一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却装置及方法

本发明属于金属水冷模，尤其涉及一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却装置及方法。

背景技术：

1、大型锻件/轧件是国家重要装备及大型工程建设的关键用材，扁钢锭又是轧件/锻件的源头材料，其质量优劣对生产发展具有重要作用。目前扁钢锭多采用连铸工艺生产，但是对于特殊尺寸、特殊钢种，以及内外部质量要求极为严格的铸件，国内特种钢厂及许多炼钢厂仍使用模铸工艺生产铸锭。在模铸生产工艺中，由于没有钢种、尺寸以及冷却方式的限定，模铸工艺在钢锭模结构设计上有更大的灵活性，更易根据钢锭本身的特征及后续的生产设备要求，设计钢形状、冒口尺寸及冷却方式，对改善由铸件收缩过程产生的缩孔、疏松、热裂、应力、变形等缺陷提供更大的可能性。

2、由于扁钢锭的宽厚比较大，较其他形状钢锭的凝固更为复杂，更容易在内部产生缩孔疏松等缺陷，缩孔缺陷一直是生产扁钢锭的难题之一。已有研究表明缩孔缺陷不仅与原材料的洁净的程度、熔炼方法、浇铸工艺参数等有关，还对锭模的结构非常敏感。其中，专利号为cn101797638a的专利，通过设计风冷冷却系统，来使钢锭顺序凝固，改善缩孔缺陷。这种方法对整体模具效果有一定积极作用，但对于双开模具，由于风冷速较慢，铸件凝壳较慢，可能导致钢液从模具开合的位置流出，并不适合双开模具。专利号为cn203356549u的专利，通过增加冒口的保温效果，加强补缩作用，提高钢锭质量。但是对于大型宽厚比较大扁钢锭来说，且铸锭高度较高的情况下，即使在冒口上设计保温程度，也无法使扁钢锭实现顺序凝固，同样会在内部出现缩孔疏松的缺陷。

3、因此，亟需一种可适用于大宽厚比严苛尺寸结构的扁钢锭，通过水冷系统使钢锭实现顺序凝固效果的用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却装置及方法，以解决上述问题，达到可适用于大宽厚比严苛尺寸结构的扁钢锭，通过水冷系统使钢锭实现顺序凝固效果的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却装置，包括：

3、竖向设置的前半模具和后半模具，所述前半模具与所述后半模具对应设置，所述前半模具与所述后半模具内对应设置有钢锭；

4、横向水冷却单元，所述横向水冷却单元设置在所述前半模具和所述后半模具的宽面侧壁的外壁上，所述横向水冷却单元用于使钢锭实现从下到上顺序凝固的效果；

5、纵向水冷却单元，所述纵向水冷却单元设置在所述前半模具和所述后半模具的两相对侧壁的外壁上，所述纵向水冷却单元用于使钢液在所述前半模具与所述后半模具的侧边凝固成壳，防止从所述前半模具与所述后半模具的中间缝隙流出。

6、优选的，设置在所述前半模具宽面侧壁外壁上的所述横向水冷却单元包括若干横向冷却水道，若干所述横向冷却水道分别水平固定连接在所述前半模具的宽面侧壁的外壁上，两相邻所述横向冷却水道之间相抵接，若干所述横向冷却水道布满所述前半模具的宽面侧壁，若干所述横向冷却水道远离所述前半模具的侧壁两端分别连通有横向冷却水道进水口和横向冷却水道出水口，若干所述横向冷却水道进水口同侧设置。

7、优选的，设置在所述前半模具两相对侧壁上的所述纵向水冷却单元包括两组纵向冷却水道，两组所述纵向冷却水道分别固定连接在所述前半模具的两相对侧壁的外壁上，所述纵向冷却水道的长度与所述前半模具的高度相同，两组所述纵向冷却水道的侧壁与若干所述横向冷却水道的两端固定连接，所述纵向冷却水道的侧壁顶部连通有纵向冷却水道出水口，所述纵向冷却水道的侧壁底部连通有纵向冷却水道进水口。

8、一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却方法，操作步骤包括：

9、s1、合模，将前半模具与后半模具进行合模并将合模后的模具竖向放置在指定位置；

10、s2、管路连接，将若干横向冷却水道进水口、若干横向冷却水道出水口、两组纵向冷却水道进水口和两组纵向冷却水道出水口分别与外接冷却水供给设备进行连通；

11、s3、浇注，向合模后的模具内进行浇铸；

12、s4、冷却，操作外接冷却水供给设备，向若干横向冷却水道和纵向冷却水道内供入不同水流速的水，进行钢锭的冷却。

13、优选的，若干所述横向冷却水道内的水流量从下至上依次减小。

14、优选的，位于顶部的所述横向冷却水道内的水流量控制在1500 m3/s～4000m3/s，位于底部的所述横向冷却水道内的水流量控制在14000 m3/s～17000 m3/s。

15、优选的，所述纵向冷却水道内的水流速控制在2m/s～20m/s。

16、优选的，冷却时间控制在30min～60min。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：横向水冷却单元的主要作用是通过流通的冷却水使前半模具和后半模具的宽面进行热量吸收，从而对扁钢锭进行冷却，同时使前半模具和后半模具宽面的水流量从下到上依次减少，实现片钢锭顺序凝固的目的；纵向水冷却单元的主要作用是使前半模具与后半模具的窄面处的钢液快速凝固成壳状，防止内部钢液从两模具中间的缝隙中流出。整体上，本发明通过水冷却的方式，冷却速度快，并可以适用于大宽厚比严苛尺寸结构的扁钢锭，使钢锭进行从上到下的顺序凝固，改善现有的大型扁钢锭凝固过程产生的缩孔疏松缺陷，同时，还可以有效防止钢液从模具的中间缝隙中流出，避免出现材料浪费。

技术特征：

1.一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却装置，其特征在于：设置在所述前半模具（8）宽面侧壁外壁上的所述横向水冷却单元包括若干横向冷却水道（1），若干所述横向冷却水道（1）分别水平固定连接在所述前半模具（8）的宽面侧壁的外壁上，两相邻所述横向冷却水道（1）之间相抵接，若干所述横向冷却水道（1）布满所述前半模具（8）的宽面侧壁，若干所述横向冷却水道（1）远离所述前半模具（8）的侧壁两端分别连通有横向冷却水道进水口（2）和横向冷却水道出水口（3），若干所述横向冷却水道进水口（2）同侧设置。

3.根据权利要求2所述的一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却装置，其特征在于：设置在所述前半模具（8）两相对侧壁上的所述纵向水冷却单元包括两组纵向冷却水道（4），两组所述纵向冷却水道（4）分别固定连接在所述前半模具（8）的两相对侧壁的外壁上，所述纵向冷却水道（4）的长度与所述前半模具（8）的高度相同，两组所述纵向冷却水道（4）的侧壁与若干所述横向冷却水道（1）的两端固定连接，所述纵向冷却水道（4）的侧壁顶部连通有纵向冷却水道出水口（6），所述纵向冷却水道（4）的侧壁底部连通有纵向冷却水道进水口（5）。

4.一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却方法，根据权利要求3所述的一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却装置，其特征在于，操作步骤包括：

5.根据权利要求4所述的一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却方法，其特征在于：步骤s4中若干所述横向冷却水道（1）内的水流量从下至上依次减小。

6.根据权利要求4所述的一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却方法，其特征在于：步骤s4中位于顶部的所述横向冷却水道（1）内的水流量控制在1500mm3/s～4000mm3/s，位于底部的所述横向冷却水道（1）内的水流量控制在14000mm3/s～17000mm3/s。

7.根据权利要求4所述的一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却方法，其特征在于：步骤s4中所述纵向冷却水道（4）内的水流速控制在2m/s～20m/s。

8.根据权利要求4所述的一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却方法，其特征在于：步骤s4中冷却时间控制在30min～60min。

技术总结
本发明属于金属水冷模技术领域，提供一种用于大型扁钢锭顺序凝固的水冷却装置及方法,包括竖向设置的前半模具和后半模具，前半模具与后半模具对应设置；横向水冷却单元，横向水冷却单元设置在前半模具和后半模具的宽面侧壁的外壁上，横向水冷却单元用于使钢锭实现从下到上顺序凝固的效果；纵向水冷却单元，纵向水冷却单元设置在前半模具和后半模具的两相对侧壁的外壁上，纵向水冷却单元用于使钢液在前半模具与后半模具的侧边凝固成壳，防止从前半模具与后半模具的中间缝隙流出。本发明可适用于大宽厚比严苛尺寸结构的扁钢锭生产，并通过水冷系统使钢锭实现顺序凝固效果。

技术研发人员：孔淑萍,马立峰,高传明,沈千禧龙,宁方坤,贾伟涛,邹景锋
受保护的技术使用者：太原科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15