CN102672127A - 一种制备铜及铜合金管坯的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备铜及铜合金管坯的装置，其包括结晶器外模1a、管坯内芯头组件6a和芯头固定件8组成。所述芯头组件6a包括管坯内芯头（7）和耐火保温衬套（6），在所述管坯内芯头（7）和耐火保温衬套（6）的圆周方向，均匀开设有多个铜液分配通道（9）。所述管坯内芯头组件6a为一桶状双层结构，内衬为耐火保温衬套6，材质为氧化铝陶瓷或者多晶莫来石预制件；外层为管坯内芯头7，材质为石墨；既是铸造管坯内壁成型工具，又是存放铜液的中间包，同时兼有沿管坯径向均匀分配铜液的作用。本发明的方法是通过浇管（12）将铜液注入石墨芯头的耐火保温衬套（6）的内腔，耐火保温衬套（6）中的铜液通过铜液分配通道（9）将铜液均匀注入管坯成型腔（12），从而形成管坯。使用本发明的装置及方法可以在普通DC铸造机上铸造超大、超薄或者超厚的铜及铜合金管坯。
Description
技术领域
本发明属于冶金铸造技术领域，尤其涉及一种制备铜及铜合金管坯的装置及方法。
背景技术
超大、超薄或者超厚的铜及铜合金管材产品是附加值极高、市场极度稀缺的铜及铜合金管材产品，其生产组织的难度和产品技术含量均很高。目前，国内外超大、超厚铜及铜合金管材产品均是通过铸造大规格实心铸锭→锯切为短锭→短锭车皮→铜锭加热→大吨位挤压机挤压开坯→挤制坯料切头尾→酸洗→人工修磨坯料表面缺陷→得到待拉伸的坯料。铜锭加热时金属氧化严重，酸洗时也存在金属损耗，其生产工艺复杂、制备流程很长，成材率低，能耗高，生产效率极低。特别是需要配备专用的铜锭车皮、加热、酸洗设备，需要配备造价极高的大型专用挤压机和昂贵的挤压工装，设备投资很大且生产成本极高。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的问题，提出一种用于装备超大、超薄或者超厚的铜及铜合金管坯的装置及方法。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种制备铜及铜合金管坯的装置，其包括结晶器，其特征在于，所述装置还包括管坯内芯头组件（6a）和芯头固定件（8）；所述管坯内芯头组件（6a）包括管坯内芯头（7）和耐火保温衬套（6），在所述管坯内芯头（7）和耐火保温衬套（6）的圆周方向，均匀开设有多个铜液分配通道（9）；所述管坯内芯头组件（6a）为一桶状双层结构，内衬为耐火保温衬套（6），外层为所述管坯内芯头（7），材质为石墨；所述管坯内芯头（7）固定于所述结晶器的结晶器铜套（1）或者水套压盖（3）的上沿，所述结晶器铜套（1）和管坯内芯头（7）组成的间隙为管坯成型腔（12），所述铜液分配通道（9）与管坯成型腔（12）连通。
一种制备铜及铜合金管坯的装置，其特征在于，所述铜液分配通道（9）沿管坯内芯头（7）和耐火保温衬套（6）的径向均匀分布，并且所述铜液分配通道（9）的数量为3-300个。
一种制备铜及铜合金管坯的装置，其特征在于，在所述管坯内芯头组件（6a）中安装有管坯内壁冷却水管（10a），冷却水管从耐火保温衬套（6）和管坯内芯头（7）的中间结合部位穿过。
一种制备铜及铜合金管坯的装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将铜液注入所述耐火保温衬套（6）的内腔，所述耐火保温衬套（6）中的铜液通过所述铜液分配通道（9）将铜液均匀注入管坯成型腔（12），所述结晶器的水腔（4）中的冷却水对所述管坯成型腔（12）中的铜液提供一次冷却，所述结晶器底部的出水口的二次冷却水对已经形成凝壳的管坯提供二次冷却，形成最终的管坯。
一种制备铜及铜合金管坯的装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将铜液注入所述耐火保温衬套（6）的内腔，所述耐火保温衬套（6）中的铜液通过所述铜液分配通道（9）将铜液均匀注入管坯成型腔（12），所述结晶器的水腔（4）中的冷却水对所述管坯成型腔（12）中的铜液提供一次冷却，管坯内壁冷却水（10a）对管坯内壁提供冷却，所述结晶器底部的出水口的二次冷却水对已经形成凝壳的管坯提供二次冷却，形成最终的管坯。
本发明的有益效果：使用本发明的装置及方法可以在普通DC铸造机上铸造超大、超薄或者超厚的铜及铜合金管坯。所制备的管坯可以直接进行轧制或直接进行拉伸，取消了传统的大管制备的大锭铸造→定尺锯切→短锭加热→挤压→酸洗等工序环节，大大缩短工艺流程。减少铜锭加热氧化和酸洗金属损耗。无需专用的铜锭加热设备、大型挤压设备和专用的酸洗设备。可以提高成材率20%以上，提高生产效率3-4倍，显著降低生产成本。易于生产市场稀缺的超长、超大铜及铜合金管材。
附图说明
图1是本发明的铜及铜合金管坯结晶器外模结构示意图；
图2是本发明的铜及铜合金管坯内芯头结构示意图；
图3是本发明的铜及铜合金管坯工装结构示意图。
具体实施方式
本发明是采用立式半连铸或连续铸造方法，在普通的立式铸造园锭结晶器的基础上，加装一个管坯内表面成型的心头，可以铸造外径为Ф100mm-Ф3000mm,壁厚为8mm-200mm的超大铜及铜合金管坯。
具体而言，铸造管坯的外结晶器1a可以是普通园锭DC（直接水冷铸造）铸造结晶器、可以是热顶铸造结晶器、可以是气滑膜或者隔热膜结晶器，也可以是热型连铸结晶器。参见图1，采用DC（直接水冷铸造）铸造结晶器时，其结构组成包括： 结晶器铜套1、结晶器水套2、压盖3、结晶器水腔4、结晶器二次冷却喷水口5。超大、超薄或者超厚铜及铜合金管坯结晶器外模结构示意图。
结晶器的管坯内芯头是铸造管坯内壁成型工具，管坯内芯头7材质为高纯石墨，管坯内芯头7的外表面起到管坯内径的成型和润滑作用，芯头内腔衬有高纯氧化铝陶瓷制备的耐火保温衬套6，耐火保温衬套6的内腔盛放从炉头-浇管转注过来的铜液。在管坯内芯头7和耐火保温衬套6的圆周方向，均匀开设有直径为Ф8mm-Ф20mm的铜液分配通道9，用于将铜液均匀分布到管坯结晶器的成型腔。管坯内芯头7依靠芯头固定件8固定于结晶器铜套1或者水套压盖3的上沿。铜液分配通道9沿管坯内芯头7和耐火保温衬套6的径向均匀分布。铜液分配通道9的数量为3-300个。所铸造的管坯直径越小，壁厚越薄，管坯内芯头7、耐火保温衬套6上的铜液分配通道9数量越少、直径也越小。管坯内芯头7的结构组成包括：耐火保温衬套6、石墨芯头7、芯头固定件8、铜液分配通道9组成。超大、超薄或者超厚铜及铜合金管坯内芯头结构示意图，见图2。
结晶器的芯头组件6a安装在结晶器铜套1的内腔，由铜套1和管坯内芯头7组成的间隙12为管坯成型腔。
通过浇管12将铜液11注入石墨芯头的耐火保温衬套6的内腔，耐火保温衬套6中的铜液通过铜液分配通道9将铜液均匀注入管坯成型腔12。结晶器水腔4中的冷却水对成型腔12中的铜液提供一次冷却，管坯内壁冷却水10a对管坯内壁提供冷却（只有在管坯壁厚较大，外壁冷却不足以对管坯提供有效冷却而影响管坯成型稳定性时，才设置管坯内壁冷却）,二次冷却水13对已经形成凝壳的管坯14提供二次冷却。引锭框15的作用是将超大、超薄或者超厚的管坯14从成型腔12中引出。
Claims (5)
1.一种制备铜及铜合金管坯的装置，其包括结晶器，其特征在于，所述装置还包括管坯内芯头组件（6a）和芯头固定件（8）；所述管坯内芯头组件（6a）包括管坯内芯头（7）和耐火保温衬套（6），在所述管坯内芯头（7）和耐火保温衬套（6）的圆周方向，均匀开设有多个铜液分配通道（9）；所述管坯内芯头组件（6a）为一桶状双层结构，内衬为耐火保温衬套（6），外层为所述管坯内芯头（7），材质为石墨；所述管坯内芯头（7）固定于所述结晶器的结晶器铜套（1）或者水套压盖（3）的上沿，所述结晶器铜套（1）和管坯内芯头（7）组成的间隙为管坯成型腔（12），所述铜液分配通道（9）与管坯成型腔（12）连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铜液分配通道（9）沿管坯内芯头（7）和耐火保温衬套（6）的径向均匀分布，并且所述铜液分配通道（9）的数量为3-300个。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述管坯内芯头组件（6a）中安装有管坯内壁冷却水管（10a），冷却水管从耐火保温衬套（6）和管坯内芯头（7）的中间结合部位穿过。
4.一种使用权利要求1或2的装置制备铜及铜合金管坯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将铜液注入所述耐火保温衬套（6）的内腔，所述耐火保温衬套（6）中的铜液通过所述铜液分配通道（9）将铜液均匀注入管坯成型腔（12），所述结晶器的水腔（4）中的冷却水对所述管坯成型腔（12）中的铜液提供一次冷却，所述结晶器底部的出水口的二次冷却水对已经形成凝壳的管坯提供二次冷却，形成最终的管坯。
5.一种使用权利要求3的装置制备铜及铜合金管坯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将铜液注入所述耐火保温衬套（6）的内腔，所述耐火保温衬套（6）中的铜液通过所述铜液分配通道（9）将铜液均匀注入管坯成型腔（12），所述结晶器的水腔（4）中的冷却水对所述管坯成型腔（12）中的铜液提供一次冷却，管坯内壁冷却水（10a）对管坯内壁提供冷却，所述结晶器底部的出水口的二次冷却水对已经形成凝壳的管坯提供二次冷却，形成最终的管坯。
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