CN114850424A - 一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及连续铸造技术领域，尤其涉及一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器。解决了由于重力使得凝固后铸坯下表面与结晶器内壁和铸坯上表面与结晶器之间会产生间隙，从而导致铸坯外表面受力不均，且目前结晶器的冷却方式采用单管进入和单管排出的方式，使得结晶器内的循环水不能全部同步进行循环，导致结晶器的冷却效率低。一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，包括有冷却组件；冷却组件的右部设置有用于冷却水循环的循环组件，冷却组件的左部设置有流量调节组件。本发明通过冷却壳体实现了更好的冷却效果，通过从左侧进入石墨套管与冷却壳体之间的空腔然后从右侧排出，实现了更好的均匀冷却和冷却水循环效果。
Description
技术领域
本发明涉及连续铸造技术领域，尤其涉及一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器。
背景技术
在有色金属加工领域，水平连续铸造技术是当前有色金属的主要铸造手段，尤其是铜以及铜合金的铸造加工方面，结晶器作为连续铸造的关键部件，结晶器的主要作用是对进入的液态金属进行降温和定型，以便于后期的加工和安全操作，结晶器的工作原理主要利用冷却水与石墨内壁进行热交换，以达到对高温液态金属降温的目的。
在金属铜水平连续铸造过程中，由于重力使得凝固后，铸坯下表面与结晶器内壁和铸坯上表面与结晶器之间会产生间隙，且上部间隙大于下部间隙，从而导致铸坯外表面受力不均，导致铸坯内部形成不均匀组织，从而影响有色金属的自身属性以及后续加工，且目前结晶器的冷却方式采用单管进入和单管排出的方式，使得结晶器内的循环水不能全部同步进行循环，导致结晶器的冷却效率低。
针对上述技术问题，我们提出一种基于流体力学原理具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于流体力学原理具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，以解决上述背景技术中提出的由于重力使得凝固后，铸坯下表面与结晶器内壁和铸坯上表面与结晶器之间会产生间隙，且上部间隙大于下部间隙，从而导致铸坯外表面受力不均，导致铸坯内部形成不均匀组织，且目前结晶器的冷却方式采用单管进入和单管排出的方式，使得结晶器内的循环水不能全部同步进行循环，导致结晶器的冷却效率低的问题。
本发明的技术方案为：一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，包括有冷却组件，冷却组件用于液态金属的冷却，冷却组件的右部设置有用于冷却水循环的循环组件，冷却组件的左部设置有流量调节组件，流量调节组件和冷却组件配合，针对液态铜的冷却速度进行调节。
优选地，冷却组件包括有石墨套管，石墨套管的外侧面固接有冷却壳体，石墨套管与冷却壳体之间形成空腔，隔离板周向设置有六个，六个隔离板位于石墨套管与冷却壳体之间的空腔内，六个隔离板的内侧部与石墨套管的外侧面固接，六个隔离板的外侧部与冷却壳体的内侧面固接，六个隔离板将石墨套管与冷却壳体之间的空腔分为六个条形空腔，六个条形空腔由一个第一空腔、两个第二空腔、两个第三空腔和一个第四空腔组成，且两个第二空腔前后对称，两个第三空腔前后对称，冷却壳体的左侧面开设有七个通孔，冷却壳体左侧面最下侧的两个通孔与第四空腔连通，冷却壳体左侧面上部的五个通孔分别与相邻的条形空腔连通，冷却壳体左侧面的七个通孔分别位于相邻条形空腔的上部，冷却壳体的右侧面开设有六个通孔，冷却壳体右侧面的六个通孔分别与相邻的条形空腔连通，冷却壳体右侧面的六个通孔分别位于相邻条形空腔的下部，冷却壳体左侧面最下侧两个通孔的横截面积之和与其右侧面最下侧通孔的横截面积之和相等，石墨套管和冷却壳体配合，用于液态铜的冷却。
优选地，冷却壳体的内侧面由下向上半径逐渐增大，便于液态铜的均匀冷却。
优选地，六个隔离板的导热性与石墨套管和冷却壳体之间冷却水的导热性相等，便于石墨套管外表面的热交换。
优选地，第一空腔横截面积、两个第二空腔横截面积、两个第三空腔横截面积与第四空腔横截面积相等，保证液态铜的冷却速度仅受冷却水热交换量的影响。
优选地，循环组件包括有集水壳体，集水壳体固接在冷却壳体的右部，集水壳体与冷却壳体之间形成集水空腔，集水空腔与石墨套管和冷却壳体之间的空腔连通，集水壳体下部通过水管连通有冷凝泵。
优选地，流量调节组件包括有储水箱，储水箱通过L形杆固接在石墨套管左部的上侧，储水箱与冷凝泵通过水管连通，闸阀由左至右对称设置有四个，储水箱下部的右侧连通有第一水管，第一水管与第一空腔连通，储水箱下部的右侧连通有第二水管，第二水管位于第一水管的左部，第二水管的两个支管与两个第二空腔连通，储水箱下部的左侧连通有第三水管，第三水管的两个支管与两个第三空腔连通，储水箱下部的左侧连通有第四水管，第四水管位于第三水管的左侧，第四水管的两个支管与第四空腔连通，第二水管主管道的横截面积和第三水管的主管道横截面积相等，第二水管支管的横截面积与第三水管支管的横截面积相等，第一水管的横截面积与第四水管的横截面积相等，第一水管的横截面积与第二水管支管的横截面积相等。
优选地，还包括有散热组件，散热组件可拆卸的套设在冷却壳体外侧面，散热组件增大散热效率，散热组件包括有散热壳体可拆卸的套设在冷却壳体外侧面，散热壳体的导热系数大于冷却壳体的导热系数，散热片若干个为一组，左右对称设置有若干组，每组内的散热片周向分布，每组内散热片的内侧部分别与散热壳体的外侧部固接。
优选地，散热壳体外侧面设置为波浪形，增大散热壳体外表面与空气的接触面积。
优选地，散热片的材质为铜，增大散热片的散热效率。
有益效果：本发明通过冷却壳体的内侧面由下向上半径逐渐增大，使得石墨套管与冷却壳体之间，下方进行热交换冷却水的量小于上方进行热交换冷却水的量，从而使得铜上表面的冷却速度大于下表面的冷却速度，从而弥补铜自身重力产生的误差，实现了更好的冷却效果，通过从左侧进入石墨套管与冷却壳体之间的空腔然后从右侧排出，使得液态铜从左至右逐渐冷却，实现了更好的均匀冷却效果，通过从左至右的进液方式，且六个隔离板将石墨套管与冷却壳体之间的空腔分为六个条形空腔，使得冷却水匀速的进入石墨套管与冷却壳体之间空腔并排出，实现了更好的冷却水循环效果，通过散热壳体外侧面设置为波浪形，使得散热壳体与外界的接触面积增大，从而实现更好的散热效果。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明冷却组件的立体结构部分剖面图。
图3为本发明冷却组件的立体结构右视剖面图。
图4为本发明冷却组件的立体结构左视剖面图。
图5为本发明循环组件的立体结构部分剖面图。
图6为本发明流量调节组件的立体结构部分剖面图。
图7为本发明散热组件的立体结构部分剖面图。
图中标记为：1-冷却组件，101-石墨套管，102-冷却壳体，1021-第一空腔，1022-第二空腔，1023-第三空腔，1024-第四空腔，103-隔离板，2-循环组件，201-集水壳体，2011-集水空腔，202-冷凝泵，3-流量调节组件，301-储水箱，302-闸阀，303-第一水管，304-第二水管，305-第三水管，306-第四水管，4-散热组件，401-散热壳体，402-散热片。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述，但不限制本发明的保护范围和应用范围。
实施例1
一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，如图1所示，包括有冷却组件1，冷却组件1用于液态金属的冷却，弥补铜自身重力产生的误差，实现了更好的冷却效果，冷却组件1的右部设置有用于冷却水循环的循环组件2，循环组件2辅助冷却组件1内冷却水的循环和冷却，冷却组件1的左部设置有流量调节组件3，流量调节组件3和冷却组件1配合，针对液态铜的冷却速度进行调节，以实现更好的冷却效果。
结晶器工作原理，通过冷却水的循环使进入结晶器的高温液态金属逐渐冷却，直至高温液态金属变成固体，然后通过辊轴将冷却好的金属从结晶器右侧拉出，当需要本装置对液态铜进行冷却时，液态铜从左向右进入冷却组件1，操作人员首先启动循环组件2对冷却组件1内的冷却水进行循环冷却，然后冷却组件1内的冷却水对进入的液态金属进行冷却降温，液态铜在冷却组件1内，由于重力作用使得生产的固体铜与冷却组件1产生缝隙，冷却组件1对固体铜上表面的冷却速度大于下表面的冷却速度，从而使得固体铜冷却均匀，实现了更好的冷却效果，冷却水降温利用热交换原理，随后再通过循环组件2对热交换完成的冷却水进行降温，降温后的冷却水通过流量调节组件3进入冷却组件1内，冷却水循环对进入冷却组件1的液态金属进行降温，当所有液态金属铸造完成后，操作人员将循环组件2关闭，操作人员通过调整流量调节组件3对铜表面的冷却速度进行调节，以实现更好的冷却效果。
实施例2
在实施例1的基础之上，如图2-图4所示，冷却组件1包括有石墨套管101，石墨套管101的外侧面焊接有冷却壳体102，石墨套管101与冷却壳体102之间形成空腔，冷却壳体102的内侧面由下向上半径逐渐增大，且变化量根据铜冷却时的参数特定，便于液态铜的均匀冷却，使得石墨套管101与冷却壳体102之间，下方进行热交换冷却水的量小于上方进行热交换冷却水的量，从而使得铜上表面的冷却速度大于下表面的冷却速度，从而弥补铜自身重力产生的误差，实现了更好的冷却效果，隔离板103周向设置有六个，六个隔离板103位于石墨套管101与冷却壳体102之间的空腔内，六个隔离板103的内侧部与石墨套管101的外侧面固接，六个隔离板103的外侧部与冷却壳体102的内侧面固接，六个隔离板103的导热性与石墨套管101和冷却壳体102之间冷却水的导热性相等，便于石墨套管101外表面的热交换，使得石墨套管101与六个隔离板103接触部分的热传递效率，与冷却水接触部分的热传递效率相等，实现了更好的冷却效果，六个隔离板103将石墨套管101与冷却壳体102之间的空腔分为六个条形空腔，由于从左至右的进液方式，使得冷却水匀速的进入石墨套管101与冷却壳体102之间空腔并排出，实现了更好的冷却水循环效果，六个条形空腔由一个第一空腔1021、两个第二空腔1022、两个第三空腔1023和一个第四空腔1024组成，且两个第二空腔1022前后对称，两个第三空腔1023前后对称，第一空腔1021横截面积、两个第二空腔1022横截面积、两个第三空腔1023横截面积与第四空腔1024横截面积相等，保证液态铜的冷却速度仅受冷却水热交换量的影响，实现了更好的控制变量效果，冷却壳体102的左侧面开设有七个通孔，冷却壳体102左侧面最下侧的两个通孔与第四空腔1024连通，冷却壳体102左侧面上部的五个通孔分别与相邻的条形空腔连通，冷却壳体102左侧面的七个通孔分别位于相邻条形空腔的上部，冷却壳体102的右侧面开设有六个通孔，冷却壳体102右侧面的六个通孔分别与相邻的条形空腔连通，冷却壳体102右侧面的六个通孔分别位于相邻条形空腔的下部，由于冷却壳体102左侧面的通孔分别位于相邻条形空腔的上部，冷却壳体102右侧面的通孔分别位于相邻条形空腔的下部，使得进入石墨套管101与冷却壳体102之间六个条形空腔的冷却水更容易排出，方便后续冷却水的更换，冷却壳体102左侧面最下侧两个通孔的横截面积之和与其右侧面最下侧通孔的横截面积之和相等，石墨套管101和冷却壳体102配合，用于液态铜的冷却。
如图5所示，循环组件2包括有集水壳体201，集水壳体201固接在冷却壳体102的右部，集水壳体201与冷却壳体102之间形成集水空腔2011，集水空腔2011与石墨套管101和冷却壳体102之间的空腔连通，用于石墨套管101与冷却壳体102之间冷却水的收集，集水壳体201下部通过水管连通有冷凝泵202，用于吸收完热量冷却水的冷凝与循环。
如图6所示，流量调节组件3包括有储水箱301，储水箱301通过L形杆焊接在石墨套管101左部的上侧，储水箱301与冷凝泵202通过水管连通，闸阀302由左至右对称设置有四个，储水箱301下部的右侧连通有第一水管303，第一水管303与第一空腔1021连通，储水箱301下部的右侧连通有第二水管304，第一水管303位于第二水管304的右侧，第二水管304的两个支管与两个第二空腔1022连通，储水箱301下部的左侧连通有第三水管305，第三水管305的两个支管与两个第三空腔1023连通，储水箱301下部的左侧连通有第四水管306，第三水管305位于第四水管306的右侧，第四水管306的两个支管与第四空腔1024连通，第二水管304主管道的横截面积和第三水管305的主管道横截面积相等，第二水管304支管的横截面积与第三水管305支管的横截面积相等，第一水管303的横截面积与第四水管306的横截面积相等，第一水管303的横截面积与第二水管304支管的横截面积相等，调整四个闸阀302的开启程度，对石墨套管101与冷却壳体102之间，六个条形空腔内冷却水的流动速度进行调节，基于流体力学流量等于流速与横截面接的乘积，横截面积不发生变化，流量改变，流速也随之改变，从而对铜表面的冷却速度进行调节，实现了更好的冷却效果。
当需要本装置对液态铜进行冷却时，液态铜从左向右进入石墨套管101，石墨套管101与冷却壳体102之间充满冷却水，石墨套管101通过与高温液态铜进行热交换，石墨套管101与冷却壳体102之间的冷却水，将石墨套管101吸收的热量置换出来，随后进入集水空腔2011，再通过水管进入冷凝泵202，经过冷凝泵202的冷却与递送，通过水管进入储水箱301，降温后的冷却水通过第一水管303、第二水管304、第三水管305和第四水管306进入石墨套管101与冷却壳体102之间的空腔，由于重力作用，液态铜在生成固体后会与石墨套管101上下内表面产生缝隙，且固体铜外表面由下向上与石墨套管101之间的缝隙逐渐增大，从而导致铜的外表面受热不均，导致铸坯内部形成不均匀组织，从而影响有色金属的自身属性以及后续加工，初始状态下，四个闸阀302的开启位置相同，同时进入第一空腔1021、第二空腔1022、第三空腔1023和第四空腔1024冷却水的流速和量相等，且第一空腔1021横截面积、两个第二空腔1022横截面积、两个第三空腔1023横截面积与第四空腔1024横截面积相等，使得液态铜的冷却速度仅受冷却水热交换量的影响，由于冷却壳体102的内侧面由下向上半径逐渐增大，使得石墨套管101与冷却壳体102之间，下方进行热交换冷却水的量小于上方进行热交换冷却水的量，从而使得铜上表面的冷却速度大于下表面的冷却速度，从而弥补铜自身重力产生的误差，实现了更好的冷却效果。
且由于传统冷却水冷却方式，从上方进入石墨套管101与冷却壳体102之间的空腔后从下部排出，或者从下方进入石墨套管101与冷却壳体102之间的空腔后从上部排出，这种方式导致液态铜上表面先冷却或者下表面先冷却，致使铜外表面冷却不均匀，因此从左侧进入石墨套管101与冷却壳体102之间的空腔后从右侧排出，使得液态铜从左至右逐渐冷却，实现了更好的均匀冷却效果，同时，传统冷却方式会导致石墨套管101与冷却壳体102之间的冷却水不能持续形成循环，例如从冷却壳体102的左部的上侧进入，右部的下侧排出，会导致石墨套管101与冷却壳体102之间冷却水左部的下侧和右部的上侧无法全部参与循环，由于从左至右的进液方式，且六个隔离板103将石墨套管101与冷却壳体102之间的空腔分为六个条形空腔，使得冷却水匀速的进入石墨套管101与冷却壳体102之间空腔并排出，实现了更好的冷却水循环效果。
由于六个隔离板103的导热性与石墨套管101和冷却壳体102之间冷却水的导热性相等，使得石墨套管101与六个隔离板103接触部分的热传递效率与冷却水接触部分的热传递效率相等，实现了更好的冷却效果，由于冷却壳体102左侧面的通孔分别位于相邻条形空腔的上部，冷却壳体102右侧面的通孔分别位于相邻条形空腔的下部，使得进入石墨套管101与冷却壳体102之间六个条形空腔的冷却水更容易排出，方便后续冷却水的更换，冷却壳体102内表面由下向上直径逐渐变大，且变化量根据铜冷却时的参数特定，同时，操作人员通过调整四个闸阀302的开启程度，对石墨套管101与冷却壳体102之间六个条形空腔内冷却水的流动速度进行调节，基于流体力学流量等于流速与横截面接的乘积，横截面积不发生变化，流量改变，流速也随之改变，从而对铜表面的冷却速度进行调节，实现了更好的冷却效果。
实施例3
在实施例2的基础之上，如图7所示，还包括有散热组件4，散热组件4可拆卸的套设在冷却壳体102外侧面，散热组件4增大散热效率，散热组件4包括有散热壳体401，散热壳体401可拆卸的套设在冷却壳体102外侧面，使得在更换散热壳体401和散热片402时，更加方便，散热壳体401的导热系数大于冷却壳体102的导热系数，散热壳体401外侧面设置为波浪形，用于增大散热壳体401外表面与空气的接触面积，从而实现更好的散热效果，散热片402若干个为一组，左右对称设置有若干组，每组内的散热片402周向分布，每组内散热片402的内侧部分别与散热壳体401的外侧部固接，避免了环形散热片402在应对横向风时散热效率低的问题，散热片402的材质为铜，用于增大散热片402的散热效率，实现了更好的散热效果。
在石墨套管101与冷却壳体102之间的冷却水进行热交换时，散热组件4对冷却壳体102进行散热，散热壳体401的导热系数大于冷却壳体102的导热系数，使得冷却壳体102更好的向散热壳体401传递热量，由于散热壳体401外侧面设置为波浪形，使得散热壳体401与外界的接触面积增大，从而实现更好的散热效果，同时，由于若干个散热片402的排列方式，保证出现横向风或者纵向风时，都能进行散热，避免了环形散热片402在应对横向风时散热效率低的问题，环形散热片402在遇到横向风时，只有两端的两个散热片402会与风接触，从而影响散热效率，由于散热片402的材质为铜，实现了更好的散热效果，散热壳体401可拆卸，使得在更换散热壳体401和散热片402时，更加方便。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (9)
1.一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，其特征在于：包括有冷却组件（1），冷却组件（1）用于液态金属的冷却，冷却组件（1）的右部设置有用于冷却水循环的循环组件（2），冷却组件（1）的左部设置有流量调节组件（3），流量调节组件（3）和冷却组件（1）配合，针对液态铜的冷却速度进行调节；
冷却组件（1）包括有石墨套管（101），石墨套管（101）的外侧面固接有冷却壳体（102），石墨套管（101）与冷却壳体（102）之间形成空腔，隔离板（103）周向设置有六个，六个隔离板（103）位于石墨套管（101）与冷却壳体（102）之间的空腔内，六个隔离板（103）的内侧部与石墨套管（101）的外侧面固接，六个隔离板（103）的外侧部与冷却壳体（102）的内侧面固接，六个隔离板（103）将石墨套管（101）与冷却壳体（102）之间的空腔分为六个条形空腔，六个条形空腔由一个第一空腔（1021）、两个第二空腔（1022）、两个第三空腔（1023）和一个第四空腔（1024）组成，且两个第二空腔（1022）前后对称，两个第三空腔（1023）前后对称，冷却壳体（102）的左侧面开设有七个通孔，冷却壳体（102）左侧面最下侧的两个通孔与第四空腔（1024）连通，冷却壳体（102）左侧面上部的五个通孔分别与相邻的条形空腔连通，冷却壳体（102）左侧面的七个通孔分别位于相邻条形空腔的上部，冷却壳体（102）的右侧面开设有六个通孔，冷却壳体（102）右侧面的六个通孔分别与相邻的条形空腔连通，冷却壳体（102）右侧面的六个通孔分别位于相邻条形空腔的下部，冷却壳体（102）左侧面最下侧两个通孔的横截面积之和与其右侧面最下侧通孔的横截面积之和相等，石墨套管（101）和冷却壳体（102）配合，用于液态铜的冷却。
2.如权利要求1所述的一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，其特征在于：冷却壳体（102）的内侧面由下向上半径逐渐增大，便于液态铜的均匀冷却。
3.如权利要求1所述的一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，其特征在于：六个隔离板（103）的导热性与石墨套管（101）和冷却壳体（102）之间冷却水的导热性相等，便于石墨套管（101）外表面的热交换。
4.如权利要求1所述的一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，其特征在于：第一空腔（1021）横截面积、两个第二空腔（1022）横截面积、两个第三空腔（1023）横截面积与第四空腔（1024）横截面积相等，保证液态铜的冷却速度仅受冷却水热交换量的影响。
5.如权利要求1所述的一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，其特征在于：循环组件（2）包括有集水壳体（201），集水壳体（201）固接在冷却壳体（102）的右部，集水壳体（201）与冷却壳体（102）之间形成集水空腔（2011），集水空腔（2011）与石墨套管（101）和冷却壳体（102）之间的空腔连通，集水壳体（201）下部通过水管连通有冷凝泵（202）。
6.如权利要求5所述的一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，其特征在于：流量调节组件（3）包括有储水箱（301），储水箱（301）通过L形杆固接在石墨套管（101）左部的上侧，储水箱（301）与冷凝泵（202）通过水管连通，闸阀（302）由左至右对称设置有四个，储水箱（301）下部的右侧连通有第一水管（303），第一水管（303）与第一空腔（1021）连通，储水箱（301）下部的右侧连通有第二水管（304），第二水管（304）位于第一水管（303）的左部，第二水管（304）的两个支管与两个第二空腔（1022）连通，储水箱（301）下部的左侧连通有第三水管（305），第三水管（305）的两个支管与两个第三空腔（1023）连通，储水箱（301）下部的左侧连通有第四水管（306），第四水管（306）位于第三水管（305）的左侧，第四水管（306）的两个支管与第四空腔（1024）连通，第二水管（304）主管道的横截面积和第三水管（305）的主管道横截面积相等，第二水管（304）支管的横截面积与第三水管（305）支管的横截面积相等，第一水管（303）的横截面积与第四水管（306）的横截面积相等，第一水管（303）的横截面积与第二水管（304）支管的横截面积相等。
7.如权利要求6所述的一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，其特征在于：还包括有散热组件（4），散热组件（4）可拆卸的套设在冷却壳体（102）外侧面，散热组件（4）增大散热效率，散热组件（4）包括有散热壳体（401），散热壳体（401）可拆卸的套设在冷却壳体（102）外侧面，散热壳体（401）的导热系数大于冷却壳体（102）的导热系数，散热片（402）若干个为一组，左右对称设置有若干组，每组内的散热片（402）周向分布，每组内散热片（402）的内侧部分别与散热壳体（401）的外侧部固接。
8.如权利要求7所述的一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，其特征在于：散热壳体（401）外侧面设置为波浪形，增大散热壳体（401）外表面与空气的接触面积。
9.如权利要求7所述的一种具有均匀冷却功能的水平式连续铸造结晶器，其特征在于：散热片（402）的材质为铜，增大散热片（402）的散热效率。
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