CN113280626B - 一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置及其方法，所述装置包括底座、控制器、横向通道、熔炼炉组件、保温储液组件和移动加热保温组件；所述控制器固定设置在底座上表面一侧并与移动加热保温组件连接；所述横向通道固定设置在底座上表面中部区域，所述保温储液组件固定设置在底座上表面另一侧；所述横向通道一端设置有冒口，另一端与保温储液组件连接；所述熔炼炉组件固定设置在横向通道上方并与横向通道连通；所述移动加热保温组件对称分布于熔炼炉组件下部区域的前后两侧并与底座固定连接。本发明降低了工人成本和时间成本，提高了生产效率，提高了电效率，减少了能源的浪费，提高工厂效益，有利于构建绿色节能低碳能源生产体系。

Description

一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置及其方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置及其方法。

背景技术

铜管拥有优良的电导率和热导率，其电导率和热导率在所有的金属中仅次于银，所以被作为重要部件广泛应用于管式热交换器中。在热交换器工作时冷凝管内部流通冷却介质，冷凝管外部则是高温高压的蒸汽。在海水淡化、舰船锅炉、核电站等领域常用海水作为热交换器内部流通的冷却介质。因此，社会对铜管的需求量大大增加。

在铜管水平连铸生产过程中，感应熔炼装置通常使用石墨坩埚利用电磁感应和电流热效应原理进行熔炼，由电磁感应使金属炉料内产生感应电流，感应电流在炉料中放出热量，将炉料升温加热直至熔化，加热速度快，搅拌作用强，维修较方便。但缺点是功率因素低，通常仅为0.2～0.3，需配备大量补偿电容器，以提高其电效率，但电气设备费用高，单位电耗也高。熔炼过程中，坩埚壁由于内外温差大，要承受熔体的冲刷、炉渣及熔体的侵蚀，因而使用寿命短，一般只有几十炉次，因此需要频繁更换石墨坩埚。

但更换石墨坩埚需要停止连铸过程，影响铜管的生产，降低生产效率；更换石墨坩埚后需要再次重新加热整个熔炼炉，这样将会大大增加电能消耗，降低电效率，造成能源的浪费；同时工人成本和时间成本增加，工厂效益大大降低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置及其方法，本装置在更换石墨坩埚时，能够继续进行水平连铸铜管的生产，从而提高生产效率；实时检测金属液温度，精准的自动进行保温加热，提高电效率，减少能源的浪费，提高工厂效益。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置，该装置包括底座、控制器、横向通道、熔炼炉组件、保温储液组件和移动加热保温组件；所述控制器固定设置在底座上表面一侧并与移动加热保温组件连接；所述横向通道固定设置在底座上表面中部区域，所述保温储液组件固定设置在底座上表面另一侧；所述横向通道一端设置有冒口，另一端与保温储液组件连接；所述熔炼炉组件固定设置在横向通道上方并与横向通道连通；所述移动加热保温组件对称分布于熔炼炉组件下部区域的前后两侧并与底座固定连接。

进一步的，所述熔炼炉组件包括炉体、保温管和测温垫片；所述保温管横向均匀分布在炉体和横向通道之间，且所述保温管的上下两端分别与炉体和横向通道连通；所述测温垫片分别设置在各保温管两侧的内壁上。

进一步的，所述炉体包括炉壳、石英外套、石墨坩埚、水冷式感应线圈、冷却水箱、感应电源和电源支架；所述石英外套设置在炉壳内侧，所述石墨坩埚设置在石英外套内侧，所述水冷式感应线圈缠绕在炉壳内壁和石英外套外壁的下部之间；所述水冷式感应线圈的上下接口上分别设置有进水口和出水口，所述出水口与设置在底座上的冷却水箱连接，所述水冷式感应线圈的端部与感应电源相连接，所述感应电源设置在电源支架上，所述电源支架固定设置在底座上表面的一端。

进一步的，所述保温储液组件包括箱体、箱盖、出液口、液体通道和脉冲电流线圈；所述箱体固定设置在底座上表面一端，所述箱盖固定设置在箱体顶部，所述液体通道设置在箱体内部，所述出液口设置在箱体的外端面上；所述脉冲电流线圈分别均布套设在液体通道的圆周外表面上；所述液体通道一端与横向通道连接，另一端与出液口连接。

进一步的，所述移动加热保温组件包括导轨架、第一电机、横向丝杠、滑动轨架、第二电机、竖向丝杠、滑块、第三电机、伸缩杆和半环形感应线圈；所述导轨架对称水平设置在底座中部的前后两侧，并分布于保温管的前后两侧；所述第一电机设置在导轨架的端部，所述横向丝杠设置在导轨架内部的左右两端之间，且所述横向丝杠的一端与第一电机输出端连接；所述滑动轨架竖直设置在横向丝杠上并与导轨架滑动连接；所述第二电机设置在滑动轨架底部，所述竖向丝杠设置在滑动轨架内部的上下两端之间，且所述竖向丝杠的一端与第二电机输出端连接；所述滑块设置在竖向丝杠上并与滑动轨架滑动连接；所述第三电机固定设置在滑块的内端面中部；所述伸缩杆的后端与第三电机输出端相连接，所述半环形感应线圈固定设置在伸缩杆的前端。

进一步的，所述半环形感应线圈上设置有云母垫片。

一种用于水平连铸铜管的感应熔炼方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将金属板投入炉体中，接通感应电源对炉体加热，将金属板熔炼成金属液，金属液将填满保温管，当更换石墨坩埚时，所需金属液由保温管进行补充，不中断水平连铸过程，通过移动加热保温组件对石墨坩埚进行重新加热，继续熔炼金属板；

S2、通过设置在保温管中的测温垫片实时监测各保温管中金属液温度，当任意保温管中的金属液低于设定温度范围下限时，测温垫片将信息信号反馈给控制器；

S3、控制器控制电机使得两组滑动轨架同步移动至该保温管相对应的位置，再同步推进伸缩杆，使半环形感应线圈组合成环形线圈，并控制环形线圈上下移动进行保温加热；

S4、当保温加热使金属液温度高于设定温度范围上限时，测温垫片将信息信号反馈给控制器，控制器控制电机同步收缩伸缩杆，停止对该保温管的加热；

S5、金属液由保温管经横向通道进入保温储液组件的液体通道中，液体通道上套设的脉冲电流线圈对金属液进行保温加热，流至出液口进行工业生产。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提出的一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置，将石英外套与石墨坩埚嵌套结合，而在更换石墨坩埚时，采用保温管补液，依次由第一保温管、第二保温管、第三保温管中的铜液进行补充不影响水平连铸铜管的生产，降低了工人成本和时间成本，提高了生产效率；

2、无需重新加热整个熔炼炉，只需对石墨坩埚进行加热，并实时检测金属液温度，精准的自动进行保温加热，降低了消耗的电能，减少了能源的浪费，提高了工厂的效益，优化了生产结构，有利于构建绿色节能低碳能源生产体系。

附图说明

图1是本发明所提出的一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置的轴测结构示意图；

图2是本发明移动加热保温组件的结构示意图；

图3是本发明铜液流动部分的剖面结构示意图；

图4是本发明水冷式感应线圈的结构示意图；

图5是本发明保温储液组件的结构示意图。

其中，附图标记：1-底座；2-控制器、3-冷却水箱；4-电源支架；5-水冷式感应线圈；6-感应电源；7-炉壳；8-第一保温管；9-第二保温管；10-第三保温管；11-横向通道；12-箱盖；13-箱体；14-出液口；15-第一电机；16-第一导轨架；17-第一滑动轨架；18-第二电机；19-第一横向丝杠；20-第一竖向丝杠；21-第一滑块；22-第三电机；23-第一伸缩杆；24-第一半环形感应线圈；25-第四电机；26-第二横向丝杠；27-第二导轨架；28-第二滑动轨架；29-第二竖向丝杠；30-第二滑块；31-第五电机；32-第六电机；33-第二伸缩杆；34-第二半环形感应线圈；35-云母垫片；36-冒口；37-铜液；38-石英外套；39-石墨坩埚；40-铜板；41-第一测温垫片；42-第二测温垫片；43-第三测温垫片；44-液体通道；45-脉冲电流线圈；46-进水口；47-出水口。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见附图1至5，给出了本发明所提出的一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置的一个实施例的具体结构。该装置包括底座1、控制器2、横向通道11、熔炼炉组件、保温储液组件和移动加热保温组件；所述控制器2固定设置在底座1上表面的左侧前端并与移动加热保温组件连接；所述横向通道11固定设置在底座1上表面的中部区域，所述保温储液组件固定设置在底座1上表面的右侧；所述横向通道11左端设置有冒口36，右端与保温储液组件连接；所述熔炼炉组件固定设置在横向通道11上方并与横向通道11连通；所述移动加热保温组件对称分布于熔炼炉组件下部区域的前后两侧并与底座1固定连接。

其中，所述熔炼炉组件包括炉体、第一保温管8、第二保温管9、第三保温管10、第一测温垫片41、第二测温垫片42和第三测温垫片43；所述第一保温管8、第二保温管9和第三保温管10横向均匀分布在炉体和横向通道11之间，且所述保温管的上下两端分别与炉体和横向通道11连通；第一测温垫片41、第二测温垫片42和第三测温垫片分别对应安装在第一保温管8、第二保温管9和第三保温管10两侧的内壁上。

所述炉体包括炉壳7、石英外套38、石墨坩埚39、水冷式感应线圈5、冷却水箱3、感应电源6和电源支架4；所述石英外套38设置在炉壳7的内侧，所述石墨坩埚39设置在石英外套38内侧，所述水冷式感应线圈5缠绕在炉壳7内壁和石英外套38外壁的下部区域之间；所述水冷式感应线圈5的上下接口上分别设置有进水口46和出水口47，所述出水口47与设置在底座1上的冷却水箱3连接，所述水冷式感应线圈5的端部与感应电源6相连接，所述感应电源6设置在电源支架4上，所述电源支架4固定设置在底座1上表面的左端。

所述保温储液组件包括箱体13、箱盖12、出液口14、液体通道44和脉冲电流线圈45；所述箱体12固定设置在底座1上表面的右端，所述箱盖12固定设置在箱体13顶部，所述液体通道44设置在箱体13内部，所述出液口14设置在箱体13的右端面中部；所述脉冲电流线圈45呈均匀分别并套设在液体通道44的圆周外表面上；所述液体通道44的左端与横向通道11相连通，右端与出液口14相连通。

所述移动加热保温组件对称设置有两组，第一组移动加热保温组件包括第一导轨架16、第一电机15、第一横向丝杠19、第一滑动轨架17、第二电机18、第一竖向丝杠20、第一滑块21、第三电机22、第一伸缩杆23和第一半环形感应线圈24；所述第一导轨架16水平设置在底座中部的前后侧，并位于各保温管的前侧；所述第一电机15设置在第一导轨架16的前端部，所述第一横向丝杠19设置在第一导轨架16内部的左右两端之间，且所述第一横向丝杠19的一端与第一电机15的输出端连接，由第一电机15驱动；所述第一滑动轨架17竖直设置在第一横向丝杠19上且底部两侧与第一导轨架16滑动连接；所述第二电机18设置在第一滑动轨架17底部，所述第一竖向丝杠20设置在第一滑动轨架17内部的上下两端之间，且所述第一竖向丝杠20的一端与第二电机18的输出端连接，由第二电机18驱动；所述第一滑块21固定设置在第一竖向丝杠20上且两侧与第一滑动轨架17滑动连接；所述第三电机22固定设置在第一滑块21内端面的中部；所述第一伸缩杆23的后端与第三电机22的输出端相连接，由第三电机22驱动伸缩，所述第一半环形感应线圈固定设置在第一伸缩杆23的前端。

第二组移动加热保温组件包括第二导轨架27、第四电机25、第二横向丝杠26、第二滑动轨架28、第五电机31、第二竖向丝杠29、第二滑块30、第六电机32、第二伸缩杆33、第二半环形感应线圈34；所述第二导轨架27水平设置在底座中部的前后侧，并位于各保温管的前侧；所述第四电机25设置在第二导轨架27的前端部，所述第二横向丝杠26设置在第二导轨架27内部的左右两端之间，且所述第二横向丝杠26的一端与第四电机25的输出端连接，由第四电机25驱动；所述第二滑动轨架28竖直设置在第二横向丝杠26上且底部两侧与第二导轨架27滑动连接；所述第五电机31设置在第二滑动轨架28底部，所述第二竖向丝杠29设置在第二滑动轨架28内部的上下两端之间，且所述第二竖向丝杠29的一端与第五电机31的输出端连接，由第五电机31驱动；所述第二滑块30固定设置在第二竖向丝杠29上且两侧与第二滑动轨架28滑动连接；所述第六电机32固定设置在第二滑块30内端面的中部；所述第二伸缩杆33的后端与第六电机32的输出端相连接，由第六电机32驱动伸缩，所述第二半环形感应线圈34固定设置在第二伸缩杆33的前端。

两组伸缩移动加热保温组件分别对称分布于第一保温管8、第二保温管9和第三保温管10的前后两侧。

所述云母垫片35设置在第一半环形感应线圈24的端部。

一种用于水平连铸铜管的感应熔炼方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将铜板40投入到炉体中，接通感应电源6，使水冷式感应线圈5对石英外套38和石墨坩埚39加热，将铜板40熔炼成铜液37，铜液37将填满保温管，更换石墨坩埚39时，所需铜液37由保温管进行补充，不中断水平连铸过程，只需对石墨坩埚39进行重新加热，继续熔炼铜板40，同时由进水口46通入冷却水对水冷式感应线圈5进行冷却，再由出水口47流出到冷却水箱3；

S2、通过设置在保温管中的测温垫片实时监测各保温管中铜液37温度，当任意保温管中的铜液37低于设定温度范围下限1400℃时，伸缩测温垫片将信息信号反馈给控制器2；

S3、伸缩控制器2控制第一电机15和第四电机25使得第一滑动轨架17和第二滑动轨架28同步移动至该保温管相对应的位置，再控制第三电机22和第六电机32同步推进第一伸缩杆23和第二伸缩杆33，使第一半环形感应线圈24和第二半环形线圈34组合成环形线圈，再控制第二电机18和第五电机31同步联动，使环形感应线圈上下移动进行保温加热；

S4、当保温管加热使铜液37温度高于设定温度范围上限1800℃时，所述测温垫片将信息信号反馈给控制器2，所述控制器2控制电机同步收缩伸缩杆，停止对该保温管的加热；

S5、铜液37由保温管经横向通道11进入保温储液装置的液体通道44中，所述液体通道44上套设的脉冲电流线圈45对铜液37进行保温加热，流至出液口14进行工业生产。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置，其特征在于：所述装置包括底座、控制器、横向通道、熔炼炉组件、保温储液组件和移动加热保温组件；所述控制器固定设置在底座上表面一侧并与移动加热保温组件连接；所述横向通道固定设置在底座上表面中部区域，所述保温储液组件固定设置在底座上表面另一侧；所述横向通道一端设置有冒口，另一端与保温储液组件连接；所述熔炼炉组件固定设置在横向通道上方并与横向通道连通；所述移动加热保温组件对称分布于熔炼炉组件下部区域的前后两侧并与底座固定连接；

所述熔炼炉组件包括炉体、保温管和测温垫片；所述保温管横向均匀分布在炉体和横向通道之间，且所述保温管的上下两端分别与炉体和横向通道连通；所述测温垫片分别设置在各保温管两侧的内壁上；

所述炉体包括炉壳、石英外套、石墨坩埚、水冷式感应线圈、冷却水箱、感应电源和电源支架；所述石英外套设置在炉壳内侧，所述石墨坩埚设置在石英外套内侧，所述水冷式感应线圈缠绕在炉壳内壁和石英外套外壁的下部之间；所述水冷式感应线圈的上下接口上分别设置有进水口和出水口，所述出水口与设置在底座上的冷却水箱连接，所述水冷式感应线圈的端部与感应电源相连接，所述感应电源设置在电源支架上，所述电源支架固定设置在底座上表面的一端。

2.根据权利要求1所述的一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置，其特征在于：所述保温储液组件包括箱体、箱盖、出液口、液体通道和脉冲电流线圈；所述箱体固定设置在底座上表面一端，所述箱盖固定设置在箱体顶部，所述液体通道设置在箱体内部，所述出液口设置在箱体的外端面上；所述脉冲电流线圈分别均布套设在液体通道的圆周外表面上；所述液体通道一端与横向通道连接，另一端与出液口连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置，其特征在于：所述移动加热保温组件包括导轨架、第一电机、横向丝杠、滑动轨架、第二电机、竖向丝杠、滑块、第三电机、伸缩杆和半环形感应线圈；所述导轨架对称水平设置在底座中部的前后两侧，并分布于保温管的前后两侧；所述第一电机设置在导轨架的端部，所述横向丝杠设置在导轨架内部的左右两端之间，且所述横向丝杠的一端与第一电机输出端连接；所述滑动轨架竖直设置在横向丝杠上并与导轨架滑动连接；所述第二电机设置在滑动轨架底部，所述竖向丝杠设置在滑动轨架内部的上下两端之间，且所述竖向丝杠的一端与第二电机输出端连接；所述滑块设置在竖向丝杠上并与滑动轨架滑动连接；所述第三电机固定设置在滑块的内端面中部；所述伸缩杆的后端与第三电机输出端相连接，所述半环形感应线圈固定设置在伸缩杆的前端。

4.根据权利要求3所述的一种用于水平连铸铜管的感应熔炼装置，其特征在于：所述半环形感应线圈上设置有云母垫片。

5.一种采用权利要求4所述的用于水平连铸铜管的感应熔炼装置的熔炼方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、将金属板投入炉体中，接通感应电源对炉体加热，将金属板熔炼成金属液，金属液将填满保温管，当更换石墨坩埚时，所需金属液由保温管进行补充，不中断水平连铸过程，通过移动加热保温组件对石墨坩埚进行重新加热，继续熔炼金属板；

S2、通过设置在保温管中的测温垫片实时监测各保温管中金属液温度，当任意保温管中的金属液低于设定温度范围下限时，测温垫片将信息信号反馈给控制器；

S3、控制器控制电机使得两组滑动轨架同步移动至该保温管相对应的位置，再同步推进伸缩杆，使半环形感应线圈组合成环形线圈，并控制环形线圈上下移动进行保温加热；

S4、当保温加热使金属液温度高于设定温度范围上限时，测温垫片将信息信号反馈给控制器，控制器控制电机同步收缩伸缩杆，停止对该保温管的加热；

S5、金属液由保温管经横向通道进入保温储液组件的液体通道中，液体通道上套设的脉冲电流线圈对金属液进行保温加热，流至出液口进行工业生产。

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