CN102560135A

CN102560135A - 一种整体铜坩埚以及整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法

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Publication number: CN102560135A
Application number: CN2012100709610A
Authority: CN
Inventors: 陈普选; 胡宗式
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种整体铜坩埚以及整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，涉及一种铜坩埚和加工方法，所述筒体(2)为圆形结构，在圆形结构筒体的一端设有法兰盘(3)，所述法兰盘与筒体为一体结构，由筒体的法兰盘(3)一端至筒体(2)的另一端设有贯通且相同孔径的内孔(1)；所述生产铜坩埚的方法，包括旋压设备，毛胚利用芯模(4)和旋压机构均匀受压；然后去除毛刺并经过磨削便形成铜坩埚；本发明公开了一种整体铜坩埚以及整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，本发明通过采用整体锻造铜坩埚的加工方法，使得成品铜坩埚没有焊缝，有效克服了铜坩埚后期使用出现无法察觉的裂痕或断裂伤的弊端，使得原料费、锻造费、机加费得到大幅度降低。

Description

一种整体铜坩埚以及整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法

【技术领域】

本发明涉及一种铜坩埚和加工方法，具体地说本发明涉及一种整体铜坩埚以及整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法。

【背景技术】

已知的，真空自耗电弧炉和电渣炉在工业上广泛应用于冶炼钛、钼、钽、铌、锆等稀有金属及特种钢的加工；铜坩埚“也叫：铜结晶器”是真空自耗电弧炉和电渣炉的重要部件之一，现有铜坩埚包括筒体和法兰盘两大部分，筒体由两个半圆管合并经过在筒体和内孔进行焊接，形成铜坩埚筒体，然后将法兰盘焊接在筒体外缘形成铜坩埚。由于铜坩埚应用在真空和高温的环境中，所以铜坩埚必须具有无接缝或整体结构，这样不仅可以克服高温环境下接缝或者断点形成炸裂，而且抗拉强度与屈服强度符合要求方可实现稳定工作的目的；在国内外多次发生的爆炸事故便是由于坩埚通过对接形式，所以克服存在接缝是本领域技术人员的诉求，对铜坩埚的质量要求通常有以下几点：1、铜坩埚的筒体化学成分，T2铜“紫铜”，且不能有夹杂、裂纹等缺陷；2、焊缝的质量，按压力容器的3级；3、整体打水压6公斤，4小时不漏；4、加强圈上面的不锈钢制圈焊接要牢固“一般是先制成两个半圆，组焊在加强圈上”；5、形位公差。

经过技术检索发现现有的制造铜坩埚的方法有几种：

(1)挤压的铜管加法兰，一般制造内径在φ400以下的铜坩埚；

(2)卷焊筒体加法兰，一般制造内径在φ400～φ700的铜坩埚；

(3)锻造筒体加法兰，一般制造内径在φ500～φ1000的铜坩埚；

(4)整体锻造铜坩埚“筒体加法兰潘一起锻造出来”，一般制造内径在φ500～φ1000的铜坩埚；无焊缝。

在前述方法中，中国专利CN2757077Y公开了如下技术内容：

一种真空自耗电弧炉用无焊缝大型铜坩埚，其简体与法兰为一整体结构；且筒体与法兰的过渡处呈大圆弧角结构。

专利CN2757077Y所公开的专利文本中，所述“采用铜锭或大直径铜棒锻造旋压后制成毛坯，经机械加工制成，其筒体与法兰为一整体结构，没有任何焊缝，不但保证了坩埚的整体质量”，由上可知其加工工艺采用整块铜锭或大直径铜棒，而后在外缘面经过初锻造、切削在铜锭或大直径铜棒上获取内孔、法兰盘形成毛坯，然后蘸火加热、热轧，这一工艺在本领域需要经过反复次的蘸火加热、热轧；这一过程必然改变铜的晶向，并且金属的晶粒较大，使成品铜坩埚出现无法察觉的裂痕或断裂伤，通过探伤也很难察觉，当然其加工过程投料量大，制造难度大，成本价格相对较高；使用中也存在较大的热膨胀系数差异，致使连接处承受较高而又频繁的拉力作用。

参考文献：

中国专利：专利名称、真空自耗电弧炉用无焊缝大型铜坩埚；申请日、2004年11月29日；专利号、200420086303.1；授权公告号、CN2757077Y。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种整体铜坩埚以及整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，本发明通过采用整体锻造铜坩埚的加工方法，使得成品铜坩埚没有焊缝，有效克服了铜坩埚后期使用出现无法察觉的裂痕或断裂伤的弊端，使得原料费、锻造费、机加费得到大幅度降低。

实现本发明的技术方案如下：

一种整体铜坩埚，包括筒体、法兰盘，所述筒体为圆形结构，在圆形结构筒体的一端设有法兰盘，所述法兰盘与筒体为一体结构，由筒体的法兰盘一端至筒体的另一端设有贯通且相同孔径的内孔。

一种整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，包括旋压设备，旋压设备包含芯模、底板、旋压棍和驱动机构，芯模下部设有底板，在芯模外部间隔设有多个旋压棍，所述每一旋压棍外部设置在机架的驱动机构上形成一套旋压机构，所述旋压机构为可上下移动且旋压机构的旋压棍与芯模间距可调；

整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法包含如下步骤；

A、取铜锭或大直径铜棒经过锻造形成具有法兰盘、筒体的毛胚，筒体的法兰盘一端至筒体的另一端锻出内孔，所述内孔孔径略大于芯模直径；

B、将毛胚吊起利用内孔套在芯模上，所述法兰盘一端朝下与底板接触；

C、将旋压棍压紧筒体；

a、启动旋压机构，所述旋压机构绕筒体旋转且上下运动，使筒体均匀受压；

b、启动旋压机构，所述旋压机构绕筒体上下运动不旋转，套在芯模上的筒体以及芯模、底板旋转，使筒体均匀受压；

通过a步骤或b步骤使筒体经过旋压达到规定设计高度；

D、停止旋压机构并使旋压机构脱离筒体，取下具有法兰盘的筒体；

E、将上一步骤所述具有法兰盘的筒体上端以及下部的法兰盘去除毛刺并经过磨削形成铜坩埚。

所述的整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，在芯模外部间隔设置的旋压机构为至少三套，所述旋压机构为等距排列在芯模外部。

所述的整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，所述驱动机构为轴向推力油缸。

所述的整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，在步骤C的a步骤或b步骤旋压时使用火焰对筒体加热，温度控制在500℃以内。

通过上述公开内容，本发明的有益效果是：

本发明所述整体铜坩埚以及整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，通过采用整体锻造铜坩埚的加工方法，使得成品铜坩埚没有焊缝，避免了探伤不合格问题，铜坩埚的质量和后期使用效果好；在旋压时使用火焰加热，确保不会引起晶粒长大，加工硬化提高坩埚的强度，旋压坯料的质量要求较松，有效地降低了锻造制品的难度，就大大降低了成本；本发明旋压坯料筒体部分的重量大约为锻造铜坩埚的一半，这样原料费、锻造费、机加费大大降低，强度，降低了成本；本发明尤其适合长度在2米到6米长的筒体。

【附图说明】

图1是本发明的铜坩埚毛胚与芯模套合结构示意图；

图2是本发明的铜坩埚毛胚套在芯模上的结构示意图；

图3是本发明的铜坩埚毛胚经过旋压后的结构示意图；

图4是本发明的旋压机构对铜坩埚旋压工作状态示意图；

图5是本发明的铜坩埚结构示意图；

在图中：1、内孔；2、筒体；3、法兰盘；4、芯模；5、底板；6、旋压棍；7、驱动机构。

【具体实施方式】

下面结合实施例对本发明进行进一步的说明；下面的实施例并不是对于本发明的限定，仅作为支持实现本发明的方式，在本发明所公开的技术框架内的任意等同结构替换，均为本发明的保护范围；

结合附图5所述的一种整体铜坩埚，包括筒体2、法兰盘3，所述筒体2为圆形结构，在圆形结构筒体2的一端设有法兰盘3，所述法兰盘3与筒体2为无接缝的一体结构，由筒体2的法兰盘3一端至筒体2的另一端设有贯通的内孔1，所述内孔1为孔径相同的圆形。

结合附图1～4所述的一种整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，包括旋压设备，旋压设备包含芯模4、底板5、旋压棍6和驱动机构7，芯模4下部设有底板5，在芯模4外部间隔设有多个旋压棍6，所述每一旋压棍6外部设置在机架的驱动机构7上形成一套旋压机构，所述机架用于安装驱动机构7，机架图中未显示，但可根据实际需要机架制作为多根立柱，由立柱形成滑道使驱动机构7上下运行，机架也可制作为门框结构，上部以不影响铜坩埚毛胚取放为宜，其中所述旋压机构为轴向推力油缸，在芯模4外部间隔设置的旋压机构为至少三套，所述旋压机构为等距排列在芯模4外部，所述旋压机构为可上下移动且旋压机构的旋压棍6与芯模4间距可调；

整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法包含如下步骤；

A、取铜锭或大直径铜棒经过锻造形成具有法兰盘3、筒体2的毛胚，筒体2的法兰盘3一端至筒体2的另一端锻出内孔1，所述内孔1孔径略大于芯模4直径；

B、将毛胚吊起利用内孔1套在芯模4上，所述法兰盘3一端朝下与底板5接触；

C、将旋压棍6压紧筒体2；

a、启动旋压机构，所述旋压机构绕筒体2旋转且上下运动，使筒体2均匀受压；

b、启动旋压机构，所述旋压机构绕筒体2上下运动不旋转，套在芯模4上的筒体2以及芯模4、底板5旋转，使筒体2均匀受压；

通过a步骤或b步骤使筒体2经过旋压达到规定设计高度；本步骤中的a步骤或b步骤旋压时，为了减少旋压力，在旋压时可以用火焰加热筒体2，温度不宜超过500℃。这样筒体变形在低温进行，不会引起晶粒长大，加工硬化提高坩埚的强度，有利于使用；也可采用常温旋压，但常温旋压相应的旋压棍6工作难度略大，也可以实现。

D、停止旋压机构并使旋压机构脱离筒体2，取下具有法兰盘3的筒体2；

E、将上一步骤所述具有法兰盘3的筒体2上端以及下部的法兰盘3去除毛刺并经过磨削形成铜坩埚。

本发明通过整体锻造铜坩埚，使得成品铜坩埚没有焊缝，避免了探伤不合格问题，铜坩埚的质量好；据此，本发明有益效果陈述如下：

1、用锻造机锻造出旋压铜坩埚的坯料“见图1”。成品铜坩埚“图5”中的法兰，在锻造时已经锻好，在以后的旋压过程法兰部分不旋压，只是对筒体的部分旋压。

2、使用大型旋压机对坯料的筒体部分旋压。首先将加强圈旋成，再把筒体2旋压到规定尺寸。为了减少旋压力，在旋压时可以用火焰加热，温度不宜超过500℃。这样筒体变形在低温进行，不会引起晶粒长大，加工硬化提高坩埚的强度，有利于使用。

3、旋压坯料的质量要求较松，外径的公差较大，形状控制在可以接受的范围，内径有较小的缺陷可以在旋压时得到补偿。根据图纸要求，坯料的内径φ817，由于锻造时内孔大了一些，机加后为φ830.调整一下工艺参数，此坯料仍可以使用。例如坯料高度图纸要求1800.锻造时锻成2200，仍然可以使用。这样降低了锻造制品的难度，就大大降低了成本。

4、旋压坯料筒体部分的重量大约为锻造铜坩埚的一半，这样原料费、锻造费、机加费大大降低，降低了成本。

5、可以加工的长度范围很大，一般2米到6米，长的筒体对于锻造和卷制都是困难的，对旋压来说长的筒体是它的优点。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims

1.一种整体铜坩埚，包括筒体(2)、法兰盘(3)，其特征是：所述筒体(2)为圆形结构，在圆形结构筒体(2)的一端设有法兰盘(3)，所述法兰盘(3)与筒体(2)为一体结构，由筒体(2)的法兰盘(3)一端至筒体(2)的另一端设有贯通且相同孔径的内孔(1)。

2.一种整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，其特征是：包括旋压设备，旋压设备包含芯模(4)、底板(5)、旋压棍(6)和驱动机构(7)，芯模(4)下部设有底板(5)，在芯模(4)外部间隔设有多个旋压棍(6)，所述每一旋压棍(6)外部设置在机架的驱动机构(7)上形成一套旋压机构，所述旋压机构为可上下移动且旋压机构的旋压棍(6)与芯模(4)间距可调；

整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法包含如下步骤；

A、取铜锭或大直径铜棒经过锻造形成具有法兰盘(3)、筒体(2)的毛胚，筒体(2)的法兰盘(3)一端至筒体(2)的另一端锻出内孔(1)，所述内孔(1)孔径略大于芯模(4)直径；

B、将毛胚吊起利用内孔(1)套在芯模(4)上，所述法兰盘(3)一端朝下与底板(5)接触；

C、将旋压棍(6)压紧筒体(2)；

a、启动旋压机构，所述旋压机构绕筒体(2)旋转且上下运动，使筒体(2)均匀受压；

b、启动旋压机构，所述旋压机构绕筒体(2)上下运动不旋转，套在芯模(4)上的筒体(2)以及芯模(4)、底板(5)旋转，使筒体(2)均匀受压；

通过a步骤或b步骤使筒体(2)经过旋压达到规定设计高度；

D、停止旋压机构并使旋压机构脱离筒体(2)，取下具有法兰盘(3)的筒体(2)；

E、将上一步骤所述具有法兰盘(3)的筒体(2)上端以及下部的法兰盘(3)去除毛刺并经过磨削形成铜坩埚。

3.根据权利要求2所述的整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，其特征是：在芯模(4)外部间隔设置的旋压机构为至少三套，所述旋压机构为等距排列在芯模(4)外部。

4.根据权利要求2所述的整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，其特征是：所述驱动机构(7)为轴向推力油缸。

5.根据权利要求2所述的整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法，其特征是：在步骤C的a步骤或b步骤旋压时使用火焰对筒体(2)加热，温度控制在500℃以内。