權(quán)利要求

1.強(qiáng)化冷卻水平連鑄結(jié)晶器，所述水平連鑄結(jié)晶器包括：石墨內(nèi)套、外殼和冷卻結(jié)構(gòu)；所述外殼包覆在所述石墨內(nèi)套的外側(cè)，所述冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述外殼和石墨內(nèi)套之間，其特征在于，所述冷卻結(jié)構(gòu)具有2個(gè)獨(dú)立的上冷卻腔和下冷卻腔，且每個(gè)冷卻腔的兩端均設(shè)有對(duì)稱設(shè)置2組進(jìn)水口和出水口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述冷卻結(jié)構(gòu)包括：上冷卻板、下冷卻板、擋板和支撐板； 其中，所述上冷卻板和下冷卻板分別設(shè)置在所述石墨內(nèi)套的上端和下端，且所述上冷卻板和下冷卻板的其中一個(gè)端面均與所述石墨內(nèi)套外側(cè)壁緊密接觸，2個(gè)所述支撐板設(shè)置在所述石墨內(nèi)套的兩端，且2個(gè)所述支撐板的上端和下端分別與所述上冷卻板和下冷卻的兩端連接； 所述上冷卻板的另一個(gè)端面與所述外殼上端的內(nèi)側(cè)壁留有空間，且左右兩端靠近端部位置設(shè)有密封墊圈，形成上冷卻腔，所述上冷卻腔分別設(shè)有左右兩個(gè)上出水口和兩個(gè)上進(jìn)水口； 所述下冷卻板的另一個(gè)端面與所述外殼下端的內(nèi)側(cè)壁留有空間，且左右兩端靠近端部位置設(shè)有密封墊圈，形成下冷卻腔，所述下冷卻腔分別設(shè)有左右兩個(gè)下出水口和兩個(gè)下進(jìn)水口； 所述上冷卻板和下冷卻板的左右兩端端部設(shè)有擋板。 

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于，位于所述上冷卻腔內(nèi)部的所述上冷卻板的表面上設(shè)有若干上弧形凹槽； 位于所述下冷卻腔內(nèi)部的所述下冷卻板的表面上設(shè)有若干下弧形凹槽。 

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于，若干所述上弧形凹槽和若干所述下弧形凹槽布置方向與水流方向垂直。 

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于，若干上弧形凹槽之間采用等距或不等距布置，且上弧形凹槽與上弧形凹槽之間均設(shè)有間隔。 6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于，若干下弧形凹槽之間采用等距或不等距布置，且下弧形凹槽與下弧形凹槽之間均設(shè)有間隔。 

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述上弧形凹槽的半徑為R，R取值為1-5mm，弧形波高為h,h的取值為1-3mm，間隔的寬度為a,a的取值為1-10mm。 

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述下弧形凹槽的半徑為R，R的取值為1-5mm，弧形波高為h,h的取值為1-3mm，間隔的寬度為a,a的取值為1-10mm。 9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平連鑄結(jié)晶器，其特征在于，所述上冷卻板和下冷卻板的材質(zhì)為銅。

說明書

一種強(qiáng)化冷卻水平連鑄結(jié)晶器

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金鑄造技術(shù)領(lǐng)域，提供一種適用于水平連鑄，且能夠強(qiáng)化冷卻能力和提高水平連鑄時(shí)冷卻均勻性的強(qiáng)化冷卻水平連鑄結(jié)晶器。

技術(shù)背景

在冶金鑄造領(lǐng)域，有色金屬和黑色金屬水平連鑄結(jié)晶器普遍采用直通式光滑水腔和單級(jí)式冷卻方式。直通式光滑水腔，即水腔內(nèi)部平滑，水道內(nèi)沒有突起或者凹槽來增加冷卻水的冷卻強(qiáng)度；單級(jí)冷卻，即只有一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口。因此在水平連鑄技術(shù)領(lǐng)域存在以下兩個(gè)問題：（1）在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于冷卻水道內(nèi)冷卻水通常處于層流狀態(tài)，不同的水層之間主要依靠熱傳導(dǎo)來?yè)Q熱，換熱效率較低，導(dǎo)致冷卻水中參與實(shí)際冷卻的部分主要是與結(jié)晶器換熱銅板直接接觸的一層厚度不大的水層（層流底層），結(jié)晶器中的大部分冷卻水并沒有很好的參與換熱，因此嚴(yán)重影響了冷卻水與結(jié)晶器銅板的換熱效率；（2）凝固后的板坯在重力的作用下，使得板坯上下表面與鑄型之間的間隙大小不一致，板坯上下表面冷卻不均勻，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)硅T坯表面或內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。目前對(duì)于不同結(jié)構(gòu)冷卻水腔的換熱性能研究較少；生產(chǎn)中改善第二種問題的方法主要有三種(見：鐘衛(wèi)佳等，銅加工技術(shù)使用手冊(cè)，冶金工業(yè)出版社，2007，P.407)：（1）結(jié)晶器出口適當(dāng)位置設(shè)置托輥以調(diào)整上述間隙，其主要的調(diào)節(jié)作用在于靠近結(jié)晶器出口端的鑄坯，而對(duì)靠近結(jié)晶器入口端的鑄坯調(diào)整作用有限；（2）通過模具設(shè)計(jì)改進(jìn)冷卻的均勻性，如在石墨模具下部開有一定間隙的凹槽。這種方法對(duì)水平連鑄傳熱的上下不均勻的調(diào)整程度有限；（3）在石墨模具內(nèi)設(shè)置水冷銅塞裝置，當(dāng)位于石墨模具下側(cè)壁的水冷銅塞的深度比上側(cè)小時(shí)，可改善上下冷卻不均勻現(xiàn)象。這種方法適用于石墨模具厚度比較大的大尺寸鑄坯的水平連鑄。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種強(qiáng)化冷卻水平連鑄結(jié)晶器，以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題以及其他潛在問題中的任意問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種強(qiáng)化冷卻水平連鑄結(jié)晶器，所述水平連鑄結(jié)晶器包括：石墨內(nèi)套、外殼和冷卻結(jié)構(gòu)；所述外殼包覆在所述石墨內(nèi)套的外側(cè)，所述冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述外殼和石墨內(nèi)套之間，所述冷卻結(jié)構(gòu)具有2個(gè)獨(dú)立的上冷卻腔和下冷卻腔，且每個(gè)冷卻腔的兩端均設(shè)有對(duì)稱設(shè)置2組進(jìn)水口和出水口。

進(jìn)一步，所述冷卻結(jié)構(gòu)包括：上冷卻板、下冷卻板、擋板和支撐板；

其中，所述上冷卻板和下冷卻板分別設(shè)置在所述石墨內(nèi)套的上端和下端，且所述上冷卻板和下冷卻板的其中一個(gè)端面均與所述石墨內(nèi)套外側(cè)壁緊密接觸，2個(gè)所述支撐板設(shè)置在所述石墨內(nèi)套的兩端，且2個(gè)所述支撐板的上端和下端分別與所述上冷卻板和下冷卻的兩端連接；

所述上冷卻板的另一個(gè)端面與所述外殼上端的內(nèi)側(cè)壁留有空間，且左右兩端靠近端部位置設(shè)有密封墊圈，形成上冷卻腔，所述上冷卻腔分別設(shè)有左右兩個(gè)上出水口和兩個(gè)上進(jìn)水口；

所述下冷卻的另一個(gè)端面與所述外殼下端的內(nèi)側(cè)壁留有空間，且左右兩端靠近端部位置設(shè)有密封墊圈，形成下冷卻腔，所述下冷卻腔分別設(shè)有兩個(gè)下出水口和兩個(gè)下進(jìn)水口；

所述上冷卻板和下冷卻板的左右兩端端部設(shè)有擋板。

進(jìn)一步，位于所述上冷卻腔內(nèi)部的所述上冷卻板的表面上設(shè)有若干上弧形凹槽；

位于所述下冷卻腔內(nèi)部的所述下冷卻板的表面上設(shè)有若干下弧形凹槽。

進(jìn)一步，若干所述上弧形凹槽和若干所述下弧形凹槽布置方向與水流方向垂直。

進(jìn)一步，若干上弧形凹槽之間采用等距或不等距布置，且上弧形凹槽與上弧形凹槽之間均設(shè)有間隔。

進(jìn)一步，若干下弧形凹槽之間采用等距或不等距布置，且下弧形凹槽與下弧形凹槽之間均設(shè)有間隔。

進(jìn)一步，所述上弧形凹槽的半徑為1-5mm，弧形波高為1-3mm，間隔的寬度為1-10mm。

進(jìn)一步，所述下弧形凹槽的半徑為1-5mm，弧形波高為1-3mm，間隔的寬度為1-10mm。

進(jìn)一步，所述上冷卻板和下冷卻板材質(zhì)為銅。

本發(fā)明的有益效果是，由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的結(jié)晶器設(shè)置獨(dú)立的冷卻腔，且在冷卻腔的冷卻板上開設(shè)有一定尺寸、平行分布的圓弧凹槽，凹槽的方向與水流方向垂直，一方面大大增加了冷卻水與冷卻銅板之間的換熱面積，另一方面增加了結(jié)晶器內(nèi)部冷卻水的紊亂度，強(qiáng)化了結(jié)晶器中不同部位冷卻水層的對(duì)流換熱，提高了換熱時(shí)熱傳導(dǎo)為主的換熱效率，同時(shí)在上下水腔分別設(shè)有獨(dú)立的進(jìn)水口和出水口，通過分別調(diào)節(jié)每個(gè)冷卻水腔的水流量和冷卻水溫度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)板坯上下表面冷卻的均勻性，本結(jié)晶器的冷卻能力強(qiáng)，可以提高水平連鑄板坯的連鑄速率，提高生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1：為本發(fā)明一種強(qiáng)化冷卻水平連鑄結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：為本發(fā)明一種強(qiáng)化冷卻水平連鑄結(jié)晶器的左視示意圖。

圖3：為本發(fā)明一種強(qiáng)化冷卻水平連鑄結(jié)晶器的冷卻板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1.外殼、2. 上冷卻板、3.壓緊螺栓、4.支撐板、5.下冷卻板、6上冷卻腔7.下冷卻腔、9.安裝部件、10.進(jìn)水口、11.出水口、12.后擋板、13.前擋板、14.密封墊圈、15.石墨內(nèi)套、16.型腔。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合具體實(shí)施例并配合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明一種強(qiáng)化冷卻水平連鑄結(jié)晶器，所述水平連鑄結(jié)晶器包括：石墨內(nèi)套、外殼和冷卻結(jié)構(gòu)；所述外殼包覆在所述石墨內(nèi)套的外側(cè)，所述冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述外殼和石墨內(nèi)套之間，所述冷卻結(jié)構(gòu)具有2個(gè)獨(dú)立的上冷卻腔和下冷卻腔，且每個(gè)冷卻腔的兩端均設(shè)有對(duì)稱設(shè)置2組進(jìn)水口和出水口。

所述冷卻結(jié)構(gòu)包括：上冷卻板、下冷卻板、擋板和支撐板；

其中，所述上冷卻板和下冷卻板分別設(shè)置在所述石墨內(nèi)套的上端和下端，且所述上冷卻板和下冷卻板的其中一個(gè)端面均與所述石墨內(nèi)套外側(cè)壁緊密接觸，2個(gè)所述支撐板設(shè)置在所述石墨內(nèi)套的兩端，且2個(gè)所述支撐板的上端和下端分別與所述上冷卻板和下冷卻的兩端連接；

所述上冷卻板的另一個(gè)端面與所述外殼上端的內(nèi)側(cè)壁留有空間，且左右兩端靠近端部位置設(shè)有密封墊圈，形成上冷卻腔，所述上冷卻腔分別設(shè)有左右兩個(gè)上出水口和兩個(gè)上進(jìn)水口；

所述下冷卻的另一個(gè)端面與所述外殼下端的內(nèi)側(cè)壁留有空間，且左右兩端靠近端部位置設(shè)有密封墊圈，形成下冷卻腔，所述下冷卻腔分別設(shè)有兩個(gè)下出水口和兩個(gè)下進(jìn)水口；

所述上冷卻板和下冷卻板的左右兩端端部設(shè)有擋板。

如3所示，位于所述上冷卻腔內(nèi)部的所述上冷卻板的表面上設(shè)有若干上弧形凹槽；

位于所述下冷卻腔內(nèi)部的所述下冷卻板的表面上設(shè)有若干下弧形凹槽。

若干所述上弧形凹槽和若干所述下弧形凹槽布置方向與水流方向垂直。

若干上弧形凹槽之間采用等距或不等距布置，且上弧形凹槽與上弧形凹槽之間均設(shè)有間隔。

若干下弧形凹槽之間采用等距或不等距布置，且下弧形凹槽與下弧形凹槽之間均設(shè)有間隔。

所述上弧形凹槽的半徑為1-5mm，弧形波高為1-3mm，間隔的寬度為1-10mm。

所述下弧形凹槽的半徑為1-5mm，弧形波高為1-3mm，間隔的寬度為1-10mm。

所述上冷卻板和下冷卻板材質(zhì)為銅。

實(shí)施例：

如圖1所示，為本發(fā)明提出的一種結(jié)晶器結(jié)構(gòu)的主視圖，圖2為圖1的左視圖。本發(fā)明的目的在于解決水平連鑄過程中結(jié)晶器換熱強(qiáng)度低及板坯上下冷卻不均勻的問題，提供一種可大幅提升結(jié)晶器冷卻能力并可通過上下冷卻水腔獨(dú)立控制調(diào)控上下冷卻均勻性的水平連鑄結(jié)晶器。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出了一種可強(qiáng)化結(jié)晶器冷卻能力和實(shí)現(xiàn)板坯上下表面冷卻均勻的水平連鑄結(jié)晶器。所述的結(jié)晶器的第一個(gè)特點(diǎn)是其冷卻銅板上開設(shè)有一定尺寸、平行分布的圓弧凹槽，凹槽的方向與水流方向垂直，一方面大大增加了冷卻水與冷卻銅板之間的換熱面積，另一方面增加了結(jié)晶器內(nèi)部冷卻水的紊亂度，強(qiáng)化了結(jié)晶器中不同部位冷卻水層的對(duì)流換熱，這種對(duì)流換熱的換熱效率遠(yuǎn)高于技術(shù)背景中所述層流換熱時(shí)熱傳導(dǎo)為主的換熱效率。所述的結(jié)晶器的第二個(gè)特點(diǎn)是，為了改善板坯上下表面的冷卻均勻性，在上下水腔分別設(shè)有獨(dú)立的進(jìn)水口和出水口，通過分別調(diào)節(jié)每個(gè)冷卻水腔的水流量和冷卻水溫度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)板坯上下表面冷卻的均勻性。

如圖1和圖2所示，上下水腔水平連鑄結(jié)晶器包括冷卻水腔鋼殼1、上冷卻板2、下冷卻板5、O型密封墊圈14、前擋板12、后擋板13、進(jìn)水口10和出水口11等。其中上冷卻水腔鋼殼1和上冷卻銅板2組合成上冷卻水腔7，上冷卻水腔鋼殼1和上冷卻銅板2之間用O型密封墊圈14進(jìn)行密封，并用壓緊螺栓3進(jìn)行壓緊。下冷卻水腔和上冷卻水腔的結(jié)構(gòu)相同。安裝部件9用于將所述的結(jié)晶器安裝在保溫爐上。前擋板12和后擋板13用于固定冷卻水腔中的上冷卻板2和下冷卻板5，防止在生產(chǎn)過程中冷卻銅板滑動(dòng)，前后擋板分別用螺絲固定在冷卻水腔鋼殼1上。冷卻水腔鋼殼1上有進(jìn)水口10和出水口11，進(jìn)水口10在進(jìn)水之前分為兩支進(jìn)入水腔，這樣可以減少水流的死區(qū)，讓冷卻銅板的冷卻更均勻。此種水平連鑄結(jié)晶器為組合式結(jié)晶器，為了增加石墨內(nèi)套與冷卻銅板之間的傳熱，在石墨內(nèi)套15與上冷卻板2和下冷卻板5之間經(jīng)過設(shè)置導(dǎo)熱涂層，可以顯著提高傳熱效率。在生產(chǎn)過中，通過調(diào)整上下冷卻水腔的進(jìn)水壓力和流量，如增加上冷卻腔6的水流量，減少下冷卻腔7的冷卻水流量，達(dá)到上下冷卻均勻的目的。

所述的結(jié)晶器石墨內(nèi)套的高度比支撐板的高度高0.1~0.3mm，壓緊后石墨內(nèi)套和冷卻銅板間隙小。裝配好后的結(jié)晶器的上冷卻腔6和下冷卻腔7厚度為1~2mm。所述的結(jié)晶器水腔為上下分腔，若制備大型板坯，則需要將上下腔再進(jìn)行分腔，控制結(jié)晶器冷卻的均勻性，以及冷卻強(qiáng)度。

所述的結(jié)晶器的上冷卻板2和下冷卻板5具有與水流方向垂直的弧形凹槽。R為波紋半徑，a為波紋間隙，h為波高。波高h(yuǎn)=2mm，波紋間隙為a=2mm，波紋半徑R=4mm時(shí)傳熱效率高。

采用上述技術(shù)方案，制備150mm×10mm具有強(qiáng)取向的柱狀晶銅板坯，水平連鑄時(shí)采用高純石墨內(nèi)套。在制備板純銅板坯時(shí)，銅液溫度為1250℃，熱型段加熱溫度為1150℃，上冷卻水腔水流量為1200L/h，下冷卻水腔水流量為800L/h。拉坯方式采用“拉-停-反推-拉”。拉速為200mm/min可以獲得具有高表面質(zhì)量，無缺陷及具有強(qiáng)柱狀晶組織的純銅板坯。較以往HCCM水平連鑄拉坯速率（80mm/min），有很大的提高。

以上對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例所提供的一種強(qiáng)化冷卻水平連鑄結(jié)晶器，進(jìn)行了詳細(xì)介紹。以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本申請(qǐng)的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請(qǐng)的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本申請(qǐng)的限制。

如在說明書及權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同名詞來稱呼同一個(gè)組件。本說明書及權(quán)利要求書并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說明書及權(quán)利要求書當(dāng)中所提及的“包含”、“包括”為一開放式用語，故應(yīng)解釋成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的誤差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。說明書后續(xù)描述為實(shí)施本申請(qǐng)的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說明本申請(qǐng)的一般原則為目的，并非用以限定本申請(qǐng)的范圍。本申請(qǐng)的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。

還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的商品或者系統(tǒng)不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種商品或者系統(tǒng)所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系統(tǒng)中還存在另外的相同要素。

應(yīng)當(dāng)理解，本文中使用的術(shù)語“和/或”僅僅是一種描述關(guān)聯(lián)對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示可以存在三種關(guān)系，例如，A和/或B，可以表示：?jiǎn)为?dú)存在A，同時(shí)存在A和B，單獨(dú)存在B這三種情況。另外，本文中字符“/”，一般表示前后關(guān)聯(lián)對(duì)象是一種“或”的關(guān)系。

上述說明示出并描述了本申請(qǐng)的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請(qǐng)并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述申請(qǐng)構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍，則都應(yīng)在本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)。

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