相连通的换热腔66，所述换热腔66的上下两端均敞开，所述换热腔66的下半段设置有多个相互交错的换热片67，所述换热片67均设置在第二进水孔621的下方，所述换热片67与结晶轮10的内周之间设置有间隙，所述换热片67的尾端与侧板612固定连接。

所述第一水管52的首端与第一水源连通，所述第二水管62的首端与第一水源连通。第一水源中的水为20～25℃常温水，第二水源中的水为10～15℃冷却水。所述第一冷却装置对铸造区10b的外侧进行冷却，所述20～25℃常温水依次通过第一水管52、第一进水孔502、水箱50的内腔然后从出水孔501喷出，出水孔501喷出的常温水均匀地喷洒在铸造区10b附近钢带21的表面，对铸造区10b的外侧进行冷却。

所述第二冷却装置对铸造区10b的内侧进行冷却，所述10～15℃冷却水依次通过第二水管62、第二进水孔621、换热腔66和换热槽12，对铸造区10b的内侧进行冷却。所述冷却水在进入到换热腔66中时，由于换热片67的存在，换热片67不但能够延长冷却水在换热腔66的下半段的滞留时间，而且在换热片67的阻碍下，这使得从第二进水孔621流出的一部分冷却水能够克服自重沿着换热腔66的上半段向上流动，最终从换热腔66的上端流出。如果不设置换热片67，从第二进水孔621流出的大部分冷却水在重力的作用下只会沿着换热腔66的下半段向下流动，最终从换热腔66的下端流出。换热槽12的存在不但能够进一步提高结晶轮10内周的冷却速率，缩短结晶轮10内周、外周之间的温差；而且换热槽12的横截面为燕尾状，这使得结晶轮10内周与支撑辊23、限位辊24之间有足够的接触面积。进一步地，所述换热槽12的槽底设置有锯齿121。锯齿121的存在，根据尖端热效应原理，锯齿121的存在还会促使热量向锯齿121处集中，有助于提高第二冷却装置的冷却散热效果。

所述密封板的存在，密封板能够将侧板612与结晶轮10侧壁之间的缝隙给堵住，这使得石墨板632与结晶轮10侧壁之间为间隙配合。即使在热膨胀导致石墨板632紧住结晶轮10侧壁，石墨质软，石墨板632不会影响所述结晶轮10的转动，只会造成石墨板632产生损耗，因此需要定期更换石墨板632。虽然石墨板632与结晶轮10侧壁之间有时会存在微小缝隙，会使得微量的水滴渗出，该部分水滴不会影响冷却效果。

进一步地，所述结晶轮10的两侧分别还固设有环形挡板13，所述侧板612与挡板13之间设置有间隙，所述密封板与挡板13之间设置有间隙。在安装金属槽61和密封板时，挡板13的作为参照，方便进行安装，同时还能够阻挡石墨板632与结晶轮10侧壁之间渗出的水滴飞溅入铸槽11中。

进一步地，为方便安装以及更换密封板；所述金属板631的另一侧固设有多根螺柱64，所述侧板612的侧壁设置有供螺柱64进出的通孔6121，所述金属槽61的外部设置有与螺柱64相适配的螺母65，所述螺母65与螺柱64螺纹连接。当需要更换密封板时，先将金属槽61从结晶轮10的内周处取下，然后旋出螺母65，取下旧的密封板；更换新的密封板，将螺柱64穿过通孔6121，然后再将螺母65与螺柱64螺纹连接，最后将带有新密封板的金属槽61安装在结晶轮10的内周处。

进一步地，为提高换热片67对冷却水滞留效果，所述换热片67与侧板612相互垂直。

在上述实施例中，所述结晶轮10的工作温度为50～70℃，使用非接触式红外测温仪测量结晶轮10的内周与外周之间的温差，在同一径向，结晶轮10的内周与外周之间的温差不超过2℃，这说明，在第一冷却装置和第二冷却装置的共同作用下，所述铸槽11的槽底与槽口处的温差相差不大，也就是说，第一冷却装置和第二冷却装置对铝条40的冷却速率相接近，铝条40在结晶时温度的均匀性好，结晶时晶向组织均匀，在后续进行轧制得到的铝杆表面不易出现鱼纹状的裂纹。所述铝杆连铸用结晶轮冷却系统中结晶轮10制得的铝条40的合格率为95.3％～97.1％。并且，相对于在结晶轮10的内周采用喷淋式冷却，喷淋式冷却用水量远大于第二冷却装置的用水量，第二冷却装置能够节约用水33％～51％。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。