CN102069164B - 水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水平连铸管坯熔铸过程内外表面保护装置，包括设在结晶器前端保护管坯外表面不氧化的外表面保护装置和设在管坯中保护管坯内表面不氧化的内表面保护装置，另外还提供该装置的操作方法。本发明结构设计新颖，能最大限度的降低保护气体氮气的损耗，降低水平连铸的运行成本；在水平连铸机正常连续铸造过程中，始终保持管坯在产生氧化温度以上时都在恒压的氮气保护下不与空气接触，从而保证单盘卷重≥1100kg的水平连铸铜及铜合金管坯外表面光亮无氧化，实现了铜及铜合金管高效短流程生产及产业化。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属管坯熔铸工装的设计、制造，特别是一种水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置及其操作方法。
背景技术
传统的熔炼铸造设备铸造生产的铜及铜合金管坯，在被牵引拉出结晶器的瞬间，该高温管坯直接与空气接触，内外表面发生氧化反应，产生氧化膜。对于长度、表面无特殊要求的管坯，可采用酸洗方法处理。但对于单盘卷重≥1100kg的铜及铜合金管，尤其是单盘卷重≥1100kg的高性能电子铜管和高耐蚀铜合金管，表面质量远远不能满足其使用要求。
发明内容
本发明所要解决的问题就是提供一种设计合理，能有效保护水平连铸管坯，特别是卷重≥1100kg的铜及铜合金管坯在熔铸加工过程中内外表面光亮、无氧化的保护装置，结构新颖，能最大限度的降低保护气体氮气的损耗，降低水平连铸的运行成本，以及该装置的操作方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置，其特征在于：包括设在结晶器前端保护管坯外表面不氧化的外表面保护装置和设在管坯中保护管坯内表面不氧化的内表面保护装置。
进一步的，所述外表面保护装置包括后端与结晶器的前端密闭连接的保护罩，保护罩的前端为封闭端，封闭端上设有与管坯配合的通孔，封闭端上设有保证通孔与管坯外表面之间密封性的密封结构I，保护罩上还设有供惰性气体进入保护罩内的进气孔和供惰性气体流出保护罩的出气孔。所述进气孔设在保护罩的环侧面上部，所述出气孔设在保护罩的环侧面下部。
进一步的，所述密封结构I为设在封闭端内侧面上的密封圈。
进一步的，所述内表面保护装置包括设在管坯的管孔中的恒压器，恒压器的环侧面上设有与管孔壁密封配合的密封结构II，恒压器中设有供惰性气体流通的气体通道，恒压器前端设有进气口与气体通道连接，恒压器后端的侧壁体上设有出气口与气体通道连接，在出气口上设有保持出气口常闭使惰性气体相对气体通道只出不进的单向结构。
进一步的，所述密封结构II为与恒压器采用同样材料一体设置的弹性密封圈。保证气密性，不必多加考虑弹性密封圈与恒压器之间的密封连接的气密性，使结构简化，功能强化。
进一步的，所述单向结构为设在恒压器后端的外侧面上并封住出气口的弹力胶管。
水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置的操作方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)从保护罩的进气孔导入惰性气体，从保护罩的出气孔导出惰性气体；
2)从恒压器的进气口导入惰性气体使恒压器后方充满惰性气体；
3)控制惰性气体的导入量，使恒压器在惰性气体的压力推动下沿管坯的管孔内壁向前方移动至管坯的温度低于使其产生氧化的位置后停止导入惰性气体。
进一步的，所述保护罩的出气孔调节惰性气体的导出量以保持保护罩内惰性气体正恒压循环。
进一步的，所述惰性气体为氮气。
采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：在水平连铸机正常连续铸造过程中，始终保持管坯在产生氧化的温度以上时都在恒压的氮气保护下不与空气接触，从而保证单盘卷重≥1100kg的水平连铸铜及铜合金管坯外表面光亮无氧化，实现了铜及铜合金管高效短流程生产及产业化。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图2为恒压器的结构示意图。
具体实施方式
如图1至2所示本发明一种实施例的结构示意图，水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置，包括设在结晶器2前端设有保护管坯8外表面不氧化的外表面保护装置，在管坯中设有保护管坯内表面不氧化的内表面保护装置。
所述外表面保护装置包括后端与结晶器的前端密闭连接的保护罩5，保护罩的前端为封闭端51，封闭端上设有与管坯配合的通孔52，封闭端上设有保证通孔与管坯外表面之间密封性的密封结构I，保护罩上还设有供惰性气体进入保护罩内的进气孔53和供惰性气体流出保护罩的出气孔54。所述密封结构I为设在封闭端内侧面上的密封圈55。在本实施例中，进气孔设在保护罩的环侧面上部，所述出气孔设在保护罩的环侧面下部。
所述内表面保护装置包括设在管坯的管孔中的恒压器6，恒压器的环侧面上设有与管孔壁密封配合的密封结构II，恒压器中设有供惰性气体流通的气体通道61，恒压器前端设有与气体通道连接的进气口62，恒压器后端的侧壁体上设有与气体通道连接的出气口63，在出气口上设有保持出气口常闭使惰性气体相对气体通道只出不进的单向结构。所述密封结构II为弹性密封圈64。所述单向结构为设在恒压器后端的外侧面上并封住出气口的弹力胶管7。在本实施例中，弹性密封圈与恒压器采用同样材料一体设置。
上述实施例中，由于管坯经结晶器冷却后会发生氧化的温度大致在40℃-100℃，因此密封圈和弹性密封圈及恒压器采用耐高温橡胶材料制成，弹力胶管也采用耐高温材料制成。另外保护罩的设置长度也要考虑到管坯的温度是否在发生氧化的温度之上，即保护罩要将管坯的温度还处在会发生氧化的温度之上的部分全罩起来。
另外本发明提供一种水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置的操作方法，使用上述保护装置，包括以下步骤，
1)从保护罩的进气孔导入惰性气体，从保护罩的出气孔导出惰性气体；
2)从恒压器的进气口导入惰性气体使恒压器后方充满惰性气体；
3)控制惰性气体的导入量，使恒压器在惰性气体的压力推动下沿管坯的管孔内壁向前方移动至管坯的温度低于使其产生氧化的位置后停止导入惰性气体。
其中，步骤1)和步骤2)可以同步进行，所述保护罩的出气孔调节惰性气体的导出量以保持保护罩内惰性气体正恒压循环。惰性气体优选氮气。
本发明的具体原理如下：
1)管坯外表面采用氮气循环保护
熔炼炉中的液态金属从连铸口中经过结晶器、管成型模具后凝固形成管坯，进入保护罩，压缩氮气通过进气孔进入保护罩与管坯的外表面形成的空腔内，在水平连铸机正常连续铸造过程，通过调整保护罩出气孔的流量，使该空腔的氮气始终保持循环、正恒压的状态，保证管坯的外表面在氧化温度以上不与空气接触，从而保证单盘卷重≥1100kg的水平连铸铜及铜合金管坯外表面光亮无氧化。
2)管坯内表面采用恒压、恒容积氮气保护
熔炼炉中的液态金属从连铸口中经过结晶器、管成型模具后凝固形成管坯，将恒压器从管坯前端装入管坯的管孔中，并将压缩氮气从恒压器的进气口导入气体通道中，随着压缩氮气的导入，使气体通道中压强增加，在压缩氮气的压力作用下，弹力胶管被顶开，压缩氮气从出气口溢出进入恒压器后方的管孔中，恒压器与管孔内壁紧密接触保证恒压器后方的氮气与恒压器前方的空气隔绝。在不断导入压缩氮气的过程中，恒压器后方的气压会逐渐大于恒压器前方的大气压，恒压器受压缩氮气的压力推动下沿管孔内壁向前方移动，控制压缩氮气的导入量，使恒压器移动至管坯的温度低于使其产生氧化的位置时，停止导入压缩氮气，弹力胶管收缩，将出气口封闭，压缩氮气继续推动恒压器向前方移动，直至恒压器前后两方向的压力平衡。在正常水平连铸过程中，由于恒压器前后两方向的压力始终保持平衡，随着管坯连铸长度增加，使恒压器后方的气压下降，恒压器受压差作用会沿管孔内壁向后移动重新达到平衡，恒压器后方的管坯内表面始终处于恒压、恒容积氮气的保护下，不与空气接触，保证单盘卷重≥1100kg的水平连铸铜及铜合金管坯内表面光亮无氧化。
本发明结构设计新颖，能最大限度的降低保护气体氮气的损耗，降低水平连铸的运行成本；在水平连铸机正常连续铸造过程中，始终保持管坯在产生氧化温度以上时都在恒压的氮气保护下不与空气接触，从而保证单盘卷重≥1100kg的水平连铸铜及铜合金管坯外表面光亮无氧化，实现了铜及铜合金管高效短流程生产及产业化。
除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。
Claims (7)
1.水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置，其特征在于：包括设在结晶器（2）前端保护管坯（8）外表面不氧化的外表面保护装置和设在管坯中保护管坯内表面不氧化的内表面保护装置；所述外表面保护装置包括后端与结晶器的前端密闭连接的保护罩（5），保护罩的前端为封闭端（51），封闭端上设有与管坯配合的通孔（52），封闭端上设有保证通孔与管坯外表面之间密封性的密封结构I，保护罩上还设有供氮气进入保护罩内的进气孔（53）和供氮气流出保护罩的出气孔（54）。
2.根据权利要求1所述的水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置，其特征在于：所述密封结构I为设在封闭端内侧面上的密封圈（55）。
3.根据权利要求1所述的水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置，其特征在于：所述内表面保护装置包括设在管坯的管孔中的恒压器（6），恒压器的环侧面上设有与管孔壁密封配合的密封结构II，恒压器中设有供氮气流通的气体通道（61），恒压器前端设有与气体通道连接的进气口（62），恒压器后端的侧壁体上设有与气体通道连接的出气口（63），在出气口上设有保持出气口常闭使氮气相对气体通道只出不进的单向结构。
4.根据权利要求3所述的水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置，其特征在于：所述密封结构II为与恒压器采用同样材料一体设置的弹性密封圈（64）。
5.根据权利要求3所述的水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置，其特征在于：所述单向结构为设在恒压器后端的外侧面上并封住出气口的弹力胶管（7）。
6.一种如权利要求3所述的水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置的操作方法，其特征在于：包括以下步骤，
1）从保护罩的进气孔导入氮气，从保护罩的出气孔导出氮气；
2）从恒压器的进气口导入氮气使恒压器后方充满氮气；
3）控制氮气的导入量，使恒压器在氮气的压力推动下沿管坯的管孔内壁向前方移动至管坯的温度低于使其产生氧化的位置后停止导入氮气。
7.根据权利要求6所述的水平连铸管坯熔铸加工内外表面保护装置的操作方法，其特征在于：所述保护罩的出气孔调节氮气的导出量以保持保护罩内氮气正恒压循环。
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