[发明专利]加热式充压型水冷钢锭模具及冷却方法

权利要求书

1.一种加热式充压型水冷钢锭模具，其特征在于：其包括加热装置、冷却装置、气体流通装置、铸箱、旋转动力机构和中央控制计算机；所述加热装置与所述铸箱活动连接，所述气体流通装置固定在所述铸箱上壁，所述铸箱与所述旋转动力机构固定连接，所述冷却装置设置在所述铸箱的外侧；所述中央控制计算机远程控制所述加热装置、所述旋转动力机构和所述冷却装置；

所述气体流通装置包括导气管和球阀，所述导气管与所述球阀固定连接；

所述加热装置包括第一电动推杆、第二电动推杆、线圈、柱筒、下支座；所述第二电动推杆、所述线圈和所述下支座均设置在所述铸箱内侧，所述第一电动推杆在铸箱外侧；所述柱筒包括第一隔热桶、第二隔热桶和隔热板，所述第一隔热桶的下端与所述第二隔热桶的上端连接，并形成中空结构，所述隔热板设置在所述中空结构中，所述第一电动推杆通过连杆与所述柱筒的上壁固定连接，所述第二电动推杆与所述柱筒的上壁固定连接；

所述冷却装置包括水枪架、多个水枪和固定板，所述多个水枪与所述水枪架固定连接，所述固定板设置在所述水枪架的上方；

所述铸箱包括第一铸箱和第二铸箱，所述第一铸箱与所述第二铸箱固定连接，所述第一铸箱上设置有浇口盖和无线气压传感器；

所述旋转动力机构与铸箱纵向同心放置，所述旋转动力机构上表面设置有凹槽；所述凹槽下表面中心开设有安装槽，用于放置热电偶、电线和电源；

所述下支座包括三角体一和三角体二，所述三角体一和所述三角体二平行设置，所述三角体一与多个所述线圈的第二端通过第一吊耳固定连接，所述线圈的第一端通过支撑杆和第二吊耳与所述三角体二固定连接。

2.根据权利要求1所述的加热式充压型水冷钢锭模具，其特征在于：所述第一电动推杆通过连杆与所述柱筒的上壁固定连接；所述第二电动推杆通过螺栓与所述柱筒的上壁固定连接。

3.根据权利要求1所述的加热式充压型水冷钢锭模具，其特征在于：三组加热线圈呈三片风扇式安装，三组加热线圈绕三角体一周向120°均匀排列。

4.根据权利要求1所述的加热式充压型水冷钢锭模具，其特征在于：所述第二铸箱能内嵌于所述凹槽之中，所述旋转动力机构带动所述铸箱旋转。

5.一种基于权利要求1所述的加热式充压型水冷钢锭模具的钢锭铸造方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、在铸箱底部预埋热电偶；

S2、将三组加热线圈通电，从浇注口浇注钢液，浇注完成后，打开充压气箱侧部的球阀，充入氮气，利用第一铸箱上壁安装的无线气压传感器实时监测反馈铸箱内压力值，当铸箱内压力值达到P时，停止输入氮气，关闭球阀；

S3、启动旋转动力机构以及加热装置，利用三组加热线圈在钢液中心感应加热出椭球形温度场，铸箱底部的热电偶将热传导的热信号反馈给中央控制计算机；

S4、根据热信号，由中央控制计算机控制线圈通电大小，并控制第二电动推杆回程拉动支撑杆，进而调节线圈夹角；同时，控制各组冷却水枪的出水量，从而对椭球形温度场的温度进行调节；

步骤S4具体包括以下子步骤：

S41：初态时，热电偶所测热信号温度为铸液熔融温度T₁=1300℃，第一电动推杆和第二电动推杆的推杆均处于推程极限状态，推杆最下端的三角体二处于距离铸液液面2-3cm，此时三组加热线圈处于水平状态，线圈通入电流最大，冷却水从铸模下部的第三组水枪的流量至铸模上部第一组水枪的流量逐渐减小；

S42：中间态时，热电偶所测热信号温度为T₂=600-700℃，第一电动推杆和第二电动推杆的推杆开始回程，第一电动推杆带动隔热柱筒上升，安装于隔热柱筒上壁的第二电动推杆同时上升，第二电动推杆的推杆回程使得推杆最下端的三角体二上升，通过拉动支撑杆使得线圈角度发生改变，回程状态直至三角体二处于距三角体一下端面2-3cm时停止，此时三组加热线圈与三角体一的中轴线夹角为40°-50°，线圈通入电流减小，冷却水在铸模中部第二组水枪处流量最大；

S43：末态时，热电偶所测热信号温度为T₃=100-200℃，第一电动推杆和第二电动推杆如步骤S42般开始回程，回程状态直至三角体二处于距三角体一上端面2-3cm时停止，此时三组加热线圈处于竖直状态，线圈停止通入电流，冷却水在铸模上部的第一组水枪流量最大；

S44：当热电偶测量温度达到室温25℃时，中央控制计算机接收热信号后，控制第一电动推杆和第二电动推杆的推杆开始恢复初始状态，等待下一次水冷过程；

S5、待铸模内钢锭完全冷却后，抽出铸箱内的氮气及其他杂质气体，内外压强平衡后取出铸造钢锭。