一种可控流量水平连铸保温炉膛及流量控制方法
1.本发明涉及铜及铜合金管、板带水平连铸保温领域，特别涉及一种可控流量水平连铸保温炉膛及流量控制方法。
背景技术：
2.传统的铜及铜合金管、板带水平连铸保温炉膛主要由进液炉膛和出液炉膛组成，出液炉膛负责给铜及铜合金管、板带石墨结晶器提供铜液，保持连续的牵引过程。进液炉膛负责给出液炉膛补液，进液炉膛的铜液由熔化炉直接注入，铜液注入时冲击大，液体压力不稳定，传导到出液炉膛后造成保温炉内压力波动，影响了铸坯质量。另外，进液炉膛和出液炉膛通过底部的联通口实现铜液的传递，出液炉膛的铜液随着铜及铜合金管、板带连续牵引逐渐减少，液面高度降低，进液炉膛不能及时补充铜液，导致在水平连铸过程中，保温炉内铜液液面高度不断变化，造成石墨结晶器进液孔处铜液压力不断变化，进液速度不稳定，对铸坯质量的稳定性造成影响。
技术实现要素：
3.本发明的目的是为了提升铜及铜合金管、板带在连续牵引过程中，保温炉内的液面高度与炉内铜液压力的稳定性，为了铜液在炉膛内的流动易于实现智能控制，提升产品质量的稳定性，降低废品率，符合国家节能减排与智能制造的要求。
4.针对铜及铜合金管、板带水平连铸连续牵引过程保温炉膛中如背景技术中所述的缺陷，本发明的目的是提供一种连续性好，效率高、安全可靠、适用范围广、易于实现智能控制的可控流量水平连铸保温炉膛。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：
6.一种可控流量水平连铸保温炉膛，其特征在于：所述的可控流量水平连铸保温炉膛，包括结晶器安装口1，整体结晶器支架2，出液口3，钢板a4，陶瓷纤维板a5，保温砖a6，工作衬7，前炉膛8，前炉衬9，中炉膛10，中炉衬11，保温砖b12，陶瓷纤维板b13，钢板 b14，手柄15，螺杆16，螺母17，后炉膛18，法兰a19，阀体20，阀塞21，法兰b22，平衡液孔23：
7.其中：整个保温炉体外围由外向内分别安装钢板a4、陶瓷纤维板a5、保温砖a6和工作衬7，起到支撑炉体结构强度与保温的作用；
8.前炉膛8左侧端面开设有结晶器安装口1与出液口3，整体结晶器支架2安装在前炉膛8左侧端面上，用于固定石墨结晶器；出液口 3附近的铜液不断流入石墨结晶器，经冷却凝固牵引出铸坯；中炉衬 11上开设有平衡液孔23，对前炉膛8补液；后炉膛18与中炉膛10 之间设有中炉衬11，中炉衬11主体由工作衬7组成，中间部分由保温砖b12、陶瓷纤维板b13和钢板b14围成一个矩形空间；
9.中炉衬11上安装有石墨陶瓷截止阀，能通过转动手柄15，带动螺杆16在矩形空间的上下运动，螺杆16带动阀塞21一起运动，实现铜液流量的调控；
10.后炉膛18用于接收熔化炉倾注的铜液，通过石墨陶瓷截止阀开度的变化，实现对
中炉膛10的补液，补液量与单位时间内牵引出来的铸坯体积相对应，能通过建立铜液流量与牵引速度、炉内压力、铸坯尺寸的函数方程，控制石墨陶瓷截止阀开度，实现铜液流量的自动调控。
11.中炉膛10能对前炉膛8进行补液，后炉膛18能对中炉膛10进行补液。
12.后炉膛18通过石墨陶瓷截止阀实现对中炉膛10补液量的控制。
13.后炉膛18对中炉膛10的补液量与牵引出来的铸坯消耗的铜液量一致。
14.前炉膛8与中炉膛10的液面高度稳定，变化量小于20mm。
15.通过建立铜液流量与牵引速度、炉内压力、铸坯尺寸的函数方程，控制石墨陶瓷截止阀开度，实现铜液流量的自动调控；
16.铜液流量与牵引速度、炉内压力、铸坯尺寸的函数方程：
[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，各符号含义如下：
[0019]vcu2
铜液流量，c
cu2
铜液比热，ρ
cu2
铜液密度，k
cu
炉内压力系数，t
l2
铜液温度，t
s2
铜液凝固温度，c
w1
冷却水比热，ρ
w1
冷却水密度，v
w1
冷却水流量，t
1o
冷却水出水口温度，t
1i
冷却水入水口温度，c
cu1
铜比热，ρ
cu1
铜密度，v
cu1
牵引速度，a
cu1
铸坯横截面积， t
s1
铸坯出口温度。
[0020]
后炉膛18接收熔化炉倾注的铜液，铜液倾注时，能调整石墨陶瓷截止阀开度，保持后炉膛18进入中炉膛10的铜液流量稳定。
[0021]
能实现厚度5-20mm，宽度200—600mm的板带，直径50-100mm、壁厚15-30mm的管坯与直径50-100mm棒材连续牵引。
[0022]
所述中炉膛10上设有中炉衬11，保温砖b12，陶瓷纤维板b13，钢板b14，平衡液孔23，前炉膛8与中炉膛10通过平衡液孔23实现铜液的传递。
[0023]
所述后炉膛18负责提供补液和稳定铜液压力作用。当熔化炉向后炉膛18倾注铜液时，铜液压变大，减小石墨陶瓷截止阀开度，降低铜液由后炉膛18进入中炉膛10的流量，保持前炉膛8与中炉膛 10液面的高度的稳定性。
[0024]
熔化炉倾液结束后，调节石墨陶瓷截止阀开度，保持前炉膛8出液速度与后炉膛18补液速度一致。
[0025]
所述石墨陶瓷截止阀上设有手柄15、螺杆16、螺母17、法兰a19、阀体20、阀塞21和法兰b22。
[0026]
石墨陶瓷截止阀安装在中炉膛10和后炉膛18之间，手柄15与螺杆16连接，通过螺母17限位；
[0027]
在中炉膛10和后炉膛18之间的下部设有法兰a19和法兰b22，法兰a19和法兰b22形成的空腔中为阀体20结构；阀塞21与螺杆 16下端连接，同步升降，阀塞21的挡板能通过升降调节两侧法兰a19 和法兰b22的通断；
[0028]
阀体20采用陶瓷材料，阀塞21采用陶瓷、石墨、碳化硅材料。通过转动手柄15，螺杆16带动阀塞21，实现铜液流量的控制。
[0029]
铜液流量的变化取决于牵引速度、炉内压力、板坯或管坯尺寸，可以根据牵引速度、炉内压力与板坯或管坯尺寸建立函数方程，根据函数方程调整手柄15的转动角度，实现铜液流量的自动调控。也可以根据经验，人工调整手柄15的转动角度。
[0030]
本发明的有益效果：
[0031]
在不改变铜管、板带生产线的前提下，实现铜管与板带材水平连铸连续牵引，牵引过程中，保温炉前炉膛8液面高度变化很小，铜液压力稳定，铸坯质量稳定，生产效率与设备利用率高。铜管及板带的生产趋势逐渐走向智能制造，牵引速度可以从牵引机的电机转速中直接提取，炉内压力可以通过传感器直接提取，铸坯的尺寸规格是已知的，可以建立相应的铜液流量与牵引速度、炉内压力、铸坯尺寸的函数方程，通过该方程，控制石墨陶瓷截止阀开度，实现铜液流量的自动调控。本发明符合国家节能减排需求，满足了铜管与铜板带智能制造的工艺要求。
附图说明
[0032]
图1为可控流量水平连铸保温炉膛主视图；
[0033]
图2为可控流量水平连铸保温炉膛俯视图；
[0034]
附图所示编号含义如下：
[0035]
1、结晶器安装口，2、整体结晶器支架，3、出液口，4、钢板a， 5、陶瓷纤维板a，6、保温砖a，7、工作衬，8、前炉膛，9、前炉衬， 10、中炉膛，11、中炉衬，12、保温砖b，13、陶瓷纤维板b，14、钢板b，15、手柄，16、螺杆，17、螺母，18、后炉膛，19、法兰a，20、阀体，21、阀塞，22、法兰b，23、平衡液孔。
具体实施方式
[0036]
实施例
[0037]
一种可控流量水平连铸保温炉膛，如图1所示，其整套装置主要包括结晶器安装口1，整体结晶器支架2，出液口3，钢板a4，陶瓷纤维板a5，保温砖a6，工作衬7，前炉膛8，前炉衬9，中炉膛10，中炉衬11，保温砖b12，陶瓷纤维板b13，钢板b14，手柄15，螺杆 16，螺母17，后炉膛18，法兰a19，阀体20，阀塞21，法兰b22，平衡液孔23。
[0038]
整个保温炉体外围由外向内分别安装钢板a4，陶瓷纤维板a5，保温砖a6，工作衬7，起到支撑炉体结构强度与保温的作用。前炉膛8 左侧端面开设有结晶器安装口1与出液口3，整体结晶器支架2安装在前炉膛8左侧端面上，用于固定石墨结晶器。出液口3附近的铜液不断流入石墨结晶器，经冷却凝固牵引出铸坯。
[0039]
中炉衬11上开设有平衡液孔23，负责前炉膛8补液。后炉膛18 与中炉膛10之间设有中炉衬11，中炉衬11主体由工作衬7组成，中间部分由保温砖b12、陶瓷纤维板b13与钢板b14围成一个矩形空间。中炉衬11上安装有石墨陶瓷截止阀，通过转动手柄15，带动螺杆16在矩形空间的上下运动，螺杆16带动阀塞21一起运动，实现铜液流量的调控。后炉膛18用于接收熔化炉倾注的铜液，通过石墨陶瓷截止阀开度的变化，实现对中炉膛10的补液，补液量应与单位时间内牵引出来的铸坯体积相对应，可以通过建立铜液流量与牵引速度、炉内压力、铸坯尺寸的函数方程，控制石墨陶瓷截止阀开度，实现铜液流量的自动调控。
[0040]
一种可控流量水平连铸保温炉膛的流量控制方法，其特征在于：通过转动手柄15，带动螺杆16在矩形空间沿上下方向运动，螺杆16 带动阀塞21一起运动，实现铜液流量的调控；
[0041]
后炉膛18用于接收熔化炉倾注的铜液，通过石墨陶瓷截止阀开度的变化，实现对
中炉膛10的补液，补液量与单位时间内牵引出来的铸坯体积相对应，能通过建立铜液流量与牵引速度、炉内压力、铸坯尺寸的函数方程，控制石墨陶瓷截止阀开度，实现铜液流量的自动调控。
[0042]
中炉膛10能对前炉膛8进行补液，中炉膛10上设有中炉衬11，保温砖b12，陶瓷纤维板b13，钢板b14，平衡液孔23，前炉膛8与中炉膛10通过平衡液孔23实现铜液的传递。
[0043]
后炉膛18对中炉膛10的补液量与牵引出来的铸坯消耗的铜液量一致。
[0044]
前炉膛8与中炉膛10的液面高度稳定，变化量小于20mm。
[0045]
通过建立铜液流量与牵引速度、炉内压力、铸坯尺寸的函数方程 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，各符号含义如下。
[0046]
vcu2铜液流量，ccu2铜液比热，ρcu2铜液密度，kcu炉内压力系数，tl2铜液温度，ts2铜液凝固温度，cw1冷却水比热，ρw1冷却水密度，vw1冷却水流量，t1o冷却水出水口温度，t1i冷却水入水口温度，ccu1铜比热，ρcu1铜密度，vcu1牵引速度， acu1铸坯横截面积，ts1铸坯出口温度。控制石墨陶瓷截止阀开度，实现铜液流量的自动调控。
[0047]
后炉膛18接收熔化炉倾注的铜液，铜液倾注时，能调整石墨陶瓷截止阀开度，保持后炉膛18进入中炉膛10的铜液流量稳定。
[0048]
本发明未尽事宜为公知技术。
[0049]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种可控流量水平连铸保温炉膛，其特征在于：所述的可控流量水平连铸保温炉膛，包括结晶器安装口(1)，整体结晶器支架(2)，出液口(3)，钢板a(4)，陶瓷纤维板a(5)，保温砖a(6)，工作衬(7)，前炉膛(8)，前炉衬(9)，中炉膛(10)，中炉衬(11)，保温砖b(12)，陶瓷纤维板b(13)，钢板b(14)，手柄(15)，螺杆(16)，螺母(17)，后炉膛(18)，法兰a(19)，阀体(20)，阀塞(21)，法兰b(22)，平衡液孔(23)：其中：整个保温炉体外围由外向内分别安装钢板a(4)、陶瓷纤维板a(5)、保温砖a(6)和工作衬(7)，起到支撑炉体结构强度与保温的作用；前炉膛(8)左侧端面开设有结晶器安装口(1)与出液口(3)，整体结晶器支架(2)安装在前炉膛(8)左侧端面上，用于固定石墨结晶器；出液口(3)附近的铜液不断流入石墨结晶器，经冷却凝固牵引出铸坯；中炉衬(11)上开设有平衡液孔(23)，对前炉膛(8)补液；后炉膛(18)与中炉膛(10)之间设有中炉衬(11)，中炉衬(11)主体由工作衬(7)组成，中间部分由保温砖b(12)、陶瓷纤维板b(13)和钢板b(14)围成一个矩形空间；中炉衬(11)上安装有石墨陶瓷截止阀，手柄(15)与螺杆(16)固连，螺杆(16)与阀塞(21)连接；阀体(20)采用陶瓷材料，阀塞(21)采用陶瓷、石墨或碳化硅材料；所述石墨陶瓷截止阀上设有手柄(15)、螺杆(16)、螺母(17)、法兰a(19)、阀体(20)、阀塞(21)和法兰b(22)；石墨陶瓷截止阀安装在中炉膛(10)和后炉膛(18)之间，手柄(15)与螺杆(16)连接，通过螺母(17)限位；在中炉膛(10)和后炉膛(18)之间的下部设有法兰a(19)和法兰b(22)，阀体(20)的两侧设置有法兰a(19)和法兰b(22)，阀塞(21)与螺杆(16)下端连接，同步升降，阀塞(21)的挡板能通过升降调节两侧法兰a(19)和法兰b(22)的通断。2.一种如权利要求1所述的可控流量水平连铸保温炉膛的流量控制方法，其特征在于：通过转动手柄(15)，带动螺杆(16)在矩形空间沿上下方向运动，螺杆(16)带动阀塞(21)一起运动，实现铜液流量的调控；后炉膛(18)用于接收熔化炉倾注的铜液，通过石墨陶瓷截止阀开度的变化，实现对中炉膛(10)的补液，补液量与单位时间内牵引出来的铸坯体积相对应，能通过建立铜液流量与牵引速度、炉内压力、铸坯尺寸的函数方程，控制石墨陶瓷截止阀开度，实现铜液流量的自动调控。中炉膛(10)能对前炉膛(8)进行补液，中炉膛(10)上设有中炉衬(11)，保温砖b(12)，陶瓷纤维板b(13)，钢板b(14)，平衡液孔(23)，前炉膛(8)与中炉膛(10)通过平衡液孔(23)实现铜液的传递。3.根据权利要求2所述的可控流量水平连铸保温炉膛的流量控制方法，其特征在于：后炉膛(18)对中炉膛(10)的补液量与牵引出来的铸坯消耗的铜液量一致。4.根据权利要求2所述的可控流量水平连铸保温炉膛的流量控制方法，其特征在于：前炉膛(8)与中炉膛(10)的液面高度稳定，变化量小于20mm。5.根据权利要求2所述的可控流量水平连铸保温炉膛的流量控制方法，其特征在于：通过建立铜液流量与牵引速度、炉内压力、铸坯尺寸的函数方程，控制石墨陶瓷截止阀开度，实现铜液流量的自动调控；
铜液流量与牵引速度、炉内压力、铸坯尺寸的函数方程：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，各符号含义如下：v
cu2
铜液流量，c
cu2
铜液比热，ρ
cu2
铜液密度，k
cu
炉内压力系数，t
l2
铜液温度，t
s2
铜液凝固温度，c
w1
冷却水比热，ρ
w1
冷却水密度，v
w1
冷却水流量，t
1o
冷却水出水口温度，t
1i
冷却水入水口温度，c
cu1
铜比热，ρ
cu1
铜密度，v
cu1
牵引速度，a
cu1
铸坯横截面积，t
s1
铸坯出口温度。6.根据权利要求2所述的可控流量水平连铸保温炉膛的流量控制方法，其特征在于：后炉膛(18)接收熔化炉倾注的铜液，铜液倾注时，能调整石墨陶瓷截止阀开度，保持后炉膛(18)进入中炉膛(10) 的铜液流量稳定。
技术总结
一种可控流量水平连铸保温炉膛，该装置包括炉体、前炉膛、中炉膛、后炉膛、石墨陶瓷截止阀。中炉衬上开设有平衡液孔，负责前炉膛补液；后炉膛与中炉膛之间设有中炉衬，中炉衬主体由工作衬组成，中炉衬上安装有石墨陶瓷截止阀，通过转动手柄，带动螺杆在矩形空间的上下运动，螺杆带动阀塞一起运动，实现铜液流量的调控，后炉膛用于接收熔化炉倾注的铜液，通过石墨陶瓷截止阀开度的变化，实现对中炉膛的补液。本发明牵引过程中，保温炉前炉膛液面高度变化很小，铜液压力稳定，铸坯质量稳定，提高了生产效率与设备利用率，符合国家节能减排的要求。装置加工成本低，操作方便，适合各种铜及铜合金管材、板材、棒材水平连铸生产，适用范围极广。广。广。
