CN100345644C - 采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电磁软接触连铸用切缝式结晶器，尤其涉及切缝式结晶器铜管密封的方法。一种采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法，其特征是首先将密封介质填充到切缝式结晶器铜管的切缝处，接着在结晶器铜管内放置内芯模，再将装配好的铜管和内芯模装入挤压机上的外芯模内，然后开动挤压机由螺旋挤压杆把铜管和内芯模一起挤出，使铜管发生挤压快速塑性变形，将铜管与密封介质形成紧密结合。本发明能满足高频电磁场对结晶器铜管的绝缘和导磁性能的要求，具有高刚度、高强度、长寿命、高透磁效率等优点，适合工业生产的要求。

Description

采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法
(一)技术领域
本发明涉及电磁软接触连铸用切缝式结晶器，尤其涉及切缝式结晶器铜管密封的方法。
(二)背景技术
电磁软接触连铸结晶器铜管主要有两大类：一是在结晶器铜管上按一定的方式切割若干缝隙(以下简称切缝)，让高频电磁场透过切缝到达钢液表面，其中结晶器铜管材质与传统结晶器的完全相同。另一类结晶器铜管不切缝，而是把铜管分成上下两段，其中靠近电磁场作用区域的上段采用高电阻率和高热导的材料制造，下段仍采用与普通连铸结晶器铜管材质一样的铜合金制造。第二类结晶器整体刚度高，但结晶器铜管上段的材质目前很难找到，而且铜管上下两段的连接同样存在问题。
目前，电磁软接触连铸结晶器铜管绝大部分都是切缝式的。连铸过程中，结晶器铜管在高温作用下产生热胀冷缩效应，切缝有被压缩或胀大的趋势，如果切缝弥合会阻止电磁场的透入；又由于整个结晶器铜管都包围在冷却水之中，切缝式铜管必须进行密封处理，起到缝间绝缘和阻挡冷却水的作用。密封介质要求为抗电磁性材质，能绝缘和承受高温，并能与结晶器铜管高强度连接。目前适合缝间密封的材质主要有云母片、陶瓷、碳化钨以及高温水泥、长石片等。
由于密封介质为非金属的矿物，不具备可焊接性能，要把介质与铜管可靠连接起来相当困难，目前主要采用的方法有：把陶瓷等介质粉末或颗粒填充到结晶器铜管切缝处，然后在铜管再结晶温度以下烧结实现密封，该方法理论上可行，但实际上由于烧结的高温作用对铜管的强度有一定影响，另外由于受到烧结温度的限制，密封强度不太可靠，仍有开裂等情况。还有一种方法是把陶瓷或云母片薄片经过金属化预处理，在陶瓷或云母片表面均匀的镀上金属表层，通过钎焊与铜管连接起来，这种方法对金属预处理和焊接工艺要求很高，制造费用昂贵。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法，以解决陶瓷等密封介质与铜管之间无法连接的问题，满足高频电磁场对结晶器铜管的绝缘和导磁性能的要求，具有高刚度、高强度、长寿命、高透磁效率等优点，适合工业生产的要求。
本发明是这样实现的：一种采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法，其特征是首先将密封介质填充到切缝式结晶器铜管的切缝处，接着在结晶器铜管内放置内芯模，再将装配好的铜管和内芯模装入挤压机上的外芯模内，然后开动挤压机由螺旋挤压杆把铜管和内芯模一起挤出，使铜管发生挤压快速塑性变形，将铜管与密封介质形成紧密结合。
上述的采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法，所述密封介质为薄片状，密封介质尺寸略小于结晶器铜管切缝尺寸；对与铜管切缝相接触的密封介质薄片表面进行毛化处理，并涂抹粘结剂，将密封介质插入铜管切缝内并与铜管粘合在一起。
本发明采用大功率挤压机对铜管挤压变形的方法，使铜管在切缝处发生快速的塑性变形，由于金属在塑性变形外力的作用下，金属晶间发生滑移、位错、甚至流变变形，铜管合金晶粒在塑变作用下向陶瓷等密封介质快速扩散，使金属和陶瓷在晶粒之间相互结合、胶链，从而达到金属与非金属之间的异种材质的连接，实现了铜管切缝的密封。这种连接方式的连接强度很高，甚至超过铜本身的强度，符合结晶器铜管的密封要求。本发明对切缝式结晶器铜管的密封方法，操作方便，工艺控制简单，制造成本低，且大功率挤压机是成熟设备，可实现对铜管塑性变形的加工。
(四)附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1为切缝式结晶器铜管结构示意图；
图2为本发明采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法结构示意图。
图中：1结晶器铜管，2切缝，3密封介质，4内芯模，5外芯模，6挤压机，7螺旋挤压杆。
(五)具体实施方式
参见图1、图2，一种采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法，首先，根据结晶器铜管1切缝2的尺寸选择薄片状密封介质3，比如陶瓷片、碳化钨片、云母片等，要求密封介质3宽度略小于铜管1的壁厚，防止凸出铜管1以外，密封介质3厚度略小于切缝2宽度，使密封介质3能够顺利填充到切缝2内并不产生松动和脱落。为了增加密封介质3表面与铜管切缝2的接触面积和强度，密封介质3表面可以进行毛化处理，即人为增加密封介质3表面的粗糙度。为了防止填充到结晶器铜管切缝2中的密封介质3松动和脱落或者在切缝2内残留空气，可以预先在密封介质3表面涂抹一层粘结胶或凡士林等，起固定和排除空气作用，将密封介质3填充到切缝式结晶器铜管1的切缝2处。
接着，在结晶器铜管1内放置内芯模4，内芯模4的形状和尺寸与成品铜管1的内腔尺寸和形状(包含弧度和锥度等)完全相同，再将装配好的铜管1和内芯模4装入挤压机6上的外芯模5内，即把装配好的铜管1和内芯模4一起对准挤压机上的外挤压模5；然后开动挤压机6由螺旋挤压杆7把铜管1和内芯模4一起挤出，使结晶器铜管1发生挤压快速塑性变形，从而实现切缝2处的异种材质与铜的复合连接，使铜管1与密封介质3形成紧密结合，达到铜管切缝2密封目的。
实施例
首先选用Ag-Cu结晶器铜管1，采用中间切缝形式对Ag-Cu结晶器铜管1实施切缝2，切缝2宽度为0.6mm，切缝2的端部加工为圆角(直径等于缝宽)。密封介质3为ZrO2陶瓷片，ZrO2陶瓷片为绝缘和不导磁介质，耐温高于1000℃，抗压强度＞800Mpa，热膨胀系数与结晶器铜管1的热膨胀系数相近。将ZrO2陶瓷片加工成0.54～0.58mm厚的薄片，薄片两端加工成圆形，薄片表面毛化后粗糙度为Ra12.5～50um之间。为了防止陶瓷片塞入切缝2内后发生松动或脱落或在切缝2残留空气，结晶器切缝2内全部涂抹凡士林，然后把陶瓷片插入铜管切缝2内固定，多余的凡士林被挤出防止了空气的残留。
对已经填充好ZrO2陶瓷片的结晶器铜管1采用大功率的挤压机6对圆坯电磁软接触连铸结晶器切缝式铜管1实施挤压塑性变形，挤压压力为1000～4000kN。
本发明操作简单，密封可靠，适合方坯、圆坯，通体切缝、上端通体切缝或中间切缝，缝宽0.2mm～10mm之间的电磁软接触连铸结晶器铜管1的切缝2密封。同时，本发明全部挤压塑变和密封都是在接近常温的条件下工作的，远远低于铜的再结晶温度，对铜管1本身的强度和刚度没有任何影响。本发明的挤压塑性变形促使铜管1进一步加工硬化，提高了铜管1的强度和刚度，对连铸结晶器寿命的提高有显著作用。
本发明采用挤压力使结晶器铜管1发生塑性变形的密封方法，使连铸结晶器的密封更加可靠，透磁效率高，并具有足够的整体刚度和强度，安全系数大，使用寿命长，能够满足工业生产使用要求。

Claims (3)

1.一种采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法，其特征是首先将密封介质填充到切缝式结晶器铜管的切缝处，接着在结晶器铜管内放置内芯模，再将装配好的铜管和内芯模装入挤压机上的外芯模内，然后开动挤压机由螺旋挤压杆把铜管和内芯模一起挤出，使铜管发生挤压快速塑性变形，将铜管与密封介质形成紧密结合。
2.根据权利要求1所述的采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法，其特征是密封介质为薄片状，密封介质尺寸略小于结晶器铜管切缝尺寸。
3.根据权利要求2所述的采用挤压变形对切缝式结晶器铜管密封的方法，其特征是对与铜管切缝相接触的密封介质薄片表面进行毛化处理，并涂抹粘结剂，将密封介质插入铜管切缝内并与铜管粘合在一起。
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