CN1169640C - 一种空心金属管坯电磁连续铸造方法及其所用的装置 - Google Patents
一种空心金属管坯电磁连续铸造方法及其所用的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1169640C CN1169640C CNB021093709A CN02109370A CN1169640C CN 1169640 C CN1169640 C CN 1169640C CN B021093709 A CNB021093709 A CN B021093709A CN 02109370 A CN02109370 A CN 02109370A CN 1169640 C CN1169640 C CN 1169640C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electromagnetic field
- crystallizer
- water
- hollow metal
- hollow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 15
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 7
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 16
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 1
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 2
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000009750 centrifugal casting Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 210000005239 tubule Anatomy 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
一种空心金属管坯的电磁连续铸造方法属于金属材料制备领域，特别涉及到空心金属管坯连续铸造过程中施加电磁场的工艺技术。本发明的技术特征是通过空心管坯内、外结晶器结构设计及外结晶器外侧施加低频、工频、中频和高频电磁场或低、工频与中、高频复合电磁场的技术方案实现了空心金属管坯的电磁连续铸造工艺过程。其特点是工艺简单，显著降低了空心管坯的生产成本；所制备的空心管坯壁厚均匀，误差控制在1%，表观质量好，粗糙度控制在0.2mm，凝固组织周向均匀性高、晶粒细小，铸态下可直接进行轧制。本方法可制备圆形、三角形、矩形、多边形等各种形状的空心金属管坯，在军工、核工业、高温耐蚀及石油化工等领域有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于金属材料制备领域，特别涉及到空心金属管坯连续铸造过程中施加电磁场的连续铸造方法及其所用的装置。
背景技术
无缝金属管材的产量和质量主要取决于空心管坯的生产。目前生产空心金属管坯的方法主要有两种：一种是穿孔法，主要工艺为钢水经连铸获得铸坯、铸坯冷却、加工，然后再经加热后穿孔而得到空心金属管坯。空心管坯经轧制或冷拔后得到无缝金属管。虽然穿孔法工艺比较成熟并广泛用于空心金属管坯的制备，但其效率低、能耗大的缺点也是显而易见，特别是对于某些高合金及异形空心金属管坯的制备较为困难，穿孔过程中易产生内折、裂纹，分层等缺陷，且有时不得不钻孔。另一种是水平离心铸造法，该工艺是将金属液直接浇入离心铸型，在旋转的铸型内凝固，可以直接得到空心金属管坯。但是该法只能生产空心圆管坯，不能生产异形空心金属管坯，而且采用传统的离心铸造法生产的管坯内部质量差，晶粒粗大，导致管坯强度低、塑性差，轧制困难，特别对于生产小管径空心管坯难以实现。
1989年公开的JP01249242专利提出在凝固末端施加搅拌电磁场的方法。该法采用无芯法生产空心管坯，在凝固的末端施加搅拌电磁场消除内表面枝晶生长引起的突起物，得到内表面较为光滑的空心金属管坯。但该法生产空心管坯存在两个方面缺陷，一是凝固末端的金属液无法得到更新；二是管坯壁厚由凝固坯壳自然生长决定，均匀性差，周向及轴向壁厚控制难以实现。因此，目前高质量的空心金属管坯制备仍然是实现管材的近终形技术的关键所在。
发明内容
本发明的目的是提供一种空心金属管坯的电磁连续铸造方法及其所用的装置。本工艺通过将金属液体浇注在由一个外结晶器和一个内结晶器所构成的型腔内，并在外结晶器外侧施加低频、工频、中频或高频电磁场，控制管坯的初期凝固过程，从而制备的空心管坯具有壁厚均匀，内外表观质量好，无需再加工，内部凝固组织晶粒细小，周向凝固组织均匀性高，且其性能可保证在铸态下直接轧制的空心金属管坯，可实现无缝金属管生产的近终形技术。
实现本发明的技术方案为：
(1)设计空心管坯结晶器。外结晶器由两部分组成，上部为耐火材料质热顶，下部为水冷开缝式铜质结晶器，其周向上均匀开设与轴线相互平行的等宽缝隙，可增强型腔内的磁感应强度，缝宽0.4-1.0mm，缝隙内填塞耐火材料，在热顶与水冷开缝式结晶器连接部位之间设置外结晶器连接环，材质为BN，即氮化硼；复合式水冷内结晶器由两部分组成，上部为耐火材料质热顶，下部为水冷铜质结晶器，二者连接部位之间设置内结晶器连接环，材质为BN；内结晶器下部与二冷喷水装置相连，内结晶器内的冷却水直接进入二冷装置，对空心金属管坯进行二次冷却，内外结晶器通过固定架连接，材质为0Cr18Ni9Ti。
(2)设计电磁场施加模式。空心金属管坯连续铸造过程中，在外结晶器外侧单独施加5-60Hz的搅拌电磁场、1000-9000Hz的中频电磁场和10000-100000Hz的高频电磁场或搅拌电磁场与中、高频电磁场复合的电磁场。
本发明的效果和益处是实现了空心金属管坯的电磁连续铸造工艺过程，不经穿孔直接得到中空的金属铸坯，从而减少无缝金属管的生产工序，降低能耗，提高效率，显著降低了生产成本。本工艺技术可制备合金管坯如高合金钢管坯、铜管坯及圆形、三角形、矩形、多边形等异形空心管坯。在军工、核工业、高温耐蚀及石油化工等领域有广阔的应用前景。
附图说明
附图1是空心金属管坯电磁连续铸造原理结构示意图。
图中：1固定架，2热顶，3冷却水，4金属熔体，5外结晶器连接环，6内结晶器连接环，7搅拌电磁场发生器，8复合式水冷内结晶器，9二冷喷水装置，10凝固坯壳，11水冷开缝式外结晶器，12底模。
图2是水冷开缝式外结晶器剖视图(A-A剖视)。
图中13等宽缝隙。
图3是施加复合式电磁场的空心管坯连续铸造原理图。
图中14中频或高频电磁场发生器。
具体实施方式
以下结合附图，详细叙述本发明的具体实施方案。
实施例一
以用搅拌电磁场发生器7，制备Φ100×20mm的空心高合金钢管坯为例，具体步骤如下：
步骤1：装置准备
搅拌电磁场发生器7采用二对极线圈，频率为5-60Hz，相位角为90°，电源功率为1-6kW，每个线圈内侧与水冷开缝式外结晶器11的间距为5-10mm。热顶2材质为高铝石墨质，尺寸为Φ140×20mm，高度为120mm。用外结晶器连接环5连接热顶2与水冷开缝式外结晶器11，尺寸为Φ110×5mm，高度为30mm，外结晶器连接环5上端面位于热顶下端面之上15mm。水冷开缝式外结晶器11外径为Φ140mm，内径为Φ100mm，高度为80mm，材质为紫铜；自水冷开缝式外结晶器11上端面之下5mm处沿周向向下均匀开设8条其宽度为0.4mm长度为60mm的等宽缝隙13，等宽缝隙13内填塞耐火材料；复合式水冷内结晶器8上部保温段耐火材料为高铝石墨质，其外径为Φ70mm，高度为130mm，下部冷却段材质为紫铜，外径为Φ60mm，高度为50mm。线圈轴线平面与热顶2下端面平齐。固定复合式水冷内结晶器8，调整固定架1位置，将复合式水冷内结晶器8对中。
步骤2：高合金钢坯料熔化
采用真空感应电炉将高合金钢坯料熔化至1600-1620℃，精炼，除气、除渣后保温待用。
步骤3：空心管坯电磁连续铸造
将底模12置入铸型内的空腔，检查冷却系统并保证其处于正常工作状态后，将1570-1590℃的钢液浇入铸型内，液面控制在距热顶2顶端40mm，允许误差为±10％。启动搅拌电磁场发生器电源7，以0.8m/min的速度拉动底模12。随着钢水的不断浇入和底模12的下移，始终将液面控制在要求允许的范围内；当铸造管坯达到要求长度时，停止浇注金属液，切断电源，关闭冷却系统，停机。
步骤4：质量检查
将管坯按1.5m长度切断、冷却后，检测壁厚均匀度，误差在1％以内；将断面抛光、腐蚀后观察金相组织，与不施加搅拌电磁场的管坯相比，不但凝固组织周向均匀性显著提高，而且凝固组织的晶粒明显细化。
实施例二
以用中频电磁场发生器14，制备Φ100×20mm的空心高合金钢管坯为例，具体步骤如下：
步骤1：装置准备
中频电磁场发生器14为圆、方铜管制成的环行线圈，线圈内腔尺寸Φ150mm，高度为50mm；电源功率为20-40kW，频率为1000-9000Hz。空心管坯结晶器设计同实施例1。中频电磁场发生器14顶端平面高于热顶2下端面15mm。固定复合式水冷内结晶器同实施例1。
步骤2：高合金钢坯料熔化
同实施例1。
步骤3：空心管坯电磁连续铸造
将底模12置入铸型内的空腔，检查冷却系统并保证其处于正常工作状态后，将1570-1590℃的钢液浇入铸型内，液面控制在距热顶2顶端40mm，允许误差为±10％。启动中频电磁场发生器14电源，以0.8m/min的速度拉动底模12。随着钢水的不断浇入和底模12的下移，始终将液面控制在要求允许的范围内；当铸造管坯达到要求长度时，停止浇注金属液，切断电源，关闭冷却系统，停机。
步骤4：质量检查
将管坯按1.5m长度切断、冷却后，检测壁厚均匀度，误差在1％以内；比较铸坯表面光洁度，施加中频电磁场后内外表面质量明显提高；将断面抛光、腐蚀后观察金相组织，与不施加搅拌电磁场的管坯相比，内部凝固组织晶粒明显细化。
实施例三
以用搅拌电磁场7和中频电磁场14产生的复合式电磁场，制备Φ100×20mm的空心高合金钢管坯为例，具体步骤如下：
步骤1：装置准备
搅拌电磁场发生器7同实施例1，中频电磁场发生器14同实施例2。空心管坯结晶器设计同实施例1。搅拌电磁场发生器7中心面位于液面下30mm，中频电磁场发生器14顶端平面高于热顶下端面15mm。固定复合式水冷内结晶器同实施例1。
步骤2：高合金钢坯料熔化
同实施例1。
步骤三：空心管坯电磁连续铸造
将底模12置入铸型内的空腔，检查冷却系统并保证其处于正常工作状态后，将1570-1590℃的钢液浇入铸型内，液面控制在距热顶2顶端40mm，允许误差为±10％。启动中频电磁场发生器14和搅拌电磁场发生器7电源，以0.8m/min的速度拉动底模12。随着钢水的不断浇入和底模12的下移，始终将液面控制在要求允许的范围内；当铸造管坯达到要求长度时，停止浇注金属液，切断电源，关闭冷却系统，停机。
步骤4：质量检查
将管坯按1.5m长度切断、冷却后，检测壁厚均匀度，误差在1％以内；比较铸坯表面光洁度，施加中频电磁场后内外表面质量显著提高；将断面抛光、腐蚀后观察金相组织，与不施加搅拌电磁场的管坯相比，内部凝固组织晶粒明显细化。
Claims (2)
1.一种空心金属管坯的电磁连续铸造方法，其特征是将1570-1590℃的金属液体连续注入由热顶(2)、水冷开缝式外结晶器(11)和复合式水冷内结晶器(8)所形成的空腔内，液面控制在距热顶(2)顶端40mm，启动搅拌电磁场发生器(7)电源，以0.8m/min的速度拉动底模(12)，随着钢水的不断浇入和底模(12)的下移，始终将液面控制在要求允许的范围内，并在连续铸造过程中施加低、工频搅拌电磁场和中、高频电磁场或二者复合的电磁场，搅拌电磁场的频率范围为：5-60Hz，中频磁场的频率范围为：1000-9000Hz，高频磁场的频率范围为：10000-100000Hz。
2.一种实施权利要求1所述方法的电磁连续铸造装置，其特征还在于，它包括：水冷开缝式外结晶器(10)，型壁周向均匀开设与轴线相平行的等宽缝隙(12)，缝宽0.4-1.0mm，缝内填塞耐火材料；热顶(2)和水冷开缝式外结晶器(11)之间设置外接晶器连接环(5)，其材质为BN；复合式水冷内结晶器(8)由两部分组成，上部为耐火材料质热顶，下部为水冷铜质结晶器，二者连接部位设置内接晶器连接环(6)，材质为BN；复合式水冷内结晶器(8)下部与二冷喷水装置(9)相连，复合式水冷内结晶器(8)内的冷却水直接进入二冷装置，对空心金属管坯进行二次冷却，内外结晶器通过固定架连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021093709A CN1169640C (zh) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 一种空心金属管坯电磁连续铸造方法及其所用的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021093709A CN1169640C (zh) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 一种空心金属管坯电磁连续铸造方法及其所用的装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1380153A CN1380153A (zh) | 2002-11-20 |
| CN1169640C true CN1169640C (zh) | 2004-10-06 |
Family
ID=4740643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB021093709A Expired - Fee Related CN1169640C (zh) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 一种空心金属管坯电磁连续铸造方法及其所用的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1169640C (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101664801B (zh) * | 2009-10-19 | 2011-10-05 | 东北大学 | 稳恒磁场作用下铝合金低过热度复合铸造的方法及装置 |
| CN102416449A (zh) * | 2010-09-27 | 2012-04-18 | 周久乐 | 一种连续铸造钢管设备 |
| CN102179487B (zh) * | 2010-10-13 | 2013-04-17 | 中国科学院金属研究所 | 厚壁环类件和管类件短流程制备工艺 |
| CN102211161B (zh) * | 2011-05-27 | 2012-10-03 | 青岛理工大学 | 一种改善连铸大口径空心金属管坯质量的方法及装置 |
| CN102773430B (zh) * | 2012-06-12 | 2014-07-02 | 中冶京诚工程技术有限公司 | 大断面空心管坯连续铸造装置及其铸造方法 |
| CN102794416A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-28 | 苏州有色金属研究院有限公司 | 铝合金空心锭半连铸结晶器及其应用 |
| CN103447490B (zh) * | 2013-09-04 | 2015-07-01 | 青岛理工大学 | 空心管坯连铸过程中去除非金属夹杂物的方法及装置 |
| CN107008873B (zh) * | 2017-04-11 | 2020-01-17 | 上海大学 | 多模式电磁场均质化金属连铸坯的制备方法及其装置 |
| CN112845654B (zh) * | 2019-11-12 | 2023-03-10 | 新疆大学 | 一种钛及钛合金大规格无缝管材的制备方法 |
-
2002
- 2002-03-27 CN CNB021093709A patent/CN1169640C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1380153A (zh) | 2002-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101722288B (zh) | 半固态铸造技术制备局部颗粒增强铝合金气缸套的方法 | |
| US6634413B2 (en) | Centrifugal casting of nickel base superalloys in isotropic graphite molds under vacuum | |
| CN1169640C (zh) | 一种空心金属管坯电磁连续铸造方法及其所用的装置 | |
| CN203635884U (zh) | 一种制备大规格超高强铝合金连续铸锭的装置 | |
| CN1060695C (zh) | 以连续及半连续铸造方式制备梯度材料的方法 | |
| CN103008577B (zh) | 微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法和模具 | |
| CN104889350B (zh) | 圆钢锭模及圆钢锭制造方法 | |
| CN104741552A (zh) | 一种制备大规格超高强铝合金连续铸锭的装置及方法 | |
| CN102310174A (zh) | 一种改善金属凝固缺陷、细化凝固组织的方法和装置 | |
| CN102689161A (zh) | 7075铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法 | |
| CN117245064A (zh) | 一种整体铸造轧辊结晶组织控制工艺和设备 | |
| CN104723031A (zh) | 波导管的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺 | |
| CN104624914A (zh) | 径向锻应变诱发法制备发动机铝合金凸轮轴的半固态工艺 | |
| CN109894590A (zh) | 一种大直径铜合金管的连铸设备和方法 | |
| CN101298094A (zh) | 一种施加复合交变电磁场改善连铸空心管坯质量的方法和装置 | |
| CN102274933B (zh) | 一种有效消除凝固坯料中心缺陷、细化凝固组织的方法 | |
| CN112743053A (zh) | 一种用于解决包晶钢连铸板坯表面裂纹的结晶器及控制方法 | |
| CN1301166C (zh) | 一种高速钢坯料的制备方法及设备 | |
| CN111001777A (zh) | 一种含铁铝合金的复合场处理及高压挤压成形方法 | |
| CN202943219U (zh) | 微缺陷高利用率优质模铸钢锭的模具 | |
| CN114749616A (zh) | 用于大型高长径比钢锭的铸锭模及坯料成形方法 | |
| CN85109612A (zh) | 曲轴整体一次成型变形电渣熔铸法 | |
| CN1254552C (zh) | 一种制备半固态金属及合金浆料或坯料的装置 | |
| CN1597184A (zh) | 钛基合金的水冷电磁铜型定向凝固方法 | |
| CN110681836A (zh) | 电磁多旋流搅拌铸造装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20041006 |