CN114769538B - 一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，包括铜水包，所述铜水包的下方固定连接有支撑台，且铜水包的一侧连通有出料管，结晶组件，所述结晶组件包括与支撑台固定连接的壳体，所述壳体靠近铜水包的一侧开设有让位孔，且出料管贯穿让位孔设置，所述壳体内固定连接有驱动电机，且驱动电机的输出端固定连接有输出轴。本发明中，通过设置结晶组件配合冷却组件，利用驱动电机带动多个成型模依次与铜水包连通并且利用冷却组件使成型模内的铜水初步固化，利用连通器原理使铜水包内的铜水由成型模下端开口处进入模内，可以优先避免铜水中杂质与铜水一同进入成型模，提高成型紫铜棒的纯度。

Description

一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置
技术领域
本发明涉及金属加工设备技术领域，尤其涉及一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置。
背景技术
连铸机生产流程是将高温钢水连续不断地浇注到一个或一组水冷铜制结晶器内，钢水沿结晶器周边逐渐凝固成坯壳，待钢液面上升到一定高度，坯壳凝固到一定厚度后拉矫机将坯拉出，并经二次冷却区喷水冷却使铸坯完全凝固，由切割装置根据轧钢要求切成定尺。这种使高温钢水直接浇注成钢坯的工艺过程称为连铸。它的出现，从根本上改变了一个世纪以来占统治地位的钢锭一出轧工艺。由于其简化了生产工序，提高了生产效率及金属收得率，节约能源消耗使生产成本大为降低，钢坯质量好等优点得到了迅速的发展，并且随着连铸技术的发展，连铸机不仅仅用在钢铁上，还扩展到了其他金属的生产加工。
在现有技术中，紫铜棒与常规的钢铁不同，其具有更好的可塑性在进行紫铜棒连铸时对其尺寸要求更低，同时紫铜棒一般加工为小截面坯料、铜与铁的比热容差距较大，这使得使用行业通用的连铸设备对紫铜棒进行加工时，普遍存在加工效率不高，加工能耗较大的问题，为此，我们提出一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，包括：
铜水包，所述铜水包的下方固定连接有支撑台，且铜水包的一侧连通有出料管；
结晶组件，所述结晶组件包括与支撑台固定连接的壳体，所述壳体靠近铜水包的一侧开设有让位孔，且出料管贯穿让位孔设置，所述壳体内固定连接有驱动电机，且驱动电机的输出端固定连接有输出轴，所述输出轴的侧壁固定连接有多个环绕设置的连接杆，且连接杆远离输出轴的一端固定连接有成型模，所述成型模的下端开设有与出料管匹配的接口，且成型模内滑动连接有活塞，所述输出轴还固定连接有支架，且支架远离输出轴的一端固定连接有密封板，所述壳体的下端固定连接有挡板，所述成型模与挡板相抵设置，且成型模上开设有出料口，所述支撑台靠近出料口的侧壁设置有凝固组件；
冷却组件，所述冷却组件包括冷水槽，所述冷水槽内设置有水泵，且水泵远离冷水槽的一端连通有换热管，所述换热管呈螺旋状，且换热管与成型模相抵设置，所述换热管还通过三通阀门连通有压力罐和出水管，所述压力罐通过电磁阀与成型模连通设置，且成型模还连通有排气管。
优选地，所述凝固组件包括与支撑台固定连接的伺服电机，所述伺服电机的输出端固定连接有折弯轮，所述折弯轮位于出料口下方设置，所述支撑台靠近出料口的侧壁还固定连接有冷却槽，所述冷却槽为倾斜设置。
优选地，所述成型模靠近输出轴的侧壁固定连接有换热板，所述换热板的侧壁固定连接由多根导热杆，所述导热杆包裹成型模设置。
优选地，所述支撑台的下端固定连接有环形轨道，且环形轨道上滑动连接有拼接块，所述成型模的下端开设有与拼接块匹配的的让位槽。
优选地，所述冷水槽内固定连接有防水壳，且驱动电机位于防水壳内设置，所述防水壳的侧壁固定连接有多个散热片。
优选地，所述支撑台靠近折弯轮的侧壁转动连接有辅助轮，且折弯轮和辅助轮的侧壁都开设有环形槽。
优选地，所述排气管远离成型模的一端连通有冷凝管，且冷凝管上连通有减压腔，所述减压腔的下端连通有回流管。
优选地，所述壳体的上端固定连接有伺服推杆，且伺服推杆的输出端固定连接有推块，所述伺服推杆位于出料口上方设置，所述成型模的上端开设有与推块匹配的方孔，且方孔内嵌设有单向阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明，通过设置结晶组件配合冷却组件，利用驱动电机带动多个成型模依次与铜水包连通并且利用冷却组件使成型模内的铜水初步固化，利用连通器原理使铜水包内的铜水由成型模下端开口处进入模内，可以优先避免铜水中杂质与铜水一同进入成型模，提高成型紫铜棒的纯度；
除此以外，通过设置压力罐配合三通阀门，可以将高压的水蒸气注入压力罐中进行储存，并且在成型模移动到出料口处使，利用高压水蒸气配合活塞驱动成型后的紫铜棒与成型模脱离，无需设置额外的驱动设备，降低连铸装置的能耗。
2、本发明，通过设置凝固组件，在成型模将紫铜棒初步铸造成型后，利用伺服电机带动折弯轮转动，这时折弯轮将紫铜棒向冷却槽方向折弯和输送，最终使紫铜棒再次恢复笔直的状态，完成对紫铜棒的整形和应力消除，随后紫铜棒则在冷却槽内彻底固化和冷却并沿着冷却槽向远离连铸装置移动完成下料作业。
3、本发明，通过设置环形轨道配合拼接块，用于将成型模设置为可以拆分的两部分，由于成型模内紫铜棒初步成型时会在成型模与出料管连接处有相当于成型模壁厚的凸起，而设置拼接块后，当成型模转动到出料口处后，成型模与拼接块分离，可以使紫铜棒更为轻松的与成型模分离；
4、本发明，通过设置防水壳配合散热片，可以为驱动电机进行降温，避免处于高温环境工作的驱动电机过热损坏，提高驱动电机的使用寿命，通过设置冷凝管配合减压腔，可以对成型模排出的水蒸气进行回收在利用，降低铸造过程中的冷却水消耗，使得铸造生产更为环保。
附图说明
图1为本发明提出的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置的整体结构示意图；
图2为本发明提出的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置的仰视结构示意图；
图3为本发明提出的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置的结晶组件结构示意图；
图4为本发明提出的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置的结晶组件剖视结构示意图；
图5为本发明提出的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置的拼接块结构示意图；
图6为本发明提出的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置的成型模剖视结构示意图；
图7为本发明提出的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置的压力罐结构示意图；
图8为图1中A处的放大结构示意图。
图中：1、铜水包；2、支撑台；3、出料管；4、壳体；5、让位孔；6、驱动电机；7、输出轴；8、连接杆；9、成型模；10、活塞；11、支架；12、密封板；13、挡板；14、出料口；15、冷水槽；16、水泵；17、换热管；18、压力罐；19、出水管；20、排气管；21、伺服电机；22、折弯轮；23、冷却槽；24、换热板；25、环形轨道；26、拼接块；27、防水壳；28、散热片；29、辅助轮；30、伺服推杆；31、推块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-8，一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，包括：
铜水包1，所述铜水包1的下方固定连接有支撑台2，且铜水包1的一侧连通有出料管3，出料管3的位置靠近铜水包1的底部，铜水包1的具体结构与现有技术中连铸设备中的钢水包类似，但由于铜与铁的比热容和熔点不同，对应参数需要进行调整；
结晶组件，所述结晶组件包括与支撑台2固定连接的壳体4，所述壳体4靠近铜水包1的一侧开设有让位孔5，且出料管3贯穿让位孔5设置，所述壳体4内固定连接有驱动电机6，且驱动电机6的输出端固定连接有输出轴7，所述输出轴7的侧壁固定连接有多个环绕设置的连接杆8，且连接杆8远离输出轴7的一端固定连接有成型模9，所述成型模9的下端开设有与出料管3匹配的接口，且成型模9内滑动连接有活塞10，在该种设计中，接口位于成型模9的下端，铜水在铜水包1内液压的作用下流入成型模9内，由于在铜水中往往还掺杂少量杂质，绝大多数情况下杂质密度小于铜水会处于铜水包1内的上层位置，而铜水包1内的铜水由出料管3进入成型模9时，杂质不会一同进入成型模9内，可以有效提高连铸成品的纯度，而活塞10则处于随动状态，可以在成型模9内的残余空气的推动下移动，一般情况无需与铜水直接接触，所述输出轴7还固定连接有支架11，且支架11远离输出轴7的一端固定连接有密封板12，所述壳体4的下端固定连接有挡板13，所述成型模9与挡板13相抵设置，且成型模9上开设有出料口14，所述支撑台2靠近出料口14的侧壁设置有凝固组件，在该种设计中，由多个成型模9轮流与出料管3连通，并且在成型模9移动过程中实现紫铜棒的冷却和成型，实现连续铸造的目的，相较于传统的连铸而言虽然牺牲了一定的连续性，但也降低紫铜棒后续加工的难度，并且有效保持了紫铜棒的生产效率，另一方面，也提高了紫铜棒的纯度，减少紫铜棒中的杂质含量，提高了紫铜棒的品质；
冷却组件，所述冷却组件包括冷水槽15，所述冷水槽15内设置有水泵16，且水泵16远离冷水槽15的一端连通有换热管17，所述换热管17呈螺旋状，且换热管17与成型模9相抵设置，所述换热管17还通过三通阀门连通有压力罐18和出水管19，压力罐18的下端设置有旋转接头，可以使压力罐18与成型模9连接的管理随着成型模9同步移动，并仍旧保持两者的连通状态，所述压力罐18通过电磁阀与成型模9连通设置，且成型模9还连通有排气管20，排气管20上也设置有电控阀门，该种冷却装置中，出水管19与现有技术中的冷却塔或类似设备连接，并其冷却塔也持续不断的向冷水槽15输入冷却后的水，在紫铜棒铸造过程中，由水泵16驱动冷水槽15内的水向换热管17移动，而换热管17在与成型模9接触后进行热交换，其中换热管17在对成型模9进行冷却时，会产生大量的高温蒸汽，再配合三通阀门间歇性的向压力罐18提供高压蒸汽，并在压力罐18内压力较高时，蒸汽通过三通阀门由出水管19排出，而在成型模9移动到出料口14处后，压力罐18通过管道将高压蒸汽向成形模内输送，带动活塞10向下移动将成型模9内初步成型的紫铜棒向下移动并由出料口14排出，充分利用蒸汽驱动紫铜棒脱模，降低连铸装置能耗，而在向成型模9内注入铜水时，成形模内的蒸汽则由排气管20排出。
其中，所述凝固组件包括与支撑台2固定连接的伺服电机21，所述伺服电机21的输出端固定连接有折弯轮22，所述折弯轮22位于出料口14下方设置，所述支撑台2靠近出料口14的侧壁还固定连接有冷却槽23，所述冷却槽23为倾斜设置，凝固组件用于对成型模9内成型的紫铜棒进行进一步处理，并使其彻底冷却固化，而设置折弯轮22一方面可以将紫铜棒向冷却槽23方向折弯和输送，最终使紫铜棒再次恢复笔直的状态，完成对紫铜棒的整形和应力消除，随后紫铜棒则在冷却槽23内彻底固化和冷却并沿着冷却槽23向远离连铸装置移动完成下料作业，冷却槽23可以采用现有技术中的金属冷却设备，在保持其倾斜设备，使得紫铜棒可以沿着冷却槽23滑动，实现连续下料的目的即可，也可以根据实际情况设置额外的下料设备，具体情况视生产情况而定。
进一步而言，所述成型模9靠近输出轴7的侧壁固定连接有换热板24，所述换热板24的侧壁固定连接由多根导热杆，所述导热杆包裹成型模9设置，该种设计用于扩大热交换面积，提高热交换效率，缩短成型模9内铜水的冷却时间，提高生产效率。
进一步而言，所述支撑台2的下端固定连接有环形轨道25，且环形轨道25上滑动连接有拼接块26，所述成型模9的下端开设有与拼接块26匹配的的让位槽，在该种设计中，考虑到成型模9的接口处在紫铜棒固化时容易形成凸起，即使在成型模9下料时紫铜棒仍旧出于温度较高、较为柔软的状态，仍旧会在一定程度上干涉紫铜棒的脱模，而设置环形轨道25配合拼接块26则用于将成型模9分为两部分，并且在出料口14位置时，拼接款与成型模9分离，使得紫铜棒在接口处的凸起不会干涉紫铜棒的脱模，保证连铸装置持续稳定的运行。
进一步而言，所述冷水槽15内固定连接有防水壳27，且驱动电机6位于防水壳27内设置，所述防水壳27的侧壁固定连接有多个散热片28，由于铸造业普遍存在停工(熄炉)成本高的情况，连铸装置往往也需要持续不断的运行，而驱动电机6位于高温环境中运行，若不进行散热则容易烧毁，该种设置利用防水壳27对驱动电机6进行保护并采取将其浸没入冷水槽15中的冷却水中，可以在生产过程中顺带为驱动电机6进行降温。
进一步而言，所述支撑台2靠近折弯轮22的侧壁转动连接有辅助轮29，且折弯轮22和辅助轮29的侧壁都开设有环形槽，设置辅助轮29可以保证折弯轮22低半成品紫铜棒的导向效果，并且配合设置在折弯轮22与辅助轮29上的环形槽，可以对半成品的紫铜棒进行挤压，使其外圆更为均匀，保证其冷却后外径误差为工艺范围内。
进一步而言，所述排气管20远离成型模9的一端连通有冷凝管，且冷凝管上连通有减压腔，所述减压腔的下端连通有回流管，减压腔为容积较大的罐体，该种设计用于对成型模9排出的高压蒸汽进行回收，在高压蒸汽由排气管20排出后，通过冷凝管降低温度，并在减压腔降低压力后，大部分的蒸汽冷凝为蒸馏水再次进入水冷循环中，可以减少铸造冷却水的消耗，更为经济环保,其中冷凝管为环形，可以与移动中的排气管保持连通状态。
进一步而言，所述壳体4的上端固定连接有伺服推杆30，且伺服推杆30的输出端固定连接有推块31，所述伺服推杆30位于出料口14上方设置，所述成型模9的上端开设有与推块31匹配的方孔，且方孔内嵌设有单向阀，在实际生产过程中，虽然设计有压力罐18配合活塞10对成型模9内的紫铜棒进行脱模，但由于实际生产过程中仍旧可以能因钢水内混有杂质、成型模9内壁磨损、结晶组件冷却温度过低等情况导致紫铜棒与成型模9脱模困难，故设置伺服推杆30配合推块31作为应急方案，优先保证连铸设备的运行，并且取出难以脱模的紫铜棒可以更快的排查故障原因。
在本发明中，当用户进行紫铜棒连续铸造时，利用熔炉将铜坯融化后注入铜水包1中并保证铜水包1内液位高度高于紫铜棒的设计长度，随后用户控制结晶组件、冷却组件和凝固组件运行，在成型模9上的接口与出料管3对齐后，铜水包1内的铜水流入成型模9内，活塞10也随之向上移动，而排气管20此时出于与外界连通状态并将活塞10上方的空气排出，避免干涉铜水向成型模9内流动，在铜水注入成型模9并到达一定液位高度后，驱动电机6带动输出杆转动，使下一个成型模9的接口与出料管3对其，与此同时，水泵16带动冷水槽15内的水沿着换热管17流动，而换热管17则与成型模9进行热交换，进而使得成型模9内的铜水初步凝固，在装有铜水的成型模9由出料管3处移动到出料口14出后，成型模9内的铜水也初步凝固成型，此时成型模9下端出于开放状态，半成品紫铜棒在自重和压力罐18内高压蒸汽推动活塞10移动的多重作用下向下移动并与成型模9分离，而后与折弯轮22相抵并在折弯轮22的带动下向冷却槽23移动，此时的半成品紫铜棒仍旧处于温度较高、质地较为柔软的状态，可以由折弯进行折弯和调节方向，同时经过此次形变后，可以消除部分紫铜棒内部应力,便于后续对紫铜棒的加工，紫铜棒经过冷却槽23后温度降低至室温，得出紫铜棒铸造成品，需要说明的是，该种连铸装置通过二次冷却设备分别冷却，可以形成微观组织致密、均匀的紫铜棒，提高紫铜棒的机械性能，保证紫铜棒的上部和下部组织均匀、杂质含量少，与传统连铸设备相比，该种连铸设备以成型模9进行初步成型在进行二次冷却的方式取代钢材连铸中金属部分冷凝的情况下，从冷凝设备的另一段拉出某特定长度和形状的铸造件的制作方式，更有利于紫铜棒的尺寸控制，同时保证紫铜棒的生产效率，而该种方式也是基于紫铜相较于钢材而言比热容低、导热性强，可以实现更为快速的整体成型，同时可塑性强、便于整形调整的特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，其特征在于，包括：
铜水包(1)，所述铜水包(1)的下方固定连接有支撑台(2)，且铜水包(1)的一侧连通有出料管(3)；
结晶组件，所述结晶组件包括与支撑台(2)固定连接的壳体(4)，所述壳体(4)靠近铜水包(1)的一侧开设有让位孔(5)，且出料管(3)贯穿让位孔(5)设置，所述壳体(4)内固定连接有驱动电机(6)，且驱动电机(6)的输出端固定连接有输出轴(7)，所述输出轴(7)的侧壁固定连接有多个环绕设置的连接杆(8)，且连接杆(8)远离输出轴(7)的一端固定连接有成型模(9)，所述成型模(9)的下端开设有与出料管(3)匹配的接口，且成型模(9)内滑动连接有活塞(10)，所述输出轴(7)还固定连接有支架(11)，且支架(11)远离输出轴(7)的一端固定连接有密封板(12)，所述壳体(4)的下端固定连接有挡板(13)，所述成型模(9)与挡板(13)相抵设置，且成型模(9)上开设有出料口(14)，所述支撑台(2)靠近出料口(14)的侧壁设置有凝固组件；
冷却组件，所述冷却组件包括冷水槽(15)，所述冷水槽(15)内设置有水泵(16)，且水泵(16)远离冷水槽(15)的一端连通有换热管(17)，所述换热管(17)呈螺旋状，且换热管(17)与成型模(9)相抵设置，所述换热管(17)还通过三通阀门连通有压力罐(18)和出水管(19)，所述压力罐(18)通过电磁阀与成型模(9)连通设置，且成型模(9)还连通有排气管(20)。
2.根据权利要求1所述的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，其特征在于，所述凝固组件包括与支撑台(2)固定连接的伺服电机(21)，所述伺服电机(21)的输出端固定连接有折弯轮(22)，所述折弯轮(22)位于出料口(14)下方设置，所述支撑台(2)靠近出料口(14)的侧壁还固定连接有冷却槽(23)，所述冷却槽(23)为倾斜设置。
3.根据权利要求1所述的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，其特征在于，所述成型模(9)靠近输出轴(7)的侧壁固定连接有换热板(24)，所述换热板(24)的侧壁固定连接由多根导热杆，所述导热杆包裹成型模(9)设置。
4.根据权利要求1所述的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，其特征在于，所述支撑台(2)的下端固定连接有环形轨道(25)，且环形轨道(25)上滑动连接有拼接块(26)，所述成型模(9)的下端开设有与拼接块(26)匹配的的让位槽。
5.根据权利要求1所述的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，其特征在于，所述冷水槽(15)内固定连接有防水壳(27)，且驱动电机(6)位于防水壳(27)内设置，所述防水壳(27)的侧壁固定连接有多个散热片(28)。
6.根据权利要求2所述的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，其特征在于，所述支撑台(2)靠近折弯轮(22)的侧壁转动连接有辅助轮(29)，且折弯轮(22)和辅助轮(29)的侧壁都开设有环形槽。
7.根据权利要求1所述的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，其特征在于，所述排气管(20)远离成型模(9)的一端连通有冷凝管，且冷凝管上连通有减压腔，所述减压腔的下端连通有回流管。
8.根据权利要求1所述的一种紫铜棒环保加工用高效连铸装置，其特征在于，所述壳体(4)的上端固定连接有伺服推杆(30)，且伺服推杆(30)的输出端固定连接有推块(31)，所述伺服推杆(30)位于出料口(14)上方设置，所述成型模(9)的上端开设有与推块(31)匹配的方孔，且方孔内嵌设有单向阀。
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