CN202192236U - 用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置，具有套装在石墨结晶器外圈上的铜套，铜套外圈上套装有内衬套，内衬套外圈上套装有冷却水套，内衬套外圈与冷却水套内圈之间形成冷却水腔，内衬套呈管状，内衬套与铜套之间具有冷却水隙，内衬套管壁外圈中部具有一圈把冷却水腔分隔成进水腔和出水腔的凸起，进水腔和出水腔之间通过冷却水隙连通，进水腔上具有进水接口，出水腔上具有出水接口。本实用新型采用合理的冷却结构，使铜液结晶时的热交换效率得到较大提高，能将Φ90X24锭坯的铸造速度提高到500mm/min；优化了冷却水隙的结构使铜锭坯表面形成一定厚度的细小等轴晶粒，减小表面纵裂等缺陷形成的可能性。

Description

用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置

技术领域

本实用新型涉及铜管铸坯设备技术领域，尤其是一种用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置。

背景技术

目前，铜管铸坯的成材工艺有两种，一是水平连铸连轧法，另一是挤压法。挤压法由于挤压技术水平低，产品的偏心度大，重量轻，成材率低，成本高，能耗高，已逐步被各厂商放弃使用。水平连铸连轧法与传统的挤压法相比，具有成本低、能耗小、效率高、成材率高等特点，因而得到了较快的发展。铜管铸坯的水平连铸普遍选用石墨结晶器作为铸造模具，在铸坯生产过程中普遍采用直接水冷式铸造，即铸坯除了受到石墨结晶器内水室的间接冷却外，在石墨结晶器的出口处直接受到二次冷却水的强烈冷却。其中，石墨结晶器内水室冷却称为第一次水冷，铜液在在石墨结晶器内部初步凝固，形成铸坯外壳；石墨结晶器出口处的水冷称为第二次水冷，第一次水冷进行的热交换只有30％，形成铸坯外壳的作用，70％左右的热交换主要在第二次水冷中进行。第二次水冷的换热总量要远大于第一次水冷。但是，第一次水冷对连铸过程却更为关键，这是因为：(1)第一次水冷形成的铸坯外壳是第二次水冷的基础，如果铸坯外壳未能良好形成，即拉离石墨结晶器出口，铜液直接接触第二次冷却水可能造成爆炸、拉漏；(2)第一次水冷决定了铸坯产品外表面一定深度的晶粒状态；(3)连铸过程中，铸坯外壳受到连续的拉应力和内部热应力，如果强度不足，则易因应力作用造成外部裂纹等缺陷。

在第一次水冷装置中，冷却水隙处是冷却水与铜套进行换热的位置。因此，采用多大的冷却水隙，水隙部分的长度多少，微小水隙部分的尺寸精度如何保证等，是关系到一次水冷设备的重要问题。

如图1所示，现有技术中石墨结晶器的缝隙式冷却结构示意图，石墨结晶器1外套装有与其配套的铜套2，铜套2外套装有内衬套5，内衬套5外套装冷却水套6，内衬套5和冷却水套6两端通过压盖3固定连接，内衬套5上具有两个环形沟槽与冷却水套6配合形成两个冷水腔，冷水腔下方设有与冷水腔连通的进水管接口7，冷水腔上方设有与冷水腔连通的出水管接口4。冷却水从进水管接口7进入冷却水套6与内衬套5之间的冷水腔，从出水管接口4流出，铸坯从石墨结晶器1中引出，石墨结晶器1与铜套2装配在一起，石墨结晶器1冷却依靠铜套2将热量传递到内衬套5中的冷却水中。

本冷却装置的缺点：

现有的缝隙式冷却装置的主要的缺点在于，受结构限制，其内衬套5采用整体焊接方法制造，较难保证尺寸精度；在炉前铸造过程中，装置的各部分亦不可避免受到热效应并可能造成变形，这样，冷却水隙的尺寸精度难以保证。由于冷却水隙直接决定第一次冷却效果，其尺寸若有偏差，可能造成第一次冷却失效，并产生不可估计的后果，因此，现有技术中，通常采用较大的冷却水隙、较低的换热效率或较慢的铸造速度来消除此种风险，这就对铸造生产效率形成瓶颈。此外，现有技术通常难以形成铸坯表层的细小等轴晶粒，亦不利于第二次冷却后均匀晶粒的形成。现有技术所采用的铸造速度在350mm/min以下。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决现有技术的不足，本实用新型提供一种用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置，采用一种新型结构，以利于冷却装置采用具有较高精度的加工方法制造；防止其在铸造生产过程中产生热变形或其他变形；保证冷却水隙的精度以保证铸造过程中良好的第一次冷却；冷却水隙的优化尺寸使铸坯成品表面形成细小等轴晶粒；促进第二次水冷后铸坯晶粒的均匀性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置，具有套装在石墨结晶器外圈上的铜套，铜套外圈上套装有内衬套，内衬套外圈上套装有冷却水套，内衬套外圈与冷却水套内圈之间形成冷却水腔，冷却水套的前后两端分别设有用于使冷却水套固定在铜套上的前法兰和后法兰，所述的内衬套呈管状，内衬套与铜套之间具有冷却水隙，内衬套管壁外圈中部具有一圈把冷却水腔分隔成进水腔和出水腔的凸起，进水腔和出水腔之间通过冷却水隙连通，进水腔上具有进水接口，出水腔上具有出水接口。冷却水从进水腔进入冷却水套，流过冷却水隙后进入出水腔，冷却水隙具有使冷却水中细小水泡破裂的作用，减少冷却水路中的死角，使冷却更均匀。

为防止在水的压力下内衬套出现相对移动，所述的冷却水套内圈具有与凸起相配合防止内衬套从进水腔往出水腔移动的挡边，挡边与凸起之间密封接触连接。挡边防止内衬套移动，保证冷却水路的畅通。

优化冷却水路的流动方向，所述的进水腔设置在石墨结晶器的出料端，出水腔设置在石墨结晶器的进料端。冷却水从出料端进入，进料端流出，这样的冷却方式更合理，提高冷却效果的同时节约能源。

所述的进水接口设置在进水腔的下端，所述的出水接口设置在出水腔的上端。

为减少出水阻力，所述的出水接口由进料端向出料端方向倾斜设置。

为防止冷却水从后法兰与冷却水套的连接端面溢出，所述的冷水水套上还开设有向后法兰与冷却水套的连接端面通氮气的氮气接口，所述的氮气接口连通供氮设备。从氮气接口通入高压氮气后形成气封阻止冷却水溢出，并具有对铜套进行气冷的作用。

本实用新型的有益效果是，本实用新型设计和采用合理的冷却结构，使铜液结晶时的热交换效率得到较大提高，如配以合适的二次冷却器，能将Φ90X24锭坯的铸造速度提高到500mm/min，大大提高铸造生产效率；优化了冷却水隙的尺寸，在一次冷却区形成急冷，使铜锭坯表面形成一定厚度的细小等轴晶粒，减小表面纵裂等缺陷形成的可能性；使径向各部分的换热较为均匀，可促进铜锭坯经二次冷却后的晶粒的均匀化，优化锭坯成品组织。本实用新型主体部件均可采用车床加工，无焊接部分，易保证较高的制造精度；在使用过程中，冷却器本身的结构亦能避免在高温条件下自身产生变形，从而降低了由于冷却器尺寸偏差或部件变形造成的拉漏风险。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是现有冷却装置的结构示意图。

图中：1.石墨结晶器，2.铜套，3.压盖，4.出水管接口，5.内衬套，6.冷却水套，7.进水管接口。

图2是本实用新型的用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置最佳实施例的结构示意图。

图中：1.石墨结晶器，2.铜套，3.内衬套，31.凸起，32.进水接口，33.出水接口，4.冷却水套，41.挡边，42.氮气接口，5.前法兰，6.后法兰。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

图2是本实用新型的用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置的最佳实施例，具有套装在石墨结晶器1外圈上的铜套2，铜套2外圈上套装有内衬套3，内衬套3外圈上套装有冷却水套4，内衬套3外圈与冷却水套4内圈之间形成冷却水腔，冷却水套4的前后两端分别设有用于使冷却水套4固定在铜套2上的前法兰5和后法兰6，内衬套3呈管状，内衬套3与铜套2之间具有冷却水隙，内衬套3管壁外圈中部具有一圈把冷却水腔分隔成进水腔和出水腔的凸起31，进水腔和出水腔之间通过冷却水隙连通，进水腔上具有进水接口32，出水腔上具有出水接口33。冷却水套4内圈具有与凸起31相配合防止内衬套3从进水腔往出水腔移动的挡边41，挡边41与凸起31之间密封接触连接。

进水腔设置在石墨结晶器1的出料端，出水腔设置在石墨结晶器1的进料端。进水接口32设置在进水腔的下端，出水接口33设置在出水腔的上端。出水接口33由进料端向出料端方向倾斜设置。出水接口33倾斜设置，减小出水阻力。

冷水水套4还开设有向后法兰6与冷却水套4的连接端面通氮气的氮气接口42，氮气接口42连通供氮设备。从氮气接口42通入高压氮气后形成气封阻止冷却水溢出，并具有对铜套2进行气冷的作用。

第一次冷却水通过经优化设计的微小冷却水隙与铜套2进行良好的热交换，带走高温铜液在石墨结晶器1内结晶所释放的热量。冷却装置的主体各部分都可以采用车床加工，无焊接部分；内衬套3、冷却水套4、前法兰5和后法兰6各自独立，再整体装配而成；内衬套3、冷却水套4、前法兰5和后法兰6等各部分的设计结构保证了其自身强度并避免因受热、受力而变形；设计的冷却水隙的尺寸保证第一次水冷所期望的良好效果。

Claims (6)

1.一种用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置，具有套装在石墨结晶器(1)外圈上的铜套(2)，铜套(2)外圈上套装有内衬套(3)，内衬套(3)外圈上套装有冷却水套(4)，内衬套(3)外圈与冷却水套(4)内圈之间形成冷却水腔，其特征在于：冷却水套(4)的前后两端分别设有用于使冷却水套(4)固定在铜套(2)上的前法兰(5)和后法兰(6)，所述的内衬套(3)呈管状，内衬套(3)与铜套(2)之间具有冷却水隙，内衬套(3)管壁外圈中部具有一圈把冷却水腔分隔成进水腔和出水腔的凸起(31)，进水腔和出水腔之间通过冷却水隙连通，进水腔上具有进水接口(32)，出水腔上具有出水接口(33)。

2.如权利要求1所述的用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置，其特征在于：所述的冷却水套(4)内圈具有与凸起(31)相配合防止内衬套(3)从进水腔往出水腔移动的挡边(41)，挡边(41)与凸起(31)之间密封接触连接。

3.如权利要求1所述的用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置，其特征在于：所述的进水腔设置在石墨结晶器(1)的出料端，出水腔设置在石墨结晶器(1)的进料端。

4.如权利要求1或2所述的用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置，其特征在于：所述的进水接口(32)设置在进水腔的下端，所述的出水接口(33)设置在出水腔的上端。

5.如权利要求4所述的用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置，其特征在于：所述的出水接口(33)由进料端向出料端方向倾斜设置。

6.如权利要求4所述的用于铜管水平连铸高速铸造细晶粒锭坯的冷却装置，其特征在于：所述的冷水水套(4)还开设有向后法兰(6)与冷却水套(4)的连接端面通氮气的氮气接口(42)，所述的氮气接口(42)连通供氮设备。

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