電渣熔鑄高效散熱結晶器的制造方法
【專利摘要】本發明的目的在于提供一種高效、均勻散熱的新型內腔結構電渣熔鑄結晶器，包括銅板內套、鋼板外套、內套與外套之間形成的冷卻水腔；其特征在于：內套外壁有一定升角的螺旋形凹槽，冷卻水在內套外呈螺旋上升狀流動。與現有結晶器相比，該結晶器沒有冷卻死角，能夠大幅提高冷卻強度和冷卻均勻性，從而達到提高電渣熔鑄件凝固質量和均勻性的目的。
【專利說明】電渣熔鑄高效散熱結晶器
【技術領域】
[0001]本發明屬于電渣冶金領域，涉及到一種新型內腔結構的電渣熔鑄用高效、均勻散 熱結晶器。
【背景技術】
[0002]電渣溶鑄結晶器是生產電渣鋼錠的必要輔助設備。熔鑄過程中鋼液在結晶器中凝 固成鋼鍵，結晶器起到Μ煉室和成型模具兩個作用。電渣熔鑄是將鑄造或鍛壓的金屬電極 通過電渣電阻熱進行二次重熔的精煉工藝，電渣熔鑄產品有純凈度高，鑄態組織致密均勻， 無白點及年輪狀偏析，硫含量低和夾雜物細小彌散等優良特性，因此在中大型鍛件和模塊 毛?生產中處于壟斷地位。電渣熔鑄過程中，金屬熔滴通過渣液清洗后在水冷結晶器中冷 卻凝固成為電渣鑄件，水冷結晶器的冷卻強度越大，冷卻越均勻，則金屬凝固的晶粒越細， 內部組織越均勻，熱應力越小，即電渣熔鑄件的內在質量越好。
[0003]通常結晶器的結構如圖1所示，其中11為內套，12為外套，中間形成空腔13,冷卻 水從下部進水管流入，經過中間空腔i3，從出水口流出。
[0004]為提高結晶器的冷卻強度，目前的做法有如下幾種：
[0005] 1、用導熱系數高的材料制作結晶器內套（加快導熱速度）
[0006]目前多用紫銅材料制作結晶器內套。因為銅的導熱系數為400W/mK，在目前的金屬 材料中只比銀略低(銀的導熱系數413W/mK)，但銀的價格很高。所以，到目前為止，紫銅板仍 是制作結晶器內套的最好材料。
[0007] 2、提高冷卻水流速（使熱量迅速散出）
[0008]進水口流量相同的結晶器，結晶器內套與外套的間隙越小，則結晶器冷卻水的流 速越快，冷卻強度越好。但如果結晶器內套與外套間隙過小，使用中就容易被鐵銹和其它雜 物堵塞，影響冷卻效果。目前對于過窄間隙的結晶器（5mm-10nm)，外套通常采用不銹鋼板制 作，冷卻水為軟化水，水路閉環流通，且水路中配有二次換熱裝置。但這種做法既增加了結 晶器成本，又增加了外圍設備，所以，目前常用的結晶器，通常是將內套與外套的間隙控制 在10圓?30mm，選擇普通碳鋼板制作結晶器外套，這樣對冷卻水要求不高，也可選擇開放 式水路，節約了結晶器的制作成本，但冷卻均勻性和冷卻效果不夠理想。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于提供一種高效、均勻散熱的新型內腔結構電渣熔鑄結晶器，與 現有結晶器相比，該結晶器能夠大幅提尚冷卻強度和冷卻均勻性。所采取的措施是：①增大 結晶器銅內套與冷卻水的接觸面積以提高冷卻強度；②利用結晶器內套螺旋形凹槽和外套 導流板，改變冷卻水運動狀態，實現均勻冷卻并進一步增加冷卻強度，最終實現提高電渣熔 鑄件的凝固質量的目的。
[0010] 本發明具體提供了一種電渣熔鑄高效散熱結晶器，包括銅板內套1、鋼板外套2、 內套1與外套2之間形成的冷卻水腔3 ;其特征在于：內套1外壁有一定升角的螺旋形凹槽 5,外套2內設有螺旋狀導流板4,冷卻水在內套1與外套2之間呈螺旋上升狀流動。
[0011]本發明所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述結晶器內套外壁加工有螺旋 升角為10°?6〇°的螺旋形凹槽5,所述凹槽5的截面優選矩形或三角形。
[0012]本發明所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述結晶器內套丨的銅板厚度選 取標準為：當結晶器直徑銅板厚度為10?18mm ; 400πιητ￡Ξφ?Ξ lOOOmni， 銅板厚度為I8?25mm ; 1000mmiicf)d500mm，銅板厚度為25?30mm。
[0013]本發明所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述螺旋狀凹槽5開口寬度為T (見圖2,下同)，相鄰兩螺旋狀凹槽5中心間距為s，螺旋狀凹槽5深度為 h，內套1銅板厚度 為L則螺旋狀凹槽5加工尺寸按以下公式選取：
[0014] (1)、h=2/5X δ ;
[0015] (2)、S=2T。
[0016]本發明所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述螺旋狀凹槽5的螺旋升角為 α，結日日器尚度為H，螺旋線長度L，ct=arcsin(H/L);
[0017]其中螺旋線長度L選取標準為：結晶器直徑f<400mmf 1500mm彡L彡2000mm ; 40〇職1炙中系 1_0 顯1^ 2000mm 彡 L 彡 2800mm ; 1〇〇〇 mm系 f Cl5棋)_?， 2800mm < L < 3500mm。
[0018]本發明所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述結晶器內套i外直徑為D，螺 旋狀凹槽5的條數為X，螺旋狀凹槽（5)的開口寬度為T，其中x = nDSina/ (2T)。
[0019]本發明所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述結晶器外套2內設有螺旋狀 導流板4,導流板4可以根據結晶器高度的不同設置為1?5層。
[0020]其中優選方案為：結晶器高度< 500mm時，導流板層數為1，每層3塊導流板；結晶 器高度5〇〇?1000mm時，導流板層數為2,每層4塊導流板；結晶器高度1〇〇〇?1500mm時， 導流板層數為 3,每層4塊導流板；結晶器高度> 15〇〇_時,導流板層數為5,每層6塊導流 板。
[0021]本發明所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述結晶器下方設有進水管，上方 設有出水管，且進出水管通徑為1. 5寸，水管數量與結晶器直徑φ的關系為：
[0022] f <〇釀時，設有2個進水管和2個出水管；
[0023] 400 mm彡φ?ζ 1000 mm，設有4個進水管和4個出水管；
[0024] 1〇_ mmC(pd50:0 mm，設有6個進水管和6個出水管。
[0025] 本發明的優點是：
[0026] 1、利用銅內套外部的螺旋形凹槽，增加銅內套與冷卻水的接觸面積，加速了內套 熱量的傳導，提高了結晶器的冷卻效果。
[0027] 2、冷卻水在螺旋形凹槽與導流板的導向作用下在結晶器內腔中呈一定角度的螺 旋上升狀態，這時冷卻水會均勻地沿結晶器銅內壁螺旋流動，結晶器冷卻均勻，沒有冷卻死 角，消除了電渣熔鑄件在結晶時由于冷熱不勻而產生的開裂現象，同時也有利于增加結晶 器的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1常規結晶器結構圖；
[0029]圖2結晶器內套展開示意圖；
[0030]圖3實施例1結晶器結構主視圖；
[0031]圖4實施例1結晶器結構俯視圖；
[0032]圖5實施例2結晶器結構主視圖；
[0033]圖6實施例2結晶器結構俯視圖。
【具體實施方式】
[0034] 實施例1
[0035] 結晶器結構如圖3、4所示，結晶器高l5〇〇mm，結晶器銅內套1直徑φ_〇η_，厚 25mm，外套2米用ιοη^厚鋼板焊接，夕卜套2與內套1間距20mm。內套1外側加工有螺旋形 凹槽5,其螺旋線升角為35。，螺旋形凹槽5截面為10mm (深度)X20mm(寬度）的矩形，相 鄰兩個螺旋形凹槽5間的間距為20mm ;外套2內側等距安置3層導流板4,每層均布4塊導 流板，導流板4的材料為10mm厚碳鋼板；結晶器進出水管各4個，通徑均為1. 5寸，冷卻水 流向為下進上出，螺旋形凹槽5和導流板旋向相同，進出水管與螺旋形凹槽 5相切。
[0036]^經計算得：可加工出38條螺旋形凹槽5,每條螺旋形凹槽5長 26〇-(視為水流 動距離)，內套1外表面新增面積1976000mm2,則新增冷卻面積約為原面積的50%。
[0037]頭施結果：結晶器工作時的進出水溫差為2(TC，結晶器工作時同高度水位溫差 <2°C。鋼錠成形后，各部分組織均勻細密、質量優良。而同尺寸常規結晶器工作時的進出 水溫差為13°C (進出水溫差小，表明換熱效率低)，同水位溫差2?5? (同水位溫差大，表 明冷卻均勻性差)。
[0038] 實施例2
[0039] 結晶器結構如圖5、6示意，結晶器高600mm，結晶器銅內套1直徑厚 16ram，外套2采用lOram厚鋼板焊接，外套2與內套1間距20mm。內套1外側加工有螺旋形 凹槽5,其螺旋升角為2 5°，螺旋形凹槽5截面為6mm (深度）X 10mm(寬度）的矩形，相鄰 兩個螺旋形凹槽5間的間距為l〇mm ;外套2內側等距安置2層導流板4,每層均布4塊導流 板，導流板材料為l〇mm厚碳鋼板，結晶器進出水管各2個，通徑均為1. 5寸，冷卻水流向為 下進上出，螺旋形凹槽5和導流板旋向相同，進出水管與螺旋形凹槽5相切。
[0040] 經計算得：可加工15條螺旋形凹槽5,每條螺旋形凹槽5長1400mm。內套1外表 面新增面積252000mm2,則新增面積約為原面積的58%。
[0041] 實施結果：結晶器工作時的進水和出水溫差18°C，結晶器工作時同高度水位溫偏 差<2?。鋼錠成形后，各部分組織均勻細密，質量優良。而同尺寸常規結晶器的進出水溫 差在12°C，同水位溫差2?4°C。
[0042] 上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人 士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明 精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種電渣熔鑄高效散熱結晶器，包括銅板內套（1)、鋼板外套（2)、內套（1)與外套 (2)之間形成的冷卻水腔（3);其特征在于：內套（1)外壁有一定升角的螺旋形凹槽（5)，外 套（2 )內設有螺旋狀導流板（4)，冷卻水在內套（1)與外套（2 )之間呈螺旋上升狀流動。
2. 按照權利要求1所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述結晶器內套外壁加工 有螺旋升角為10°?60°的螺旋形凹槽（5)。
3. 按照權利要求2所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述凹槽（5)的截面是矩形 或三角形。
4. 按照權利要求1所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述結晶器內套 (1)的銅板厚度選取標準為：當結晶器直徑(P<4〇〇mm，銅板厚度為?ο?18mm; 400mm彡1000mm，銅板厚度為18?25mm ;1000mm彡φ彡1500mm，銅板厚度為 25 ?30mm〇
5. 按照權利要求1所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述螺旋狀凹槽（5)開口寬 度為T，相鄰兩螺旋狀凹槽（5)中心間距為S，螺旋狀凹槽（5)深度為h，內套（1)銅板厚度 為S，則螺旋狀凹槽（5)加工尺寸按以下公式選取： 1) 、h=2/5X δ ; 2) 、S=2T。
6. 按照權利要求1所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述螺旋狀凹槽（5)的螺旋 升角為α，結晶器高度為H，螺旋線長度L，a= arcsin(H/L); 其中螺旋線長度L選取標準為：結晶器直徑φ < 400mm，1500mm彡L彡2000mm; 400 mmi￡(p$· 1000 mm, 2000mm 彡 L 彡 2800mm ;】〇〇〇 nim5Ti 1500mm, 2800mm < L < 3500mm〇
7. 按照權利要求I所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述結晶器內套（I)外直徑 為D,螺旋狀凹槽（5)條數為X,螺旋狀凹槽（5)的開口寬度為T,其中X = JiDsina/ (2T)。
8. 按照權利要求1所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述導流板（4)可以根據結 晶器高度的不同設置為1?5層。
9. 按照權利要求8所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：結晶器高度< 500_時，導 流板層數為1，每層3塊導流板；結晶器高度500?IOOOmm時，導流板層數為2,每層4塊 導流板；結晶器高度1000?1500mm時，導流板層數為3,每層4塊導流板；結晶器高度> 1500mm時，導流板層數為5,每層6塊導流板。
10. 按照權利要求1所述電渣高效散熱結晶器，其特征在于：所述結晶器下方設有進水 管，上方設有出水管，且進出水管通徑為1.5寸，水管數量與結晶器直徑φ的關系為： φ<400 mm時，設有2個進水管和2個出水管； 400 mm彡φ1000 mm，設有4個進水管和4個出水管； 1000 mm彡(,|)彡1500 ηπτη，設有6個進水管和6個出水管。
【文檔編號】B22D23/10GK104232918SQ201310226952
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月7日 優先權日:2013年6月7日
【發明者】宋照偉, 陳瑞, 嚴增男, 劉靜巖, 姜玉春, 馮廣華 申請人:沈陽鑄造研究所