一種可控流量水平連鑄保溫爐膛及流量控制方法
1.本發(fā)明涉及銅及銅合金管、板帶水平連鑄保溫領(lǐng)域，特別涉及一種可控流量水平連鑄保溫爐膛及流量控制方法。
背景技術(shù)：
2.傳統(tǒng)的銅及銅合金管、板帶水平連鑄保溫爐膛主要由進液爐膛和出液爐膛組成，出液爐膛負責給銅及銅合金管、板帶石墨結(jié)晶器提供銅液，保持連續(xù)的牽引過程。進液爐膛負責給出液爐膛補液，進液爐膛的銅液由熔化爐直接注入，銅液注入時沖擊大，液體壓力不穩(wěn)定，傳導到出液爐膛后造成保溫爐內(nèi)壓力波動，影響了鑄坯質(zhì)量。另外，進液爐膛和出液爐膛通過底部的聯(lián)通口實現(xiàn)銅液的傳遞，出液爐膛的銅液隨著銅及銅合金管、板帶連續(xù)牽引逐漸減少，液面高度降低，進液爐膛不能及時補充銅液，導致在水平連鑄過程中，保溫爐內(nèi)銅液液面高度不斷變化，造成石墨結(jié)晶器進液孔處銅液壓力不斷變化，進液速度不穩(wěn)定，對鑄坯質(zhì)量的穩(wěn)定性造成影響。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
3.本發(fā)明的目的是為了提升銅及銅合金管、板帶在連續(xù)牽引過程中，保溫爐內(nèi)的液面高度與爐內(nèi)銅液壓力的穩(wěn)定性，為了銅液在爐膛內(nèi)的流動易于實現(xiàn)智能控制，提升產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，降低廢品率，符合國家節(jié)能減排與智能制造的要求。
4.針對銅及銅合金管、板帶水平連鑄連續(xù)牽引過程保溫爐膛中如背景技術(shù)中所述的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)性好，效率高、安全可靠、適用范圍廣、易于實現(xiàn)智能控制的可控流量水平連鑄保溫爐膛。
5.本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
6.一種可控流量水平連鑄保溫爐膛，其特征在于：所述的可控流量水平連鑄保溫爐膛，包括結(jié)晶器安裝口1，整體結(jié)晶器支架2，出液口3，鋼板a4，陶瓷纖維板a5，保溫磚a6，工作襯7，前爐膛8，前爐襯9，中爐膛10，中爐襯11，保溫磚b12，陶瓷纖維板b13，鋼板 b14，手柄15，螺桿16，螺母17，后爐膛18，法蘭a19，閥體20，閥塞21，法蘭b22，平衡液孔23：
7.其中：整個保溫爐體外圍由外向內(nèi)分別安裝鋼板a4、陶瓷纖維板a5、保溫磚a6和工作襯7，起到支撐爐體結(jié)構(gòu)強度與保溫的作用；
8.前爐膛8左側(cè)端面開設有結(jié)晶器安裝口1與出液口3，整體結(jié)晶器支架2安裝在前爐膛8左側(cè)端面上，用于固定石墨結(jié)晶器；出液口 3附近的銅液不斷流入石墨結(jié)晶器，經(jīng)冷卻凝固牽引出鑄坯；中爐襯 11上開設有平衡液孔23，對前爐膛8補液；后爐膛18與中爐膛10 之間設有中爐襯11，中爐襯11主體由工作襯7組成，中間部分由保溫磚b12、陶瓷纖維板b13和鋼板b14圍成一個矩形空間；
9.中爐襯11上安裝有石墨陶瓷截止閥，能通過轉(zhuǎn)動手柄15，帶動螺桿16在矩形空間的上下運動，螺桿16帶動閥塞21一起運動，實現(xiàn)銅液流量的調(diào)控；
10.后爐膛18用于接收熔化爐傾注的銅液，通過石墨陶瓷截止閥開度的變化，實現(xiàn)對
中爐膛10的補液，補液量與單位時間內(nèi)牽引出來的鑄坯體積相對應，能通過建立銅液流量與牽引速度、爐內(nèi)壓力、鑄坯尺寸的函數(shù)方程，控制石墨陶瓷截止閥開度，實現(xiàn)銅液流量的自動調(diào)控。
11.中爐膛10能對前爐膛8進行補液，后爐膛18能對中爐膛10進行補液。
12.后爐膛18通過石墨陶瓷截止閥實現(xiàn)對中爐膛10補液量的控制。
13.后爐膛18對中爐膛10的補液量與牽引出來的鑄坯消耗的銅液量一致。
14.前爐膛8與中爐膛10的液面高度穩(wěn)定，變化量小于20mm。
15.通過建立銅液流量與牽引速度、爐內(nèi)壓力、鑄坯尺寸的函數(shù)方程，控制石墨陶瓷截止閥開度，實現(xiàn)銅液流量的自動調(diào)控；
16.銅液流量與牽引速度、爐內(nèi)壓力、鑄坯尺寸的函數(shù)方程：
[0017]vcu2
＝[c
cu2
·
ρ
cu2
·kcu
·
(t
l2-t
s2
)]-1
·
[c
w1
·
ρ
w1
·vw1
·
(t
1o-t
1i
)-c
cu1
·
ρ
cu1
·vcu1
·acu1
·
(t
s2-t
s1
)]
??
公式(1)
[0018]
公式(1)中，各符號含義如下：
[0019]vcu2
銅液流量，c
cu2
銅液比熱，ρ
cu2
銅液密度，k
cu
爐內(nèi)壓力系數(shù)，t
l2
銅液溫度，t
s2
銅液凝固溫度，c
w1
冷卻水比熱，ρ
w1
冷卻水密度，v
w1
冷卻水流量，t
1o
冷卻水出水口溫度，t
1i
冷卻水入水口溫度，c
cu1
銅比熱，ρ
cu1
銅密度，v
cu1
牽引速度，a
cu1
鑄坯橫截面積， t
s1
鑄坯出口溫度。
[0020]
后爐膛18接收熔化爐傾注的銅液，銅液傾注時，能調(diào)整石墨陶瓷截止閥開度，保持后爐膛18進入中爐膛10的銅液流量穩(wěn)定。
[0021]
能實現(xiàn)厚度5-20mm，寬度200—600mm的板帶，直徑50-100mm、壁厚15-30mm的管坯與直徑50-100mm棒材連續(xù)牽引。
[0022]
所述中爐膛10上設有中爐襯11，保溫磚b12，陶瓷纖維板b13，鋼板b14，平衡液孔23，前爐膛8與中爐膛10通過平衡液孔23實現(xiàn)銅液的傳遞。
[0023]
所述后爐膛18負責提供補液和穩(wěn)定銅液壓力作用。當熔化爐向后爐膛18傾注銅液時，銅液壓變大，減小石墨陶瓷截止閥開度，降低銅液由后爐膛18進入中爐膛10的流量，保持前爐膛8與中爐膛 10液面的高度的穩(wěn)定性。
[0024]
熔化爐傾液結(jié)束后，調(diào)節(jié)石墨陶瓷截止閥開度，保持前爐膛8出液速度與后爐膛18補液速度一致。
[0025]
所述石墨陶瓷截止閥上設有手柄15、螺桿16、螺母17、法蘭a19、閥體20、閥塞21和法蘭b22。
[0026]
石墨陶瓷截止閥安裝在中爐膛10和后爐膛18之間，手柄15與螺桿16連接，通過螺母17限位；
[0027]
在中爐膛10和后爐膛18之間的下部設有法蘭a19和法蘭b22，法蘭a19和法蘭b22形成的空腔中為閥體20結(jié)構(gòu)；閥塞21與螺桿 16下端連接，同步升降，閥塞21的擋板能通過升降調(diào)節(jié)兩側(cè)法蘭a19 和法蘭b22的通斷；
[0028]
閥體20采用陶瓷材料，閥塞21采用陶瓷、石墨、碳化硅材料。通過轉(zhuǎn)動手柄15，螺桿16帶動閥塞21，實現(xiàn)銅液流量的控制。
[0029]
銅液流量的變化取決于牽引速度、爐內(nèi)壓力、板坯或管坯尺寸，可以根據(jù)牽引速度、爐內(nèi)壓力與板坯或管坯尺寸建立函數(shù)方程，根據(jù)函數(shù)方程調(diào)整手柄15的轉(zhuǎn)動角度，實現(xiàn)銅液流量的自動調(diào)控。也可以根據(jù)經(jīng)驗，人工調(diào)整手柄15的轉(zhuǎn)動角度。
[0030]
本發(fā)明的有益效果：
[0031]
在不改變銅管、板帶生產(chǎn)線的前提下，實現(xiàn)銅管與板帶材水平連鑄連續(xù)牽引，牽引過程中，保溫爐前爐膛8液面高度變化很小，銅液壓力穩(wěn)定，鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率與設備利用率高。銅管及板帶的生產(chǎn)趨勢逐漸走向智能制造，牽引速度可以從牽引機的電機轉(zhuǎn)速中直接提取，爐內(nèi)壓力可以通過傳感器直接提取，鑄坯的尺寸規(guī)格是已知的，可以建立相應的銅液流量與牽引速度、爐內(nèi)壓力、鑄坯尺寸的函數(shù)方程，通過該方程，控制石墨陶瓷截止閥開度，實現(xiàn)銅液流量的自動調(diào)控。本發(fā)明符合國家節(jié)能減排需求，滿足了銅管與銅板帶智能制造的工藝要求。
附圖說明
[0032]
圖1為可控流量水平連鑄保溫爐膛主視圖；
[0033]
圖2為可控流量水平連鑄保溫爐膛俯視圖；
[0034]
附圖所示編號含義如下：
[0035]
1、結(jié)晶器安裝口，2、整體結(jié)晶器支架，3、出液口，4、鋼板a， 5、陶瓷纖維板a，6、保溫磚a，7、工作襯，8、前爐膛，9、前爐襯， 10、中爐膛，11、中爐襯，12、保溫磚b，13、陶瓷纖維板b，14、鋼板b，15、手柄，16、螺桿，17、螺母，18、后爐膛，19、法蘭a，20、閥體，21、閥塞，22、法蘭b，23、平衡液孔。
具體實施方式
[0036]
實施例
[0037]
一種可控流量水平連鑄保溫爐膛，如圖1所示，其整套裝置主要包括結(jié)晶器安裝口1，整體結(jié)晶器支架2，出液口3，鋼板a4，陶瓷纖維板a5，保溫磚a6，工作襯7，前爐膛8，前爐襯9，中爐膛10，中爐襯11，保溫磚b12，陶瓷纖維板b13，鋼板b14，手柄15，螺桿 16，螺母17，后爐膛18，法蘭a19，閥體20，閥塞21，法蘭b22，平衡液孔23。
[0038]
整個保溫爐體外圍由外向內(nèi)分別安裝鋼板a4，陶瓷纖維板a5，保溫磚a6，工作襯7，起到支撐爐體結(jié)構(gòu)強度與保溫的作用。前爐膛8 左側(cè)端面開設有結(jié)晶器安裝口1與出液口3，整體結(jié)晶器支架2安裝在前爐膛8左側(cè)端面上，用于固定石墨結(jié)晶器。出液口3附近的銅液不斷流入石墨結(jié)晶器，經(jīng)冷卻凝固牽引出鑄坯。
[0039]
中爐襯11上開設有平衡液孔23，負責前爐膛8補液。后爐膛18 與中爐膛10之間設有中爐襯11，中爐襯11主體由工作襯7組成，中間部分由保溫磚b12、陶瓷纖維板b13與鋼板b14圍成一個矩形空間。中爐襯11上安裝有石墨陶瓷截止閥，通過轉(zhuǎn)動手柄15，帶動螺桿16在矩形空間的上下運動，螺桿16帶動閥塞21一起運動，實現(xiàn)銅液流量的調(diào)控。后爐膛18用于接收熔化爐傾注的銅液，通過石墨陶瓷截止閥開度的變化，實現(xiàn)對中爐膛10的補液，補液量應與單位時間內(nèi)牽引出來的鑄坯體積相對應，可以通過建立銅液流量與牽引速度、爐內(nèi)壓力、鑄坯尺寸的函數(shù)方程，控制石墨陶瓷截止閥開度，實現(xiàn)銅液流量的自動調(diào)控。
[0040]
一種可控流量水平連鑄保溫爐膛的流量控制方法，其特征在于：通過轉(zhuǎn)動手柄15，帶動螺桿16在矩形空間沿上下方向運動，螺桿16 帶動閥塞21一起運動，實現(xiàn)銅液流量的調(diào)控；
[0041]
后爐膛18用于接收熔化爐傾注的銅液，通過石墨陶瓷截止閥開度的變化，實現(xiàn)對
中爐膛10的補液，補液量與單位時間內(nèi)牽引出來的鑄坯體積相對應，能通過建立銅液流量與牽引速度、爐內(nèi)壓力、鑄坯尺寸的函數(shù)方程，控制石墨陶瓷截止閥開度，實現(xiàn)銅液流量的自動調(diào)控。
[0042]
中爐膛10能對前爐膛8進行補液，中爐膛10上設有中爐襯11，保溫磚b12，陶瓷纖維板b13，鋼板b14，平衡液孔23，前爐膛8與中爐膛10通過平衡液孔23實現(xiàn)銅液的傳遞。
[0043]
后爐膛18對中爐膛10的補液量與牽引出來的鑄坯消耗的銅液量一致。
[0044]
前爐膛8與中爐膛10的液面高度穩(wěn)定，變化量小于20mm。
[0045]
通過建立銅液流量與牽引速度、爐內(nèi)壓力、鑄坯尺寸的函數(shù)方程 v
cu2
＝[c
cu2
·
ρ
cu2
·kcu
·
(t
l2-t
s2
)]-1
·
[c
w1
·
ρ
w1
·vw1
·
(t
1o-t
1i
)-c
cu1
·
ρ
cu1
·vcu1
·acu1
·
(t
s2-t
s1
)]，公式中，各符號含義如下。
[0046]
vcu2銅液流量，ccu2銅液比熱，ρcu2銅液密度，kcu爐內(nèi)壓力系數(shù)，tl2銅液溫度，ts2銅液凝固溫度，cw1冷卻水比熱，ρw1冷卻水密度，vw1冷卻水流量，t1o冷卻水出水口溫度，t1i冷卻水入水口溫度，ccu1銅比熱，ρcu1銅密度，vcu1牽引速度， acu1鑄坯橫截面積，ts1鑄坯出口溫度。控制石墨陶瓷截止閥開度，實現(xiàn)銅液流量的自動調(diào)控。
[0047]
后爐膛18接收熔化爐傾注的銅液，銅液傾注時，能調(diào)整石墨陶瓷截止閥開度，保持后爐膛18進入中爐膛10的銅液流量穩(wěn)定。
[0048]
本發(fā)明未盡事宜為公知技術(shù)。
[0049]
上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
技術(shù)特征：
1.一種可控流量水平連鑄保溫爐膛，其特征在于：所述的可控流量水平連鑄保溫爐膛，包括結(jié)晶器安裝口(1)，整體結(jié)晶器支架(2)，出液口(3)，鋼板a(4)，陶瓷纖維板a(5)，保溫磚a(6)，工作襯(7)，前爐膛(8)，前爐襯(9)，中爐膛(10)，中爐襯(11)，保溫磚b(12)，陶瓷纖維板b(13)，鋼板b(14)，手柄(15)，螺桿(16)，螺母(17)，后爐膛(18)，法蘭a(19)，閥體(20)，閥塞(21)，法蘭b(22)，平衡液孔(23)：其中：整個保溫爐體外圍由外向內(nèi)分別安裝鋼板a(4)、陶瓷纖維板a(5)、保溫磚a(6)和工作襯(7)，起到支撐爐體結(jié)構(gòu)強度與保溫的作用；前爐膛(8)左側(cè)端面開設有結(jié)晶器安裝口(1)與出液口(3)，整體結(jié)晶器支架(2)安裝在前爐膛(8)左側(cè)端面上，用于固定石墨結(jié)晶器；出液口(3)附近的銅液不斷流入石墨結(jié)晶器，經(jīng)冷卻凝固牽引出鑄坯；中爐襯(11)上開設有平衡液孔(23)，對前爐膛(8)補液；后爐膛(18)與中爐膛(10)之間設有中爐襯(11)，中爐襯(11)主體由工作襯(7)組成，中間部分由保溫磚b(12)、陶瓷纖維板b(13)和鋼板b(14)圍成一個矩形空間；中爐襯(11)上安裝有石墨陶瓷截止閥，手柄(15)與螺桿(16)固連，螺桿(16)與閥塞(21)連接；閥體(20)采用陶瓷材料，閥塞(21)采用陶瓷、石墨或碳化硅材料；所述石墨陶瓷截止閥上設有手柄(15)、螺桿(16)、螺母(17)、法蘭a(19)、閥體(20)、閥塞(21)和法蘭b(22)；石墨陶瓷截止閥安裝在中爐膛(10)和后爐膛(18)之間，手柄(15)與螺桿(16)連接，通過螺母(17)限位；在中爐膛(10)和后爐膛(18)之間的下部設有法蘭a(19)和法蘭b(22)，閥體(20)的兩側(cè)設置有法蘭a(19)和法蘭b(22)，閥塞(21)與螺桿(16)下端連接，同步升降，閥塞(21)的擋板能通過升降調(diào)節(jié)兩側(cè)法蘭a(19)和法蘭b(22)的通斷。2.一種如權(quán)利要求1所述的可控流量水平連鑄保溫爐膛的流量控制方法，其特征在于：通過轉(zhuǎn)動手柄(15)，帶動螺桿(16)在矩形空間沿上下方向運動，螺桿(16)帶動閥塞(21)一起運動，實現(xiàn)銅液流量的調(diào)控；后爐膛(18)用于接收熔化爐傾注的銅液，通過石墨陶瓷截止閥開度的變化，實現(xiàn)對中爐膛(10)的補液，補液量與單位時間內(nèi)牽引出來的鑄坯體積相對應，能通過建立銅液流量與牽引速度、爐內(nèi)壓力、鑄坯尺寸的函數(shù)方程，控制石墨陶瓷截止閥開度，實現(xiàn)銅液流量的自動調(diào)控。中爐膛(10)能對前爐膛(8)進行補液，中爐膛(10)上設有中爐襯(11)，保溫磚b(12)，陶瓷纖維板b(13)，鋼板b(14)，平衡液孔(23)，前爐膛(8)與中爐膛(10)通過平衡液孔(23)實現(xiàn)銅液的傳遞。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控流量水平連鑄保溫爐膛的流量控制方法，其特征在于：后爐膛(18)對中爐膛(10)的補液量與牽引出來的鑄坯消耗的銅液量一致。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控流量水平連鑄保溫爐膛的流量控制方法，其特征在于：前爐膛(8)與中爐膛(10)的液面高度穩(wěn)定，變化量小于20mm。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控流量水平連鑄保溫爐膛的流量控制方法，其特征在于：通過建立銅液流量與牽引速度、爐內(nèi)壓力、鑄坯尺寸的函數(shù)方程，控制石墨陶瓷截止閥開度，實現(xiàn)銅液流量的自動調(diào)控；
銅液流量與牽引速度、爐內(nèi)壓力、鑄坯尺寸的函數(shù)方程：v
cu2
＝[c
cu2
·
ρ
cu2
·
k
cu
·
(t
l2-t
s2
)]-1
·
[c
w1
·
ρ
w1
·vw1
·
(t
1o-t
1i
)-c
cu1
·
ρ
cu1
·vcu1
·
a
cu1
·
(t
s2-t
s1
)]
????
公式(1)公式(1)中，各符號含義如下：v
cu2
銅液流量，c
cu2
銅液比熱，ρ
cu2
銅液密度，k
cu
爐內(nèi)壓力系數(shù)，t
l2
銅液溫度，t
s2
銅液凝固溫度，c
w1
冷卻水比熱，ρ
w1
冷卻水密度，v
w1
冷卻水流量，t
1o
冷卻水出水口溫度，t
1i
冷卻水入水口溫度，c
cu1
銅比熱，ρ
cu1
銅密度，v
cu1
牽引速度，a
cu1
鑄坯橫截面積，t
s1
鑄坯出口溫度。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控流量水平連鑄保溫爐膛的流量控制方法，其特征在于：后爐膛(18)接收熔化爐傾注的銅液，銅液傾注時，能調(diào)整石墨陶瓷截止閥開度，保持后爐膛(18)進入中爐膛(10) 的銅液流量穩(wěn)定。
技術(shù)總結(jié)
一種可控流量水平連鑄保溫爐膛，該裝置包括爐體、前爐膛、中爐膛、后爐膛、石墨陶瓷截止閥。中爐襯上開設有平衡液孔，負責前爐膛補液；后爐膛與中爐膛之間設有中爐襯，中爐襯主體由工作襯組成，中爐襯上安裝有石墨陶瓷截止閥，通過轉(zhuǎn)動手柄，帶動螺桿在矩形空間的上下運動，螺桿帶動閥塞一起運動，實現(xiàn)銅液流量的調(diào)控，后爐膛用于接收熔化爐傾注的銅液，通過石墨陶瓷截止閥開度的變化，實現(xiàn)對中爐膛的補液。本發(fā)明牽引過程中，保溫爐前爐膛液面高度變化很小，銅液壓力穩(wěn)定，鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定，提高了生產(chǎn)效率與設備利用率，符合國家節(jié)能減排的要求。裝置加工成本低，操作方便，適合各種銅及銅合金管材、板材、棒材水平連鑄生產(chǎn)，適用范圍極廣。廣。廣。
