銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器的制造方法
【專利摘要】一種銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，石墨外套的下部設(shè)有進(jìn)液口，石墨外套中部往上依次套裝有壓板、法蘭以及冷卻銅套；壓板內(nèi)側(cè)設(shè)有冷卻水套，冷卻水套內(nèi)設(shè)有電磁發(fā)生腔，電磁發(fā)生腔內(nèi)安裝多個(gè)電磁線圈；冷卻銅套的內(nèi)腔安裝冷卻盤管，冷卻盤管一端穿過冷卻銅套外套與進(jìn)氣口及惰性氣體氣源連接、另一端依次穿過冷卻銅套內(nèi)套、石墨外套與出氣口連接；本實(shí)用新型水平連鑄采用的結(jié)晶器通過電磁攪拌效應(yīng)，使金屬液體在結(jié)晶器內(nèi)腔中能夠發(fā)生流動(dòng)及傳熱傳質(zhì)，從而達(dá)到細(xì)化晶粒而使凝固組織更細(xì)，提高鑄坯的質(zhì)量；同時(shí)通過氣體保護(hù)系統(tǒng)，石墨外套內(nèi)表面的附作物明顯減少，并且相對要分散一些，石墨外套的使用壽命比原有的延長了50%。
【專利說明】銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及銅合金管材生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器。
【背景技術(shù)】
[0002]銅管和銅合金管是海水淡化、火電核電和艦船中的熱交換系統(tǒng)的關(guān)鍵材料。目前生產(chǎn)銅合金管，主要方法為擠壓法，采用其它方式如斜鑄穿孔，連鑄軋拉很少，擠壓工序生產(chǎn)過程為:先配料鑄圓坯，經(jīng)鋸切、分揀、加熱、擠壓、酸洗、然后經(jīng)軋制、拉伸至成品管，其缺陷在于:(1)生產(chǎn)工序繁雜，輔助設(shè)施多，維修模具費(fèi)用高，占地面積大，人員要求多，素質(zhì)要求高；(2)投資規(guī)模大，少則上億元，多則幾億元；(3)圓坯二次加熱，需擠壓成型，擠壓筒、針，工作前需預(yù)熱等能耗高；(4)攪拌、鑄錠、鋸切、加熱、壓余、脫皮、酸洗等工序金屬損耗大，成品率低，供坯成品率〈90% ； (5)采用單體爐半連續(xù)鑄造或分體爐熔鑄，生產(chǎn)連續(xù)性差，效率低；(6)鋅燒損大，攪拌，二次加熱，擠壓及潤滑等煙霧大，污染嚴(yán)重；(7)管坯偏心大，影響后續(xù)冷加工，尤其是正向擠壓大口徑薄壁黃銅管的擠壓成品率為40%?60%?？偟膩碚f目前我國銅基銅合金管的工藝落后，產(chǎn)品的質(zhì)量不夠穩(wěn)定、成品率低以及成本高。水平連鑄是一種連續(xù)鑄造的方法，其原理是利用金屬熔液冷卻結(jié)晶的原理，從熔融的金屬或者合金熔液中緩慢連續(xù)地抽出具有一定形狀的固態(tài)金屬線材或板材，其優(yōu)點(diǎn)是無需經(jīng)過擠壓、軋制、拉拔等工作過程，連續(xù)生產(chǎn)能力大；冷卻結(jié)晶系統(tǒng)是水平連鑄的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，冷卻過程中金屬熔液受熱不均勻，靠近水套的一側(cè)冷卻速度快而遠(yuǎn)離的一次冷卻速度慢，造成管坯外表有裂紋、內(nèi)部凝固組織粗大的缺陷。在冷凝管市場，HSn70-l和Hal77-2黃銅管、BFelO-1-1和Bfe30-1-1白銅管應(yīng)用比較多，其中HSn70_l和Hal77_2黃銅管若采用水平連鑄，隨著金屬的凝固收縮，液體金屬在石墨模上由僅靠石墨壁到收縮出一定的間隙，有黃銅中合金成分還含有較多的鋅，且鋅的熔點(diǎn)較低，在熔液凝固的區(qū)域內(nèi)部分鋅會揮發(fā)在結(jié)晶器石墨模上凝結(jié)，外界的空氣容易從管坯的出口端滲透進(jìn)間隙中，并與石墨模上半凝固的金屬鋅發(fā)生反應(yīng)，從而生成氧化物粘附在石墨壁上，增大了管坯拉出的摩擦力，并影響傳熱效果，大大縮短了石墨模板的使用壽命；并且隨著生產(chǎn)進(jìn)行，粘附的氧化物越來越多，在管坯拉鑄時(shí)，與凝固金屬接觸時(shí)容易使管坯出現(xiàn)裂紋，如果氧化物脫落鑲嵌在管坯內(nèi)部或者表面，會破壞基體的延展性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種結(jié)晶效果好且使用壽命長的銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器。
[0004]本發(fā)明具體技術(shù)方案是:包括外部的石墨外套和內(nèi)部的石墨芯棒，且石墨外套和石墨芯棒形成環(huán)形的內(nèi)腔；石墨外套的下部設(shè)有進(jìn)液口，石墨外套中部往上依次套裝有壓板、法蘭以及冷卻銅套；所述的壓板與石墨外套之間設(shè)有15-20_厚的耐火材料保護(hù)套；所述壓板內(nèi)側(cè)設(shè)有冷卻水套，冷卻水套內(nèi)設(shè)有電磁發(fā)生腔，電磁發(fā)生腔內(nèi)安裝多個(gè)電磁線圈，電磁線圈與三相電源連接，電磁線圈的外側(cè)裝有導(dǎo)磁材料制成的磁軛；所述的壓板和法蘭均為奧氏體不銹鋼；所述的三相電源的電流頻率為50Hz，電流強(qiáng)度為85-95A ;所述的石墨芯棒為錐度為1.2-1.4的圓臺；所述的冷卻銅套的內(nèi)腔安裝冷卻盤管，冷卻盤管一端穿過冷卻銅套外套與進(jìn)氣口連接、另一端依次穿過冷卻銅套內(nèi)套、石墨外套與出氣口連接，且所述的出氣口的出口方向與所述的石墨外套的內(nèi)壁相切，且出氣口的出口方向軸線與石墨外套的軸線夾角小于90° ;所述的進(jìn)氣口連接惰性氣體氣源。
[0005]上述方案可進(jìn)一步改進(jìn)為:
[0006]所述的冷卻銅套內(nèi)設(shè)有間隔布置的折流板。
[0007]所述的耐火材料保護(hù)套為碳化硅磚、剛玉磚保護(hù)套或耐火泥套。
[0008]所述的石墨外套的內(nèi)表面以及石墨芯棒外表面的粗糙度在0.5以下。
[0009]所述的冷卻水套為不銹鋼冷卻水套。
[0010]所述的電磁發(fā)生腔內(nèi)設(shè)有環(huán)形聚磁框。
[0011]所述的奧氏體不銹鋼優(yōu)選為lCrl7Mn6Nil5N、0Crl8Nil0Ti 或者 lCrl8Nil2Mo3Ti。
[0012]所述的出氣口的出口方向軸線與石墨外套的軸線夾角為45-60°。
[0013]所述的惰性氣體氣源為氮?dú)饣驓鍤鈿庠础?br> [0014]所述的氣源上還連接緩沖腔，其內(nèi)部間隔安裝緩沖擋板。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的水平連鑄法采用的結(jié)晶器安裝了電磁發(fā)生器，通過電磁攪拌效應(yīng)，使金屬液體在結(jié)晶器內(nèi)腔中能夠發(fā)生流動(dòng)及傳熱傳質(zhì)，從而達(dá)到細(xì)化晶粒而使凝固組織更細(xì)，提高鑄坯的質(zhì)量；同時(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過氣體保護(hù)系統(tǒng)，石墨外套內(nèi)表面的附作物明顯減少，并且相對要分散一些，石墨外套的使用壽命比原有的延長了 50%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是圖1中的A-A剖視圖；
[0018]圖中:1、進(jìn)液口，2、石墨外套，3、壓板，4、折流板，5、冷卻銅套，5.1、冷卻銅套內(nèi)套，5.2、冷卻銅套外套，6、空心管坯，6.1、液體段，6.2、半凝固段，6.3、凝固段，7、石墨芯棒，
8、法蘭，9、磁軛，10、電磁線圈，11、耐火材料保護(hù)套，12、內(nèi)腔，13、冷卻盤管，13.1、進(jìn)氣口，13.2、出氣口，14、不銹鋼冷卻水套，15、電磁發(fā)生腔，16、緩沖腔，17、緩沖擋板，18、間隙。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0020]參見圖1，一種銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，包括外部的石墨外套2和內(nèi)部的石墨芯棒7，且石墨外套2和石墨芯棒7形成環(huán)形的內(nèi)腔12 ;石墨外套2的下部設(shè)有進(jìn)液口1，石墨外套2中部往上依次套裝有壓板3、法蘭8以及冷卻銅套5，冷卻銅套內(nèi)設(shè)有間隔布置的折流板4 ;壓板3與石墨外套2之間設(shè)有15-20_厚的耐火材料保護(hù)套11，耐火材料保護(hù)套優(yōu)選為碳化硅磚、剛玉磚保護(hù)套或耐火泥套；壓板3內(nèi)側(cè)設(shè)有不銹鋼冷卻水套14，不銹鋼冷卻水套14內(nèi)設(shè)有電磁發(fā)生腔15，電磁發(fā)生腔15內(nèi)安裝多個(gè)電磁線圈10，電磁線圈10與電源連接，電磁線圈10的外側(cè)裝有導(dǎo)磁材料制成的磁軛9，磁軛可以用純鐵來制作；壓板3和法蘭8均為奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼優(yōu)選為lCrl7Mn6Nil5N、0Crl8Nil0Ti或者lCrl8Nil2Mo3Ti，實(shí)驗(yàn)證明壓板和法蘭選擇以上弱導(dǎo)磁或者非導(dǎo)磁材質(zhì)時(shí)，被其吸收的磁力線最少，電磁發(fā)生器的磁感應(yīng)強(qiáng)度削弱最少；電源的電流頻率為50Hz，電流強(qiáng)度優(yōu)選為85-95A,電流強(qiáng)度過高,感應(yīng)電流產(chǎn)生的joule熱過大,導(dǎo)致部分形核核心被重融,凝固組織的細(xì)化作用被抑制，凝固組織開始變粗；石墨芯棒7為錐度為1.2-1.4的圓臺，錐度圓臺是為了避免牽引拉坯過程中管坯收縮包覆石墨芯棒而增大摩擦力。石墨外套2的內(nèi)表面以及石墨芯棒7外表面的粗糙度在0.5以下。冷卻銅套5的內(nèi)腔安裝冷卻盤管13，冷卻盤管13 一端穿過冷卻銅套外套5.2與進(jìn)氣口 13.1連接、另一端依次穿過冷卻銅套內(nèi)套5.1、石墨外套2與出氣口 13.2連接，且所述的出氣口 13.2的出口方向與所述的石墨外套2的內(nèi)壁相切，且出氣口 13.2的出口方向軸線與石墨外套2的軸線夾角小于90°，優(yōu)選為45-60°，為了避免氣體的氣流對熔液凝固(主要是液體段6.1和半凝固段6.2)造成影響，造成管坯表面出現(xiàn)缺陷，出氣口 13.2的出口應(yīng)當(dāng)指向管坯凝固段6.3，此區(qū)域內(nèi)由于熔液已經(jīng)凝固，流量和壓力較低的氣流不會對管坯產(chǎn)生影響，“出氣口 13.2的出口方向與所述的石墨外套2的內(nèi)壁相切，且出氣口 13.2的出口方向軸線與石墨外套2的軸線夾角小于90°，優(yōu)選為45-60° ”，“相切”目的是為了盡量減少氣流直接吹向管坯，使惰性氣體繞管坯運(yùn)動(dòng)，此外“夾角小于90° ”是為了使氣體螺旋環(huán)繞管坯向結(jié)晶器的出口移動(dòng)，減少對內(nèi)部液體段6.1和半凝固段6.2的影響，同時(shí)也更利于排凈空氣。進(jìn)氣口 13.1連接惰性氣體氣源，惰性氣體氣源為氮?dú)饣驓鍤鈿庠础庠瓷线€可以連接緩沖腔16，其內(nèi)部間隔安裝緩沖擋板17，緩沖腔16的目的是為了緩沖來自氣源的氣流，使其平緩的進(jìn)入結(jié)晶器。
[0021]本發(fā)明的工作過程為:通過壓板3和法蘭8將本裝置固定在保溫爐的下部，使石墨外套2的進(jìn)液口 I浸入金屬熔液液面之下，向冷卻銅套5、不銹鋼冷卻水套14中通入冷卻水，打開電源，此時(shí)金屬熔液進(jìn)入內(nèi)腔12，接通惰性氣體氣源，即可以在牽引裝置牽引作用下形成連續(xù)的管坯。磁軛9可以增強(qiáng)電磁線圈10產(chǎn)生的電磁場，磁軛材質(zhì)可以選擇純鐵。不銹鋼冷卻水套14中的冷卻水能夠防止電磁線圈10長時(shí)間高溫烘烤而損壞。
[0022]實(shí)施例2
[0023]為了減少漏磁，同時(shí)提高工作區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，電磁發(fā)生腔15內(nèi)還設(shè)有環(huán)形聚磁框。
[0024]對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，有可能對具體尺寸，或者局部結(jié)構(gòu)做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，其特征在于:包括外部的石墨外套(2)和內(nèi)部的石墨芯棒(7)，且石墨外套(2)和石墨芯棒(7)形成環(huán)形的內(nèi)腔(12);石墨外套(2)的下部設(shè)有進(jìn)液口(1)，石墨外套(2)中部往上依次套裝有壓板(3)、法蘭(8)以及冷卻銅套(5);所述的壓板(3)與石墨外套(2)之間設(shè)有15-20mm厚的耐火材料保護(hù)套(11);所述壓板(3)內(nèi)側(cè)設(shè)有冷卻水套(14)，冷卻水套(14)內(nèi)設(shè)有電磁發(fā)生腔(15)，電磁發(fā)生腔(15)內(nèi)安裝多個(gè)電磁線圈(10)，電磁線圈與三相電源連接，電磁線圈(10)的外側(cè)裝有導(dǎo)磁材料制成的磁軛(9);所述的壓板(3)和法蘭(8)均為奧氏體不銹鋼；所述的三相電源的電流頻率為50Hz，電流強(qiáng)度為85-95A ;所述的石墨芯棒(7)為錐度為1.2-1.4的圓臺；所述的冷卻銅套(5)的內(nèi)腔安裝冷卻盤管(13)，冷卻盤管(13) —端穿過冷卻銅套外套(5.2)與進(jìn)氣口(13.1)連接、另一端依次穿過冷卻銅套內(nèi)套(5.1)、石墨外套(2)與出氣口(13.2)連接，且所述的出氣口(13.2)的出口方向與所述的石墨外套(2)的內(nèi)壁相切，且出氣口(13.2)的出口方向軸線與石墨外套(2)的軸線夾角小于90° ;所述的進(jìn)氣口(13.1)連接惰性氣體氣源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，其特征在于:所述的冷卻銅套(5)內(nèi)設(shè)有間隔布置的折流板(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，其特征在于:所述的耐火材料保護(hù)套為碳化硅磚、剛玉磚保護(hù)套或耐火泥套；所述的石墨外套(2)的內(nèi)表面以及石墨芯棒(7)外表面的粗糙度在0.5以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，其特征在于:所述的冷卻水套(14)為不銹鋼冷卻水套。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，其特征在于:所述的電磁發(fā)生腔(15)設(shè)有環(huán)形聚磁框。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，其特征在于:所述的奧氏體不銹鋼優(yōu)選為 lCrl7Mn6Nil5N、0Crl8Nil0Ti 或者 lCrl8Nil2Mo3Ti。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，其特征在于:所述的出氣口(13.2)的出口方向軸線與石墨外套(2)的軸線夾角為45-60°。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，其特征在于:所述的惰性氣體氣源為氮?dú)饣騃S氣氣源。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的銅管水平連鑄氣體保護(hù)結(jié)晶器，其特征在于:所述的惰性氣體氣源上還連接緩沖腔(16 )，其內(nèi)部間隔安裝緩沖擋板(17 )。
【文檔編號】B22D11/115GK203610629SQ201320873591
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月29日
【發(fā)明者】燕志富, 孟文光, 李忠茂, 李明竹 申請人:山東亨圓銅業(yè)有限公司