CN107243609A - 一种铜及铜合金浇铸结晶器 - Google Patents
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Abstract
一种铜及铜合金浇铸结晶器，外壳的底部开口处螺纹连接有环状分水底盘；第一内套与外壳同轴设置并位于外壳内，第一内套的凸环紧密固定在外壳的顶口上；第一内套底部的圆周边处切削有一圈外倒角，分水底盘的内环面上设有一圈与外倒角相平行的锥面，外倒角与锥面围合成开口大小可调的环形出水孔；第一内套、外壳和分水底盘围合成积水型腔，外壳上设有与积水型腔连通的若干个进水孔；挡水板和底板将积水型腔分隔成与进水孔连通的第一半腔和与出水孔连通的第二半腔，第一半腔和第二半腔通过挡水板与凸环之间的间隙连通；进水孔连接有用于与冷却水源连通的进水嘴，且进水嘴与进水孔可拆卸连接；第一内套内同轴设有第二内套。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜及铜合金浇铸结晶器。
背景技术
铜及铜合金浇铸结晶器是专门用于铜及铜合金熔炼浇铸铸锭的装置，使用时安放在熔炼炉头的前下方，并通过浇管使炉内熔化好的铜水均匀的流入结晶器中，铜水在结晶器内结晶凝固，形成具有一定形状和尺寸规格的铸锭，以供后续铜材加工使用。通过后序加工，形成铜及铜合金管、棒、排、线、板、带、型材等制品，以供电气、机械、建筑、汽车等行业使用，用途极为广泛。
目前，企业在熔炼生产过程中，采用的结晶器都是传统的带有两个进水孔的结晶器，冷却水直接喷射到结晶器内套上，以对铜水进行一次冷却；并通过底部的网眼式分水底盘，对引出的铸锭进行二次冷却。传统的结晶器具有如下缺陷：
1、两个进水孔，水流量不足，冷却强度低；
2、进入结晶器的冷却水直接喷射到结晶器内套上，冷却不均匀，造成在铜水浇铸过程中结晶组织不均匀，使得结晶组织不够致密、晶粒粗大；
3、采用网眼式分水底盘，冷却水流量不可调节，且出水孔细小易堵塞，各部位流量不均匀，造成二次冷却铸锭结晶组织不均匀，使得晶粒大小不均匀、晶粒粗大。结晶器分水底盘出水孔发生堵塞时，造成出水流量不等，或出现结晶器返水现象，造成铸锭产生皮下孔缺陷，严重影响铸锭的产品质量。生产合金铜时，容易出现铸锭内部冷却不均匀，导致铸锭内应力裂纹、晶间裂纹等缺陷。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种铜及铜合金浇铸结晶器。
本发明采用的技术方案是：
一种铜及铜合金浇铸结晶器，包括竖直设置的外壳，所述外壳呈两端开口的筒状；外壳的底部开口处螺纹连接有环状分水底盘；外壳的顶部开口处架设有第一内套，第一内套与外壳同轴设置并位于外壳内，第一内套的两端开口，且第一内套的外径小于外壳的内径；第一内套的顶口处设有向外水平延伸的凸环，且凸环紧密固定在外壳的顶口上；第一内套底部的圆周边处切削有一圈外倒角，分水底盘的内环面上设有一圈与所述外倒角相平行的锥面，第一内套的外倒角延伸至分水底盘内，且外倒角与锥面围合成开口大小可调的环形出水孔；
第一内套、外壳和分水底盘围合成积水型腔，积水型腔的底部与所述出水孔连通，且外壳上设有与积水型腔连通的若干个进水孔；积水型腔内同轴设有环状挡水板，挡水板的底部通过底板固定在外壳的内壁上，且挡水板对准进水孔，挡水板和底板将积水型腔分隔成与进水孔连通的第一半腔和与出水孔连通的第二半腔，且第一半腔和第二半腔通过挡水板与凸环之间的间隙连通；
所述进水孔连接有用于与冷却水源连通的进水嘴，且进水嘴与进水孔可拆卸连接；
所述第一内套内同轴设有第二内套，且第二内套紧密贴设在第一内套上。
进一步，所述第一内套为紫铜内套，所述第二内套为石墨内套，且第二内套呈两头贯通的筒状。
进一步，所述外壳的底部内壁设有第一内螺纹，所述分水底盘的外壁设有第一外螺纹。
进一步，所述凸环通过螺栓和螺母固定在外壳的顶面上。
进一步，底板沿外壳的径向设置，且底板的一端与挡水板垂直固定，底板的另一端与外壳的内壁垂直固定。
进一步，所述外壳上沿周向均匀设有4个进水孔。
进一步，所述进水嘴上设有第二外螺纹，所述进水孔上设有第二内螺纹，所述进水孔与进水嘴螺纹连接。
进一步，外倒角的倾斜角为25°。
本发明的技术构思为：
1、本发明采用四个进水孔，增加了进水流量，增强了结晶器内的冷却水水压，增大了冷却强度，使铜水在结晶器内的液穴深度较浅，结晶速度快，晶粒细小，组织致密均匀，减少了铸锭缩孔现象。
2、冷却水进入积水型腔后，先注满第一半腔，再从挡水板上方均匀的流入第一内套与挡水板形成的第二半腔，对第一内套中的高温铜水形成一次冷却，可使铜水浇铸时始终保持冷却均匀。冷却水不是直接喷射在结晶器内套的一个固定点上，解决了一次冷却水不均匀、不可调节的缺陷。
3、对二次冷却水的分水底盘进行了设计开发，本发明的分水底取消了网眼，在分水底盘内环面上，加工25°的锥面，锥面的角度与第一内套底端的倒角一致，在分水底盘内侧与第一内套底端外侧之间形成一圈间隙可调的且具有25°斜角的出水孔，间隙的大小根据铸锭规格及冷却水大小、水温情况，通过旋转分水底盘的外螺纹进行调节控制。流出的冷却水带有一定的压力，均匀的喷射结晶器下方刚刚引出铸锭的表面上，冷却水顺着引出铸锭的表面向下流，对铸锭进行二次冷却。这样冷却水对铸锭冷却均匀，冷却强度大，使铸锭快速冷却，抑制了铜及铜合金结晶过程晶粒持续长大，从而使铸锭获得结晶组织均匀、细小的等轴晶粒，使后序加工的产品可得到优良的机械性能，避免和减少了合金铜因冷却不均匀产生应力裂纹的缺陷。同时也避免和减少了结晶器返水造成铸锭产生皮下孔的缺陷。
4、第一内套内壁镶嵌石墨套(第二内套)，大大改善铸锭表面与第一内套的摩擦力，对引出的铸锭起到了非常好的润滑作用，大幅度提高了铸锭的表面质量。
本发明的有益效果体现在：
采用本发明得到的铸锭内在质量和表面质量，都得到了大幅提高，铸锭成品率也有大幅提高，加工的产品的表面质量和机械性能都有大幅提高，这是是老式结晶器生产效果无法比拟的，本发明取得了优良的技术效果：
(1)增大了冷却强度，使铜水在结晶器内的液穴深度较浅，结晶速度快、晶粒细小、组织致密均匀，且减少了铸锭缩孔现象。
(2)冷却水不是直接喷射在结晶器内套的某个固定点上，而是通过积水型腔冷却，解决了传统结晶器内套及铜水冷却不均匀的缺陷，使得本发明的铜水冷却均匀，铜及铜合金铸锭内部结晶组织均匀。
(3)分水底盘可对铸锭二次冷却均匀，冷却强度大且可调节，使铸锭快速冷却，抑制了铜及铜合金组织在结晶过程晶粒持续长大，从而使铸锭获得结晶均匀的内部组织、细小的等轴晶粒，使后序加工的产品可得到优良的机械性能，避免和减少了合金铜因冷却不均匀产生应力裂纹的缺陷。
(4)避免和减少了结晶器返水造成铸锭产生皮下孔的缺陷。
(5)改善铸锭表面与结晶器内壁的摩擦力，对引出的铸锭起到了非常好的润滑作用，大幅度提高了铸锭的表面质量。
总之，本发明可使铜水快速冷却结晶凝固，结晶组织均匀，减少铸锭在浇铸过程二次吸氧，减小晶粒粗大现象，提高铸锭的密度、导电率，采用石墨内套(第二内套)，减少了铸锭表面与结晶器的摩擦力，同时石墨对铸锭起到了良好的润滑作用，大大提高铸锭的表面质量，从而有效的防止铸锭在热挤压过程中造成吸氧，确保铜材产品的质量。省时、省钱，结构简单，操作方便，特别是解决了无氧铜浇铸工艺复杂，操作困难，生产效率低下等问题。生产的铜及铜合金铸锭成分稳定、均匀，质量可靠，生产效率大幅高，便于规模化、产业化生产。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，且其中的线条(附图标记为2)表示冷却水的水流轨迹，箭头表示冷却水的流向；
图2是本发明的俯视图；
图3是第二内套的剖视图；
图4是第一内套的剖视图；
图5是挡水板的剖视图；
图6是底板的剖视图；
图7是外壳的剖视图；
图8是分水底盘的剖视图；
图9是进水嘴的结构示意图。
具体实施方式
参照附图，一种铜及铜合金浇铸结晶器，包括竖直设置的外壳5，所述外壳5呈两端开口的筒状；外壳5的底部开口处螺纹连接有环状分水底盘9；外壳5的顶部开口处架设有第一内套4，第一内套4与外壳5同轴设置并位于外壳5内，第一内套4的两端开口，且第一内套4的外径小于外壳的内径；第一内套4的顶口处设有向外水平延伸的凸环42，且凸环42紧密固定在外壳5的顶口上；第一内套4底部的圆周边处切削有一圈外倒角41，分水底盘9的内环面上设有一圈与所述外倒角41相平行的锥面92，外倒角41与锥面92之间有间隙，第一内套4的外倒角41延伸至分水底盘9内，且外倒角41与锥面92围合成开口大小可调的环形出水孔；
第一内套4、外壳5和分水底盘9围合成积水型腔，积水型腔的底部与所述出水孔连通，且外壳5上设有与积水型腔连通的若干个进水孔52；积水型腔内同轴设有环状挡水板6，挡水板6的底部通过底板8固定在外壳5的内壁上，且挡水板6对准进水孔52，挡水板6和底板8将积水型腔分隔成与进水孔52连通的第一半腔和与出水孔连通的第二半腔，且第一半腔和第二半腔通过挡水板6与凸环42之间的间隙连通；
所述进水孔52连接有用于与冷却水源连通的进水嘴7，且进水嘴7与进水孔52可拆卸连接；
所述第一内套4内同轴设有第二内套3，且第二内套3紧密贴设在第一内套4上。
所述第一内套4为紫铜内套，所述第二内套3为石墨内套，且第二内套3呈两头贯通的筒状。
所述外壳5的底部内壁设有第一内螺纹53，所述分水底盘9的外壁设有第一外螺纹93。
所述凸环42通过螺栓1和螺母固定在外壳5的顶面上，所述外壳5上设有螺栓孔51。
底板8沿外壳5的径向设置，且底板8的一端与挡水板6垂直固定，底板8的另一端与外壳5的内壁垂直固定。
所述外壳5上沿周向均匀设有4个进水孔52。
所述进水嘴7上设有第二外螺纹81，所述进水孔52上设有第二内螺纹，所述进水孔52与进水嘴7螺纹连接。
外倒角41的倾斜角为25°，外倒角41与锥面92形成倾斜角为25°的出水孔，且出水孔指向第二内套3的底部开口的下方，以进行二次冷却。
所述分水底盘9的内环面上设有一圈凸台91，所述锥面92设置在所述凸台上。
外壳5侧面均匀分布有4个进水孔52，4个进水孔52与4个进水嘴7通过螺纹连接为一体，进水嘴52通过胶管与(冷却水源的)外供水管连接，形成本发明的冷却水进水系统。
第一内套4为紫铜内套，座设在外壳5的顶面上，通过螺栓1和螺母紧固在外壳5上，第一内套4的底部与分水底盘9平齐。分水底盘9通过第一外螺纹93与外壳底部的第一内螺纹连53接成一体。通过分水底盘9、外壳5、第一内套4之间形成一个冷却水的积水型腔，积水型腔的下面是第一内套4与分水底盘9形成带有一定间隙且间隙大小可调节的25度倾角的环形出水孔，水喷到引出铸锭的表面上，对铸锭进行二次冷却。
在积水型腔的内部，第一内套4与外壳5之间，增加了一圈挡水板6，挡水板6下面与底板8的内侧焊接，底板8的外侧与外壳5的内壁焊接固定。挡水板6、底板8与外壳5围合成第一半腔，冷却水进入积水型腔，首先注满第一半腔，之后再沿挡水板6上方满溢到第二半腔，由于进水流量较大且将第一半腔充满冷却水，可对本发明第二内套内的铜水进行稳定、流量可控的一次冷却。
为提高铸锭的表面质量，第一内套4内壁镶嵌一层高密度的石墨内套(第二内套3)，第二内套3采用热装方式镶嵌，第二内套3的表面光滑，对铜及其合金铸锭表面起到良好的润滑作用，利于生产，大大提高了铸锭的表面质量和成材率。
分水底盘9与外壳5为螺纹联接，使得分水底盘9与第一内套5之间的间隙大小可调，从而可控制冷却水流量。
所述的进水嘴7与外壳5为螺纹配合联接。
所述的第一内套4与外壳5为螺栓紧固联接。
第一内套4与第二内套3采用热装方式进行镶嵌，第二内套3为一次性使用设置，可更换。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (8)
1.一种铜及铜合金浇铸结晶器，其特征在于：包括竖直设置的外壳，所述外壳呈两端开口的筒状；外壳的底部开口处螺纹连接有环状分水底盘；外壳的顶部开口处架设有第一内套，第一内套与外壳同轴设置并位于外壳内，第一内套的两端开口，且第一内套的外径小于外壳的内径；第一内套的顶口处设有向外水平延伸的凸环，且凸环紧密固定在外壳的顶口上；第一内套底部的圆周边处切削有一圈外倒角，分水底盘的内环面上设有一圈与所述外倒角相平行的锥面，第一内套的外倒角延伸至分水底盘内，且外倒角与锥面围合成开口大小可调的环形出水孔；
第一内套、外壳和分水底盘围合成积水型腔，积水型腔的底部与所述出水孔连通，且外壳上设有与积水型腔连通的若干个进水孔；积水型腔内同轴设有环状挡水板，挡水板的底部通过底板固定在外壳的内壁上，且挡水板对准进水孔，挡水板和底板将积水型腔分隔成与进水孔连通的第一半腔和与出水孔连通的第二半腔，且第一半腔和第二半腔通过挡水板与凸环之间的间隙连通；
所述进水孔连接有用于与冷却水源连通的进水嘴，且进水嘴与进水孔可拆卸连接；
所述第一内套内同轴设有第二内套，且第二内套紧密贴设在第一内套上。
2.如权利要求1所述的一种铜及铜合金浇铸结晶器，其特征在于：所述第一内套为紫铜内套，所述第二内套为石墨内套，且第二内套呈两头贯通的筒状。
3.如权利要求2所述的一种铜及铜合金浇铸结晶器，其特征在于：所述外壳的底部内壁设有第一内螺纹，所述分水底盘的外壁设有第一外螺纹。
4.如权利要求3所述的一种铜及铜合金浇铸结晶器，其特征在于：所述凸环通过螺栓和螺母固定在外壳的顶面上。
5.如权利要求4所述的一种铜及铜合金浇铸结晶器，其特征在于：底板沿外壳的径向设置，且底板的一端与挡水板垂直固定，底板的另一端与外壳的内壁垂直固定。
6.如权利要求5所述的一种铜及铜合金浇铸结晶器，其特征在于：所述外壳上沿周向均匀设有4个进水孔。
7.如权利要求6所述的一种铜及铜合金浇铸结晶器，其特征在于：所述进水嘴上设有第二外螺纹，所述进水孔上设有第二内螺纹，所述进水孔与进水嘴螺纹连接。
8.如权利要求7所述的一种铜及铜合金浇铸结晶器，其特征在于：外倒角的倾斜角为25°。
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