一种有色金属连续铸造用冷却装置的制作方法

本发明涉及金属铸造，尤其涉及一种有色金属连续铸造用冷却装置。

背景技术：

1、连续铸造是铝、镁、铜、钛等有色金属实现近净成形、高效生产的核心工艺，而冷却装置是决定铸坯凝固组织、表面质量及内部致密度的关键装备。以高品质铝合金板材为例，其板带坯的铸造品质直接决定下游航空航天、新能源汽车、轨道交通等领域所用板材的力学性能、表面精度与加工效率；镁合金、铜合金及钛合金铸坯同样对冷却均匀性提出了严苛要求。

2、现有连续铸造冷却装置多采用单一通水冷却的结晶器配合下游喷淋二次冷却的结构，而在结晶器中冷却的过程缺乏温度过渡，结晶器的骤冷容易引发冷却强度突变，从而造成铸坯热应力集中而出现裂纹，影响整体的连续铸造质量。

3、例如：部分装置通过在冷却套外周设置冷却水管路、依靠冷却介质流动带走热量实现冷却；部分装置在结晶器下游设置气雾或水雾喷嘴对铸坯表面进行二次冷却。然而，这类装置存在以下不足：其一，结晶器一次冷却与下游二次冷却之间缺乏过渡协调，铸坯在脱离结晶器瞬间因冷却强度突变易产生热应力集中，导致裂纹、偏析瘤及表面冷隔缺陷；其二，喷淋或气雾冷却的介质覆盖均匀性不足，铸坯截面各点冷却条件差异较大，尤其对扁坯宽面与窄面冷却不均的问题更为突出；其三，冷却参数多依赖经验人工设定，难以针对不同有色金属合金品种（如铝合金、镁材、铜材、钛材）进行自适应在线调控，制约了高品质铸坯的成材率与一致性。

4、因此，亟需一种冷却均匀性好、可分段梯度调节的色金属连续铸造用冷却装置来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明公开一种有色金属连续铸造用冷却装置，旨在解决现有连续铸造冷却装置多采用单一通水冷却的结晶器配合下游喷淋二次冷却的结构，这种结晶器中冷却的过程缺乏温度过渡，结晶器的骤冷容易引发冷却强度突变，从而造成铸坯热应力集中而出现裂纹的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种有色金属连续铸造用冷却装置，包括主体支架，所述主体支架的顶部设有安装台，所述安装台的顶部设有上层架，所述主体支架和所述上层架的一侧设有连接架，所述主体支架的内侧设有扇形架，所述安装台的内侧设有连接座，所述连接座的两侧均设有滑动架，所述连接座的上方设有结晶器，所述结晶器的两侧均安装有侧支架，所述结晶器通过两个所述侧支架与两个所述滑动架滑动连接，所述上层架的顶部设有中间包；

4、所述结晶器上设有分区水冷机构，所述分区水冷机构包括设置在所述连接架内侧的冷凝水箱，所述冷凝水箱的一侧设有三组等距离分布的循环水管与一个导水管，所述结晶器由夹套和铜模构成，所述夹套由上往下依次由缓冷区、过渡区以及强冷区构成，所述缓冷区、所述过渡区以及所述强冷区内均设有循环管路，三组所述循环水管的一端分别与所述缓冷区、所述过渡区以及所述强冷区上内的所述循环管路相接通，所述循环管路上设有温度传感器；

5、所述结晶器的正上方设有伴随补充机构，所述伴随补充机构用于向所述结晶器内补充保护渣；

6、所述安装台的下方设有振动机构，所述振动机构与所述结晶器本体相连接；

7、所述扇形架上设有二次冷却机构。

8、本方案中，通过缓冷区、过渡区、强冷区的三段式梯度水冷设计，使铸坯在结晶器内实现由弱到强的平滑冷却过渡，有效降低了了传统骤冷导致的热应力集中与裂纹缺陷出现的概率；配合振动机构促进形核细化晶粒，以及伴随补充机构实时添加保护渣，构建了集梯度冷却、表面防护、组织均匀化于一体的高品质连续铸造冷却体系，有效保障连续铸造的产品质量。

9、在一个优选的方案中，所述连接座的内部上设有容纳腔，所述连接座的内侧壁设有等距离分布的喷水缝，所述导水管的一端穿过所述连接座与所述容纳腔内部相通。

10、导水管将冷却水导入容纳腔后，经周向均匀分布的喷水缝呈幕帘状喷出，对刚脱离结晶器的铸坯表面进行全方位、无死角的补充喷淋冷却，有效弥补了结晶器一次冷却的末端不足，进一步均匀铸坯截面温度场，防止宽面与窄面冷却不均。

11、在一个优选的方案中，所述伴随补充机构包括设置在所述上层架底部的转接盒，所述转接盒的底部内壁上设有一圈等距离分布的漏孔，所述上层架顶部的一侧设有料斗，所述料斗与所述转接盒之间通过输送管道连接，所述料斗用于进料保护渣，所述结晶器的顶部外壁上设有一圈等距离分布的固定杆，所述固定杆贯穿所述漏孔的一端设有引导板。

12、通过设置的伴随补充机构，料斗通过输送管道将保护渣持续输送至转接盒内，利用转接盒底部的漏孔实现保护渣的均匀布料，确保保护渣能随结晶器的振动节奏自动、定量地撒入金属液面，形成稳定的液渣层，有效隔绝空气、吸收夹杂物，并显著提高结晶器铜模的耐磨性与铸坯表面质量，在振动机构驱动结晶器上下抖动时，固定杆带动引导板在转接盒内同步起伏，如同耙子般有节律地从转接盒内扒取保护渣，使其呈弥散状散落于金属溶液中；该伴随式添加方式巧妙利用了设备自身的振动源作为动力，无需额外驱动装置，实现了保护渣的连续、高效、自适应补给，大幅降低了人工干预频率与劳动强度。

13、在一个优选的方案中，所述振动机构包括设置在所述主体支架两侧的电机，所述主体支架的两侧内壁上均通过轴承连接两个转轴，位于同一侧的两个所述转轴一端均连接有转盘，位于同一侧的两个所述转轴的外壁上均设有齿轮，两个所述齿轮上套接有同一个链条，所述电机的输出轴一端与其中一个所述转轴相连接，所述结晶器的两侧外壁上均连接有滑杆，所述滑杆的底端贯穿所述连接座的一端设有连接横杆，所述连接横杆的两端均设有第一活动轴，所述转盘的一侧偏心位置设有第二活动轴，所述第一活动轴和所述第二活动轴的外壁活动连接有同一个连杆。

14、在实际使用时，两个所述电机的工作频率以及旋转方向调节控制一致，通过调节电机的工作频率与旋转方向，可灵活改变振动参数（如振幅、频率），以适应不同有色金属合金的连铸工艺需求，实现冷却与振动的协同优化，转盘偏心设置的第二活动轴通过连杆带动连接横杆作上下往复运动，再经滑杆传递至结晶器，形成稳定的直线振动轨迹；该偏心连杆机构具有结构简单、承载力大、振动稳定的优点，配合滑动架的导向约束，确保结晶器在高频振动下不发生偏摆，保障了振动参数的精确性与设备长期运行的可靠性。

15、在一个优选的方案中，所述二次冷却机构包括设置在所述扇形架上下两侧的支撑辊，所述支撑辊通过轴承与所述扇形架相连，所述扇形架的内壁设有空心通路，且所述空心通路与所述连接座内的所述容纳腔相连通，位于相连两个所述支撑辊之间设有喷淋管，所述喷淋管与所述空心通路相连通。

16、在冷凝水箱将冷却水通过导水管注入到容纳腔中后，一部分通过喷水缝对刚层结晶器引出的铸坯进行补充冷却，一部分则进入到空心通路中经过喷淋管对铸坯进行二次喷淋冷却，加快塑性，此过程中，铸坯内部的液态金属也会逐渐凝固成型，上下设置的支撑辊可以有效限定铸坯的尺寸，便于后期加工使用。

1.一种有色金属连续铸造用冷却装置，包括主体支架（1），所述主体支架（1）的顶部设有安装台（11），所述安装台（11）的顶部设有上层架（2），所述主体支架（1）和所述上层架（2）的一侧设有连接架（3），所述主体支架（1）的内侧设有扇形架（4），其特征在于，所述安装台（11）的内侧设有连接座（23），所述连接座（23）的两侧均设有滑动架（36），所述连接座（23）的上方设有结晶器，所述结晶器的两侧均安装有侧支架（20），所述结晶器通过两个所述侧支架（20）与两个所述滑动架（36）滑动连接，所述上层架（2）的顶部设有中间包（5）；

2.根据权利要求1所述的一种有色金属连续铸造用冷却装置，其特征在于，所述连接座（23）的内部上设有容纳腔，所述连接座（23）的内侧壁设有等距离分布的喷水缝（24），所述导水管（25）的一端穿过所述连接座（23）与所述容纳腔内部相通。

3.根据权利要求2所述的一种有色金属连续铸造用冷却装置，其特征在于，所述伴随补充机构包括设置在所述上层架（2）底部的转接盒（12），所述转接盒（12）的底部内壁上设有一圈等距离分布的漏孔（35），所述上层架（2）顶部的一侧设有料斗（6），所述料斗（6）与所述转接盒（12）之间通过输送管道连接，所述料斗（6）用于进料保护渣。

4.根据权利要求3所述的一种有色金属连续铸造用冷却装置，其特征在于，所述结晶器的顶部外壁上设有一圈等距离分布的固定杆（31），所述固定杆（31）贯穿所述漏孔（35）的一端设有引导板（32）。

5.根据权利要求1所述的一种有色金属连续铸造用冷却装置，其特征在于，所述振动机构包括设置在所述主体支架（1）两侧的电机（10），所述主体支架（1）的两侧内壁上均通过轴承连接两个转轴，位于同一侧的两个所述转轴一端均连接有转盘（15），位于同一侧的两个所述转轴的外壁上均设有齿轮，两个所述齿轮上套接有同一个链条（16），所述电机（10）的输出轴一端与其中一个所述转轴相连接。

6.根据权利要求5所述的一种有色金属连续铸造用冷却装置，其特征在于，所述结晶器的两侧外壁上均连接有滑杆（14），所述滑杆（14）的底端贯穿所述连接座（23）的一端设有连接横杆（19），所述连接横杆（19）的两端均设有第一活动轴，所述转盘（15）的一侧偏心位置设有第二活动轴（17），所述第一活动轴和所述第二活动轴（17）的外壁活动连接有同一个连杆（18）。

7.根据权利要求2所述的一种有色金属连续铸造用冷却装置，其特征在于，所述二次冷却机构包括设置在所述扇形架（4）上下两侧的支撑辊（21），所述支撑辊（21）通过轴承与所述扇形架（4）相连。

8.根据权利要求7所述的一种有色金属连续铸造用冷却装置，其特征在于，所述扇形架（4）的内壁设有空心通路，且所述空心通路与所述连接座（23）内的所述容纳腔相连通，位于相连两个所述支撑辊（21）之间设有喷淋管（22），所述喷淋管（22）与所述空心通路相连通。

9.根据权利要求1所述的一种有色金属连续铸造用冷却装置，其特征在于，所述扇形架（4）的底部一端连接有横向引导架（7），所述横向引导架（7）与所述扇形架（4）的末端相衔接。

10.根据权利要求9所述的一种有色金属连续铸造用冷却装置，其特征在于，所述横向引导架（7）以及主体支架（1）的底部设有收集底盒（8），所述收集底盒（8）的底部设有滚轮，所述收集底盒（8）的一侧设有回流管（9），所述连接架（3）上安装有连接板（33），所述连接板（33）的底部设有增压泵（34），所述增压泵（34）的进口端与所述回流管（9）连接，所述增压泵（34）的出口端连接有导管，所述冷凝水箱（27）的一侧设有回流接头（28）和补充接头（29），所述导管与所述回流接头（28）相连接，所述补充接头（29）用于外接水源补充供水到冷凝水箱（27）使用。