專利名稱：大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及冶金技術領域，具體涉及大型鋼錠或軋輥鑄造工藝技術 中水冷熱能回收技術。
背景技術：
現(xiàn)有的金屬型鑄造技術分為兩大類， 一類為傳統(tǒng)的金屬型鋼錠模鑄造技 術，另一類為水冷銅結晶器連續(xù)鑄造技術。傳統(tǒng)的金屬型鋼錠模鑄造技術，
出現(xiàn)較早隨著水冷銅結晶器連續(xù)鑄造技術的不斷成熟金屬型鋼錠生產幾乎80 %被連續(xù)鑄錠替代，由于連續(xù)鑄錠技術適合于同種規(guī)格大批量生產條件，而 且現(xiàn)有技術僅限于斷面直徑較小或厚度較薄的方坯、矩形坯、園柱坯等，對 于超大斷面如大型冶金支承輥、鍛造用大型鋼錠等產品，噸位大、批量小、 規(guī)格雜的產品只能采用傳統(tǒng)的金屬型鑄造技術進行單件生產，傳統(tǒng)金屬型鑄 造方法多采用金屬型外表面向室內空氣中自然傳熱方式冷卻，對于小規(guī)格尺
寸的鋼錠也有向金屬模外表面噴水降溫措施冷卻。這兩種方法存在下述問題 其一，冷卻效果差，無法實現(xiàn)對鋼錠不同時間、不同部位的有效冷卻控制要 求，因此對產品質量無有益效果，故生產的產品質量保證性差；其二，熱量 及熱的水蒸氣向空氣中的散失造成嚴重環(huán)境污染，特別是夏季造成環(huán)境溫度 非常高；其三，熱能無法實現(xiàn)回收利用。
特別是，對于大型鑄造軋輥、大型鍛造軋輥、發(fā)電機轉子、發(fā)動機主軸 等金屬型鑄造是一個不可缺少的環(huán)節(jié)，該類件金屬型鑄造的最大特點是，噸 位大、凝固時間長、質量要求高、對內部疏松縮孔等缺陷控制嚴格、均采用金屬型鑄造方法，鑄件儲存的熱能非常高，因此，采用一種強制的、可以人 為控制的方法，使其按照自下而上的順序方式凝固，并將其內部熱能得到有 效收集和利用，使高的熱能污染變廢為寶，是節(jié)能減排當今世界研究的重點 話題。

實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)。
為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是它包括水冷熱能 回收金屬模、低溫供水管網和熱水能量回收管網，所述水冷熱能回收金屬模 包括金屬模、固定設置在金屬模上方的電磁感應加熱冒口和金屬模底盤，所 述金屬模的內部設有冷卻水管，且金屬模的外表面固定設置有分別與所述冷 卻水管的進、出水口連通的進水管頭和出水管頭；所述金屬模底盤的內部設
有冷卻水管，且金屬模底盤的外表面固定設置有分別與所述冷卻水管的進、
出水口連通的進水管頭和出水管頭；其中所述金屬模和金屬模底盤的冷卻水 管進水管頭與低溫供水管網連通，所述金屬模和金屬模底盤的冷卻水管出水 管頭與熱水能量回收管網連通。
所述金屬模和金屬模底盤的內表面均設有厚度為O. 2 1. 5mm的金屬型芯涂層。
作為本實用新型的改進，所述金屬模和金屬模底盤內部的冷卻水管均為 螺旋狀冷卻水管。
作為本實用新型的進一步改進，所述電磁感應加熱冒口為園筒狀法蘭結 構，其內側為耐火材料砌筑，靠近耐火材料外側設置有截面為"["狀的導磁體，螺旋管狀感應線圈鑲嵌在"["狀的導磁體內。
所述低溫供水管網的管路上設有流量控制閥和壓力閥。
所述熱水能量回收管網的管道外有保溫絕熱材料且其管路上設有溫度計 量控制儀表和壓力閥。通過溫度計量控制儀表得到的信號自動調節(jié)流量控制 閥門，起到控制冷卻強度、控制管網輸出水溫度的作用。
本實用新型結構設計合理，操作可靠，克服了現(xiàn)有各種金屬模具壽命短、 對鑄件質量控制能力差、熱能浪費及對環(huán)境造成的熱污染問題。本實用新型， 可應用于冶金鑄造支撐輥鑄造生產、鍛造支承輥用鋼錠、鍛造發(fā)電機轉子用 鋼錠、大型船舶曲軸鍛造用鋼錠以及軋制特種鋼用方形、矩形、多邊形、圓 柱體、圓臺形各種鑄件中的一種。
本實用新型具有使用壽命長、鑄件質量高、節(jié)能、環(huán)保的綜合效果，應 用前景廣闊。

圖1是本實用新型所述鑄件水冷熱能回收金屬模的結構示意圖； 圖2是本實用新型所述磁感應冒口 1的結構示意圖； 圖3是本實用新型所述熱能回收系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施方式

下面結合說明書附圖具體說明具體實施方式
。
如圖1所示，本實施方式包括水冷熱能回收金屬模、低溫供水管網7和 熱水能量回收管網8，所述水冷熱能回收金屬模包括金屬模2、固定設置在金 屬模上方的電磁感應加熱冒口 1和金屬模底盤3，所述金屬模2的內部設有 冷卻水管21，且金屬模2的外表面固定設置有分別與所述冷卻水管21的進、出水口連通的進水管頭211和出水管頭212;所述金屬模底盤3的內部設有 冷卻水管22,且金屬模底盤2的外表面固定設置有分別與所述冷卻水管22 的進、出水口連通的進水管頭221和出水管頭222;其中所述金屬模2和金 屬模底盤3的冷卻水管進水管頭與低溫供水管網7連通，所述金屬模2和金 屬模底盤3的冷卻水管出水管頭與熱水能量回收管網8連通。所述金屬模2 與電磁感應加熱冒口 1和金屬模底盤3之間分別通過止口定位。所述金屬模 2和金屬模底盤3的內表面均設有厚度為0. 2 1. 5mm的金屬型芯涂層。
所述電磁感應加熱冒口 1為園筒狀法蘭結構，其內側為耐火材料砌筑， 靠近耐火材料外側設置有截面為"["狀的導磁體11，螺旋管狀感應線圈12 鑲嵌在"["狀的導磁體ll內。
所述金屬模2的外表面固設有隔熱層4;比如說，可以采用板狀石棉耐火 材料。
優(yōu)選地，所述金屬模2和金屬模底盤3內部的冷卻水管均為螺旋狀冷卻 水管。
其中，所述低溫供水管網7的管路上設有流量控制閥和壓力閥；所述熱 水能量回收管網8的管道外有保溫絕熱材料且其管路上設有溫度計量控制儀 表和壓力閥。
本實施方式所述大型水冷熱能回收金屬模，電磁感應加熱冒口 1的上下 法蘭與中部的導磁體采用絕緣把合連接，感應線圈與導磁體鑲嵌連接，內部 保溫耐火材料與感應線圈間采用砌筑連接。其中，金屬模2和金屬模底盤3 的螺旋狀冷卻水管與金屬模2、金屬模底盤3的連接，是在冷卻水管通氣或 氣水混合霧冷卻條件下，將液態(tài)金屬模材料澆注到放置好螺旋狀冷卻水管的砂型模具中鑄造而成，因此其連接方式稱為灌鑄連接。進、出水管頭與金屬 模、金屬模底盤的連接采用螺紋把合連接。
電磁感應加熱冒口 1與金屬模2、金屬模2與金屬模底盤3之間均采用止 口定位、把合連接，其金屬模2與金屬模外表面隔熱板4包裹式接觸連接， 金屬模2及金屬模底盤3與其內表面涂層5采用熱噴涂方式涂覆式連接，金 屬模2及金屬模底盤3的進水管與用于冷卻的低溫供水管網7、金屬模2及 金屬模底盤3的出水管與加熱后的熱水能量回收管網8均采用高壓輸水軟管 連接閥門，并在管網上安裝有壓力、流量、溫度儀表，吊運用的吊環(huán)6與鑄 件采用熔融狀態(tài)時焊合連接。
上述熱能回收系統(tǒng)的制備及具體操作，按如下步驟進行
(1) 模具的準備電磁感應加熱冒口 1的耐火材料按照冒口要求的形狀 砌筑、干燥；金屬模2和金屬模底盤3的清理、預熱；鋼錠模外表面隔熱板
4準備；鋼錠模及底盤內表面涂料5配制；預熱清理后的鋼錠模、錠模底盤
內表面噴涂涂層；吊運用的吊環(huán)6準備，所述吊運用的吊環(huán)6，由兩個"倒V"
形的鋼棒組成，"倒V"型的兩個杈腳為"Y"形結構；用于冷卻的低溫供水
管網7、加熱后的熱水能量回收管網8連接軟管的準備。
(2) 大型水冷熱能回收鋼錠模的組裝-
① 首先將金屬模底盤3安放在工作場地，找水平墊實；
② 將金屬模2放置在金屬模底盤3上，兩者間止口方式對接；
③ 安放電磁感應加熱冒口 l在金屬模2上面，兩者間止口方式對接并用 螺栓把合；
④ 連接電磁感應加熱冒口 1的電源連線；連接金屬模2和金屬模底盤3的水管，將進水管與低溫供水管網7連接，出水管能量回收管網8連接。 ⑤將隔熱板4包裹在金屬模2外表面，并用鋼絲纏繞固定。
(3) 、大型鋼錠的澆鑄
① 按照生產工藝要求的參數(shù)使鋼液由鋼錠模下端底盤上表面開始，自下 而上澆鑄至距冒口上端面100ram左右，停止?jié)茶T；
② 打開出水管連接熱力管道的閥門，后緩慢打開冷卻水進水管閥門，使 冷卻水逐漸進入錠模內，調整進水管壓力和流量控制出水管水溫保持在80 90。C間。
(4) 啟動感應加熱冒口電源，使冒口部位的鋼液加熱到過熱度50 80 "C溫度，表面覆蓋保溫材料，根據(jù)冒口溫度變化，間斷送電保持冒口的補縮 通道暢通。
(5) 安放吊裝環(huán)，通過CAE凝固數(shù)值模擬計算鑄錠的凝固時間，待凝固 區(qū)進入錠身上端面100mm左右時，停止感應送電加熱，將吊裝環(huán)懸掛到冒口 上方呈倒V型，倒V型下端浸入高溫鋼液中，使其表面部分熔化并與冒口金 屬液一并凝固在一起。
(6) 停止鑄錠操作待鑄錠整體溫度達到起模溫度(80 12(rC左右) 后，關閉低溫供水管網7的閥門和熱水能量回收管網8的閥門，卸下管網連 接軟管、卸掉感應加熱冒口電源；
(7) 脫模操作卸掉感應加熱冒口與鋼錠模上端面緊固螺栓、卸掉感應 加熱冒口、吊裝冒口吊裝環(huán)將鑄錠運至下道工序、吊出鋼錠模與鋼錠模底盤 至存放場地。
大型水冷熱能回收金屬模，所述水冷模、水冷模地板與進水管網的連接均設置了流量控制閥門，水冷模、水冷模底盤出水管網的連接均設置了溫度 信息采集，溫度信號與流量信號的處理控制，起到對鑄件冷卻強度調節(jié)和對 輸出熱水溫度的控制作用。
本發(fā)明的工作原理、工作過程、突出特點及優(yōu)越性是總體說來，本發(fā) 明是鑒于已有技術存在的不足、缺陷與弊端，基于發(fā)明人豐富的專業(yè)理論知 識和大型軋輥鑄、鍛造研發(fā)經驗，依據(jù)鋼鐵冶金原理、電磁感應原理和凝固 理論基礎，提出了大型水冷熱能回收金屬模的構思。其中，針對大型鑄鋼件 最易出現(xiàn)的中心疏松、縮孔問題，而提出了采用水冷金屬模、水冷金屬模底 盤，低溫水由下方進入，高溫水有上方流出，從而起到自下而上的強制冷卻 的效果，保證了金屬液的順序凝固使鑄錠內部疏松、縮孔由錠身移向冒口， 使消除鑄件疏松、縮孔予以實現(xiàn)；針對熱能回收問題，由于采用了水冷降溫 冷卻，在保證對鑄件冷卻的同時，將熱量傳遞給水，再將儲備著大量高溫熱 能的水通過熱力管道輸送給熱能利用系統(tǒng)，如熱能發(fā)電機等，使能量的回收
予以實現(xiàn)；針對傳統(tǒng)鑄錠向空氣中自然傳熱問題，為了消除熱能對環(huán)境的污 染，同時最大限度的回收熱能，本專利采用了在金屬模表面包裹絕熱耐火材 料的辦法，既起到消除環(huán)境污染，又起到減少熱能浪費的有益效果予以實現(xiàn)； 針對金屬模使用壽命低問題，經研究分析了金屬模壽命低的原因是由于金屬 模接觸在高溫金屬液后模壁厚度方向存在著極高的溫度梯度，由于梯度造成 的內壁熱漲受阻致使內壁發(fā)生永久性塑性變形，在冷卻到室溫時收縮又不能 得到恢復，進而使內壁過早出現(xiàn)龜裂(既熱裂)，由于本專利采用了內水冷模 具，冷卻水管布置在具模具內表面1/4位置，有效的起到了降低內外梯度的 作用，進而使鑄模使命的提高予以實現(xiàn)；針對大型鑄錠冒口保溫差，中心形成的正"V"型縮窩深，冒口切頭量大，有效金屬液利用率低等缺點，本發(fā)明 采用了金屬液內熱式電磁感應加熱冒口 ，與電弧外熱式加熱相比無弧光外露， 金屬液面被保溫材料覆蓋，電效率高、熱損失小，起到了完全消除縮孔，提 高冒口部位有效利用率的有益效果。
針對大型鑄錠降溫過程對冷卻能力要求的不同特點，采用了出口溫度監(jiān) 控、根據(jù)溫度進行供水流量自動調節(jié)的控制系統(tǒng)，保證了鑄件質量冷卻對的 要求，同時保證了熱能有效利用的有益效果。針對大型鑄錠開箱吊運問題，
本專利采用了鑄錠凝固后期在冒口安裝倒"V"型吊環(huán)方法，替代了鑄錠人為
鑄造工藝吊裝把的方法，操作簡單，起到了簡化了工序環(huán)節(jié)的有益作用。
權利要求1、大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)，其特征在于它包括水冷熱能回收金屬模、低溫供水管網(7)和熱水能量回收管網(8)，所述水冷熱能回收金屬模包括金屬模(2)、固定設置在金屬模上方的電磁感應加熱冒口(1)和金屬模底盤(3)，所述金屬模(2)的內部設有冷卻水管(21)，且金屬模(2)的外表面固定設置有分別與所述冷卻水管(21)的進、出水口連通的進水管頭(211)和出水管頭(212)；所述金屬模底盤(3)的內部設有冷卻水管(22)，且金屬模底盤(2)的外表面固定設置有分別與所述冷卻水管(22)的進、出水口連通的進水管頭(221)和出水管頭(222)；其中所述金屬模(2)和金屬模底盤(3)的冷卻水管進水管頭與低溫供水管網(7)連通，所述金屬模(2)和金屬模底盤(3)的冷卻水管出水管頭與熱水能量回收管網(8)連通。
2、 根據(jù)權利要求1所述的大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)，其特征在于所 述金屬模(2)與電磁感應加熱冒口 (1)和金屬模底盤(3)之間分別通過止口定 位。
3、 根據(jù)權利要求1所述的大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)，其特征在于所 述金屬模(2)和金屬模底盤(3)的內表面均設有厚度為0.2 1.5mm的金屬型 芯涂層。
4、 根據(jù)權利要求1所述的大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)，其特征在于所 述金屬模(2)和金屬模底盤(3)內部的冷卻水管均為螺旋狀冷卻水管。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)，其特征在 于所述電磁感應加熱冒口(l)為園筒狀法蘭結構，其內側為耐火材料砌筑，靠 近耐火材料外側設置有截面為"["狀的導磁體(ll)，螺旋管狀感應線圈12鑲嵌在"["狀的導磁體(ll)內。
6、 根據(jù)權利要求1或2所述的大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)，其特征在 于所述金屬模(2)的外表面固設有隔熱層(4)。
7、 根據(jù)權利要求6所述的大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)，其特征在于所 述隔熱層(4)采用板狀石棉耐火材料。
8、 根據(jù)權利要求1所述的大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)，其特征在于所 述低溫供水管網(7)的管路上設有流量控制閥和壓力闊。
9、 根據(jù)權利要求1所述的大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)，其特征在于所 述熱水能量回收管網(8)的管道外有保溫絕熱材料且其管路上設有溫度計量 控制儀表和壓力閥。
專利摘要大型水冷熱能回收金屬模系統(tǒng)，它涉及大型鋼錠或軋輥等鑄件鑄造工藝技術中水冷熱能回收技術。本實用新型采用的技術方案是它包括金屬模、固定設置在金屬模上方的電加熱冒口和金屬模底盤，所述金屬模的內部設有冷卻水管，且金屬模的外表面固定設置有分別與所述冷卻水管的進、出水口連通的進水管頭和出水管頭；所述金屬模底盤的內部設有冷卻水管，且金屬模底盤的外表面固定設置有分別與所述冷卻水管的進、出水口連通的進水管頭和出水管頭。本實用新型具有使用壽命長、鑄件質量高、熱能回收、環(huán)保的綜合效果，應用前景廣闊。
文檔編號B22C9/00GK201127978SQ20072019059
公開日2008年10月8日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權日2007年12月5日
發(fā)明者艷 劉, 周守航, 張西鵬, 王丹民, 石立文, 韓慶禮, 黃衍林 申請人:中冶京誠工程技術有限公司