[發(fā)明專利]銅管水平連鑄氣體保護結晶器及其制備銅合金管的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310735841.2
• 申請日: 2013-12-29
• 公開（公告）號: CN103658572A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 燕志富;孟文光;李忠茂;李明竹
• 申請（專利權）人: 山東亨圓銅業(yè)有限公司
• 主分類號: B22D11/045
• 分類號: B22D11/045;B22D11/115
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯玉山

技術領域

本發(fā)明涉及銅合金管材生產(chǎn)設備及工藝領域，具體涉及一種銅管水平連鑄氣體保護結晶器及其制備銅合金管的方法。

背景技術

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，輔助設施多，維修模具費用高，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%。總的來說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；冷卻結晶系統(tǒng)是水平連鑄的一個關鍵設備，冷卻過程中金屬熔液受熱不均勻，靠近水套的一側冷卻速度快而遠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，HSn70-1和Ha177-2黃銅管、BFe10-1-1和Bfe30-1-1白銅管應用比較多，其中HSn70-1和Ha177-2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，黃銅中合金成分還含有較多的鋅，且鋅的熔點較低，在熔液凝固的區(qū)域內(nèi)部分鋅會揮發(fā)在結晶器石墨模上凝結，外界的空氣容易從管坯的出口端滲透進間隙中，并與石墨模上半凝固的金屬鋅發(fā)生反應，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)進行，粘附的氧化物越來越多，在管坯拉鑄時，與凝固金屬接觸時容易使管坯出現(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

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種銅管水平連鑄氣體保護結晶器及其制備銅合金管的方法，其制備的產(chǎn)品耐腐性強、機械強度高且加工性能好，并且結晶器的使用壽命長。

首先提供一種銅管水平連鑄氣體保護結晶器，其技術方案是：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；石墨外套的下部設有進液口，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有15-20mm厚的耐火材料保護套；所述壓板內(nèi)側設有冷卻水套，冷卻水套內(nèi)設有電磁發(fā)生腔，電磁發(fā)生腔內(nèi)安裝多個電磁線圈，電磁線圈與三相電源連接，電磁線圈的外側裝有導磁材料制成的磁軛；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°；所述的進氣口連接惰性氣體氣源。

上述方案可進一步改進為：

所述的冷卻銅套（5）內(nèi)設有間隔布置的折流板（4）；所述的冷卻水套（14）為不銹鋼冷卻水套；所述的奧氏體不銹鋼優(yōu)選為1Cr17Mn6Ni15N、0Cr18Ni10Ti或者1Cr18Ni12Mo3Ti。

所述的耐火材料保護套通過以下方法制得：將15-25重量份的硅酸鹽水泥、20-25重量份的粉煤灰、18-22重量份的碳化硅、30-40重量份的氧化鋁、3-5重量份的蛭石粉、2-4重量份的氧化鋯、1-2重量份的氧化鈉及1-2重量份石墨混勻為混合粉末，然后加入占混合粉末總重量的5-6%的結合劑，在液壓機成型后，經(jīng)過干燥、燒結為即得成品，燒結的溫度控制在1550-1580℃，時間為2-3小時。實驗證明，此種方法得到的耐火材料保護套熱穩(wěn)定性高，耐高溫且機械強度高。

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°；所述的惰性氣體氣源為氮氣或氬氣氣源；所述的惰性氣體氣源上還連接緩沖腔，其內(nèi)部間隔安裝緩沖擋板。