CN109513909A - 一种防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，包括冷却井本体；其特征在于所述冷却井本体内设有隔板将所述冷却井本体的内腔分隔为上腔和下腔，所述上腔内储存有冷却水；所述隔板上间隔设有多个连通所述上腔和下腔的通孔；所述冷却井本体的侧壁上设有连通所述下腔的进气孔；通过所述通孔向所述下腔内通入压力为0.01～0.05MPa的二氧化碳或氮气，在所述下腔内形成气垫层，并使下腔内的气体能持续通过各所述通孔进入到上腔内，在所述上腔内形成持续的湍流或气泡流；用泵抽取上腔内冷却水，送至铸造模具的冷却通道中，对模具内的铝制品进行冷却；换热后的冷却水通过循环通道返回所述冷却井本体的上腔内。

Description

一种防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法

技术领域

本发明涉及到金属铸造设备领域，尤其涉及一种铝制品铸造冷却方法。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的有色金属结构材料，其主要生产流程为熔铸、挤压和表面处理等。熔铸作为铝合金生产的首道工艺，将熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统冷却铸造成各种规格的圆铸棒。目前，深井铸造工艺普遍采用水作为冷却介质，并储存于铸造系统下方的深井中。在实际生产过程中，误操作或者装置失效可能会使大量高温熔融铝液外溢至深井中，与冷却水直接接触从而发生蒸汽爆炸。此类爆炸风险广泛存在于垂直式、水平式和连续式铝合金铸造工艺中，爆炸事故可能为微弱的铝液喷溅，也可能为剧烈的物理/化学耦合爆炸反应，造成大量人员伤亡和设备财产损失。

从上世纪60年代起，国内外学者针对铝工业蒸汽爆炸的触发机理和防治技术进行大量的研究工作，在触发机制和数理模型方面取得一些明显的进展，但爆炸事故的防治技术仍存在不足。比如某些防爆涂料的应用在一定的程度上可以降低铝液-水爆炸发生概率，减轻爆炸事故造成的后果，但防爆涂料价格昂贵，涂敷过程耗费大量人力和时间成本，且未从根本上阻止爆炸事故的发生，甚至产生有毒有害物质，带来环境污染等次生问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能有效防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，包括冷却井本体；其特征在于所述冷却井本体内设有隔板将所述冷却井本体的内腔分隔为上腔和下腔，所述上腔内储存有冷却水；

所述隔板上间隔设有多个连通所述上腔和下腔的通孔；所述冷却井本体的侧壁上设有连通所述下腔的进气孔；

通过所述通孔向所述下腔内通入压力为0.01～0.05MPa的二氧化碳或氮气，在所述下腔内形成气垫层，并使下腔内的气体能持续通过各所述通孔进入到上腔内，在所述上腔内形成持续的湍流或气泡流；

用泵抽取上腔内冷却水，送至铸造模具的冷却通道中，对模具内的铝制品进行冷却；换热后的冷却水通过循环通道返回所述冷却井本体的上腔内。

优选所述上腔内冷却水的高度≤5米，以与下腔内的气垫压力相适配，进一步保证上腔内的水流不进入到下腔内。

较好的，可以将所述隔板靠近所述冷却井本体的底面设置。以尽量不影响冷却井的储存容量，同时又能够保证在下腔内形成足够厚度的气垫，优选所述隔板与所述冷却井本体的底面之间的间距为10～15厘米。

较好的，所述通孔在所述隔板上的开孔率为30～50％。

优选所述通孔为上大下小的倒圆台结构。

更好的，所述通孔的最大直径与最小直径比为1.5～2。

这种倒圆台结构孔洞既能阻止水流往下，又可以在孔板上方水层形成不间断的扰动。

优选所述通孔的最大孔径为1～2cm，相邻通孔之间的间距为4～6cm。

为方便隔板的检维修，所述隔板可拆卸连接所述冷却井本体，以便于安装和拆卸。可拆卸连接结构可根据需要选用现有技术中的任意一种。

隔板的形状与所在位置的冷却井本体的结构相适配，具体尺寸以能覆盖深井底部为准，优选表面需光滑平整，所述隔板的表面光洁度≥Sa2.5。

所述隔板的厚度可以为2～3mm。

所述隔板可以采用不锈钢板或铝合金板制备，以增加其耐用性和使用寿命。

与现有技术相比，本发明所提供的防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法通过在冷却井本体内设置隔板，将冷却井本体的内腔分隔为相互独立的上腔和下腔，在下腔内通入一定压力的气体，形成气垫；气体又通过各通孔进入上腔在上腔内的水中形成连续且均匀分布的气泡流，干扰外溢的高温铝液在水中的碎化传热过程，消除爆炸反应的触发源，达到从根本上阻止蒸汽爆炸事故发生的目的；方法简单，可行性好，有效保证了生产安全，且环境友好。

附图说明

图1为本发明实施例的纵向剖视图；

图2为本发明实施例中隔板的平面示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1和图2所示，该铸造铝制品冷却井结构包括：

冷却井本体1，呈池状，其内储存有冷却水；其上部用于放置铝制品铸造模具3，通过泵抽取冷却井本体内的冷却水对铝制品进行冷却。冷却井本体及冷却方法为常规结构。

隔板2，可拆卸设置在冷却井本体1内，将冷却井本体的内腔分隔为相互独立的上腔11和下腔12，隔板2上间隔设有多个连通上腔11和下腔12的通孔21；冷却井本体1的侧壁上设有连通下腔12的进气孔13。

本实施例中上腔与下腔的横截面积相等，上腔内自隔板开始向上水位高度为5米。

隔板2靠近冷却井本体1的底面设置，与冷却井本体1的底面之间的间距为13厘米；通孔21为上大下小的倒圆台结构，其最大直径与最小直径比为1.7。通孔21在隔板2上的开孔率为40％，通孔的最大孔径为1.5cm，相邻孔之间的间距为5mm。

本实施例中的隔板采用厚度为2～3mm的不锈钢板制述的铝制品冷却井结构，表面光洁度≥Sa2.5。

隔板2还可以采用铝合金板制备。

进气孔13上连接有进气管4；进气管连接氮气气源。

工作时，通过进气管向冷却井的下腔内通过压力为0.03±0.01MPa的氮气，氮气也可以用二氧化碳代替；氮气的流量以在下腔内形成气垫层、并使下腔内的气流能持续通过各通孔21进入到上腔11内、在上腔内形成持续的湍流或气泡流为准。

用泵抽取上腔内冷却水，送至铸造模具的冷却通道中，对模具内的熔融铝液进行冷却，成型为铝制品；换热后的冷却水通过循环通道(图中未示出)返回冷却井本体的上腔内与上腔内储存的水混合重复使用。

本实施例中混有气泡的冷却水能提高外溢铝液在水中蒸汽膜层的稳定性，阻止铝液进一步碎化放热形成蒸汽爆炸；同时，氮气还能作为缓冲层，吸收铝液下落冲击水面形成的振动效应，从而避免这些振动波有可能导致的爆炸。

Claims (10)

1.一种防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，包括冷却井本体(1)；其特征在于所述冷却井本体内设有隔板(2)将所述冷却井本体(1)的内腔分隔为上腔(11)和下腔(12)，所述上腔(11)内储存有冷却水；

所述隔板(2)上间隔设有多个连通所述上腔(11)和下腔(12)的通孔(21)；所述冷却井本体(1)的侧壁上设有连通所述下腔(12)的进气孔(13)；

通过所述通孔(21)向所述下腔内通入压力为0.01～0.05MPa的二氧化碳或氮气，在所述下腔内形成气垫层，并使下腔内的气体能持续通过各所述通孔(21)进入到上腔(11)内，在所述上腔内形成持续的湍流或气泡流；

用泵抽取上腔内冷却水，送至铸造模具的冷却通道中，对模具内的铝制品进行冷却；换热后的冷却水通过循环通道返回所述冷却井本体的上腔内。

2.根据权利要求1所述的防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，其特征在于所述上腔内冷却水的高度≤5米。

3.根据权利要求1或2所述的防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，其特征在于所述隔板(2)靠近所述冷却井本体(1)的底部设置，与所述冷却井本体(1)的底面之间的间距为10～15厘米。

4.根据权利要求3所述的防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，其特征在于所述通孔(21)在所述隔板(2)上的开孔率为30～50％。

5.根据权利要求4所述的防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，其特征在于所述通孔(21)为上大下小的倒圆台结构。

6.根据权利要求5所述的防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，其特征在于所述通孔的最大直径与最小直径比为1.5～2。

7.根据权利要求6所述的防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，其特征在于所述通孔的最大孔径为1～2cm，相邻通孔之间的间距为4～6cm。

8.根据权利要求7所述的防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，其特征在于所述隔板(2)可拆卸连接所述冷却井本体(1)。

9.根据权利要求8所述的防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，其特征在于所述隔板的表面光洁度≥Sa2.5，所述隔板的厚度为2～3mm。

10.根据权利要求9所述的防止蒸汽爆炸的铸造铝制品冷却方法，其特征在于所述隔板(2)采用不锈钢板或铝合金板制备。