采用超声波空化强化的金属结晶器及其冷却方法

摘要

本发明公开了一种采用超声波空化强化的金属结晶器及其冷却方法，用在钢铁、有色金属连续铸造结晶等技术领域，包括结晶器、超声波信号发生器、换能器，其中，换能器安装在结晶器的壳体上，超声波信号发生器与换能器通过导线联结。本发明通过超声波信号发生器发出高频信号，使换能器产生超声波振动，对结晶器内的冷却水产生超声波空化效应，使液体变为超湍流状态，强化换热。具有冷却能力提高；提高结晶金属机械性能；自动防垢；减小结晶器结构；节约能源；长期高冷却效率的优点。

权利要求

1.一种采用超声波空化强化的金属结晶器，包括结晶器，其特征在于，还包括有：

超声波信号发生器，用来发出高频信号；

换能器，换能器安装在结晶器的壳体上与超声波信号发生器导线联结，用来接收高频信号并产生超声波振动；

结晶器包括结晶管或结晶板，结晶管或结晶板为中空封闭状，结晶管或结晶板的中空部为冷凝区，结晶器壳体设置于结晶管或结晶板的外围与结晶管或结晶板相适配，结晶器壳体外围设置有水冷系统，包括一个水流通道，以及一个冷却水进口及冷却水出口，冷却水进口及冷却水出口分别与水流通道相连通组成水冷系统，在结晶器壳体的两端板上分别安装有换能器，超声波信号发生器与换能器通过导线相联结。

2.一种采用超声波空化强化的金属冷却方法，包括以下步骤：通过超声波信号发生器发出高频信号，使换能器产生超声波振动，对结晶器内的冷却水产生超声波空化效应，使冷却水变为超湍流状态，强化冷却，同时，通过超声波信号发生器发出的高频信号，使结晶器产生超声波振动，对结晶器的被结晶金属进行超声波振动，细化晶粒，提高结晶金属机械性能。

说明书

采用超声波空化强化的金属结晶器及其冷却方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种金属结晶器，具体而言是指一种利用超声波空化强化的超湍流冷却的结晶器及冷却方法，用在钢铁、有色金属连续铸造结晶等技术领域。

背景技术

[0002] 目前，结晶器在钢铁、有色金属连续铸造等有广泛应用，为了加强冷却，需要加大冷却水流量，加大结晶器结构，冷却效果不高。

发明内容

[0003] 针对上述所要解决的技术问题，本发明的主要目的是提供一种结构设计合理、适用范围广、换热效果好、节能的采用超声波空化强化的金属结晶器。

[0004] 本发明采取的技术方案如下，一种采用超声波空化强化的金属结晶器，其特征在于，用超声波空化强化的超湍流冷却结晶器，还包括有：

[0005] 超声波信号发生器，用来发出高频信号；

[0006] 换能器，换能器安装在结晶器的壳体上与超声波信号发生器导线联结，用来接收高频信号并产生超声波振动。

[0007] 本发明的进一步设置为：结晶器包括结晶管或结晶板，结晶管或结晶板为中空封闭状，结晶管或结晶板的中空部为冷凝区，结晶器壳体设置于结晶管或结晶板的外围与结晶管或结晶板相适配，结晶器壳体外围设置有水冷系统，包括一个水流通道，以及一个冷却水进口及冷却水出口，冷却水进口及冷却水出口分别与水流通道相连通组成水冷系统，在结晶器壳体的两端板上分别安装有换能器，超声波信号发生器与换能器通过导线相联结。

[0008] 本发明的另一个目的是提供一种采用超声波空化强化的金属冷却方法，包括以下步骤：通过超声波信号发生器发出高频信号，使换能器产生超声波振动，对结晶器内的冷却水产生超声波空化效应，使冷却水变为超湍流状态，强化冷却。

[0009] 超声波振动有效清洗和防止结晶器壳体的结垢，提高冷却效果。同时，通过超声波信号发生器发出高频信号，使结晶器产生超声波振动，对结晶器的被结晶金属进行超声波振动，细化晶粒，提高结晶金属机械性能。

[0010] 本发明的工作原理如下：

[0011] 超声空化是液体中由于超声的物理作用，在液体内的某一区域会形成局部的暂时的负压区，于是在液体中产生空穴或气泡.这些充有蒸气或空气的气泡处于非稳定状态，当它们突然闭合时，会产生激波，因而在局部微小区域产生很大很大的压力，从而把聚集起来的声场能量在液体中极小的空间内迅速释放出来，形成异乎寻常的高温(可高达5000K7
以上)、高压(可高达5x10pa)以及强冲击波和射流等极端的物理条件。超声空化现象交叉包含流体核化，空化发起，空化空泡动态行为，声混沌和空化效应等很多物理和化学现象，超声波空化产生的微射流作用，不断冲刷结晶器传热表面，增加流体在传热界面的湍动程度，减小传热边界厚度，从而增加传热系数，使液体为超湍流状态。超声结晶器的强化冷却，原因还在于：(1)超声波有清洗作用，自动清洗传传热面的污垢，使垢层脱落或变薄，使传热表面保持清洁，从而减小污垢热阻。

[0012] 本发明的有益效果如下：本发明通过在冷却水中施加超声波振动，使冷却水产生超声波空化效应，液体流速很小也成为超湍流状态，强化冷却效果，使结晶器产生超声波振动，对结晶器的被结晶金属进行超声波振动，细化晶粒。与现有技术相比具有以下优点：

[0013] 1、冷却能力提高；

[0014] 2、节约能源；

[0015] 3、超声波对结晶器有防垢清洗作用，可保持长期的高换热效率。

[0016] 4、减小结晶器结构。

[0017] 5、提高结晶金属机械性能。

[0018] 下面结合附图和具体实施例对本发明进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释但本发明不局限于以下实施例。

附图说明

[0019] 图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

[0020] 如图1所示，本发明包括结晶器1，结晶器1包括结晶管或结晶板11，结晶管或结晶板11为中空封闭状，可设置为圆形或方形，结晶管或结晶板11主要用以传递热量，可采用铜或其他传热性好的金属制成，结晶管或结晶板11的中空部为冷凝区111，结晶器壳体12设置于结晶管或结晶板11的外围，可设置为圆形或方形以与结晶管或结晶板11相适配，起保护结晶管或结晶板11的作用，结晶器壳体12采用金属等传热材料制成，结晶器壳体12的外围设置有水冷系统13，包括一个水流通道131，以及一个冷却水进口132及冷却水出口
133，冷却水进口132及冷却水出口133分别与水流通道121相连通组成水冷系统13，在结晶器壳体12的两端板14上分别安装换能器2，超声波信号发生器3与换能器2通过导线相联结，结晶器1采用冷却水冷却单金属或多金属结晶器的任意一种，超声波振动加在结晶器的冷却水的边端，结晶器中冷却水产生超声波空化效应，成为超湍流状态。

[0021] 本发明的工作原理如下：工作时，先将超声波信号发生器3的电源打开，使换能器2产生超声波振动，对结晶器1内的冷却水产生超声波空化效应，使液体变为超湍流状态，强化冷却、防止结垢。