CN101244450A - 一种制造空心铜合金铸锭的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于制造空心铜合金铸锭的方法及所涉及的装置。将铸造平台上的铸造浇注小车其有芯结晶器的环形浇注空腔与浇注管的两个对称的浇注口对应，铸造车上的托座其具有的中间孔配合结晶器的芯头插入；铜合金熔液通过浇注管两个对称的浇注口浇注入结晶器的环形浇注空腔内；采取对环形浇注空腔内、外进行冷却即对空心铸锭内、外表面进行冷却的方式，冷却水进入结晶器芯头和外套的环形空腔内，从外套、芯头的底部排出，并从与托座的中间孔贯通的对称的两个排水孔排出，对空心铸锭内、外表面进行冷却。铜合金熔液通过结晶器的环形浇注空腔进入，流入托座上的燕尾槽，通过燕尾槽对铸锭向下的牵引和固定作用缓慢向下牵引铸锭。
Description
技术领域
本发明属于制造空心铜合金铸锭技术，主要涉及一种用于制造空心合金铸锭的铸造方法及其装置。
背景技术
目前，随着现代工业的飞速发展，各领域对铜合金制品的需求与日俱增，铜合金的铸造加工技术已成为制约我国铜加工工业发展的瓶颈。随着中国造船业发展迅速，电力行业用铜量增大，国内国际都有很大的市场空间。高性能的铜合金管材制品在电力、制冷、船舶等各领域得到广泛应用，为降低成本，提高产品质量，提出了管材的近终形状铸造并发展了多种铸造方法，但其生产技术对产品质量的提高上面临瓶颈，亟待研究开发新技术发展管的近终形状铸造方法。
目前直接铸造空心锭的工艺技术在国内并不多见，铸造空心铜锭目前局限于水平铸造法，现有的水平连铸空心铸锭的结晶器的芯头是一个石墨棒状模具，由于石墨芯头没有水冷却系统，从而造成空心铸锭的内表面冷却效果不好，由此而不能铸造大规格的空心铸锭，且空心铸锭的内径偏差大；石墨的强度低，凝固的空心铸锭抱芯力随着铸锭规格的增大而增大时，石墨芯头模具就容易碎裂。上述原因限制了现有水平铸造空心铸锭的质量，特别是不能铸造大规格的空心铸锭。由于铸锭自重的影响，也限制了空心铸锭在水平铸造中不能生产大规格产品。
发明内容
本发明的目的即是提出一种制造空心铜合金铸锭的方法及所涉及的装置。
本发明所提出的方法为：对铜合金熔炼均匀后，将铸造平台上的浇铸小车上的有芯结晶器的环形浇注空腔与浇注管的两个对称的浇注口对应，铸造机的铸造车升至铸造平台的浇注小车下方，铸造车上的托座具有的中间孔，使其配合结晶器的芯头插入，托座上的燕尾槽与结晶器的环形浇注空腔对应；熔炼炉的炉头内部控流系统放流，铜合金熔液通过浇注管两个对称的浇注口浇注入结晶器的环形浇注空腔内；采取对环形浇注空腔内、外进行冷却即对空心铸锭内、外表面进行冷却的方式，冷却水进入结晶器芯头和外套的环形空腔内，从外套、芯头的底部排出，并从与托座的中间孔贯通的对称的两个排水孔排出，对空心铸锭内、外表面进行冷却；铜合金熔液通过结晶器的环形浇注空腔进入，流入托座上的燕尾槽，然后暂停熔液流出，待燕尾槽的铜液基本冷却凝固，只剩下中间部分还没凝固时继续放流铜合金熔液；启动连铸机伺服PLC控制系统，通过托座燕尾槽对铸锭向下的牵引和固定作用缓慢向下牵引铸锭，铸造机按规定的工艺进行自动“停-拉”半连续浇注作业；待铸锭拉至工艺要求的长度后，关闭熔炼炉的控流系统，停止铸造机伺服系统的“停-拉”工作，关闭冷却水系统，推出浇铸小车，让铸造机伺服系统工作使铸造小车托着空心铸锭缓慢上升一段距离，然后用天车把空心铸锭从铸造坑中拉出。
本发明铸造方法采用PLC控制下的“停-拉”引锭的半连续铸造工艺，铸造工艺参数：2.5～6m/h的平均铸造速度，800～1200次的停拉周期频率，铸锭额定长度为2.5～6m，引程为2～8mm。
熔化炉采用大型工频有芯感应电炉，熔炼过程采用PLC电控系统控制炉子的运行过程，可实现炉温的连续控制、精确测定，确保了铸锭化学成分的均匀性。铸造机与感应炉实现连锁保护，金属液温度可以连续测温控制。
本发明的工艺方法可生产多种铜合金牌号的空心铸锭，产品规格为：外径/内径Φ70～Φ650mm/Φ20～Φ450mm
本发明所涉及的结晶器为有芯头结构，具有由外套内壳和外套外壳构成的外套且由外套内壳和外套外壳构成的环形空腔内具有冷却水进入由底部出水孔排出对空心铸锭外表面进行冷却；具有由芯头内壳和芯头外壳构成的芯头且芯头位于结晶器中部，由芯头内壳和芯头外壳构成的环形空腔内具有冷却水进入由底部出水孔排出对空心铸锭内表面进行冷却；芯头与外套之间为铸液进入的环形空腔。
在外套的外壳上具有两个或两个以上且成对设置的冷却水进水孔，在外套的外壳上具有与冷却水进水孔对应设置的出水孔，并将出水孔与芯头的冷却水进水孔相连通，即外套外壳上的出水孔把由冷却水进水孔进入的冷却水导出进入芯头，出水孔把外套、芯头的冷却机构连通为统一的一套冷却系统。冷却水进水孔设置的关键是保证对称的一定的进水量和水压。出水孔与冷却水进水孔对应，一进一出，它们的相对位置主要是便于管路的安装。
结晶器外套和芯头环形空腔底部的出水孔为多个且沿圆周均布设置。
结晶器外套环形空腔底部的出水孔与芯头环形空腔底部的出水孔之间的夹角小于90°。
结晶器外套的环形空腔与芯头的环形空腔内有螺旋向下的金属片，使进入的冷却水对结晶器的外套和芯头四周进行冷却。
本发明所涉及的托座，其具有中间孔以配合结晶器的芯头插入，托座外壁上具有两个对称的排水孔且排水孔与中间孔贯通，排水孔向下倾斜一定角度，有利于铸造中芯头内流出的冷却水从这两个排水孔排出，排水孔大小与冷却水进水孔同径。同时，这两个排水孔还可以作为托座吊装时的“吊装孔”。托座上开置的燕尾槽，以实现托座对铸锭向下的固定和牵引，燕尾槽的深度小于芯头插入孔的深度。
本发明所涉及的浇铸管，由于偏心浇铸容易造成铸锭出现一个侧面集中缺陷，所以采取双头浇铸的方式，即浇注管一端与熔炼炉炉头的控流系统联接，另一端具有对称的两个浇注口。此结构加工方便，且避免了因结晶器中心有芯头而不能中心浇铸的困难，也避免了偏心浇铸而带来的铸锭表面缺陷的出现，解决了浇铸系统的浇铸配合问题并提高了空心铜锭的表面与内部质量。
本发明生产的空心铜合金铸锭特点是壁厚和内孔弯曲度的偏差都较小，铸孔呈比较规则的圆形，铸造过程中几乎没有形成让内孔轴向呈高低起伏状态的偏析瘤，从空心锭的表面质量可以看出，铸锭内外表面均好，偏析瘤得到了有效的抑制，表面平整光洁，在初凝壳中，因内部过热熔体重溶的枝晶间低熔点物质，不至于在熔体静压力作用下渗出凝壳，形成偏析瘤。
附图说明
图1为结晶器结构示意图。
图2为图1中A部分放大图。
图3为图1中B部分放大图。
图4为图1的俯视图。
图5为托座结构示意图。
图6为图5的俯视图。
图7为图5的侧视图。
图8为浇注管结构示意图。
图中，1、软管，2、冷却水出水孔，3、冷却水进水孔，4、结晶器外套外壳，5、结晶器外套内壳，6、结晶器芯头外壳，7、结晶器芯头内壳，8、芯头进水孔，9、外套出水孔，10、芯头出水孔，11、托座，12、托座中间孔，13、托座排水孔，14、托座燕尾槽，15托座安装固定孔，16、石墨浇注管。
具体实施方式
结合附图给出的实施例对本发明加以进一步说明：
本发明的具体实施例：
采用大型工频有芯感应电炉熔炼铜合金溶液，铜合金熔炼均匀后，将铸造平台上的铸造浇注小车其有芯结晶器的环形浇注空腔与浇注管的两个对称的浇注口对应，铸造机的铸造车升至铸造平台的浇铸小车下方，铸造车上的托座其具有的中间孔配合结晶器的芯头插入，托座上的燕尾槽与结晶器的环形浇注空腔对应；熔炼炉的炉头内部控流系统放流，铜合金熔液通过浇注管两个对称的浇注口浇注入结晶器的环形浇注空腔内；采取对环形浇注空腔内、外进行冷却即对空心铸锭内、外表面进行冷却的方式，冷却水进入结晶器芯头和外套的环形空腔内，从外套、芯头的底部排出，并从与托座的中间孔贯通的对称的两个排水孔排出，对空心铸锭内、外表面进行冷却；铜合金熔液通过结晶器的环形浇注空腔进入，流入托座上的燕尾槽，然后暂停熔液流出，待燕尾槽的铜液基本冷却凝固，只剩下中间部分还没凝固时继续放流铜合金熔液；启动连铸机伺服PLC控制系统，通过托座燕尾槽对铸锭向下的牵引和固定作用缓慢向下牵引铸锭，铸造机按规定的工艺进行自动“停-拉”半连续浇注作业；待铸锭拉至工艺要求的长度后，关闭熔炼炉的控流系统，停止铸造机伺服系统的“停-拉”工作，关闭冷却水系统，推出浇铸小车，让铸造机伺服系统工作使铸造小车托着空心铸锭缓慢上升一段距离，然后用天车把空心铸锭从铸造坑中拉出。
本发明铸造方法采用PLC控制下的“停-拉”引锭的半连续铸造工艺，铸造工艺参数：2.5～6m/h的平均铸造速度，800～1200次的停拉周期频率，铸锭额定长度为2.5～6m，引程为2～8mm。
本发明所涉及的装置中，大型工频有芯感应电炉，铸造平台和铸造浇铸小车及铸造机、铸造车等；所涉及的熔炼炉的炉头内部控流系统，铸造机伺服PLC控制系统均为现有铸造工艺普遍采用的装置，本发明所涉及的主要是结晶器、托座及浇注管的技术结构。
如图1所示并参照图4，本发明的结晶器为有芯头结构，结晶器具有由外套外壳4和外套内壳5构成的外套且由外套外壳和外套内壳构成的环形空腔内具有冷却水进入由底部出水孔9排出对空心铸锭外表面进行冷却；具有由芯头内壳7和芯头外壳6构成的芯头且芯头位于结晶器中部，由芯头内壳和芯头外壳构成的环形空腔内具有冷却水进入由底部出水孔10排出对空心铸锭内表面进行冷却；芯头与外套之间为铸液进入的环形空腔。
结晶器外套的外壳上具有两个或两个以上且成对设置的冷却水进水孔3，每对进水孔对称设置；在外套的外壳上具有与冷却水进水孔对应设置的出水孔2，该实施例中冷却水进水孔3为两个，对称设置；出水孔2也为两个。并通过软管1将出水孔2与芯头的冷却水进水孔8相连通，即外套外壳上的出水孔2把由冷却水进水孔3进入的冷却水导出进入芯头，出水孔2把外套、芯头的冷却机构连通为统一的一套冷却系统。
结晶器外套环形空腔底部的出水孔9为多个且沿圆周均布设置，具体结构为：参照图2，结晶器外套的内壳5由紫铜铸造加工，其下端弯折的底部具有圆周均布的出水孔9，出水孔直径2～4mm；外套内壳5的底部靠在外套内壳下端弯折的底部上进行配合。外套外壳4由铸铁铸造加工，其内壁上焊接螺旋向下的铁片使进入的冷却水对结晶器外套四周进行均匀冷却。外套底部的出水孔9也可位于外套外壳的底部。
结晶器芯头环形空腔底部的出水孔10为多个且沿圆周均布设置，具体结构为：参照图3，结晶器芯头的外壳6由紫铜铸造加工，其下端弯折的底部具有圆周均布的出水孔10，出水孔直径2～4mm；芯头外壳6的底部靠在芯头内壳7下端弯折的底部上进行配合。芯头内壳7由铸铁铸造加工，其内壁上焊接螺旋向下的铁片使进入的冷却水对结晶器芯头四周进行均匀冷却。芯头底部的出水孔10也可位于芯头内壳的底部。
外套环形空腔底部的出水孔9与芯头环形空腔底部的出水孔10之间的夹角小于90°，在80°左右，出水孔9和出水孔10均为斜孔，指向空心铸锭外部和内部表面。
参照图4，芯头进水孔8为铸铁铸造加工，其用螺母与外套联接紧固，芯头的内、外壳与之配合固定。
如图5～图7所示，托座11具有中间孔12，用以配合结晶器的芯头插入，托座外壁上具有两个对称的排水孔13且排水孔与中间孔12贯通，排水孔13向下倾斜一定角度，排水孔13的大小与冷却水进水孔3同径。托座11上开置的燕尾槽14，实现托座对铸锭向下的牵引和固定作用，燕尾槽的深度小于芯头插入孔的深度。
如图8所示，本发明涉及的浇注管16，具有两个对称的浇注口，实现双头对称浇注的方式，浇注管进口端与熔炼炉炉头的控流系统联接，两个浇注口对应结晶器的环形浇注铸造空腔。
Claims (7)
1. 一种制造空心铜合金铸锭的方法，其特征是：对铜合金熔炼均匀后，将铸造平台上的铸造浇铸小车其有芯结晶器的环形浇注空腔与浇注管的两个对称的浇注口对应，铸造机的铸造车升至铸造平台的浇注小车下方，铸造车上的托座其具有的中间孔配合结晶器的芯头插入，托座上的燕尾槽与结晶器的环形浇注空腔对应；熔炼炉的炉头内部控流系统放流，铜合金熔液通过浇注管两个对称的浇注口浇注入结晶器的环形浇注空腔内；采取对环形浇注空腔内、外进行冷却即对空心铸锭内、外表面进行冷却的方式，冷却水进入结晶器芯头和外套的环形空腔内，从外套、芯头的底部排出，并从与托座的中间孔贯通的对称的两个排水孔排出，对空心铸锭内、外表面进行冷却；铜合金熔液通过结晶器的环形浇注空腔进入，流入托座上的燕尾槽，然后暂停熔液流出，待燕尾槽的铜液基本冷却凝固，只剩下中间部分还没凝固时继续放流铜合金熔液；启动连铸机伺服PLC控制系统，通过托座燕尾槽对铸锭向下的牵引和固定作用缓慢向下牵引铸锭，铸造机按规定的工艺进行自动“停-拉”半连续浇注作业；待铸锭拉至工艺要求的长度后，关闭熔炼炉的控流系统，停止铸造机伺服系统的“停-拉”工作，关闭冷却水系统，推出浇铸小车，让铸造机伺服系统工作使铸造小车托着空心铸锭缓慢上升一段距离，然后用天车把空心铸锭从铸造坑中拉出。
2. 根据权利要求1所述的一种制造空心铜合金铸锭的方法，其特征是：采用PLC控制下的“停-拉”引锭的半连续铸造工艺，铸造工艺参数：2.5～6m/h的平均铸造速度，800～1200次的停拉周期频率，铸锭额定长度为2.5～6m，引程为2～8mm。
3. 一种铸造空心铜合金铸锭的装置，其特征是：
a、结晶器为有芯头结构，具有由外套内壳(5)和外套外壳(4)构成的外套且由外套内壳和外套外壳构成的环形空腔内具有冷却水进入由底部出水孔(9)排出对空心铸锭外表面进行冷却；具有由芯头内壳(7)和芯头外壳(6)构成的芯头且芯头位于结晶器中部，由芯头内壳和芯头外壳构成的环形空腔内具有冷却水进入由底部出水孔(10)排出对空心铸锭内表面进行冷却；芯头与外套之间为铸液进入的环形空腔；
b、托座(11)具有中间孔(12)以配合结晶器的芯头插入，托座外壁上具有两个对称的排水孔(13)且排水孔与中间孔(12)贯通，排水孔(13)向下倾斜一定角度，有利于铸造中芯头流出的冷却水从这两个排水孔排出，排水孔(13)的大小与冷却水进水孔(3)同径；托座(11)上开置的燕尾槽(14)，以实现托座对铸锭向下的牵引和固定作用，燕尾槽的深度小于芯头插入孔的深度；
c、浇注管(16)采取双头对称浇注的方式，即浇注管一端与熔炼炉炉头的控流系统联接，另一端具有对称的两个浇注口。
4. 根据权利要求3所述的一种制造空心铜合金铸锭的装置，其特征是：所述结晶器的外套的外壳上具有两个或两个以上且成对设置的冷却水进水孔(3)，在外套的外壳上具有与冷却水进水孔对应设置的出水孔(2)并将出水孔与芯头的冷却水进水孔相连通，即外套外壳上的出水孔(2)把由冷却水进水孔(3)进入的冷却水导出进入芯头，出水孔(2)把外套、芯头的冷却机构连通为统一的一套冷却系统。
5. 根据权利要求书3所述的一种制造空心铜合金铸锭的装置，其特征是：所述结晶器外套和芯头环形空腔底部的出水孔(9)(10)为多个且沿圆周均布设置。
6. 根据权利要求3所述的一种制造空心铜合金铸锭的装置，其特征是：所述结晶器外套环形空腔底部的出水孔(9)与芯头环形空腔底部的出水孔(10)之间的夹角小于90°。
7. 根据权利要求3所述的一种制造空心铜合金铸锭的装置，其特征是：所述结晶器外套的环形空腔与芯头的环形空腔内有螺旋向下的金属片，使进入的冷却水对结晶器的外套和芯头四周进行冷却。
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