[发明专利]热管式连铸结晶器

说明书

技术领域：

本发明专利的名称是：热管式连铸结晶器，是一种可在等温状态下利用热管的超导热性来带走结晶器内熔融金属的潜热，使液态金属快速凝固结晶的装置，属冶金工程领域。

背景技术：

目前在冶金行业广泛使用了连铸技术，即是将熔融状态的金属注入结晶器，利用水来冷却结晶器内壁，将液态金属的凝固潜热带走，从而使之结晶形成所需规格的金属坯。该工艺可省去初轧这一工序，但由于冷却系统结构复杂、水冷却要消耗大量的水，同時也会对环境造成污染，操作运行都不方便；特别是对一些活泼金属，如金属镁，用水作冷却介质还有燃烧爆炸的危险。

发明内容：

为了弥补上述现有技术的不足，本发明专利可提供一种在等温状态下利用热管的超导热性来带走结晶器内熔融金属的潜热，使液态金属快速凝固结晶的热管式连铸结晶器。其技术方案是：它是由结晶器、加热段、蒸汽管、冷凝器、回液管和热管工质组成；结晶器上部的蒸汽管出口与蒸汽管入口固定联通，蒸汽管的出口与冷凝器入口固定联通，冷凝器出口与回液管入口固定联通，回液管出口端与结晶器下部的回液管入口固定联通，并向加热段内充入热管工质，使热管工质能顺次沿加热段、蒸汽管、冷凝器、回液管、流回加热段而形成密闭系统内的循环流动。对不同的凝固速度及不同种类的金属可以通过选用不同结晶器及调整冷凝器的传热量来实现传热平衡。连铸给晶器工作过程如下：当熔融金属浇铸入结晶器中时，其滑热迅速穿过结晶器内壁而使热管加热段内的工质蒸发汽化，吸收大量的热，所产生的蒸汽沿蒸汽管进入冷凝器，在冷凝器中被冷却为液体后，沿回液管又流入加热段中受热，其传热量可由冷凝器的散热量来调控，在完成热管循环的同时将熔融金属快速结晶。

附图说明：

图1.是热管式连铸结晶器结构简图。

其中：1--结晶器；2--结晶面；3--加热段；4--蒸汽管出口；5--蒸汽管；6--冷凝器入口；7--冷凝器；8--冷凝器出口；9--回液管；10--热管工质；11--回液管出口。

结晶器1上部的蒸汽管出口4经蒸汽管5与冷凝器入口6固定联通，冷凝器出口8与回液管9固定联通，回液管9的出口与结晶器1下部的回液管出口11固定联通，所有的联结处均紧密不漏并向结晶器狭缝所形成的加热段3内充入热管工质10，这样当加热段受热时，热管工质便顺次沿加热段3、蒸汽管5、冷凝器7、回液管9所形成的密闭循环系统内流动。当熔融金属浇铸入结晶器中时，与结晶器的结晶面2紧密接触，其潛热迅速穿过结晶器内壁而使结晶器狭缝所形成的加热段内的热管工质10蒸发，所产生的蒸汽沿蒸汽管进入冷凝器，在冷凝器中被冷却为液体后，沿回液管又流回加热段，从而完成热管循环。

实施案例：

一)有色金属用热管式连铸结晶器。

a.附图1也是有色金属镁合金用热管式连铸结晶器结构简图。该热管式连铸结晶器结构与附图说明所述的结构相同，这是用于连铸Φ90的镁合金棒的热管式连铸结晶器，镁的凝固潜热Q_r＝362kJ/kg、出料速度为100mm/min，按上述工艺要求：连铸结晶品外径为Φ150、外衬内径：Φ130、结晶器狭缝内径：Φ110、结晶面直径：Φ90，连铸结晶器高：280mm、结晶器下的托盘以100mm/min的速度下移，控制镁坯出连铸结晶器时的结晶率为30％，则镁坯换热量为：2.76kW。此时冷凝器选用风冷，其换热系数K2≥30w/m².℃，传热面积F2≥4.6m²即可维持结晶面温度为50℃。

b.附图1也是用于连铸Φ120的有色金属无氧铜的热管式连铸结晶器结构简图。该热管式连铸结晶器结构与附图说明所述的结构相同，铜的凝固潜热Q_r＝13.2kJ/kg、出料速度为500mm/min，按上述工艺要求：连铸结晶器外径为Φ180、外衬内径：Φ160、结晶器狭缝内径：Φ140、结晶面直径：Φ120，连铸结晶器高：400mm、结晶器下的托盘以500mm/min的速度下移，若铜坯出连铸结晶器时的结晶率为30％，则铜坯换热量为11.07kW。此时冷凝器选用风冷，其换热系数K2≥30w/m².℃，传热面积F2≥4.5m²，即可维持结晶面温度为110℃。

二)黑色金属用热管式连铸结晶器。

a.附图1也是用于连铸520×240的45#钢坯的热管式连铸结晶器结构简图。该热管式连铸结晶器结构与附图说明所述的结构相同，45#钢的凝固潜热Q_r＝243kJ/kg、出料速度为2000mm/min，按上述工艺要求：连铸结晶器外框为600×320、外衬内框：570×290、结晶器狭缝内框：550×270、结晶面矩形框：520×240，连铸结晶器高：500mm、结晶器下的托盘以2000mm/min的速度下移，若钢坯出连铸结晶器时的结晶率为30％，则钢坯换热量高达7935kW。此时冷凝器选用循环水冷却的冷凝器，其换热系数K2≥3000w/m².℃，传热面积F2≥17.6m²，即可维持结晶面温度为180℃。