一種冷卻鋼錠模具的制作方法

本發明涉及鋼錠鑄造的技術領域，特別涉及一種冷卻鋼錠模具。

背景技術：

現有技術中合金液體澆鑄成型的設備，最常用的有三種方式：

第一種是傳統模具，采用鑄鐵或鑄鋼的模具，模具本身具有一定幾何形狀并帶有錐度的型腔。使用時，將鋼液注入模具的型腔后，錠模本身吸收了鋼液的熱度，鋼液凝固成一定形狀的鋼錠，再從模具中將鋼錠脫出。采用傳統鋼錠模具生產，金屬降溫凝固釋放的大量的熱被錠模本體吸收，吸收后通過熱輻射、傳導到空氣中，熱交換速度慢，所以錠模的溫度比較高；模具上與液態金屬接觸的部位容易出現粘連、劃傷、掉塊等現象，不僅嚴重影響了錠模的使用壽命，也影響了凝固后產品的質量，使鑄件表面光潔度受到影響。另外，傳統模具的模耗高，澆注困難，脫模困難，鋼液凝固慢，易產生縮孔、疏松、偏析、短錠等缺陷。生產效率低、鑄錠成本高，工人勞動條件惡劣。

第二種是連鑄機，屬于目前比較通用的鑄坯設備，連鑄機包括中間包、結晶器、引錠裝置、振動機構、二冷噴淋區、矯直區、拉坯機和定尺切割機等，其結構復雜，設備龐大，操作和使用難度大，造價高。另外，連鑄機也無法滿足對特殊規格尺寸坯料的生產。

第三種是水冷模鑄機或鋼液快速澆鑄成型機，采用單組成型模具或多組成型模具的組合配型，但無法滿足對超大斷面的工字鋼、H型鋼和方形鋼的生產，同時鋼錠內部質量無法滿足要求。

技術實現要素：

為解決無法生產超大斷面的工字鋼、H型鋼和方形鋼，且產品質量不高的技術問題，本發明提出一種冷卻鋼錠模具，能夠制造超大型的工字鋼、H型鋼和方形鋼，凝固速度較快，提高了產品質量。

本發明提出一種冷卻鋼錠模具，所述冷卻鋼錠模具包括具有內部澆道的底盤、密封連接在所述底盤上的冷卻側壁和冒口箱；

所述冷卻側壁與所述底盤圍合形成具有上開口的用于容納待冷卻鋼錠的鑄造腔，所述鑄造腔的高度小于所述鑄造腔的長度；所述冷卻側壁包括工作板和背板，所述工作板的內表面能與所述鋼錠的側面貼合，所述工作板的外表面與所述背板的內表面密封貼合；

所述工作板包括從上到下依次設置的至少兩個工作板冷卻區，所述背板包括與各所述工作板冷卻區一一對應的背板冷卻區；每個所述工作板冷卻區與對應的所述背板冷卻區形成一個側壁冷卻區，各所述側壁冷卻區相互并聯；

所述冒口箱扣蓋在所述上開口上，所述冒口箱具有沿所述鑄造腔的長度方向設置的至少兩個用于補縮的冒口。

作為一種可實施的方式，所述鑄造腔的縱截面呈方形，所述冷卻側壁具有四個側面，各所述側面能分別貼合在所述鋼錠的四個側面上。

作為另一種可實施的方式，所述鑄造腔的縱截面呈工字形或H形，所述鋼錠的其中一個翼緣板的翼面能貼合于所述底盤的上表面；所述冷卻側壁具有四個側面，所述冷卻側壁的其中兩個相對的所述側面能分別貼合在所述鋼錠的兩端端面上，所述冷卻側壁的另外兩個相對的所述側面能分別貼合在所述鋼錠的兩側。

進一步地，各所述工作板冷卻區的外表面上從上到下開設多個條狀的冷卻通槽；在各所述工作板冷卻區的外表面的上部開設至少兩個上蓄水槽，在各所述工作板冷卻區的外表面的下部開設至少兩個與各所述上蓄水槽一一對應的下蓄水槽；相鄰的至少兩個所述冷卻通槽的上下兩端分別與其中一個所述上蓄水槽和對應的所述下蓄水槽連通；

所述冷卻鋼錠模具還包括與所述側壁冷卻區的數量相同的供水機構，各所述供水機構分別設置在各所述背板冷卻區的外表面上；各所述供水機構分別包括至少一個上水箱和至少一個下水箱，對應所述上水箱在所述背板上開設上通孔，對應所述下水箱在所述背板上開設下通孔；所述上水箱通過對應的所述上通孔與各所述上蓄水槽分別連通，所述下水箱通過對應的所述下通孔與各所述下蓄水槽分別連通；在各所述側壁冷卻區內，對應的所述上水箱、所述上通孔、所述上蓄水槽、所述冷卻通槽、所述下蓄水槽、所述下通孔和所述下水箱依次連通，形成供冷卻水流通的流道。

更進一步地，各所述工作板冷卻區內的各所述上蓄水槽位于同一高度，各所述工作板冷卻區內的各所述下蓄水槽位于同一高度。

更進一步地，所述上水箱的數量為至少一個，所述上水箱連接一出水接口；所述下水箱的數量為至少兩個，各所述下水箱分別連接一進水接口；

或者所述上水箱的數量為至少兩個，各所述上水箱分別連接一進水接口；所述下水箱的數量為至少一個，所述下水箱連接一出水接口。

更進一步地，所述上水箱的數量與所述下水箱的數量相同，且均為至少兩個，各所述上水箱的位置與各所述下水箱的位置一一對應。

更進一步地，各所述供水機構還分別包括一個儲水箱，所述儲水箱通過連接管路與各所述進水接口分別連通。

更進一步地，各所述進水接口上分別設置用于控制流量的調節閥。

作為一種可實施的方式，所述工作板與所述背板為可拆卸式連接。

本發明相比于現有技術的有益效果在于：本發明的冷卻鋼錠模具，使鋼錠側臥于鑄造腔中，因此能夠制造超大型(即水平方向尺寸很長)的工字鋼、H型鋼和方形鋼。鋼錠水平方向的尺寸可以按照生產要求設計為較大，高度方向的尺寸較小，冒口箱扣蓋在上開口上，使鋼錠的內部補縮距離短，冒口能在較短距離內及時地對鋼錠進行較好的補縮。

各冷卻側壁的各側壁冷卻區相互并聯，對鋼錠的上部和下部可采用不同的冷卻強度，有針對性地分別進行冷卻，提高了產品質量。另外，各側壁冷卻區相互獨立，加快了冷卻液的循環速度，提高了冷卻速度，避免冷卻液在某一位置受熱后還要流通到其他位置參與熱交換。

本發明的冷卻鋼錠模具中，工作板上加工的冷卻通槽在高度方向進行了分段，不僅形成相互獨立的側壁冷卻區，并采用相互獨立的供水機構對各側壁冷卻區分別供應冷卻液。在相同的高度位置，至少兩個冷卻通槽共用一個上蓄水槽和一個下蓄水槽，使冷卻通槽在水平方向進行分組排列，能夠針對各上蓄水槽對應的每組流道分別進行調節，實現鋼錠模具分區域的精確冷卻。

附圖說明

圖1為本發明的冷卻鋼錠模具的實施例一的主視剖面示意圖；

圖2為本發明的冷卻鋼錠模具的實施例一的左視剖面示意圖；

圖3為本發明的冷卻鋼錠模具的實施例一的俯視剖面示意圖；

圖4為本發明的冷卻鋼錠模具的實施例二的主視剖面示意圖；

圖5為本發明的冷卻鋼錠模具的實施例二的俯視剖面示意圖；

圖6為本發明的冷卻鋼錠模具的實施例一的工作板的主視示意圖；

圖7為本發明的冷卻鋼錠模具的實施例一上沿鋼錠長度方向設置的背板及其上相應的供水機構的主視示意圖；

圖8為本發明的冷卻鋼錠模具的實施例一上沿鋼錠寬度方向設置的背板及其上相應的供水機構的主視示意圖；

圖9為本發明的冷卻鋼錠模具內放置的鋼錠的主視示意圖；

圖10為本發明的冷卻鋼錠模具內放置的鋼錠的右視示意圖；

圖11為本發明的冷卻鋼錠模具內放置的鋼錠的俯視示意圖。

附圖標記：

10-底盤；

20-工作板；22-冷卻通槽；24-上蓄水槽；26-下蓄水槽；

30-背板；

40-冒口箱；42-冒口；

54-上水箱；542-出水接口；

56-下水箱；562-進水接口；

2-鋼錠。

具體實施方式

以下結合附圖，對本發明上述的技術特征和優點進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的部分實施例，而不是全部實施例。

請參閱圖1至圖5所示，本發明提出一種冷卻鋼錠模具，其包括具有內部澆道的底盤10、冒口箱40和冷卻側壁。冷卻側壁密封連接在底盤10上，且與底盤10圍合形成具有上開口的用于容納待冷卻鋼錠2的鑄造腔，鑄造腔的高度小于鑄造腔的長度。

冷卻側壁包括工作板20和背板30，工作板20的內表面能與鋼錠2的側面貼合，工作板20的外表面與背板30的內表面密封貼合。工作板20包括從上到下依次設置的至少兩個工作板冷卻區，背板30包括與各工作板冷卻區一一對應的背板冷卻區；每個工作板冷卻區與對應的背板冷卻區形成一個側壁冷卻區，各側壁冷卻區相互并聯。

冒口箱40扣蓋在上開口上，冒口箱40具有沿鑄造腔的長度方向設置的至少兩個用于補縮的冒口42。

本發明的冷卻鋼錠模具，使置于本發明的冷卻鋼錠模具中的待冷卻的鋼錠2側臥于鑄造腔中，因此能夠制造超大型(即水平方向尺寸很長)的工字鋼、H型鋼(如圖1所示)和方形鋼(如圖4所示)。鋼錠2水平方向的尺寸可以按照生產要求設計為較大，高度方向的尺寸較小，冒口箱40扣蓋在上開口上，使鋼錠2的內部補縮距離短，冒口42能在較短距離內及時地對鋼錠2進行較好的補縮。

各冷卻側壁的各側壁冷卻區相互并聯，對鋼錠2的上部和下部可采用不同的冷卻強度，有針對性地分別進行冷卻，提高了產品質量。另外，各側壁冷卻區相互獨立，加快了冷卻液的循環速度，提高了冷卻速度，避免冷卻液在某一位置受熱后還要流通到其他位置參與熱交換。

為了生產超大型工字鋼、H型鋼和方形鋼，傳統模具采用厚鋼板進行裝配焊接。本發明的冷卻鋼錠模具，采用四塊冷卻側壁組裝，適用于工字鋼、H型鋼和方形鋼的鑄造。各冷卻側壁由工作板20和背板30組裝，解決了傳統模具生產周期長，鋼板焊接過程容易產生的變形等缺陷，模具產品精度較低的問題。

本發明的冷卻鋼錠模具，可以直接將超大型工字鋼、H型鋼和方形鋼鑄造成型，或者澆注超大型工字鋼、H型鋼和方形鋼，然后進行軋制或鍛造，將大型鋼坯一體成型，免去焊接、熱處理等環節，降低了生產成本，縮短了生產周期，提高了產品均勻性，使產品能滿足極端苛刻的使用條件。

較優地，冒口箱40采用如下保溫措施：冒口箱40的殼體采用鋼板進行焊接，殼體的內部中空，在殼體的內部填充隔熱材料，利用隔熱材料減少鋼錠2在冒口42處的熱量損失。同時，在冒口42的內壁面上懸掛隔熱板，利用隔熱板降低冒口42與殼體之間的熱傳熱。

還可以在冒口42的上部，且在鋼水的上表面鋪設保護渣，保護渣覆蓋在鋼水的上表面，使鋼水與空氣隔絕，降低冒口42對空氣的輻射散熱；同時鋪設發熱劑，針對冒口42處溫度較低的情況，利用發熱劑進行熱量補充。還可以在冒口42的上部安裝煤氣加熱器，燃燒煤氣對冒口42處的鋼液進行加熱。還可以在殼體的內部安裝電磁加熱裝置，對冒口42處的鋼液進行加熱。

上述保溫措施不僅可以延緩鋼錠2在冒口42處的凝固，冒口42處的高溫鋼液能對鋼錠2的中下部進行良好的補縮，使鋼錠2的內部不會產生疏松和縮孔，生產出的鋼錠2的質量優良，內部成分、組織均勻。

較優地，各冒口42的總體積約為鋼錠2總體積的8％～15％，各冒口42的數量和尺寸要保證冒口42處的鋼液具有良好的流動性，能對鋼錠2的錠身進行補縮，同時冒口42內的縮孔深度不能深入到鋼錠2的錠身內部，鋼錠2在冒口42處最后凝固。

作為一種可實施的方式，鑄造腔的縱截面呈方形，如圖4和圖5所示的實施例二中，冷卻側壁具有四個側面，各側面能分別貼合在鋼錠2的四個側面上。

作為另一種可實施的方式，如圖1、圖2和圖3所示的實施例一中，鑄造腔的縱截面呈工字形或H形，鋼錠2的其中一個翼緣板的翼面能貼合于底盤10的上表面。冷卻側壁具有四個側面，冷卻側壁的其中兩個相對的側面能分別貼合在鋼錠2的兩端端面上，冷卻側壁的另外兩個相對的側面能分別貼合在鋼錠2的兩側。

本發明使鋼錠2側臥放置，即鋼錠2的最大尺寸所在的方向平行于底盤10的上表面。

進一步地，請參閱圖6所示，各工作板冷卻區的外表面上從上到下開設多個條狀的冷卻通槽22；在各工作板冷卻區的外表面的上部開設至少兩個上蓄水槽24，在各工作板冷卻區的外表面的下部開設至少兩個與各上蓄水槽24一一對應的下蓄水槽26；相鄰的至少兩個冷卻通槽22的上下兩端分別與其中一個上蓄水槽24和對應的下蓄水槽26連通。

冷卻鋼錠模具還包括與側壁冷卻區的數量相同的供水機構，各供水機構分別設置在各背板冷卻區的外表面上。請參閱圖7和圖8所示，各供水機構分別包括至少一個上水箱54和至少一個下水箱56，對應上水箱54在背板30上開設上通孔，對應下水箱56在背板30上開設下通孔；上水箱54通過對應的上通孔與各上蓄水槽24分別連通，下水箱56通過對應的下通孔與各下蓄水槽26分別連通；在各側壁冷卻區內，對應的上水箱54、上通孔、上蓄水槽24、冷卻通槽22、下蓄水槽26、下通孔和下水箱56依次連通，形成供冷卻水流通的流道。

上蓄水槽24和下蓄水槽26用于蓄積一定量的冷卻液，使冷卻液在上蓄水槽24和下蓄水槽26能得到緩沖，并聚集起來，避免冷卻液在冷卻通槽22中的流速過大，影響冷卻效果。而且，使至少兩個冷卻通槽22的上端共用一個上蓄水槽224，相應地，這些冷卻通槽22的下端共用一個下蓄水槽26，使冷卻通槽22在水平方向進行分組排列。背板30上對應于至少一個上蓄水槽24設置一個上水箱54，背板30上對應于至少一個下蓄水槽26設置一個下水箱56。

本發明的冷卻鋼錠模具中，工作板20上加工的冷卻通槽22在高度方向進行了分段，形成相互獨立的側壁冷卻區，并采用相互獨立的供水機構對各側壁冷卻區分別供應冷卻液。在相同的高度位置，至少兩個冷卻通槽22共用一個上蓄水槽24和一個下蓄水槽26，使冷卻通槽22在水平方向進行分組排列，能夠針對各上蓄水槽24對應的每組流道分別進行調節，實現鋼錠模具分區域的精確冷卻。

較優地，工作板20的外表面加工成光滑表面，在光滑表面加工細小截面的冷卻通槽22，冷卻通槽22的截面形狀可以為圓形、方形、橢圓形、多邊形或其他不規則的形狀。冷卻通槽22通過機械加工形成，使冷卻通槽22的內壁具有較高的光滑度，減小了冷卻液的流動阻力。而且，相鄰的冷卻通槽22之間的間隔距離很小，密集的冷卻通槽22保證了冷卻強度。

圖6所示為沿鋼錠2底面的長度方向(即沿鑄造腔的長度方向)設置的工作板20，圖7所示為沿鋼錠2底面的長度方向設置的背板30，圖6和圖7中所示的冷卻側壁包括從上至下依次設置的三個側壁冷卻區，工作板20上從上至下設置三排密集的冷卻通槽22，相鄰的多個冷卻通槽22的上端和下端分別共用一個上蓄水槽24和一個下蓄水槽26。

本實施例中，沿鋼錠2底面的長度方向設置的工作板20上，相鄰的四至八條冷卻通槽22共用一個上蓄水槽24和一個下蓄水槽26，沿鋼錠2底面的長度方向設置的背板30上，對應于三個上蓄水槽24設置一個上水箱54，對應于三個下蓄水槽26設置一個下水箱56。

圖8所示為沿鋼錠2底面的寬度方向(即沿鑄造腔的寬度方向)設置的背板30。本實施例中，沿鋼錠2底面的寬度方向設置的冷卻側壁包括從上至下依次設置的兩個側壁冷卻區。

請結合圖9、圖10和圖11所示，以H型鋼為例，本發明的冷卻鋼錠模具，工作板20和背板30的形狀適應于鋼錠2的四周側壁的形狀，四塊冷卻側壁靈活組合成鑄造腔。在工作板20上機械加工的冷卻通槽22，再將背板30扣在冷卻通槽22上，形成供冷卻水流通的密閉的流道，可以保證冷卻強度。同時，由于本發明的冷卻鋼錠模具為組裝式結構，可以對方便地對局部進行檢查、維修和更換，模具的使用壽命明顯延長，運行成本較低，明顯降低生產成本，有利于保證產品質量。

冷卻通槽22在高度方向進行分段，并在水平方向進行分組，可以實現冷卻鋼錠模具在不同區域進行冷卻水流量的精確控制，實現鋼錠2的冷卻全程控制，生產高質量的鋼錠2。

較優地，本發明的冷卻鋼錠模具，使鋼錠2的底部和下部冷卻強度大，凝固速度快；鋼錠2的上部冷卻強度小，凝固速度慢。由上可知，鋼錠2在強制可控的冷卻條件下進行凝固，使鋼錠2整體的凝固速度相對較快；縮小了鋼錠2上部和下部的凝固速度的差距，使鋼錠2的內部晶粒小，鋼錠2的內部質量均勻，鋼錠2的偏析小，能夠消除鋼錠2內部的疏松和縮孔等缺陷。

本發明的冷卻鋼錠模具，鋼錠2在強制可控的冷卻條件下進行凝固，可以使工字鋼、H型鋼和方形鋼自下向上順序凝固，針對不同尺寸和規格的鋼錠2能夠實現局部控制冷卻，從而全程可控的生產。對鋼錠2不同部位采用不同的冷卻強度，滿足不同部位不同的熱負荷強度的要求，保證了鋼錠2整體質量的均勻性，提高了鋼錠2的冷卻速度，減輕了鋼錠2內部的疏松、縮孔，減輕鋼錠2的背部偏析，產品的內部組織均勻致密。

更進一步地，如圖6所示，各工作板冷卻區內的各上蓄水槽24位于同一高度，各工作板冷卻區內的各下蓄水槽26位于同一高度。

更進一步地，如圖7所示，本實施例中，上水箱54的數量為至少一個，上水箱54連接一出水接口542；下水箱56的數量為至少兩個，各下水箱56分別連接一進水接口562；可以使冷卻液先進入溫度較高的鋼錠2的下部，從而提高冷卻速度。

此時，冷卻液從下水箱56輸入，從上水箱54輸出，冷卻液依次經下水箱56和下通孔蓄積在下蓄水槽26中，然后下蓄水槽26中的冷卻液經冷卻通槽22從下到上流通，再蓄積在上蓄水槽24中，上蓄水槽24中的冷卻液經上通孔回到上水箱54中，在該側壁冷卻區內完成一個循環。

或者上水箱54的數量為至少兩個，各上水箱54分別連接一進水接口；下水箱56的數量為至少一個，下水箱56連接一出水接口。此時，冷卻液從上水箱54輸入，從下水箱56輸出，冷卻液依次經上水箱54和上通孔蓄積在上蓄水槽24中，然后上蓄水槽24中的冷卻液經冷卻通槽22從上到下流通，再蓄積在下蓄水槽26中，下蓄水槽26中的冷卻液經下通孔回到下水箱56中，在該側壁冷卻區內完成一個循環。

更進一步地，如圖7和圖8所示，上水箱54的數量與下水箱56的數量相同，且均為至少兩個，各上水箱54的位置與各下水箱56的位置一一對應。

更進一步地，各供水機構還分別包括一個儲水箱，儲水箱通過連接管路與各進水接口562分別連通。本實施例中，下水箱56用于進水，上水箱54用于出水。在進水接口562之前設置一個儲水箱，外界的冷卻液先蓄積在儲水箱中，然后再分配到各個下水箱56中，冷卻液在冷卻通槽22中從下至上流通后，最后蓄積在上水箱54中，集中輸出。

更進一步地，各進水接口562上分別設置用于控制流量的調節閥，通過調節閥可以控制各連接管路上的流量大小，從而實現了在同一高度位置、對水平方向的不同位置的冷卻強度進行差異化控制。較優地，各連接管路上還可安裝流量計，用于檢測進入各進水接口562的水流量。

較優地，還可以在背板30上安裝用于測溫的熱電偶，實時監測工作板20的溫度和冷卻強度，并根據鋼錠2的凝固進程，對每個側壁冷卻區的冷卻水量分別獨立調節，實現鋼錠2凝固的區域控制，提高鋼錠2的溫度均勻性，消除鋼錠2的內部缺陷，生產高質量的鋼錠2。

作為一種可實施的方式，工作板20與背板30為可拆卸式連接。較優地，工作板20與背板30通過螺栓和螺母進行連接，冷卻通槽22在工作板20的外表面與背板30的內表面之間密封，形成供冷卻液流通的流道，冷卻液輸入后，對鋼錠2和冷卻側壁同時進行冷卻降溫，由于冷卻強度較高，保證冷卻鋼錠模具始終在安全溫度以下工作，對鋼錠2實現可控的強制冷卻。

工作板20與背板30之間為可拆卸式連接，為設備的檢修和局部更換提供便利。當使用一段時間之后，拆卸工作板20和背板30，即可露出冷卻通槽22、上通孔和下通孔，從而可方便地對冷卻通槽22、上通孔和下通孔中的水垢或其他雜質進行清理。如果工作板20或背板30上的某一處損壞，只需更換損壞的工作板20或背板30即可。

較優地，工作板20可選擇銅合金、純銅、不銹鋼、鋼等材質制成，背板30可選擇鋼、不銹鋼等材質制成。另外，工作板20和背板30可以為兩種不同的材質，不僅可以降低成本，還可以提高冷卻鋼錠模具的使用壽命。

較優地，底盤10一般采用鑄鐵材質制成，也可選用鑄鋼材質進行機加工。本發明的冷卻鋼錠模具的底盤10可采用水冷底盤。在底盤10內加工“米”字形通道，通道內鋪設耐火材料制成的澆道，耐火材料制成的澆道內腔形成鋼水流動通道，將高溫鋼液引流進入本發明的冷卻鋼錠模具。在整個凝固過程中還可以通過對底盤10的冷卻水量進行調節，控制冷卻強度，進而對鋼錠2的整個凝固過程進行控制。由于高溫鋼液由下至上進入冷卻鋼錠模具，相應地，鋼錠2的下部溫度會高于鋼錠2的上部溫度。因此，各側壁冷卻區中，使各下水箱56用于進水，各下水箱56分別連接一進水接口562，冷卻液從溫度最高的下部進入，迅速地對鋼錠2降溫。

如圖1、圖3、圖4和圖5所示，冷卻鋼錠模具還包括夾緊機構，夾緊機構包括對稱設置在鋼錠2兩側的至少兩個驅動器，各驅動器分別頂抵在相對的冷卻側壁的外側。通過各驅動器擠壓冷卻側壁，冷卻側壁貼合在鋼錠2的側面。夾緊機構還包括鎖緊油缸，圖3和圖5中相鄰的冷卻側壁之間分別通過鎖緊油缸固定連接。

以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步的詳細說明，應當理解，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限定本發明的保護范圍。特別指出，對于本領域技術人員來說，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。