一种铝及铝合金低压半连续铸造结晶器冷却系统的制作方法

本实用新型涉及铝及铝合金锭半连续铸造技术领域，具体为一种铝及铝合金低压半连续铸造结晶器冷却系统。

背景技术：

早期铝及铝合金圆锭半连续铸造领域普遍采用传统直冷铸造（dc），但铸棒易产生表面缺陷和偏析等冶金缺陷。对直冷铸造基础上进行改造，相继产生热顶铸造、气滑铸造等铸造技术。目前，国际上流行的先进的铸造系统要数海德鲁的低压铸造（lpc）。该铸造技术在热顶铸造、油气润滑的基础上还增加了低压铸造技术，在铸棒表面质量和冶金偏析改善方面效果显著，铸棒表面光洁度和组织成分均匀性明显优于常规方法生产的铸棒；低压铸造技术相比其他铸造技术的模盘增加了模盘盖板，模盘内部浇道和结晶器处于密闭状态，浇铸过程中通过真空发生器将模盘内部铝液表面抽成负压，通过虹吸原理使得结晶器内铝液表面处于大气压力状态下，从而实现了低压铸造。此外，模盘抬升的高度可由plc自动控制，再结合负压控制，使得结晶高度自动调整成为现实；同其他铸造系统一样，低压铸造系统在结晶器下沿开设单排喷水空来提高二次冷却强度，从而进一步改善铸锭表面质量和内部组织。以上改进使得该系统适应1xxx-7xxx，直径φ127-φ520多种铸棒。

低压铸造技术的核心思路在于通过负压作用产生的虹吸现象，实现结晶器内铝液表面处于大气压状态，该技术的关键之一是确保各相关部件连接的密封严密，lpc通过耐高温橡胶圈（<400℃）密封，从而实现准确控制负压大小，密封圈如果损坏密封不严，会导致负压异常或消失，虹吸平衡被打破，铸造失败；原设计方案中，水箱内冷却水的流动主要集中在水箱底层部分冷却水，而位于水箱上部靠近密封圈的冷却水基本处于不流动状态，在结晶器内高温铝液的热长时间辐射状态下，极易造成此部分水温局部过高（如图4中区域f），导致局部和密封圈接触的水处于高温高压的水蒸气状态；生产实践中发现，在生产φ460以上大直径铸棒时，由于铸造速度较慢，液穴较深，结晶高度较高，对于结晶器配合的相关部件热作用大，更容易烫坏结晶器和水箱之间的密封圈，导致冷却水进入结晶器，导致铸造失败，进而增加了生产的成本。为了确保铸造连续和稳定性，必须设法提高结晶器密封圈的使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种新型水箱结构设计，改变冷却水在水箱中的流动方式，确保密封圈处有连续流动的冷却水经过，持续对密封圈冷却，避免密封圈在浇铸过程中被高温烫坏，从而提高铸造的连续性和稳定性。

具体的提供一种铝及铝合金低压半连续铸造结晶器冷却系统，其特征在于，

包括水箱本体、结晶器本体、固定骨架及挡水板；

所述水箱本体和结晶器本体通过密封圈进行密封，在水箱底板和顶板之间沿着结晶器圆柱形本体外均布低焊接四个固定骨架，所述挡水板通过紧固件设置在水箱内，

挡水板和水箱本体的外缘保持一定距离m，挡水板和结晶器本体之间的空腔形成冷却水第一流动通道；

挡水板的底部和水箱本体的底板齐平，挡水板的顶部和水箱本体的顶板保持一定的距离l，以形成冷却水的第二流动通道。

进一步地，固定骨架为u型结构。

进一步地，挡水板为两块半圆形结构，两块半圆形挡水板环绕在结晶器本体外表面形成完整的圆形挡水板，挡水板厚度2±0.5mm。

进一步地，所述l控制在15-20mm，所述m控制在15-20mm，所述的挡水板厚度2±0.5mm。

进一步地，固定骨架、挡水板及紧固件均采用不锈钢材质。

本实用新型的有益效果在于：

一、本实用新型改造了水箱，在铸造冷却过程中，实现了冷却水先填充挡水板外侧水箱空腔a，然后冷却水经过挡水板和水箱本体顶板形成的水道b，进入挡水板和结晶器本体形成的水道c，最后进入结晶器本体的进水孔，进而对铸棒进行冷却。水箱本体和结晶器本体之间的密封圈所在的局部区域会有连续的冷却水经过，实现对密封圈的有效冷却降温，避免密封圈所在局部形成高温水蒸气烫坏密封圈，从而大大降低铸造失败的机率。

二、本实用新型仅改变了水箱内冷却水的流动状态，不改变结晶器本体的进水结构，可以提供和原有设计所需的相同水流量，因此不会影响现有的铸造工艺水流量。

附图说明

图1为本实用新型冷却系统的主视图。

图2为本图1的主视图中a处的示意图。

图3为图1的主视图b-b向示意图。

图4为原冷却系统中冷却水流动示意图。

图5为本实用新型冷却系统中冷却水流动示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1-5所示：一种铝及铝合金低压半连续铸造结晶器冷却系统，其特征在于，其中箭头方向为冷却水的流向。

包括水箱本体1、结晶器本体3、固定骨架4及挡水板5；

所述水箱本体1和结晶器本体3通过密封圈2进行密封，在水箱底板和顶板之间沿着结晶器圆柱形本体外均布的焊接四个固定骨架4，所述挡水板5通过紧固件6设置在水箱内，

挡水板5和水箱本体1外缘保持一定距离m，挡水板5和结晶器本体3的空腔形成冷却水第一流动通道；

挡水板5的底部和水箱本体1的底板齐平，挡水板5的顶部和水箱本体1的顶板保持一定的距离l，以形成冷却水的第二流动通道。

进一步地，固定骨架4为u型结构。

进一步地，挡水板为两块半圆形结构，两块半圆形挡水板环绕在结晶器本体外表面形成完整的圆形挡水板，挡水板厚度2±0.5mm。

进一步地，所述l控制在15-20mm，所述m控制在15-20mm，所述的挡水板厚度2±0.5mm。

进一步地，固定骨架4、挡水板5及紧固件6均采用不锈钢材质。此处紧固件为内六角螺钉6和螺母的配合件，采用不锈钢材质可防止在水流浸泡下腐蚀生锈。所有焊接点均采用不锈钢焊条，并且焊接部位打磨后喷锌处理。

内六角螺钉与螺母的紧固件6配合点焊在u型固定骨架4上，可以实现电动螺丝刀快速装卸内六角螺钉，进而方便安装和拆卸挡水板，大大增强该设计水箱的现场适应性。

在铸造冷却过程中，实现了冷却水先填充挡水板外侧水箱空腔a，然后冷却水经过挡水板和水箱本体1顶板形成的水道b，进入挡水板和结晶器本体3形成的水道c，最后进入结晶器本体1的进水孔7，进而对铸棒进行冷却。水箱本体1和结晶器本体3之间的密封圈2所在的局部区域（如图4中区域f处）会有连续的冷却水经过，实现对密封圈的有效冷却降温，避免密封圈2所在局部形成高温水蒸气烫坏密封圈，大大降低铸造失败的机率。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

技术特征：

1.一种铝及铝合金低压半连续铸造结晶器冷却系统，其特征在于，

包括水箱本体（1）、结晶器本体（3）、固定骨架（4）及挡水板（5）；

所述水箱本体（1）和结晶器本体（3）通过密封圈（2）进行密封，在水箱底板和顶板之间沿着结晶器圆柱形本体外均布的焊接四个固定骨架（4），所述挡水板（5）通过紧固件（6）设置在水箱内，

挡水板（5）和水箱本体（1）外缘保持一定距离m，挡水板（5）和结晶器本体（3）之间的空腔形成冷却水第一流动通道；

挡水板（5）的底部和水箱本体（1）的底板齐平，挡水板（5）的顶部和水箱本体（1）的顶板保持一定的距离l，以形成冷却水的第二流动通道。

2.如权利要求1所述的一种铝及铝合金低压半连续铸造结晶器冷却系统，其特征在于，所述固定骨架（4）为u型结构。

3.如权利要求1所述的一种铝及铝合金低压半连续铸造结晶器冷却系统，其特征在于，所述挡水板（5）为两块半圆形结构，两块半圆形挡水板环绕在结晶器本体外表面形成完整的圆形挡水板。

4.如权利要求1所述的一种铝及铝合金低压半连续铸造结晶器冷却系统，其特征在于，所述l控制在15-20mm，所述m控制在15-20mm，所述的挡水板厚度2±0.5mm。

5.如权利要求1所述的一种铝及铝合金低压半连续铸造结晶器冷却系统，其特征在于，固定骨架（4）、挡水板（5）及紧固件（6）均采用不锈钢材质。

技术总结
本实用新型涉及一种铝及铝合金低压半连续铸造结晶器冷却系统，包括水箱本体、结晶器本体、固定骨架及挡水板；水箱本体和结晶器本体通过密封圈进行密封，在水箱底板和顶板之间沿着结晶器圆柱形本体外均布低焊接四个固定骨架，挡水板通过紧固件设置在水箱内，挡水板和结晶器本体外表面保持一定距离，两者之间的空腔形成冷却水流动通道；挡水板的底部和水箱本体的底板齐平，挡水板的顶部和水箱本体的顶板保持一定的距离，以形成冷却水的流动通道。本系统通过设置挡水板从而改变冷却水在水箱中的流动方式，确保密封圈处有连续流动的冷却水经过，持续对密封圈冷却，避免密封圈在浇铸过程中被高温烫坏，从而提高铸造的连续性和稳定性。

技术研发人员：魏礼运;王庆庆
受保护的技术使用者：江苏亚太航空科技有限公司
技术研发日：2019.08.28
技术公布日：2020.05.22