CN100574937C - 一种金属复合管坯的制造方法和制造金属复合管坯的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种金属复合管坯的制造方法和制造金属复合管坯的装置。所述金属复合管坯的制造方法通过将第一金属制成的金属管坯作为引导管，采用连续铸造的方法，制备出以第一金属制成的金属管坯为内管、以比第一金属熔点低的第二金属作为外管的金属复合管坯。本发明还提供一种制造所述复合管坯的装置。本发明公开的方法实现了第一金属和第二金属的冶金结合，制备出界面性能良好的金属复合管坯。本发明公开的制造金属复合管坯的装置适用于制备所述金属复合管坯。
Description
技术领域
本发明涉及金属管坯的制造方法和制造金属管坯的装置，具体涉及金属复合管坯的制造方法和制造金属复合管坯的装置。
背景技术
在空调和制冷行业中，铜管作为高效传热材料应用广泛，但由于近两年铜价的一路攀高，给空调和制冷行业带来较大成本压力，严重制约空调和制冷企业的发展。
铜铝复合管作为一种金属复合管，内管由铜或铜合金管构成，外管由铝或铝合金管构成，由于铜的瞬间吸热能力比铝好，但散热能力比铝差，因此铜铝复合管利用内层的铜或铜合金与制冷剂接触吸热，外层的铝或铝合金散热，集中了铜、铝两种金属的优点，能够达到更好的散热目的。铝的价格远低于铜，铜铝复合管作为一种新型传热材料既具有很高的传热效能，又能够大量的节约铜，应用于空调和制冷行业可以大幅度降低产品成本，已经成为空调传热材料生产企业新的探索和研究方向。
目前制备金属复合管一般采用塑性复合成型技术，塑性复合成型技术指利用管材的局部或整体塑性变形来实现内管与外管紧密结合的复合工艺。按塑性复合成型所处的状态不同，可分为塑性冷复合成型法和塑性热复合成型法。塑性冷复合成型法有机械拉拔法、机械滚压法、机械旋压法和液压涨形法；塑性热复合成型法有爆炸成型法、热挤压法等。塑性冷复合成型法制备而成的复合管界面均为机械结合，通常都是由基层材料或基、覆层材料产生局部的塑性变形来实现复合，但由于内管和外管之间存在空气，塑性变形时界面处产生大量的热，金属易于氧化，界面结合强度比较低，尤其是采用塑性冷复合成型法制备铜铝复合管时，由于界面的氧化还会严重影响产品的热传导性能，很难发挥出铜铝复合管真正的效用。采用塑性热复合成型法制备而成的复合管界面可达到冶金结合，该类复合管结合强度高，但成本太高，会大大增加企业的负担。
因此，如何改进现有的生产技术，使铜铝在界面处能够实现牢固的冶金结合，采用低成本的技术制备高性能、一体化的铜铝复合管成为本领域急需解决的问题。本发明人通过潜心研究发现，如果能够制备冶金结合的复合管坯，然后再采用冷塑性复合技术的轧制和拉伸方法制备复合管，就避免了内管和外管物理接触时界面容易氧化的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题在于，提供一种金属复合管坯的制造方法及制造金属复合管坯的装置。
本发明提供一种金属复合管坯的制造方法，包括以下步骤：
a)将由第一金属制成的金属管坯从恒温炉外部通过密封模具的模具孔穿入恒温炉内部，开启与密封模具连接的第二冷却器，所述密封模具安装在连铸模具对面的恒温炉侧壁上并且密封模具的模具孔沿其深度方向的延长线保持水平并与连铸模具的模具孔对应，所述第二冷却器用于冷却密封模具，所述连铸模具安装在恒温炉的侧壁上并且连铸模具的模具孔沿其深度方向的延长线保持水平；
b)然后将由第一金属制成的金属管坯从恒温炉的内部通过安装在恒温炉壁上的连铸模具的模具孔向外穿出后放置在牵引装置上作为引导管，开启恒温炉外与连铸模具连接的第一冷却器，所述恒温炉用于盛装第二金属的熔融金属液并将其供给连铸模具，第一冷却器用于凝固第二金属的熔融金属液，第二金属的熔点低于第一金属的熔点；
c)在恒温炉内加入第二金属的熔融金属液，保持熔融金属液淹没所述连铸模具的模具孔；
d)沿着远离恒温炉的方向牵引所述引导管得到金属复合管坯，引导管的牵引速率为100mm/min～600mm/min，所述第一金属为铜或铜合金，所述第二金属为铝或铝合金。
优选的，所述步骤d)之后还包括开启恒温炉外与第一冷却器连接的第三冷却器，所述第三冷却器用于进一步将从连铸模具的模具孔牵引出来的金属复合管坯冷却到室温。
优选的，所述第二金属的熔融金属液淹没所述连铸模具的模具孔的淹没深度不小于50mm。
本发明还提供一种制造金属复合管坯的装置，包括：
用于盛装熔融金属液的恒温炉；安装在恒温炉侧壁上的连铸模具，所述连铸模具的模具孔沿其深度方向的延长线保持水平；安装在恒温炉外的与连铸模具连接的第一冷却器，所述第一冷却器用于凝固熔融金属液；安装在所述连铸模具对面的恒温炉侧壁上的密封模具，所述密封模具的模具孔与连铸模具的模具孔形状相同，位置相对应；与密封模具连接的第二冷却器，所述第二冷却器用于冷却密封模具。
优选的，制造金属复合管坯的装置还包括在恒温炉外与第一冷却器连接的第三冷却器，第三冷却器用于进一步将从连铸模具的模具孔牵引出来的金属复合管坯冷却到室温。
本发明将由第一金属制成的金属管坯作为引导管，采用连铸的方法，将比第一金属熔点低的第二金属的熔融金属液通过模具在第一金属管坯上成型，通过牵引引导管制成以第一金属为内管、第二金属为外管的金属复合管坯，实现了复合管坯界面处内管和外管的冶金结合，然后进一步将金属复合管坯冷却到室温以防止晶粒继续长大或表面氧化，可以为后续的轧制及拉拔工序提供性能良好的金属复合管坯。
本发明提供的方法，利用水平连铸的优点，使第一金属制成的金属管坯水平通过连铸模具的模具孔中心轴线，使第二金属液均匀稳定的凝固在第一金属管坯上，可以制备壁厚均匀的金属复合管坯。
本发明提供的方法，可以制造以铜或铜合金管坯为内管，铝或铝合金为外管的复合管坯，为后续采用轧制和拉拔工艺制造铜铝复合管提供了界面性能良好的铜铝复合管坯。
本发明提供的制造金属复合管坯的装置，能够制备界面冶金结合的金属复合管坯，特别适用于制备铜铝复合管坯。
附图说明
图1是本发明中第一实施例制造金属复合管坯的装置示意图。
具体实施方式
本发明提供一种金属复合管坯的制造方法及制造金属复合管坯的装置，以下以应用了本发明所述方法制造铜铝复合管为例，具体说明本发明所述金属复合管坯的制造方法及制造金属复合管坯的装置。
参见图1，此图为本发明第一实施例制造铜铝复合管的示意图，在恒温炉101的侧壁上安装有连铸模具102，连铸模具102上包括中心轴线保持水平的孔直径为80mm的圆形模具孔102a以及伸入恒温炉内的模具套102b；用于通过冷却连铸模具102的模具孔102a来凝固铝液的第一冷却器103与连铸模具102的模具套102b连接在一起，第一冷却器通过在模具套102b外表循环冷却液的方法冷却102b进而凝固铝液。
在模具孔102a的铜铝复合管坯的出口端，连接有用于将从连铸模具102的模具孔102a牵引出来的铜铝复合管坯冷却到室温的第三冷却器104，第三冷却器104通过在复合管坯表面直接循环冷却液的方式将铜铝复合管坯冷却到室温。
在连铸模具102对面的恒温炉101的侧壁上，安装有密封模具105，密封模具105上包括中心轴线保持水平的孔直径为42mm的圆形模具孔105a以及模具套105b；用于冷却密封模具105的第二冷却器106与模具套105b连接在一起，第二冷却器106通过在模具套105b内循环冷却液的方法冷却密封模具105，所述密封模具105的模具孔105a的中心轴线与连铸模具102的模具孔102a的中心轴线重合。
在恒温炉101外，还包括用于牵引复合管坯的牵引装置，所述牵引装置上包括牵引轮111b以及位置可以上下调节的导轮111a。
本实施例制造铜铝复合管坯按照以下步骤：
1)将外径为41mm，壁厚为1.5mm的铜管坯110从恒温炉101外向内穿过密封模具105的模具孔105a后，再从恒温炉内穿过连铸模具102的模具孔102a，继续穿过第三冷却器104，放置在牵引装置的导轮111a上，调整导轮111a的位置使铜管坯110的中心轴线与连铸模具孔102a的中心轴线保持重合，开启第一冷却器103；
2)在恒温炉101内加入铝液，调整恒温炉的温度使铝液温度恒定在710℃，温差不超过±5℃，保持铝液淹没模具孔102a的淹没深度为400mm；
3)以300mm/min的速度牵引铜管坯110，得到外管外径为80mm，内管外径为41mm的铜铝复合管坯，在开始牵引复合管坯之后，降下导轮111a，为牵引复合管坯让出位置。
4)开启第三冷却器104，进一步将上述铜铝复合管坯冷却到室温。
按照本发明，为了防止铝液从连铸模具102的模具孔102a的出口端泄漏，在加入熔融铝液之前，可以在模具孔102a出口端内套接一金属套管，所述套管的外径与连铸模具的模具孔内径相等，套管的内径与铜管坯外径相等，铜管坯从套管内穿过，所述金属套管在牵引时相对模具孔102a由铜管坯带动沿牵引方向运动，所述金属套管可以选择铝套管或者铜套管。
为了达到本发明的目的，可以在铝液淹没连铸模具的模具孔之前开启第一冷却器103，因此本实施例所述步骤1)实现方式可以有多种，第一种方式，先将铜管坯110从恒温炉101外向内穿过密封模具105的模具孔105a后，再从恒温炉内穿过连铸模具102的模具孔102a，继续穿过第三冷却器104，放置在牵引装置的导轮111a上，调整导轮的位置使铜管坯110的中心轴线与连铸模具孔102a的中心轴线保持重合，开启第一冷却器103；或者第二种方式，先开启第一冷却器103，再将铜管坯110从恒温炉101外向内穿过密封模具105的模具孔105a后，再从恒温炉内穿过连铸模具102的模具孔102a，继续穿过第三冷却器104，放置在牵引装置的导轮111a上，调整导轮111a的位置使铜管坯110的中心轴线与连铸模具孔102a的中心轴线保持重合。
本实施例中，所述的牵引方向可以有多种，可以水平牵引铜铝管坯，也可以与水平线成不大于九十度的任意角度向远离恒温炉的方向牵引铜铝复合管坯，本发明所述牵引装置可以选用本领域人员熟知的牵引装置。
为了达到本发明的目的，所述第二金属的熔融金属液淹没连铸模具的模具孔的淹没深度不小于50mm，优选的，所述的淹没深度为50mm～600mm，更优选的，所述的淹没深度为100mm～500mm，更优选的，所述的淹没深度为300mm～500mm，更优选的，所述的淹没深度为350mm～450mm。
为了达到本发明的目的，所述金属复合管坯由第二金属制成的外管和外管内与其嵌套的由第一金属制成的内管组成，所述第一金属的熔点高于第二金属的熔点，所述内管与外管在界面处为冶金结合，为达到本发明的目的，所述第二金属为铝或铝合金，所述铝合金包括铝镁合金、铝钛合金、铝锌合金、铝稀土合金等铝合金；所述第一金属为铜或铜合金，所述铜合金包括铜锌合金、铜镍合金等铜合金。所述由第一金属制成的金属管坯的截面的外轮廓的形状可以为圆形、长圆形、方形或其他任意多角形；由第一金属制成的金属管坯的截面的内轮廓的形状可以为圆形、长圆形、方形或其他任意多角形。第二金属为铝且第一金属为铜时，所述的牵引速率为100mm/min～600m/min，优选的，牵引速率为200mm/min～500mm/min，更优选的，牵引速率为300mm/min～400mm/min；调节恒温炉的温度可以为670℃～760℃，优选的，调节恒温炉的温度为700℃～740℃，更优选的，调节恒温炉的温度为700℃～720℃；本发明可以制备外管直径不大于120mm的铜铝复合管坯，直径越小，越有利于牵引以及铝液的凝固，本发明尤其适用于制备外管直径为50mm以下的铜铝复合管，对于内管的最小直径，本发明并无限制。
按照本发明，所述恒温炉用于盛装第二金属的熔融金属液并将其供给连铸模具，恒温炉可以选择本领域技术人员熟知的铸造用的容器，优选的，选择用于铸造铝的容器。
按照本发明，所述连铸模具用于成型所述复合管坯的外管，所述连铸模具的模具孔指连铸模具上用于复合管坯外管成型的成型部，所述连铸模具的模具孔的一端作为第二金属的熔融金属液的入口，连铸模具的模具孔的另一端作为复合管坯的出口伸出恒温炉外，所述连铸模具与恒温炉按照本领域技术人员熟知的嵌套连接方式连接。所述连铸模具在恒温炉上的安装位置有多种，可以将连铸模具安装在恒温炉的侧壁上，使连铸模具的模具孔沿其深度方向的延长线与水平线成不大于九十度的任意角度，但为了使铝液对连铸模具的供应更加稳定，优选的，使连铸模具的模具孔沿其深度方向的延长线与水平线重合。所述连铸模具模具孔形状可以为圆形、长圆形、方形或任意多角形状，优选的，所述连铸模具的模具孔形状为圆形，并且其直径大于所述的第一金属制成的金属管坯截面的外轮廓直径。所述金属管坯在连铸模具的模具孔内的部分其外壁可以与模具孔的孔壁可以接触，也可以不接触，优选的，所述金属管坯在连铸模具的模具孔内的部分其外壁与模具孔的孔壁之间留有空隙并且外壁上各点与模具孔的孔壁距离相等。
按照本发明，当将所述连铸模具安装在恒温炉的侧壁上并使连铸模具的模具孔沿其深度方向的延长线与水平线重合时，可以在连铸模具对面的恒温炉的侧壁上安装一密封模具，使金属管坯先从恒温炉外穿过所述密封模具的模具孔后再从恒温炉内向外穿过连铸模具的模具孔放置在牵引装置上，所述密封模具的模具孔指用来密封金属管坯伸进恒温炉时与恒温炉接触的部分，密封模具通过所述第二冷却器来冷却，第二冷却器可以通过在密封模具的夹套内循环冷却液的方式来冷却密封模具，所述密封模具的模具孔的形状与金属管坯截面的外轮廓形状相同，所述密封模具的模具孔的中心轴线与连铸模具的模具孔的中心轴线重合。所述密封模具的密封方式可以采用本领域技术人员熟知的方式密封。
按照本发明，所述第一冷却器用于凝固所述第二金属的熔融金属液，第一冷却器用于通过冷却所述连铸模具的模具孔来凝固所述第二金属的熔融金属液使其成型，第一冷却器可以有很多种形式，如通过在连铸模具的外表循环冷却液的方法来达到冷却的目的，或者是用本领域技术人员熟知的其它冷却形式来达到通过冷却所述的模具孔凝固第二金属的熔融金属液的目的。所述第三冷却器用于进一步将从所述连铸模具的模具孔内出来的金属复合管坯冷却到室温，防止晶粒进一步长大或表面氧化，因此第三冷却器冷却的对象是经第一冷却器冷却成型后从连铸模具的模具孔出来的复合管，所述第三冷却器有很多种形式，可以在复合管坯的周围分布与其牵引方向成任意角度的至少一个喷嘴，优选的，垂直于复合管坯的牵引方向均匀分布至少一个喷嘴，直接将冷却剂喷到刚刚从模具孔内出来的复合管坯上，快速将金属复合管坯冷却到室温，以防止晶粒长大或表面氧化，从而制备高性能的金属复合管；还可以在从模具孔内牵引出来的金属复合管坯上设置一冷却套，在冷却套内喷淋冷却液，由冷却液直接对其进行冷却。优选的，第三冷却器采用如下方式，在从模具孔内牵引出来的金属复合管坯上设置一冷却套，在冷却套内喷淋冷却液，由冷却液直接将金属复合管坯冷却到室温。本发明所述冷却液可以为本领域技术人员熟知的冷却液，优选的，冷却液为水。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1、一种金属复合管坯的制造方法，至少包括以下步骤：
a)将由第一金属制成的金属管坯从恒温炉外部通过密封模具的模具孔穿入恒温炉内部，开启与密封模具连接的第二冷却器，所述密封模具安装在连铸模具对面的恒温炉侧壁上并且密封模具的模具孔沿其深度方向的延长线保持水平并与连铸模具的模具孔对应，所述第二冷却器用于冷却密封模具，所述连铸模具安装在恒温炉的侧壁上并且连铸模具的模具孔沿其深度方向的延长线保持水平；
b)然后将由第一金属制成的金属管坯从恒温炉的内部通过安装在恒温炉壁上的连铸模具的模具孔向外穿出后放置在牵引装置上作为引导管，开启恒温炉外与连铸模具连接的第一冷却器，所述恒温炉用于盛装第二金属的熔融金属液并将其供给连铸模具，第一冷却器用于凝固第二金属的熔融金属液，第二金属的熔点低于第一金属的熔点；
c)在恒温炉内加入第二金属的熔融金属液，保持熔融金属液淹没所述连铸模具的模具孔；
d)沿着远离恒温炉的方向牵引所述引导管得到金属复合管坯，引导管的牵引速率为100mm/min～600mm/min，所述第一金属为铜或铜合金，所述第二金属为铝或铝合金。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤d)之后还包括开启恒温炉外与第一冷却器连接的第三冷却器，所述第三冷却器用于进一步将从连铸模具的模具孔牵引出来的金属复合管坯冷却到室温。
3、按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述第二金属的熔融金属液淹没连铸模具的模具孔的淹没深度不小于50mm。
4、一种制造金属复合管坯的装置，包括：
用于盛装熔融金属液的恒温炉；安装在恒温炉侧壁上的连铸模具，所述连铸模具的模具孔沿其深度方向的延长线保持水平；安装在恒温炉外的与连铸模具连接的第一冷却器，所述第一冷却器用于凝固熔融金属液；安装在所述连铸模具对面的恒温炉侧壁上的密封模具，所述密封模具的模具孔与连铸模具的模具孔形状相同，位置相对应；与密封模具连接的第二冷却器，所述第二冷却器用于冷却密封模具。
5、按照权利要求4所述的装置，其特征在于还包括在恒温炉外与第一冷却器连接的第三冷却器，第三冷却器用于进一步将从连铸模具的模具孔牵引出来的金属复合管坯冷却到室温。
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| 充芯连铸法制备铜包铝双金属复合材料的研究. 吴春京，于治民，谢建新，吴渊.铸造，第53卷第5期. 2004 |
| 充芯连铸法制备铜包铝双金属复合材料的研究. 吴春京，于治民，谢建新，吴渊.铸造，第53卷第5期. 2004 * |
| 充芯连铸铜包铝棒坯工艺参数对表面质量的影响. 薛志勇，吴春京，谢建新.特种铸造及有色合金，第26卷第2期. 2006 |
| 充芯连铸铜包铝棒坯工艺参数对表面质量的影响. 薛志勇，吴春京，谢建新.特种铸造及有色合金，第26卷第2期. 2006 * |
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Denomination of invention: Method for manufacturing metal composite pipe blank and device for manufacturing metal composite pipe blank Effective date of registration: 20171215 Granted publication date: 20091230 Pledgee: China Minsheng Banking Corp Zhengzhou branch Pledgor: Wuxi Golden Dragon Kawamura Precision Tube Co., Ltd.|Chongqing Longyu Precision Copper Tube Co., Ltd.|Henan Longhui Copper Industry Co., Ltd.|Xinxiang Jinxiang Precision Pipe Fittings Co., Ltd.|Xinxiang Longteng Refrigeration Technology Co.,Ltd.|Jiangsu Canghuan Copper Industry Co.,Ltd.|Jinlong Precision Copper Pipe Group Co., Ltd.|Guangdong Longfeng Precise Copper Tube Co., Ltd. Registration number: 2017990001045 |
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Denomination of invention: Method for manufacturing metal composite pipe blank and device for manufacturing metal composite pipe blank Effective date of registration: 20190830 Granted publication date: 20091230 Pledgee: China Minsheng Banking Corp Zhengzhou branch Pledgor: Jinlong Precision Copper Pipe Group Co., Ltd. Registration number: Y2019990000127 |
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