一种内冷式冷却模块及可调规格结晶器的制作方法

1.本实用新型属于金属电渣重熔技术领域，特别涉及一种大深孔内冷式可调厚度结晶器。


背景技术：

2.电渣冶金是钢铁冶金的前沿技术，电渣炉是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为冶金热源，对金属进行边冶炼边强制冷却凝固的一种冶金炉设备。结晶器是电渣炉的核心部件。
3.由于近年来，军工、核电、压力容器、风电、火电等用钢方面对大型，超大型特钢钢锭的需求越来越迫切，特别是电渣板坯锭型市场需求逐步增大。急切需要长寿命可变规格的结晶器用于生产。
4.传统的板坯结晶器为铜钢焊接结构，铜衬与熔融金属接触，铜衬和钢板焊在一起，铜衬和钢板中间留有缝隙，缝隙中通冷却水。结晶器在使用过程中经常因变形和渗水下线修复，最后因渗漏或铜板变形严重而报废。主要问题如下：
5.1、铜衬独立支撑钢水静压力，铜板正面高温而背面激冷，反复变化，铜板背面没有支撑，造成铜板疲劳变形，铜钢焊接处易渗漏水，导致钢锭产品质量差，存在安全隐患；
6.2、结晶器寿命低（平均使用寿命 40 次左右），成本高（330mm规格成本约3009元/吨；800mm规格约2035元/吨，无大修记录），市场竞争力弱；
7.3、结晶器备件组装时间长，检修维护不方便，生产效率低。
8.4、规格固定，厚度不可调，不能及时响应市场变化。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的是针对现有板坯结晶器存在的问题，提供了一种内冷式冷却模块及可调规格结晶器，以满足低成本，高质量、高效率、及时应对市场的需求。
10.本实用新型的技术方案之一为，一种内冷式冷却模块，由铜板和支撑板组成；
11.所述铜板的一面与熔融金属接触，另一面与支撑板固定连接，铜板的内部设置通冷却水的通道，并设有进水口和出水口；
12.所述支撑板为金属板；
13.所述支撑板与一块铜板或数块排列在一起的铜板固定连接。
14.进一步的，上述内冷式冷却模块，通冷却水的通道为数根竖向平行设置的通道，铜板的上部设置带有通水口的上部集水槽，铜板的下部设置带有通水口的下部集水槽，每个通道的上端开口于上部集水槽，每个通道的下端开口于下部集水槽；所述的上部集水槽和下部集水槽的材质与铜板相同；
15.进一步的，上述内冷式冷却模块，所述铜板与支撑板连接的一面上设有螺栓孔阵列，支撑板上对应设置螺栓孔阵列，铜板与支撑板通过螺栓固定；铜板为1块，或铜板纵向排列m块（m＞1）、横向排列n块（n≥1）的铜板组合，或铜板纵向排列m块（m≥1）、横向排列n块（n
＞1）的铜板组合；支撑板的高度与1块铜板或铜板组合的高度相同，支撑板的宽度与1块铜板或铜板组合的宽度相同；支撑板为钢板。
16.进一步的，上述内冷式冷却模块，为模块a或模块b或模块c；
17.模块a为滑动模块，支撑板四周设有框架，框架由顶板、底板、左框板和右框板组成，在框架间设有与支撑板固定连接的筋板；左、右框板上纵向均匀设置数个水平的螺栓滑槽和螺母滑块，螺栓滑槽和螺母滑块间隔设置；
18.模块b为连接模块，支撑板四周设有框架，框架由顶板、底板、左框板和右框板组成，在框架间设有与支撑板固定连接的筋板；左、右框板上纵向均布数个螺栓孔，螺栓孔与模块a的左、右框板的螺栓滑槽相对应；
19.模块c为滑动调节模块，支撑板的左侧或者右侧或两侧为滑动调节板，滑动调节板上纵向均匀设置数个水平的螺母插入滑槽和水平的滑动调节滑槽，并且螺母插入滑槽和滑动调节滑槽间隔设置，螺母插入滑槽与模块a的左、右框板的螺母滑块相对应，用以插入螺母滑块并使螺母滑块在滑槽内滑动，滑动调节滑槽与模块a的左、右框板的螺栓滑槽相对应，用以将螺栓插入滑动调节滑槽与螺栓滑槽中；支撑板和滑动调节板围在框架内，框架由顶板、底板、左侧板和右侧板组成，在框架间设有与支撑板固定连接的筋板，滑动调节板一侧的框架侧板上纵向设有数个调节螺栓孔，调节螺栓孔与模块a的左、右框板的螺母滑块相对应，并且当仅在支撑板的单侧设有滑动调节板时，位于支撑板一侧的侧壁纵向设有固定螺栓孔，螺栓孔与模块a的左、右框板的螺栓滑槽相对应。
20.进一步的，上述内冷式冷却模块，支撑板上设有凹槽，并且在顶板和支撑板之间以及底板和支撑板之间设有凹槽，凹槽用于插入对应位置的铜板上部集水槽或/和下部集水槽。
21.本实用新型的技术之二为，一种内冷式可调规格结晶器，由数片上述的内冷式冷却模块和底座组成，数片冷却体组合围住底座，形成有底座的腔体；
22.所述底座为圆形或三角形或长方形或正方形或多边形。
23.进一步的，上述的内冷式可调规格结晶器，由1片或数片内冷式冷却模块和圆形底座组成，形成有底座的桶型结晶器；其中，内冷式冷却模块为圆型或圆弧型。
24.进一步的，上述的内冷式可调规格结晶器，由至少2个滑动模块和至少2个滑动调节模块和底座组成，滑动模块和滑动调节模块固定连接并围住底座，形成有底座的腔体；滑动模块和滑动调节模块固定连接的方式为：一组螺栓同时插入滑动模块的螺栓滑槽与滑动调节模块的滑动调节滑槽、并且另一组螺栓同时插入滑动模块的螺母滑块与滑动调节模块的螺母插入滑槽以固定滑动模块和滑动调节模块。
25.进一步的，上述的内冷式可调规格结晶器，由数个滑动模块、滑动调节模块、连接模块和底座组成，数个滑动模块、滑动调节模块和连接模块组合在一起固定连接并围住底座，形成有底座的腔体；
26.滑动模块和滑动模块固定连接的方式为：螺栓同时插入两个相邻滑动模块的螺栓滑槽以固定滑动模块和滑动模块；
27.滑动模块和连接模块固定连接的方式为：螺栓同时插入滑动模块的螺栓滑槽与连接模块的螺栓孔以固定滑动模块和连接模块；
28.连接模块和连接模块固定连接的方式为：螺栓同时插入相邻连接模块的螺栓孔以
固定连接模块和连接模块；
29.滑动调节模块和连接模块固定连接的方式为：螺栓同时插入滑动调节模块的滑动调节滑槽或螺栓孔与连接模块的螺栓孔以固定滑动调节模块和连接模块；
30.滑动调节模块和滑动调节模块固定连接的方式为：螺栓同时插入相邻滑动调节模块的滑动调节滑槽或螺栓孔以固定滑动调节模块和滑动调节模块。
31.进一步的，上述的内冷式可调规格结晶器，铜板的下部集水槽的通水口为进水口，上部集水槽的通水口为出水口；
32.冷却水进出水的方式为：
33.1）进水和出水各种独立：进水口分别与总进水管连接，出水口分别与总出水管连接；
34.或者，2）上排铜板冷却水供下排铜板使用：最上一排的铜板的进水口分别与总进水管连接、出水口分别与一段出水管连接，一段出水管再与下一排铜板的进水口分别连接，下一排铜板的出水口再与二段出水口连接，依照顺序，直到最下排的铜板的出水口分别与总出水管连接；
35.或者，3）下排铜板冷却水供上排铜板使用：最下一排的铜板的进水口分别与总进水管连接、出水口分别与一段出水管连接，一段出水管再与上一排铜板的进水口分别连接，上一排铜板的出水口再与二段出水口连接，依照顺序，直到最上排的铜板的出水口分别与总出水管连接。
36.与现有技术相比，本实用新型的优势在于：
37.1、取消铜钢焊接的工艺方法，结晶器全部工作面和水冷部件都在铜板单一材质内完成，彻底消除了不同材质温度系数不同造成的应力撕裂焊口、漏水等问题。
38.2、通过优化设计大深孔冷却通道的孔径和排布达到增强热交换能力和均质化冷却效果。
39.3、采用钢结构支撑板通过螺栓阵列将铜衬强制固定在背板上，强制铜衬始终保持平面度而不变形，避免因铜钢变形而报废。
40.4、采用模块化设计，各个模块备件是相同的，只需备用一个模块做备品，可大幅降低备件数量和成本。
41.5、钢结构部分设计成可永久使用的，不需备品。
42.6、设计厚度可调型结晶器，模块化设计，模块之间连接部位设计成滑道，模块之间距离可调，从而实现了可调厚度功能。可大大提高生产效率，减少组装周期，及时适应市场对坯型规格的变化。
附图说明
43.图1：实施例2中不包含上部集水槽和下部集水槽的模块立体图；
44.图2：图1的俯视图；
45.图3：实施例3中铜板的主视图；
46.图4：实施例3中铜板的左视图；
47.图5：实施例3中滑动模块的主视图；
48.图6：实施例3中滑动模块沿aa向的剖视图；
49.图7：图6沿bb向的局剖图；
50.图8：实施例3中滑动模块的立体图；
51.图9：实施例5中滑动调节模块1的立体图；
52.图10：实施例5中滑动调节模块1的主视图；
53.图11：实施例8中结晶器的立体图；
54.图12：实施例8中结晶器的主视图。
55.其中，1、铜板，2、支撑板，3、螺栓，4、滑动调节板，11、通道，12、上部集水槽，13、下部集水槽，14、螺栓孔阵列，21、筋板，22、顶板，23、底板，24、左框板，25、右框板，26、螺栓滑槽，27、螺母滑块，28、凹槽，41、螺母插入滑槽，42、滑动调节滑槽，43、左侧板，44、右侧板，45、调节螺栓孔，46、调节螺栓，51、滑动模块a，52、滑动调节模块1a，53、滑动调节模块2a，54、滑动模块b，55、滑动调节模块1 b，56、滑动调节模块2b。
具体实施方式
56.实施例1
57.一种内冷式冷却模块，由铜板和支撑板组成；
58.所述铜板的一面与熔融金属接触，另一面与支撑板固定连接，铜板的内部设置通冷却水的通道，并设有进水口和出水口；
59.所述支撑板为金属板；
60.所述支撑板与一块铜板或数块排列在一起的铜板固定连接。
61.实施例2
62.一种内冷式冷却模块，如图1和2所示，该模块为圆柱腔体；由铜板1和支撑板2组成；支撑板为钢板。
63.铜板的一面与熔融金属接触，另一面与支撑板固定连接，铜板的内部设置通冷却水的通道，通冷却水的通道为数根竖向平行设置的通道11，铜板的上部设置带有通水口的上部集水槽，铜板的下部设置带有通水口的下部集水槽，每个通道的上端开口于上部集水槽，每个通道的下端开口于下部集水槽；所述的上部集水槽和下部集水槽的材质与铜板相同；
64.所述铜板与支撑板连接的一面上设有螺栓孔阵列，支撑板上对应设置螺栓孔阵列，铜板与支撑板通过螺栓3固定；铜板为1块，支撑板的高度与铜板的高度相同，支撑板的宽度与铜板或铜板的宽度相同；支撑板上设有筋板21。
65.实施例3
66.一种内冷式冷却模块，为滑动模块，如图3、4、5所示；由铜板1和支撑板2组成；支撑板为钢板。
67.铜板的一面与熔融金属接触，另一面与支撑板固定连接，铜板的内部设置通冷却水的通道，通冷却水的通道为数根竖向平行设置的通道，铜板的上部设置带有通水口的上部集水槽12，铜板的下部设置带有通水口的下部集水槽13，每个通道的上端开口于上部集水槽，每个通道的下端开口于下部集水槽；所述的上部集水槽和下部集水槽的材质与铜板相同；
68.所述铜板与支撑板连接的一面上设有螺栓孔阵列14，支撑板上对应设置螺栓孔阵
列，铜板与支撑板通过螺栓3形成的螺栓阵列固定；支撑板的高度与铜板的高度相同，支撑板的宽度与铜板或铜板的宽度相同；支撑板上设有筋板21；
69.支撑板四周设有框架，框架由顶板22、底板23、左框板24和右框板25组成，在框架间设有与支撑板固定连接的筋板21；左框板24和右框板25上纵向均匀设置数个水平的螺栓滑槽26和螺母滑块27，螺栓滑槽和螺母滑块间隔设置；
70.铜板为4块，布置为上下各2块，支撑板上的中部设有凹槽28用于插入下段2个铜板的上部集水槽12和上段2个铜板的下部集水槽13，在顶板和支撑板之间设有凹槽用于插入上段2个铜板的上部集水槽12，底板和支撑板之间设有凹槽用于插入下段2个铜板的下部集水槽13。
71.实施例4
72.一种内冷式冷却模块，为连接模块；由铜板和支撑板组成；支撑板为钢板。
73.铜板的一面与熔融金属接触，另一面与支撑板固定连接，铜板的内部设置通冷却水的通道11，通冷却水的通道为数根竖向平行设置的通道，铜板的上部设置带有通水口的上部集水槽，铜板的下部设置带有通水口的下部集水槽，每个通道的上端开口于上部集水槽，每个通道的下端开口于下部集水槽；所述的上部集水槽和下部集水槽的材质与铜板相同；
74.所述铜板与支撑板连接的一面上设有螺栓孔阵列，支撑板上对应设置螺栓孔阵列，铜板与支撑板通过螺栓固定；支撑板的高度与铜板的高度相同，支撑板的宽度与铜板或铜板的宽度相同；支撑板上设有筋板；
75.支撑板四周设有框架，框架由顶板、底板、左框板和右框板组成，在框架间设有与支撑板固定连接的筋板；左、右框板上纵向均布数个螺栓孔，螺栓孔与实施例3模块的左、右框板的螺栓滑槽相对应；
76.铜板为2块，布置为上下排列，支撑板上的中部设有凹槽用于插入下段铜板的上部集水槽和上段铜板的下部集水槽，在顶板和支撑板之间设有凹槽用于插入上段铜板的上部集水槽，底板和支撑板之间设有凹槽用于插入下段铜板的下部集水槽。
77.实施例5
78.一种内冷式冷却模块，为滑动调节模块；由铜板1和支撑板2组成；支撑板为钢板。
79.铜板的一面与熔融金属接触，另一面与支撑板固定连接，铜板的内部设置通冷却水的通道，通冷却水的通道为数根竖向平行设置的通道，铜板的上部设置带有通水口的上部集水槽，铜板的下部设置带有通水口的下部集水槽，每个通道的上端开口于上部集水槽，每个通道的下端开口于下部集水槽；所述的上部集水槽和下部集水槽的材质与铜板相同；
80.所述铜板与支撑板连接的一面上设有螺栓孔阵列，支撑板上对应设置螺栓孔阵列，铜板与支撑板通过螺栓固定；支撑板的高度与铜板的高度相同，支撑板的宽度与铜板或铜板的宽度相同；支撑板上设有筋板21；
81.滑动调节模块1的支撑板的右侧为滑动调节板4，滑动调节板上纵向均匀设置数个水平的螺母插入滑槽41和水平的滑动调节滑槽42，并且螺母插入滑槽和滑动调节滑槽间隔设置，螺母插入滑槽与实施例3模块的左、右框板的螺母滑块27相对应，滑动调节滑槽与实施例3模块的左、右框板的螺栓滑槽26相对应；支撑板和滑动调节板围在框架内，框架由顶板22、底板23、左侧板43和右侧板44组成，在框架间设有与支撑板固定连接的筋板，滑动调
节板一侧的框架侧板上设有数个调节螺栓孔45，调节螺栓孔与实施例3模块的左、右框板的螺母滑块27相对应，位于支撑板一侧的侧壁设有固定螺栓孔，螺栓孔与实施例3模块的左、右框板的螺栓滑槽相对应。
82.铜板为2块，布置为上下排列，支撑板上的中部设有凹槽用于插入下段铜板的上部集水槽12和上段铜板的下部集水槽13，在顶板和支撑板之间设有凹槽用于插入上段铜板的上部集水槽12，底板和支撑板之间设有凹槽用于插入下段铜板的下部集水槽13。
83.滑动调节模块2为滑动调节模块1的镜像对称。
84.实施例6
85.一种内冷式可调规格结晶器，由数片实施例1的内冷式冷却模块和底座组成，数片冷却体组合围住底座，形成有底座的腔体；
86.所述底座为圆形或三角形或长方形或正方形或多边形。
87.实施例7
88.一种内冷式可调规格结晶器，由实施例2的内冷式冷却模块和圆形底座组成，形成有底座的桶型结晶器。结晶器为整体结构或制成由上至下的数段分体结构。
89.桶形结晶器内径850毫米，高度3000毫米，冷却水流量80m
³
/h，进口水温度30℃，出水口温度45℃。生产出来的产品——圆坯电渣锭，高度2700毫米，重量10吨。经过15炉次的熔炼，铜内衬圆度没有变化，保持完好。没有渗水和漏水现象。锭质量合格。
90.实施例8
91.一种内冷式可调规格结晶器，由2个实施例3的滑动模块（a、b），2个实施例5的滑动调节模块1（a、b）和2个实施例5的滑动调节模块2（a、b）固定连接并围住底座，形成有底座的腔体。其中，滑动模块a51两端分别与滑动调节模块1 a52和滑动调节模块2a53固定连接；滑动模块b54两端分别与滑动调节模块1 b55和滑动调节模块2b56固定连接。
92.滑动模块和滑动调节模块固定连接的方式为：一组螺栓同时插入滑动模块的螺栓滑槽26与滑动调节模块的滑动调节滑槽42、并且另一组螺栓同时滑动模块的螺母滑块27与滑动调节模块的螺母插入滑槽41以固定滑动模块和滑动调节模块；两个滑动模块间的距离可以通过同时插入滑动模块的螺母滑块与滑动调节模块的螺母插入滑槽的调节螺栓46调节。滑动调节模块和滑动调节模块固定连接的方式为：螺栓分别插入相邻滑动调节模块的滑动调节滑槽以固定滑动调节模块和滑动调节模块。
93.并且，每个模块的铜板的下部集水槽的通水口为进水口，上部集水槽的通水口为出水口；
94.滑动模块冷却水进出水的方式为：
95.1）进水和出水各种独立：滑动模块4个铜板的下部集水槽的进水口分别与总进水管连接，滑动模块4个铜板的下部集水槽的出水口分别与总出水管连接；
96.或者，2）上排铜板冷却水供下排铜板使用：上排2个铜板的进水口分别与总进水管连接、出水口分别与上段出水管连接，上段出水管再与下排2个铜板的进水口分别连接，下排2个铜板的出水口再与总出水管连接；
97.或者，3）下排铜板冷却水供上排铜板使用：下排2个铜板的进水口分别与总进水管连接、出水口分别与一段出水管连接，一段出水管再与上排2个铜板的进水口分别连接，上排2个铜板的出水口再分别与总出水管连接。
98.其中，1、铜板厚度60mm，内部通冷却水的通道直径26mm，相邻两个通道间距52mm。组装好的结晶器内部腔体厚度160mm，宽度2060mm，高度4080mm，能生产出最大板坯电渣锭规格为150x2000x3800的扁锭——板坯电渣锭。其中全部铜衬冷却水的总供水流量是200m
³
/h，总进口水温度30℃，总出水口温度42℃。经过10炉次的熔炼，铜内衬平面度没有变化，保持完好。没有渗水和漏水现象。锭质量合格。
99.2、铜衬厚度60mm，内部通冷却水的通道直径26mm，相邻两个通道间距52mm。组装好的结晶器内腔厚度620mm，宽度2060mm，高度4080mm，能生产出最大板坯电渣锭规格为600x2000x3800的扁锭——板坯电渣锭。其中全部铜衬冷却水的总供水流量是200m
³
/h，总进口水温度31℃，总出水口温度49℃。经过200炉次的熔炼，铜内衬平面度没有变化，保持完好。没有渗水和漏水现象。锭质量合格。
100.3、铜衬厚度60mm，内部通冷却水的通道直径26mm，相邻两个通道间距52mm。组装好的结晶器内腔厚度1030mm，宽度2060mm，高度4080mm，能生产出最大板坯电渣锭规格为1000x2000x3800的扁锭——板坯电渣锭。经过2炉次的熔炼，铜内衬平面度没有变化，保持完好。没有渗水和漏水现象。锭质量合格。
101.实施例9
102.一种内冷式可调规格结晶器，由2个实施例3的滑动模块（a、b）、2个实施例5的滑动调节模块1（a、b）、2个实施例5的滑动调节模块2（a、b）、2个实施例4的连接模块（a、b）和底座组成，滑动模块、滑动调节模块和连接模块组合在一起固定连接并围住底座，形成有底座的腔体；其中，滑动模块a两端分别与滑动调节模块1 a和滑动调节模块2a固定连接；滑动模块b两端分别与滑动调节模块1 b和滑动调节模块2b固定连接；滑动调节模块1 a和滑动调节模块2a之间为连接模块a，滑动调节模块1b和滑动调节模块2 b之间为连接模块b。
103.滑动模块和滑动调节模块固定连接的方式为：一组螺栓同时插入滑动模块的螺栓滑槽与滑动调节模块的滑动调节滑槽、并且另一组螺栓同时滑动模块的螺母滑块与滑动调节模块的螺母插入滑槽以固定滑动模块和滑动调节模块；两个滑动模块间的距离可以通过同时插入滑动模块的螺母滑块与滑动调节模块的螺母插入滑槽的螺栓调节。滑动调节模块和连接模块固定连接的方式为：螺栓分别插入滑动调节模块的滑动调节滑槽与连接模块的螺栓孔以固定滑动调节模块和连接模块。
104.实施例10
105.一种内冷式可调规格结晶器，由数个实施例3的滑动模块、数个实施例5的滑动调节模块1、数个实施例5的滑动调节模块2、数个实施例4的连接模块和底座组成，滑动模块、滑动调节模块和连接模块组合在一起固定连接并围住底座，形成有底座的腔体；
106.其中，滑动模块和滑动调节模块固定连接的方式为：一组螺栓同时插入滑动模块的螺栓滑槽与滑动调节模块的滑动调节滑槽、并且另一组螺栓同时插入滑动模块的螺母滑块与滑动调节模块的螺母插入滑槽以固定滑动模块和滑动调节模块；
107.滑动模块和滑动模块固定连接的方式为：螺栓同时插入两个相邻滑动模块的螺栓滑槽以固定滑动模块和滑动模块；
108.滑动模块和连接模块固定连接的方式为：螺栓同时插入滑动模块的螺栓滑槽与连接模块的螺栓孔以固定滑动模块和连接模块；
109.连接模块和连接模块固定连接的方式为：螺栓同时插入相邻连接模块的螺栓孔以
固定连接模块和连接模块；
110.滑动调节模块和连接模块固定连接的方式为：螺栓同时插入滑动调节模块的滑动调节滑槽与连接模块的螺栓孔以固定滑动调节模块和连接模块；
111.滑动调节模块和滑动调节模块固定连接的方式为：螺栓同时插入相邻滑动调节模块的滑动调节滑槽以固定滑动调节模块和滑动调节模块。
112.实施例11
113.一种内冷式可调规格结晶器，由1片或数片内冷式冷却模块和圆形底座组成，形成有底座的桶型结晶器；其中，内冷式冷却模块为圆型或圆弧型。结晶器为整体结构或制成由上至下的数段分体结构。