本发明专利技术公开了一种用于轨道型材生产的组合式腹冷结晶器，包括梯形石墨衬套，梯形石墨衬套外侧面上设置有水冷夹层板，相邻水冷夹层板通过夹持卡连接固定，梯形石墨衬套的内部开设有工字形型腔和两个通孔，两个通孔分别位于工字形型腔立筋两侧的腰部，通孔内部设置有端部封闭的腹冷管，梯形石墨衬套两侧面的水冷夹层板上设置有与腹冷管相连通的出水管和进水管。采用本发明专利技术组合式腹冷结晶器能够使工字形型材横截面周缘各部位获得均匀的冷却，有助于按确定速度拉拔出型材，避免铁水泄露和型材边角上产生裂纹，同时使型材全断面上铸态组织相同，提高了轨道等工字形型材的综合力学性能。
【技术实现步骤摘要】
一种用于轨道型材生产的组合式腹冷结晶器
本专利技术属于铸铁型材连续铸造设备
，涉及一种用于轨道型材生产的组合式腹冷结晶器。
技术介绍
铸铁型材连续铸造所用的结晶器，是固定连接在保温炉上，对由保温炉流入其中的铁水予以形状约束和降温冷却，使之凝固结壳，并利用石墨衬套的润滑作用，结壳后的型材可以被连续拉拔出去的一种水冷装置。结晶器一般分为整体式和组合式两种，拉制圆形截面和小尺寸异形截面的型材，使用圆形整体套筒式结晶器，而拉制尺寸较大的矩形截面型材，一般使用由四块平板式结晶器组合而成的组合式结晶器。拉拔圆形截面铸铁型材(亦即“铸铁棒”)时，套筒形的整体式结晶器所提供的圆形温度场与型材横截面完全一致，型材表层得到了均匀一致的冷却，所凝固成的管状壳体在同一横截面上薄厚均匀，故可用确定的速度进行拉拔。但在拉拔异形截面的铸铁型材时，型材表层得不到均匀一致的冷却，所凝固成的壳体薄厚不一，于是出现了一个难题，如果拉拔速度快了，刚被拉出结晶器的凝固层某些部位较薄，此处的壳体高温强度太低，兜不住铁水的压力，结壳层会被冲破，发生泄露；而如果拉拔速度较慢，则在结晶器末端部分,型材凝固层某些部位(尤其是曲率半径较小处)较厚，壳体温度太低，材料性能处在脆性区，在拉拔力的作用下会出现裂纹。因此长期以来，连续铸造异形截面铸铁型材，其外缘上的曲率半径不能剧烈变化，故其截面尺寸都不大精确，又因为铸铁型材不能如连铸钢坯那样进行轧制,故难以实现“近终成形”，加工余量较大，造成材料和能源浪费。另外，由于横截面上各处的冷却速度不同，使得铸态组织的晶粒度和石墨球大小差别较大，导致截面各处的机械性能差别较大。从理论上说，上述问题归结为：对于横截面周缘上曲率半径变化较大的连铸型材而言，如何提供均匀一致的冷却速度和温度场。这一难题最现实的表现就是用传统的连续铸造方法，无法拉制工字形的型材，譬如铁路轨道和起重机钢轨，因为工字形型材的连续铸造无论使用圆形的整体式结晶器，还是矩形组合式结晶器，都无法实现型材横截面上的均匀冷却，因为型材的立筋处在中间位置，冷却速度最慢。随着高速铁路行车速度越来越高，噪音污染成为一大公害，这是因为传统的钢轨材料(U71MnG、U75VG等)由于没有吸音减震功能，难以抑制轮轨间的震动和噪声。有研究表明，用连续铸造方法拉制出全断面超细密的工字形球铁型材，经过特殊热处理而使其既有足够的力学性能、又依赖石墨与基体间的阻尼内耗作用而具有吸音减震的物理性能，可以作为低噪音高铁轨道的理想选材。制作工艺上，U71MnG和U75VG钢的工字形轨道可以通过轧制而制成，然而轧制工艺不能用于球铁，因为石墨球在轧制中将被压扁，遂使材料的力学性能大大降低，不堪使用，所以，必须直接连续铸造出工字形截面的球铁型材，这种型材的表面不允许有拉拔裂纹，而横断面上的石墨球必须处处细小、圆整、均匀分布。工字形型材的立筋处在中间位置，传统圆形或矩形结晶器无法对其进行快速冷却，得不到与轨道顶部和底部相一致的铸态组织和力学性能。显然，要想连续铸造出工字形轨道型材，首先需要研制出能对复杂截面的工字形轨道的周缘进行均匀快速冷却的结晶器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于轨道型材生产的组合式腹冷结晶器，解决了现有结晶器不能提供工字形型材全断面均匀快速冷却所需要的复杂温度场问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种用于轨道型材生产的组合式腹冷结晶器，包括梯形石墨衬套，梯形石墨衬套的上、下、左、右设置有水冷夹层板，相邻水冷夹层板通过夹持卡连接固定，组成一个梯形的水冷钢套。石墨衬套的内部开设有工字形型腔和两个通孔，两个通孔分别位于工字形型腔两侧腰部，通孔内部设置有端部封闭的腹冷管，腹冷管的横截面分圆形和长条圆形(即两端为半圆形，中间为矩形)两种，对立筋高度小于70mm的工字形型材，用圆形腹冷管结晶器即可，管直径为1.5英寸，腹冷管内侧与型材立筋的最近距离(即石墨最薄处)不小于20mm，若工字形型材的立筋高度大于70mm，则使用长条圆形腹冷管结晶器，两端半圆形的直径也为1.5英寸，腹冷管内平面与型材立筋的最近距离不小于15mm；梯形石墨衬套左右两侧的水冷夹层板上设置有与腹冷管相连通的出水管和进水管。本专利技术的技术特征还在于，夹持卡由两个对号型夹板、螺栓和螺母组成，两个夹板通过螺栓和螺母连接固定。梯形石墨衬套顶部设置有顶部水冷夹层板，顶部水冷夹层板内部设置有水流通道，外部设置有与水流通道连通的顶板出水嘴和顶板进水嘴。梯形石墨衬套底部设置有底部水冷夹层板，底部水冷夹层板内部设置有水流通道，外部设置有与水流通道连通的底板出水嘴和底板进水嘴。梯形石墨衬套左侧面外设置有左侧水冷夹层板，左侧水冷夹层板内部设置有水流通道，外部设置有与水流通道连通的左侧板进水嘴和左侧板出水嘴，和与左侧腹冷管连通的左侧腹冷进水管和出水管。梯形石墨衬套右侧面外设置有右侧水冷夹层板，右侧水冷夹层板内部设置有水流通道，外部设置有与水流通道连通的右侧板进水嘴和右侧板出水嘴，与右侧的腹冷管连通的右侧腹冷进水管和出水管。结晶器的进液口端部外设置有根部梯形法兰盘，用来与保温炉连接；型材出口一端外部设置有梯形压板，用来挡住梯形石墨衬套，防止其被拉出由四块水冷夹板组合成的梯形钢套，梯形压板通过螺钉与四块水冷夹层板的外端面相连接。通孔为圆形通孔或两端半圆中间矩形的长条形通孔，当通孔为圆形通孔时，通孔内侧距工字形型腔内壁的最小距离不小于20mm，当通孔为两端半圆中间矩形的长条形通孔时，通孔内侧距工字形型腔内壁的最小距离不小于15mm。本专利技术的有益效果是，通过在梯形石墨衬套的工字形型腔两侧开设通孔，在通孔中嵌入端部封闭的腹冷管，在轨道型材连续铸造过程中，腹部腹冷管的通水冷却，加强了轨道型材中部立筋的冷却速度；通过调整两个腹部腹冷管和四块水冷夹层板中的通水量大小，使轨道型材横截面周缘各部位获得均匀的冷却，获得如下益处：(1)根据工字形轨道立筋的尺寸，通过调整其两侧腹部腹冷管的具体位置和通水量，使轨道型材的轨顶、立筋和底边三处的冷却速度一致，型材被拉出结晶器时的温度一致，由此可以确定最佳的拉拔速度，避免了拉漏事故；(2)型材全断面上的铸态组织和石墨球大小均匀一致，经热处理后的机械性能与物理性能也就均匀一致；(3)根据工字形轨道底边的尺寸，通过调整下部水冷夹层板的通水量，使轨道底边两端避免过快冷却，可以防止此处出现拉拔裂纹。附图说明图1是本专利技术实施例1中组合式腹冷结晶器的外部结构示意图；图2是本专利技术实施例1中组合式腹冷结晶器的内部结构示意图；图3是本专利技术实施例1中组合式腹冷结晶器中腹冷管的结构示意图；图4是本专利技术实施例1中组合式腹冷结晶器中梯形石墨衬套的结构示意图；图5是本专利技术实施例2中组合式腹冷结晶器的外部结构示意图；图6是本专利技术实施例2中组合式腹冷结晶器的内部结构示意图；图7是本专利技术实施例2中组合式腹冷结晶器中腹冷管的结构示意图；图8是本专利技术实施例2中组合式腹冷结晶器中梯形石墨衬套本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于轨道型材生产的组合式腹冷结晶器，其特征在于，包括梯形石墨衬套(11)，梯形石墨衬套(11)外侧面上设置有水冷夹层板，相邻水冷夹层板通过夹持卡(2)连接固定，梯形石墨衬套(11)的内部开设有工字形型腔(5)和两个通孔(12)，两个通孔(12)分别位于工字形型腔(5)两侧腰部，通孔(12)内部设置有端部封闭的腹冷管(17)，梯形石墨衬套(11)两侧面的水冷夹层板上设置有与腹冷管(17)相连通的出水管和进水管。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于轨道型材生产的组合式腹冷结晶器，其特征在于，包括梯形石墨衬套(11)，梯形石墨衬套(11)外侧面上设置有水冷夹层板，相邻水冷夹层板通过夹持卡(2)连接固定，梯形石墨衬套(11)的内部开设有工字形型腔(5)和两个通孔(12)，两个通孔(12)分别位于工字形型腔(5)两侧腰部，通孔(12)内部设置有端部封闭的腹冷管(17)，梯形石墨衬套(11)两侧面的水冷夹层板上设置有与腹冷管(17)相连通的出水管和进水管。
2.根据权利要求1所述的一种用于轨道型材生产的组合式腹冷结晶器，其特征在于，所述夹持卡(2)由两个对号型夹板(21)、螺栓(22)和螺母(23)组成，两个夹板(21)通过螺栓(22)和螺母(23)连接固定。
3.根据权利要求1所述的一种用于轨道型材生产的组合式腹冷结晶器，其特征在于，所述梯形石墨衬套(11)顶部设置有顶部水冷夹层板(18)，顶部水冷夹层板(18)内部设置有水流通道，外部设置有与水流通道连通的顶板出水嘴(15)和顶板进水嘴(16)。
4.根据权利要求1所述的一种用于轨道型材生产的组合式腹冷结晶器，其特征在于，所述梯形石墨衬套(11)底部设置有底部水冷夹层板(19)，底部水冷夹层板(19)内部设置有水流通道，外部设置有与水流通道连通的底板出水嘴(10)和底板进水嘴(8)。
5.根据权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙楠，许旸，郜永福，黄志强，刘保健，张欣昱，王旭，
申请(专利权)人：江苏华龙铸铁型材有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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