CN115679132B - 一种铜钢组合的真空冷却罐及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜钢组合的真空冷却罐，包括：内胆、壳体和盖体，所述内胆设置于所述壳体中，并于所述壳体相连，所述盖体设置于所述内胆上；其中，所述内胆包括：内套、外套和第一连接件，所述内套设置于所述外套中，并于所述外套相连，所述第一连接件设置于所述内套和/或所述外套的上方，并于所述外套相连；以及其中，所述内套和所述外套的材料为铜，所述第一连接件的材料为钢。本发明真空冷却罐通过将内胆的部分材料替换为铜，利用铜高导热性，可以增加导热能力，可以提高生产效率。

Description

一种铜钢组合的真空冷却罐及其制造方法

技术领域

本发明涉及稀土熔炼设备领域，特别地涉及一种铜钢组合的真空冷却罐及其制造方法。

背景技术

众所周知，目前的真空感应熔炼速凝炉的工作流程是：把合金原料放到真空熔炼速凝设备的熔炼坩埚内，在真空和保护气氛下将原料加热熔化成熔融的合金，然后通过中间包在可控的速度下，浇铸到带水冷的铜冷却辊的外表面上快速凝固形成合金薄片，形成固态的合金薄片掉到真空冷却罐中进行二次冷却，真空冷却罐旁边的冷却系统会加快二次冷却速度，待合金片冷却后，打开真空速凝设备的炉门，将合金薄片人工移出。

而现有的真空冷却罐式收料真空感应熔炼速凝炉模式，虽然比传统真空感应熔炼铸锭炉做出的产品性能有了很大的提高，但是这样的工作模式还是有很多缺点：1、目前真空冷却罐在稀土材料生产冷却过程中内部处于真空环境，主要由材料间及罐壁导热，并且传统的冷却罐导热内胆为钢制，耐磨及强度性能好但导热能力较差（约5-6小时/每罐），导致稀土材料的冷却速率较低，从而导致生产效率较低；2、真空罐的罐体为钢制，合金材料进出罐体时经过摩擦会将铁屑带入原料中，会造成一定的污染，影响产品的品质。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种铜钢组合的真空冷却罐，包括：内胆、壳体和盖体，所述内胆设置于所述壳体中，并于所述壳体相连，所述盖体设置于所述内胆上；其中，所述内胆包括：内套、外套和第一连接件，所述内套设置于所述外套中，并于所述外套相连，所述第一连接件设置于所述内套和/或所述外套的上方，并于所述外套相连；以及其中，所述内套和所述外套的材料为铜，所述第一连接件的材料为钢。

如上所述的真空冷却罐，其中，所述内胆进一步包括：过渡套体，其设置于所述外套与所述第一连接件之间，并与所述外套和所述第一连接件相连。

如上所述的真空冷却罐，所述内胆进一步包括：第二连接件，其位于所述内套和/或所述外套的下方，并与所述外套相连。

如上所述的真空冷却罐，其中，所述内套包括内套体、套顶和多块第一筋板，所述套顶设置于所述内套体的上方，所述第一筋板设置于所述内套体外部的圆周上，并向所述内套体外延伸，其中，所述内套体、所述套顶和所述多块第一筋板一体成型。

如上所述的真空冷却罐，其中，所述内套体、所述套顶和所述多块第一筋板铸造成型。

如上所述的真空冷却罐，其中所述套顶为圆锥形，经配置以引导稀土材料滑落。

如上所述的真空冷却罐，所述内套进一步包括：耐磨层，其设置于所述套顶的尖部。

如上所述的真空冷却罐，其中所述外套包括：外套体、套底和多块第二筋板，所述套底设置于所述外套体的下方，所述第二筋板设置于所述外套体内部的圆周上，并向所述外套体内延伸，其中，所述外套体、所述套底和所述多块第二筋板一体成型。

如上所述的真空冷却罐，其中，所述外套体、所述套底和所述多块第二筋板铸造成型。

如上所述的真空冷却罐，其中，所述内套的厚度为12-18mm,所述外套的厚度为12-18mm。

根据本发明另一个方面，提出了一种真空冷却罐的制造方法，包括：制作真空冷却罐内胆的内套和外套；将所述内套和所述外套焊接；在所述外套上连接第一连接件；以及将壳体和盖体安装到所述第一连接件上；其中，所述内套和所述外套由铜制成。

如上所述的制造方法，其中，制作真空冷却罐内胆的内套和外套包括：利用铸造成型制作所述内套和所述外套。

如上所述的制造方法，其中，制作真空冷却罐内胆的内套和外套还包括：对铸造完成的所述内套和所述外套进行机械加工。

如上所述的制造方法，其中，制作真空冷却罐内胆的内套和外套还包括：对铸造完成的所述内套和所述外套进行第一次水压试验。

如上所述的制造方法，其中，在将所述内套和所述外套焊接后包括：对焊接后的所述内套和所述外套进行第二次水压试验。

如上所述的制造方法，其中，在所述外套上连接第一连接件包括：利用过渡套体将所述第一连接件与所述外套相连。

如上所述的制造方法，其中，在所述外套上连接第一连接件后，还包括：在所述外套上连接第二连接件，完成所述内胆的制作。

如上所述的制造方法，其中，在所述外套上连接第二连接件包括：利用所述内套和所述外套焊接的热量连接所述第二连接件。

如上所述的制造方法，其中，在所述外套上连接所述第二连接件后，还包括：对所述内胆进行第三次水压试验。

如上所述的制造方法，其中，将壳体和盖体安装到所述第一连接件上后，还包括：对所述真空冷却罐进行第四次水压试验。

本发明真空冷却罐通过将内胆的部分材料替换为铜，利用铜高导热性，可以增加导热能力，可以提高生产效率。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1为根据本发明一个实施例的铜钢组合的真空冷却罐示意图；

图2为根据本发明一个实施例的铜钢组合的真空冷却罐爆炸图；

图3为根据本发明一个实施例的铜钢组合的真空冷却罐的剖视图；

图4为根据本发明一个实施例的铜钢组合的真空冷却罐另一方向的剖视图；

图5为根据本发明一个实施例的内胆结构示意图；

图6为根据本发明一个实施例的内胆结构爆炸图；

图7为根据本发明一个实施例的内胆结构俯视图；

图8为根据本发明一个实施例的内胆结构剖视图；

图9为根据本发明一个实施例的铜钢组合的真空冷却罐的制作流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本发明一部分用来说明本发明的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本发明的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本发明的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本发明的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

目前首要解决的就是如何增加真空冷却罐的导热效率，真空冷却罐在生产过程中处于真空环境，主要热量由内胆的内外壁传导，由此，通过改变冷却罐内胆的材料是可以达到增加真空冷却罐的导热效率，提高稀土材料的生产效率。本发明通过试验了各式合金、新型材料以及陶瓷等，最终发现钢铁及其合金导热系数均低于100（W/m.K），导热效率较低；陶瓷金刚石等硅铝碳等材料，存在不防震、不防水、易损坏等缺陷，无法满足真空冷却罐的强度要求；其余材料（如锌）为活泼金属，易发生反应，会对稀土生产产生污染，影响产品品质，金银等材质又太软，强度不够，不易于作为罐体；铜的金属性质稳定，导热系数极高为401（W/m.K）约为铁的9倍，机械性能也能符合作为罐体的要求。由此，本发明提出了一种铜钢组合的真空冷却罐，可以大大地提高真空冷却罐的导热效率，提高稀土材料的生产效率，而且铜本身也是稀土合金的一种成分，不会对原料产生污染，可大大的提升产品的品质。

下面通过具体的实施方式来进一步说明本发明技术方案。本领域技术人员应当理解，以下描述仅仅是为了方便对本发明技术方案的理解，并不应当用来限制本发明的保护范围。

图1为根据本发明一个实施例的铜钢组合的真空冷却罐示意图。图2为根据本发明一个实施例的铜钢组合的真空冷却罐爆炸图。图3和图4为根据本发明一个实施例的铜钢组合的真空冷却罐剖视图。图3和图4分别示出真空冷却罐两个不同方向的剖视图。

如图所示，铜钢组合的真空冷却罐（可简称“真空冷却罐”或“冷却罐”）100包括内胆110、壳体120和盖体130。其中，内胆设置于壳体120中，并可以与壳体120固定连接；盖体130 设置于内胆110上，并且可以相对于内胆110可开启。

在一些实施例中，内胆110的内部包括空腔111以及开口112。其中，空腔111可以用于容纳稀土材料，并为稀土材料进行冷却，开口112可以容纳稀土材料进入空腔111中。在一些实施例中，内胆110设置于壳体120中，壳体120可以对内胆110进行保护，防止内胆遭到破坏，而且壳体120还可以容纳冷却介质（如冷却水），对内胆的外壁进行热交换，从而可以加快对内胆内的稀土材料冷却。

在一些实施例中，盖体130可以设置于内胆110的开口112上，并可以对内胆110内的空腔进行封闭，从而可以使得空腔111形成密闭空间，可以对内胆内的空腔进行遮挡，防止其他物品进入空腔111，导致对空腔中的稀土材料产生污染，而且还可以对空腔抽取真空。

在一些实施例中，内胆与外壳之间以及内胆与盖体之间可以包括密封装置（图中未示出），其可以对内胆与外壳之间以及内胆与盖体之间进行密封，防止外壳中的冷却介质产生泄露以及破坏空腔中的真空环境。在一些实施例中，密封装置可以是密封条、密封胶等。

在一些实施例中，壳体120还可以包括进水管121和出水管122，其可以用于容纳冷却水进出壳体120，并可以为内胆进行换热。在一些实施例中，进水管121可以直接通入内胆的中部，可以由内胆的内壁对内胆中的稀土材料进行冷却，出水管122与内胆外壁相通，可以将内胆外壁的冷却水进行回收。在一些实施例中，壳体120中还可以包括一个或多个水挡123，其可以用于阻挡冷却水，从而可以使得冷却水与内胆紧密接触，提高冷却水与内胆的接触面积，增加内胆的冷却效率，提高生产效率。

如上所述可知，内胆110为容纳稀土材料，并对稀土材料进行冷却，通过壳体中的进出水管可以将冷却水通入到内胆110的附近，对内胆进行换热，对稀土材料进行冷却。由此，内胆的导热效率直接影响对稀土材料的冷却效率，影响稀土材料的生产效率。本发明进一步对内胆结构进行改变来提高对稀土材料的冷却效率。下面将详细介绍本发明内胆结构。

图5为根据本发明一个实施例的内胆结构示意图。图6为根据本发明一个实施例的内胆结构爆炸图。图7为根据本发明一个实施例的内胆结构俯视图。图8为根据本发明一个实施例的内胆结构剖视图。

如图所示，内胆110包括内套410和外套420。其中，内套410设置于外套420的内部，并且在冷却罐的第一端，内套410和外套420之间相互连接，内套410和外套420之间形成内胆110的空腔111，其可以用于容纳稀土材料，并且通过内套410和外套420传导热量，为容纳与二者之间的稀土材料进行换热冷却。

在一些实施例中，内套410和外套420的材料可以是铜，利用铜的高导热有利于增加对稀土材料的冷却，提高生产效率。在一些实施例中，内套410和外套420可以通过焊接连接，以便于降低制造难度。在一些实施例中，内套410和外套420还可以一体成型。例如：一体铸造成型，有利于内胆整体结构的稳定，还可以保证良好的气密性。

在一些实施例中，内套410包括套体411和套顶412。其中，套体411为圆柱状，套顶412为圆锥状，并且套顶412设置于套体411的顶部，并与套体411相连，可以引导落入内胆中的稀土材料滑落。在一些实施例中，内套410还可以包括多块筋板413，其等间距地布置在套体411外部的圆周上，可以对滑落稀土材料进行分割，并且还可以增加内套的结构强度，还可以增加与稀土材料的接触面积，提高对稀土材料的冷却效率。在一些实施例中，筋板413还可以以其他方式设置于套体411的外部圆周上。例如：不等间距设置、倾斜交错设置等等。在一些实施例中，内套410的厚度可以是12-18mm。例如可以是12mm、16mm等。

在一些实施例中，套体411、套顶412和筋板413可以铸造成型（如砂型铸造），可以降低铜连接的难度，而且型箱造型方便，成本低，还可以使得各部分紧密结合，没有空隙，可以保证内套整体结构的稳定和气密性，可以提升导热的效率。在一些实施例中，套体411、套顶412和筋板413可以采用其他铸造方式。例如：金属型铸造、压力铸造、低压铸造等。在一些实施例中，套体411、套顶412和筋板413也可以通过其他方式制作而成。例如：铜板圈制焊接成型、液压锻压成型等。

在一些实施例中，内套410还可以包括耐磨层414，其可以设置于套顶412的尖部，可以提高套顶的耐磨性，增加套顶的使用寿命。在一些实施例中，耐磨层可以是堆焊形成。在一些实施例中，耐磨层的材料可以是不锈钢、陶瓷等，有利于增加套顶的耐磨性，可以解决铜的不耐磨问题。

在一些实施例中，外套420可以包括套体421和套底422。其中，套体421为圆柱状，套底422为球面，并且套底422设置于套体421的底部，并与套体421相连，可以用于承载滑落的稀土材料。在一些实施例中，套底422可以包括开孔，可以容纳进水管121进入内套中，可以通过内套对稀土材料进行冷却，其中，内套410的套体411可以与套底422的开孔边缘相连。在一些实施例中，外套420还可以包括多块筋板423，其等间距地布置在套体421内部的圆周上，可以对滑落稀土材料进行分割，可以增加与稀土材料的接触面积，提高对稀土材料的冷却效率，并且还可以增加外套的结构强度。在一些实施例中，筋板423还可以以其他方式设置于套体421的内部圆周上。例如：不等间距设置、倾斜交错设置等等。在一些实施例中，外套420的厚度可以是12-18mm。例如可以是12mm、16mm等。在一些实施例中，套体421、套底422和筋板423的连接方式与内套410的类似，故在此不再赘述。

在一些实施例中，内胆110还可以包括上连接件430，其设置于内套和/或外套的上方，并与外套420相连，可以用于内胆与外壳120和/或盖体130连接，或者还可以用于冷却罐与其他装置相连配合使用。

在一些实施例中，上连接件430可以包括开口431，其可以用于容纳稀土材料进入内套410和外套420之间，并且还可以用于与盖体130接触。在一些实施例中，上连接件还可以包括第一连接部432，其位于上连接件的圆周上，可以用于内胆110与外壳120相连。在一些实施例中，第一连接部432可以包括多个连接孔4321，利用连接件（如螺栓）可以将内胆和外壳进行连接。在一些实施例中，上连接件430还可以包括第二连接部433，其位于上连接件的圆周外，并向上连接件外延伸，可以用于冷却罐与其他装置相连。在一些实施例中，第二连接部433包括多个等间距向外延伸的板体4331，其中板体4331上包括凹槽，可以用容纳连接件与其他装置相连。

上连接件430需要与外壳、盖体和/或其他装置相连，因此需要承受较大的作用力，在一些实施例中，上连接件430的材料可以为钢，有利于承受较大的连接作用力，可以增加内胆的强度，弥补铜的强度不足，可以提高内胆的使用寿命。

由于上连接件430需要与外套420相连，但是二者的材料不同，连接难度较大，容易产生连接不良，易导致产品的良品率较低。在一些实施例中，内胆110还可以包括过渡套体440，其可以设置于上连接件430和外套420之间，并可以分别于上连接件430和外套420相连。在一些实施例中，过渡套体440的材料可以是钢，从而可以预先将过渡套体焊接在外套上，然后通过将过渡套体440与上连接件焊接，从而可以将上连接件430和外套420相互连接，由于过渡套体440的体积较小，预先与外套焊接比较容易，由于过渡套体440的材料为钢，与上连接件之间的焊接难度也比较低，从而可以降低上连接件430和外套420之间的连接难度。在一些实施例中，过渡套体440的材料也可以是铜，其可以预先与上连接件连接，然后在与外套相连。在一些实施例中，过渡套体440的形状和尺寸与外套的相同。在一些实施例中，上连接件430与外套420还可以通过其他方式进行连接。例如：使用铜钢套接铆钉连接、高强度金属粘接剂、螺纹连接等。

在一些实施例中，内胆110还可以包括下连接件450，其设置于内套和/或外套的下方，并且可以与内套和/或外套相连，可以用于承载支撑外套和/或内套，并且还便于内胆加工时装卡或者拆卸时放置。

在一些实施例中，下连接件450可以包括主体451和多个支撑柱452。其中，主体451的形状为圆环状，其内部圆孔可以用于容纳壳体的进水管道通入内胆的内套中，多个支撑柱452设置于主体451上，并且支撑于外套的套底422上，可以对外套和/或内套进行支撑，并且还可以便于放置内胆。在一些实施例中，支撑柱452还可以与外套进行连接（如焊接），可以提高内胆整体的结构强度。在一些实施例中，支撑柱452与外套接触一端包括斜面，从而可以与外套的套底422贴紧，有利于放置内胆。在一些实施例中，支撑住452还可以包括通孔4521，其贯穿整个支撑柱，并且还贯通主体451，可以用于容纳冷却水进入，从而可以防止支撑柱部分的外套导热效率低，有利于提高导热效率。在一些实施例中，下连接件的材料可以是钢。

本发明的真空冷却罐通过将内胆的部分材料替换为铜，利用铜高导热性，可以增加导热能力，使得每罐冷却时间达到2-3小时，可以提高生产效率，而且还可以避免对产品造成污染。内胆的其他部分材料仍采用钢，可以满足承担较大的连接作用力，从而可以使得冷却罐兼顾了高导热与较高的机械强度。

下面将进一步说明本发明的制造过程：

图9为根据本发明一个实施例的铜钢组合的真空冷却罐的制作流程图。

如图所示，在步骤810中，制作真空冷却罐内胆的内套和外套。利用铸造成型制作内胆的内套和外套，使得内套和外套一体成型，降低内套和外套的制作难度。在一些实施例中，当利用铸造成型制作完内套和外套后，需要对内套和外套进行机械加工，消除铸造的缺陷，使得内套和外套的美观和平整。在一些实施例中，对内套和外套进行机械加工还可以包括：对内套和外套加工坡口，以便于内套和外套之间进行连接。在一些实施例中，当利用铸造成型制作完内套和外套后或对内套和外套机械加工后，可以对内套和外套进行第一次水压试验，以保证内套和外套无渗漏和冒汗。

在步骤820中，将内套和外套进行连接。将加工完成并且合格的内套和外套进行焊接，从而可以形成可以容纳稀土材料的空腔。在一些实施例中，可以通过对内套和/或外套加热，对二者进行焊接。在一些实施例中，当将内套和外套焊接完成后，可以对连接在一起的内套和外套进行第二次水压试验，以保证二者之间的连接无渗漏和冒汗。

在步骤830中，将上下连接件连接到外套上完成内胆的组装。在一些实施例中，当内套和外套连接完成后，将上下连接件连接到外套上，完成内胆的安装。在一些实施例中，可以利用内套和外套焊接的热量（如焊接的余热），将下连接件连接到外套上。在一些实施例中，利用过渡套体将上连接件与外套相连。在一些实施例中，当将上下连接件连接到外套上完成内胆的安装后，可以对内胆进行第三次水压试验，以保证内胆无渗漏和冒汗。

在步骤840中，将壳体和盖体安装到内胆上，完成真空冷却罐的组装。在一些实施例中，利用上连接件将壳体和盖体与内胆进行连接。在一些实施例中，当将壳体和盖体安装到内胆上后，可以对真空冷却罐进行第四次水压试验，以保证真空冷却罐无渗漏和冒汗。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (19)

1.一种铜钢组合的真空冷却罐，包括：内胆、壳体和盖体，所述内胆设置于所述壳体中，并与所述壳体相连，所述盖体设置于所述内胆上；

其中，所述内胆包括：内套、外套和第一连接件，所述内套设置于所述外套中，并与所述外套相连，所述第一连接件设置于所述内套和/或所述外套的上方，并与所述外套相连；以及

其中，所述内套和所述外套的材料为铜，所述第一连接件的材料为钢；

其中，所述内套包括内套体、套顶和多块第一筋板，所述套顶设置于所述内套体的上方，所述第一筋板设置于所述内套体外部的圆周上，并向所述内套体外延伸，其中，所述内套体、所述套顶和所述多块第一筋板一体成型；

其中，所述内套设置于所述外套的内部，在所述冷却罐的第一端，所述内套和所述外套之间相互连接，所述内套和所述外套之间形成所述内胆的空腔，其用于容纳稀土材料。

2.根据权利要求1所述的真空冷却罐，其中，所述内胆进一步包括：过渡套体，其设置于所述外套与所述第一连接件之间，并与所述外套和所述第一连接件相连。

3.根据权利要求1所述的真空冷却罐，所述内胆进一步包括：第二连接件，其位于所述内套和/或所述外套的下方，并与所述外套相连。

4.根据权利要求1所述的真空冷却罐，其中，所述内套体、所述套顶和所述多块第一筋板铸造成型。

5.根据权利要求1所述的真空冷却罐，其中所述套顶为圆锥形，经配置以引导稀土材料滑落。

6.根据权利要求5所述的真空冷却罐，所述内套进一步包括：耐磨层，其设置于所述套顶的尖部。

7.根据权利要求1所述的真空冷却罐，其中所述外套包括：外套体、套底和多块第二筋板，所述套底设置于所述外套体的下方，所述第二筋板设置于所述外套体内部的圆周上，并向所述外套体内延伸，其中，所述外套体、所述套底和所述多块第二筋板一体成型。

8.根据权利要求7所述的真空冷却罐，其中，所述外套体、所述套底和所述多块第二筋板铸造成型。

9. 根据权利要求1所述的真空冷却罐，其中，所述内套的厚度为12-18mm,所述外套的厚度为12-18mm。

10.一种如权利要求1所述的真空冷却罐的制造方法，包括

制作真空冷却罐内胆的内套和外套；

将所述内套和所述外套焊接；

在所述外套上连接第一连接件；以及

将壳体和盖体安装到所述第一连接件上；

其中，所述内套和所述外套由铜制成。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其中，制作真空冷却罐内胆的内套和外套包括：利用铸造成型制作所述内套和所述外套。

12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，制作真空冷却罐内胆的内套和外套还包括：对铸造完成的所述内套和所述外套进行机械加工。

13.根据权利要求11所述的制造方法，其中，制作真空冷却罐内胆的内套和外套还包括：对铸造完成的所述内套和所述外套进行第一次水压试验。

14.根据权利要求10所述的制造方法，其中，在将所述内套和所述外套焊接后包括：对焊接后的所述内套和所述外套进行第二次水压试验。

15.根据权利要求10所述的制造方法，其中，在所述外套上连接第一连接件包括：利用过渡套体将所述第一连接件与所述外套相连。

16.根据权利要求10所述的制造方法，其中，在所述外套上连接第一连接件后，还包括：在所述外套上连接第二连接件，完成所述内胆的制作。

17.根据权利要求16所述的制造方法，其中，在所述外套上连接第二连接件包括：利用所述内套和所述外套焊接的热量连接所述第二连接件。

18.根据权利要求16所述的制造方法，其中，在所述外套上连接所述第二连接件后，还包括：对所述内胆进行第三次水压试验。

19.根据权利要求10所述的制造方法，其中，将壳体和盖体安装到所述第一连接件上后，还包括：对所述真空冷却罐进行第四次水压试验。

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