铝合金气膜连续铸造结晶器.pdf

一种铝合金气膜连续铸造结晶器，采用特殊结构的石墨环与水冷铜套形成环形润滑油腔和环形气腔，环形润滑油腔和环形气腔分别与结晶器内润滑油管和气管相通，依靠外部压力，在石墨环内表面形成均匀的环形油气膜。石墨环和水冷铜套采用过盈配合，用高温密封胶密封石墨环下端面和水冷铜套结合部，用密封圈密封石墨环上端面和盖板。采用分离的水冷圆套引入冷却水冷却结晶器，采用三道密封圈密封冷却水通道，防止冷却水在结晶器内外的泄漏。本发明的结晶器结构简单，安装方便，维护成本低；易损部件为石墨环，更换容易；采用循环水冷却结晶器，冷却机构安装简单，结晶器安装结构与热顶连铸结晶器相同，可实现互换。

1、  一种铝合金气膜连续铸造结晶器，其特征在于水冷铜套(10)与镶嵌在其中的石墨环(7)过盈配合，石墨环(7)外侧开的环形润滑油槽和环形气体槽，与水冷铜套壁形成沿石墨环外侧分布的环形油腔(5)和环形气腔(6)，水冷铜套(10)上的进气管(9)和进油管(13)分别与气腔(6)和油腔(5)连通，石墨环(7)下端与水冷铜套(10)的结合部采用高温密封胶形成的密封层(12)密封，石墨环(7)上端、水冷铜套(10)及盖板(1)三者的结合部采用油气密封圈(4)密封，水冷铜套(10)的外侧的环形槽与水冷圆套(8)组成冷却水通道，水冷铜套(10)和水冷圆套(8)的结合面设置密封圈(11)，水冷圆套(8)与盖板(1)的结合面设置防外泄密封圈(2)防止冷却水泄漏到结晶器的外部，水冷铜套(10)和盖板(1)的结合面设置防内漏密封圈(3)防止冷却水进入结晶器内部。

铝合金气膜连续铸造结晶器
技术领域
本发明涉及一种铝合金气膜连续铸造结晶器，应用于铝合金的连续铸造。
背景技术
1936年，德国Vereinigte轻合金加工厂用半连续铸造机生产铝合金棒坯，标志着真正具有商业意义的铝合金续铸技术的开始，迄今为止，已经有近70年历史。铝合金连铸技术围绕着提高铸锭质量和生产效率向前发展，先后出现了多种工艺，典型工艺有：传统直冷铸造、矮模铸造、水平铸造、电磁铸造、热顶铸造、气膜铸造、热型连铸等。铝合金连铸技术发展的主要内容与结晶器结构的改进相联系，目的是通过改变结晶器结构和传热特性，生产高质量铸锭。
气膜连铸技术是在结晶器和铸锭之间增加人工气膜，减少铸锭和结晶器之间的传热，改善结晶的传热特性，使铸锭质量显著改善。国外，气膜连铸技术已取代了热顶铸造技术用来生产铝合金挤压锭。
气膜连铸结晶器是气膜连铸设备的核心部件，从结构和工艺上保证产生均匀连续的气膜，其中石墨环是结晶器的重要部件，其结构及其安装方法对气膜的形成和均匀性有影响。
国外生产的成套气膜连铸设备价格高，阻碍了气膜连铸技术在国内的推广应用。现有公开文献都只讨论气膜连铸结晶器的示意结构，而国外气膜连铸设备中的结晶器结构及石墨环结构都属于机密技术。国内气膜连铸的研究水平处于实验室试验阶段，气膜连铸结晶器研制还是空白。
目前国内广泛采用的热顶连铸结晶器，结构上虽然与气膜连铸结晶器类似，采用石墨环和润滑油润滑，但无法提供连续的气体和润滑油，不能形成连续均匀气膜。热顶连铸结晶器内部结构不能满足气膜连铸的工艺要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计一种新型结构的铝合金气膜连铸结晶器，使之能形成隔离结晶器和铝合金铸锭的均匀气膜，生产表面光洁、直接用于挤压的铝合金铸锭。
为实现这样的目的，本发明在结晶器的水冷铜套上镶嵌一个石墨环，两者过盈配合，石墨环外侧分别加工环形润滑油槽和环形气体槽，依靠石墨环和水冷铜套的过盈配合，与水冷铜套壁形成沿石墨环外侧分布的环形油腔和环形气腔。水冷铜套上的进气管和进油管，分别与对应的环形气腔和油腔连通，把外部气体和润滑油引到由石墨环上气槽和油槽组成的环形气腔和油腔中。依靠外部压力，润滑油和气体渗透石墨环，在石墨环表面形成均匀分布的环形油气泡带。为防止泄漏润滑油和气体，石墨环下端与水冷铜套的结合部采用高温密封胶密封，密封后在石墨环下端与水冷铜套的结合部形成密封层，石墨环上端、水冷铜套及盖板三者的结合部采用油气密封圈密封，水冷铜套的外侧的环形槽与水冷圆套组成冷却结晶器的冷却水通道，水冷铜套和水冷圆套的结合面设置密封圈，水冷圆套与盖板的结合面设置防外泄密封圈，防止冷却水泄漏到结晶器的外部，水冷铜套和盖板的结合面设置防内漏密封圈，防止冷却水进入结晶器内部。
环形气腔和油腔提供了沿环均匀分布的气压源和油压源，并限制了气体和润滑油的渗透面积，防止气体和润滑油沿石墨环与水冷铜套结合面串流而导致气膜不均匀。
石墨环和水冷铜套采用过盈配合，实现了密封环形油腔和气腔的目的，并减少水冷铜套和石墨环的接触热阻，降低石墨环温度。室温下水冷铜套直径小于石墨环直径，安装时，将水冷铜套加热到300℃，使之受热膨胀，将高温密封胶涂在石墨环的下端，将石墨环放入水冷铜套。水冷铜套冷却后紧紧压住石墨环。高温密封胶形成弹性体，密封石墨环下端和水冷铜套的结合部。
本发明采用循环冷却水冷却结晶器，冷却机构由水冷铜套和水冷圆套组成，水冷铜套结构外侧加工环形槽，与水冷圆套组成冷却水通道。冷却水从水冷圆套的进水口进入，沿环形冷却水通道冷却结晶器，最后从水冷圆套出水口流出。本发明采用三道密封圈密封冷却水通道，防止冷却水在结晶器内外的泄漏。
本发明的结晶器结构简单，安装方便，维护成本低；易损部件为石墨环，更换容易；采用循环水冷却结晶器，冷却机构安装简单，结晶器安装结构与热顶连铸结晶器相同，可实现互换。
附图说明
图1是本发明结晶器的结构示意图。
图1中，1为盖板，2为冷却水防外泄密封圈，3为冷却水防内漏密封圈，4为油气密封圈，5为油腔，6为气腔，7为石墨环，8为水冷却机构，9为进气管，10为水冷铜套，11为密封圈，12为高温密封胶密封层，13为进油管。
图2为石墨环与水冷铜套结合部的放大图。
图2中，1为盖板，4为油气密封圈，5为油腔，6为气腔，7为石墨环，10为水冷铜套，12为高温密封胶密封层。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。
本发明结晶器的结构如图1所示，水冷铜套10内镶嵌石墨环7，两者过盈配合，石墨环7的外侧分别加工宽为1mm和3mm的润滑油槽和气体分配槽，由于水冷铜套10与石墨环7的过盈配合，润滑油槽和气体分配槽与水冷铜套壁形成沿石墨环外侧分布的环形油腔5和环形气腔6。水冷铜套上的进气管9和进油管13分别与石墨环7上对应的环形气腔6和环形油腔5连通，把外部气体和润滑油引到环形气腔6和环形油腔5中。在外部气压和润滑油压作用下，气体和润滑油沿环形气腔6和环形油腔5渗透过石墨环7，在石墨环7内表面形成均匀分布的环形油气泡带。为防止润滑油和气体泄漏，石墨环7下端与水冷铜套10的结合部采用高温密封胶形成的密封层12密封，石墨环7上端、水冷铜套10及盖板1三者的结合部采用油气密封圈4密封，防止润油和气从水冷铜套10和石墨环7的上结合部泄漏。
水冷铜套10的外侧的环形槽与水冷圆套8组成冷却水通道，水冷铜套10和水冷圆套8的结合面设置密封圈11。在水冷圆套8与盖板1的结合面设置防外泄密封圈2，防止冷却水泄漏到结晶器的外部，在水冷铜套10和盖板1地结合面设置防内漏密封圈3，防止冷却水进入结晶器内部。
图2为本发明中石墨环与水冷铜套结合部结构的放大图。如图2所示，水冷铜套10与石墨环7之间有沿石墨环环形分布的油腔5和气腔6，石墨环7下端与水冷铜套10的结合部采用高温密封胶形成的密封层12密封，石墨环7上端、水冷铜套10及盖板1三者的结合部采用油气密封圈4密封，防止润油和气从水冷铜套10和石墨环7的上结合部泄漏。
本发明中石墨环7外壁和水冷铜套10内壁按过盈配合的公差要求加工，实现了密封油腔5和气腔6的目的，并减少水冷铜套10和石墨环7的接触热阻，降低了石墨环7的温度。室温下水冷铜套10的直径小于石墨环7的直径，安装时，水冷铜套10加热到300℃，受热膨胀，在石墨环7的下端面涂上高温密封胶放入水冷铜套10中，及时加压和旋动石墨环7。水冷铜套10冷却后，紧紧压在石墨环7上，高温密封胶形成高强度弹性体，在石墨环下端部和水冷铜套的结合部形成密封层12。
本发明采用循环冷却水冷却结晶器，冷却机构由水冷铜套10和水冷却圆套8组成，水冷铜套10的结构外侧加工环形槽，与水冷圆套8组成冷却水通道。冷却水从水冷圆套8的进水口进入，沿冷却水通道冷却结晶器，最后从水冷圆套8出口流出。采用三道密封圈密封冷却水通道，防止冷却水在结晶器其它部位漏出。
装配好水冷铜套10和石墨环7后，装上水冷圆套8。水冷铜套10和水冷圆套8的结合面设置密封圈11，防止冷却水从水冷铜套10和水冷圆套8的结合面泄漏。装上盖板1时，把防外泄密封圈2、防内漏密封圈3和油气密封圈4放在水冷圆套8、水冷铜套10相应的密封圈槽中。盖上盖板1，用螺栓连接，压紧所有的密封圈，组合成结晶器单元。