CN108296462B - 一种防漏结晶器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防漏结晶器，适用于大口径铜及铜合金管坯水平连铸防漏保护，该防漏结晶器系统包括模芯，结晶器，铜套，大法兰盘，内筒，定位块，前法兰盘，壳体，出水管(和防漏系统。在水平连铸前，将芯头安装在结晶器上，并用石墨销将两者固定；然后，顶杆和弹性装置放入防漏孔中，并用石墨垫将其固定；最后，在结晶器的右端安装铜套，在其外围安装一外套，然后将六角螺栓将其与法兰盘固定，并插入进水管和出水管。本发明结构简单、易于加工、模具成本较低。正常水平连铸时不会铸坯表面留下缺陷，铸坯具有良好的表面质量，并可有效防止拉漏事故，在大口径铜及铜合金管坯水平连铸具有一定的推广价值。

Description

一种防漏结晶器系统
技术领域
本发明属于金属材料的水平连铸技术领域，特别涉及一种防漏结晶器系统。
背景技术
铜及铜合金管材具有高导热性、优良耐腐蚀性等优点，已被广泛用于建筑、机械、汽车和船舶等行业。铜及铜合金管材的生产方法主要有两种：挤压—轧制—拉拔法和铸造—轧制—拉拔法。挤轧拉法生产的管材力学性能较好，但具有低成品率，高生产成本和低生产效率等缺点；铸轧拉法生产的管材力学性能基本能满足使用需求，而且提高了成品率，降低了生产成本，增加了生产效率。因此，铸轧拉法广泛被应用于铜及铜合金管材的生产。其中，水平连铸已成为制备高品质管坯的最佳技术方式。水平连铸铸坯缺陷较少，性能优良，而且长度不受限制，因而引起企业及研究人员的重视。但是，在实际铸造生产过程中，拉漏是一种常见的现象。崔刚赫等人提出下引铸造钢坯实时拍摄从铸模拉拔的铸板的表面，并将所拍摄的影像生成为影像信号的拍摄部，根据辉度值的变化为判断铸造是否要拉漏，进行实时监控(崔刚赫，连铸工艺中的拉漏检测装置，201110462902)。对于水平连铸，在实际铸造过程中通常会在结晶器外端安装水冷铜套对金属液进行冷却(如图1所示)，使得金属液在结晶器内部完全冷却而防止拉漏(张衬新，水平连铸在铜管生产中的应用进展，有色冶金设计与研究，2014，10)。然而，在大口径铜及铜合金管坯水平连铸时，由于铜及铜合金导热性好，温度梯度较小，而且大口径管坯单位长度热焓高，当提高拉坯速度时容易导致液相界面移出结晶器，导致大口径铜及铜合金管坯水平连铸拉漏现象时有发生，影响拉漏因素较为复杂。究其原因，主要表现为：一是大口径铜及铜合金管坯热焓较高，很难快速冷却；二是熔体温度、冷却能力和拉坯速度等工艺设置不当，使得固液界面移出结晶器。此外，加热和冷却控制系统的不稳定性和滞后性也可能导致固液界面移出结晶器，产生拉漏现象。因此，有必要设计一种装置以预防拉漏现象。
发明内容
针对大口径铜及铜合金管坯水平连铸时存在拉漏问题，本发明提供一种能观测判断拉漏前液面位置的结晶器设计。通过该装置所生产的铸坯，可以观测并分析液面位置是否靠近结晶器出口。它既可避免由于熔体温度、冷却能力和拉坯速度等工艺设置不当而引起的拉漏，也能消除控制系统滞后性的影响，并且不影响铸坯质量，确保高品质铸坯的正常生产。
本发明的技术方案是：一种防漏结晶器系统，适用于大口径铜及铜合金管坯水平连铸防漏保护的防漏结晶器，该防漏结晶器系统包括模芯，结晶器，铜套，大法兰盘，内筒，定位块，前法兰盘，壳体，出水口、定位孔和防漏系统；
其中，所述模芯从所述结晶器一端插入所述结晶器内部，并通过石墨销固定，所述模芯插入一端的所述结晶器的侧壁上设有漏液孔，所述结晶器位于出料口一端的侧壁上设有防漏系统，所述铜套套接在所述结晶器靠近出料口一端的外侧上，并通过小法兰盘固定，所述内筒套接在所述铜套的外侧壁上，所述壳体套接在所述内筒的外侧壁上，且所述内筒和壳体之间设有用于降温的空腔，所述内筒和壳体的两端设有定位块，并通过所述大法兰盘和所述前法兰盘密封固定，所述壳体上设有出水口和进水口，所述定位孔通过六角螺栓与所述小法兰盘一端连接。
进一步，所述防漏系统包括顶杆孔、顶杆、弹簧和石墨垫；
其中，所述顶杆孔设置在所述结晶器的侧壁上，所述顶杆设置在所述顶杆孔内，所述弹簧套接在所述顶杆上，所述石墨垫设置在所述顶杆孔的末端。
进一步，所述顶杆孔的呈三级阶梯型，所述顶杆孔的呈三级阶梯型，沿直径方向从外至内，第一级锥角为30～60°，第二级和第三级锥角均为80～100°，第一级的深度为2mm～4mm，第二级的深度为15mm～25mm，直径为10mm～12mm，第三级深度为5mm，孔径为3mm～4mm。
进一步，所述顶杆材质为304不锈钢或12Cr1MoV耐热钢，形状为“十字”型，其从上至下高度分别为6mm～8mm，2mm～3mm，7mm～8mm；直径分别为3mm～5mm，6mm～7mm，1.5mm～2.5mm，顶杆的横截面为圆形，最下端形状为半球形。
进一步，所述弹簧的材质为65Mn钢或60Si2Mn钢，弹簧的丝径为1.5mm～2.0mm，内径为5.5mm～6.5mm，长度为12mm～16mm。
进一步，所述石墨垫呈圆锥台型，高度为2mm～4mm，锥角为30～60°。
本发明的结晶器包含漏液孔、定位孔和防漏系统。防漏系统包括顶杆、弹性装置和石墨垫。结晶器材质为石墨，其密度为1.90g·cm-3，抗压强度为50～90MPa，纯度为99.99％。在结晶器出口端一定位置设置一个顶杆孔(图2右上角)，将顶杆、弹性装置和石墨垫都安装在顶杆孔内。为保证接近拉漏时铸坯表面出现明显痕迹，要求顶杆为高熔点材料，为304不锈钢或12Cr1MoV耐热钢。同时，在孔内安装一弹性装置，其材质为65Mn钢或60Si2Mn钢。弹性装置的作用是确保液相界面接近出口时将顶杆弹出并在铸坯的表面留下一定深度划痕，以便现场工作人员能观察辨识。本发明与管坯接触的顶杆部位为半球形，球形直径为1.5mm～2.5mm。正常生产时，由于顶杆所接触铸坯温度较低，弹性装置的力较小，使得大口径管材正常水平连铸时不会铸坯表面留下缺陷，确保铸坯具有良好的表面质量。但是，当铸造将要拉漏时，液相界面会接近顶杆，在弹性部件的作用下，顶杆将进入铸坯一定深度，使铸坯表面出现明显的痕迹，以便生产人员观察辨识，因而能有效防止拉漏事故。而且，顶杆和弹性装置都为高熔点和高强度钢铁材料，结晶器的尾端温度较低，正常生产时不会影响其性能，可以反复利用，不会增加模具成本。由此可知，本发明结晶器与传统结晶器相比具有明显的优势，具有一定的应用前景。
附图说明
图1为本发明的一种防漏结晶器系统的结构示意图。
图2为本发明的一种防漏结晶器系统的结晶器结构示意图。
图3为本发明的一种防漏结晶器系统的防漏系统结构示意图。
图中：
1.模芯，2.石墨销，3.漏液孔，4.结晶器，5.铜套，6.小法兰盘，7.大法兰盘，8.进水管，9.内筒，10.定位块，11.前法兰盘，12.壳体，13.出水管，14.定位孔，15.六角螺栓,16.防漏系统,16-1.顶杆孔，16-11.第三级,16-12.第二级,16-13.第一级,16-2顶杆，16-3弹性装置，16-4石墨垫，17.销钉孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1-图3所示，本发明一种防漏结晶器系统，适用于大口径铜及铜合金管坯水平连铸防漏保护的防漏结晶器，该防漏结晶器系统包括模芯1，结晶器4，铜套5，大法兰盘7，内筒9，定位块10，前法兰盘11，壳体12，出水口13和防漏系统16；
所述防漏系统16包括顶杆孔16-1、顶杆16-2、弹簧16-3和石墨垫16-4；
所述顶杆孔16-1设置在所述结晶器4的侧壁上，所述顶杆16-2设置在所述顶杆孔16-1内，所述弹簧16-3套接在所述顶杆16-2上，所述石墨垫16-4设置在所述顶杆孔16-1的末端。
所述顶杆孔16-1的呈三级阶梯型，所述顶杆孔16-1的呈三级阶梯型，沿直径方向从外至内，第一级16-11锥角为30～60°，第二级16-13和第三级16-12锥角均为80～100°，第一级16-11的深度为2mm～4mm，第二级16-13的深度为15mm～25mm，直径为10mm～12mm，第三级16-12深度为5mm，孔径为3mm～4mm。
所述顶杆16-2材质为304不锈钢或12Cr1MoV耐热钢，形状为“十字”型，其从上至下高度分别为6mm～8mm，2mm～3mm，7mm～8mm；直径分别为3mm～5mm，6mm～7mm，1.5mm～2.5mm，顶杆的横截面为圆形，最下端形状为半球形。
所述弹簧16-3的材质为65Mn钢或60Si2Mn钢，弹簧的丝径为1.5mm～2.0mm，内径为5.5mm～6.5mm，长度为12mm～16mm。
所述石墨垫16-4呈圆锥台型，高度为2mm～4mm，锥角为30～60°。
其中，所述模芯1从所述结晶器4一端插入所述结晶器4内部，并通过石墨销2固定，所述模芯1插入一端的所述结晶器4的侧壁上设有漏液孔3，所述结晶器4位于出料口一端的侧壁上设有防漏系统16，所述铜套5套接在所述结晶器4靠近出料口一端的外侧上，并通过小法兰盘6固定，所述内筒9套接在所述铜套5的外侧壁上，所述壳体12套接在所述内筒9的外侧壁上，且所述内筒9和壳体12之间设有用于降温的空腔，所述内筒9和壳体12的两端设有定位块10，并通过所述大法兰盘7和所述前法兰盘11密封固定，所述壳体12上设有出水口13和进水口8，所述大法兰盘7和小法兰盘6之间通过六角螺栓15固接，所述大法兰盘7的一端设有用于固定安装防漏结晶器系统的定位孔14。
本发明的工作原理是：通过定位孔14将防漏结晶器系统安装定位，在水平连铸前，将模芯1安装在结晶器4上，并用石墨销2将两者固定；然后，顶杆16-2和弹性装置16-3放入顶杆孔16-1中，并用石墨垫16-4将其固定；最后，在结晶器4的右端安装铜套5，在其外围安装一外套12，然后将六角螺栓15将其与小法兰盘固定，并插入进水管8和出水管11。正常生产时，由于顶杆16-2所接触铸坯温度较低，弹性装置16-3的力较小，使得大口径管材正常水平连铸时不会铸坯表面留下缺陷，确保铸坯具有良好的表面质量。但是，当铸造将要拉漏时，液相界面会接近顶杆16-2，在弹性部件16-3的作用下，顶杆16-2将进入铸坯一定深度，使铸坯表面出现明显的痕迹，以便生产人员观察辨识，因而能有效防止拉漏事故。本发明结构简单、易于加工、模具成本较低。正常水平连铸时不会铸坯表面留下缺陷，铸坯具有良好的表面质量，并可有效防止拉漏事故，在大口径铜及铜合金管坯水平连铸具有一定的推广价值。

Claims (6)

1.一种防漏结晶器系统，适用于大口径铜及铜合金管坯水平连铸防漏保护的防漏结晶器，该防漏结晶器系统包括模芯(1)， 结晶器(4)， 铜套(5)，大法兰盘（7），内筒(9)， 定位块(10)，前法兰盘(11)，壳体(12)，出水管(13)和防漏系统(16)；
其中，所述模芯(1)从所述结晶器(4)一端插入所述结晶器(4)内部，并通过石墨销（2）固定，所述模芯(1)插入一端的所述结晶器(4)的侧壁上设有漏液孔（3），所述结晶器(4)位于出料口一端的侧壁上设有防漏系统（16），所述铜套(5)套接在所述结晶器(4)靠近出料口一端的外侧上，并通过小法兰盘（6）固定，所述内筒(9)套接在所述铜套(5)的外侧壁上，所述壳体(12)套接在所述内筒(9)的外侧壁上，且所述内筒(9)和壳体(12)之间设有用于降温的空腔，所述内筒(9)和壳体(12) 的两端设有定位块(10)，并通过所述大法兰盘（7）和所述前法兰盘(11)密封固定，所述壳体(12)上设有出水管（13）和进水口（8），所述大法兰盘（7）和小法兰盘（6）之间通过六角螺栓（15）固接，所述大法兰盘（7）的一端设有用于固定安装防漏结晶器系统的定位孔(14)，其特征在于，所述防漏系统(16)包括顶杆孔（16-1）、顶杆（16-2）、弹簧（16-3）和石墨垫（16-4）；
其中，所述顶杆孔（16-1）设置在所述结晶器(4)的侧壁上，所述顶杆（16-2）设置在所述顶杆孔（16-1）内，所述弹簧（16-3）套接在所述顶杆（16-2）上，所述石墨垫（16-4）设置在所述顶杆孔（16-1）的末端。
2.根据权利要求1所述的防漏结晶器系统，其特征在于，所述顶杆孔（16-1）的呈三级阶梯型，沿直径方向从外至内，第一级（16-11）锥角为30~60°，第二级（16-12）和第三级（16-13）锥角均为80~100°；第一级（16-11）的深度为2 mm ~4mm，第二级（16-12）的深度为15 mm~ 25mm，直径为10 mm ~12mm，第三级（16-13）深度为5mm，孔径为3mm ~ 4mm。
3.根据权利要求1所述的防漏结晶器系统，其特征在于，所述顶杆（16-2）材质为304不锈钢或12Cr1MoV耐热钢，形状为“十字”型，其从上至下高度分别为6 mm ~8mm，2 mm ~ 3mm，7 mm ~ 8 mm；直径分别为3 mm ~5 mm，6 mm ~ 7mm，1.5mm ~ 2.5mm，顶杆的横截面为圆形，最下端形状为半球形。
4.根据权利要求1所述的防漏结晶器系统，其特征在于，所述弹簧（16-3）的材质为65Mn钢或60Si2Mn钢，弹簧的丝径为1.5 mm ~2.0 mm，内径为5.5 mm~6.5 mm，长度为12 mm ~ 16mm。
5.根据权利要求1所述的防漏结晶器系统，其特征在于，所述石墨垫（16-4）呈圆锥台型，高度为2mm~4mm，锥角为30~60°。
6.根据权利要求1所述的防漏结晶器系统，其特征在于，所述结晶器材质为石墨，其密度为1.90 g·cm-3，抗压强度为50~90 MPa，纯度为99.99 %。
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