CN1843660A - 内孔无水冷却铸造空心棒胚的方法及其铸造芯棒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内孔无水冷却铸造空心棒坯的方法,采用立式半连续铸造,包括结晶器及铸造芯棒,引锭座插于结晶器底部,与结晶器共同围合成一铸室,并由结晶器水套所冷却,其特征在于包括以下步骤:(A)将熔融金属液浇注入铸室内;(B)将所述铸造芯棒由上至下缓慢插入液穴至液穴底部,熔融金属液在芯棒表面结晶形成空心棒坯的内孔;(C)缓慢下移引锭座,使凝固的铸棒随引锭座一起滑出结晶器。在整个铸造过程中,铸棒不断下移,同时不断有新的温度较高的铝液流入液穴内,从而使铝棒的长度增加,使铸造过程能顺利进行。本发明操作简单,单人即可完成全部操作,工作效率高,安全性高,由于芯棒无水冷却,不会发生漏水而引发安全事故。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金空心棒坯的制造技术领域。
背景技术
铝合金无缝管的挤压,一般需要用空心棒作为其加工坯料。目前,常用的铝合金空心棒坯的加工方法有两种:
1、机械加工法,该方法是预先做好铝合金实心棒,将实心棒按生产需要锯切成段,然后再用车床或钻床加工内孔。用这种方法加工空心棒坯,产生的废料较多,生产成本较高。
2、内孔通水冷却铸造法,该方法是在铸造前,预先在结晶器内放置一个水冷却芯头,其长度与结晶器出水孔位置等长或稍短,外侧下端开有与铸锭轴线成30°角的喷水孔一圈,为防止冷凝收缩时抱住芯棒,芯棒做成1∶14~1∶17的锥度,锥度太小,管坯内表面易产生裂纹,锥度太大,易生成偏析瘤等缺陷。在铸造开始阶段,芯棒需不停的转动,同时控制好内孔通水的时间和水量的大小,以防芯头被抱死。由于内孔需通水及排气,因此芯头不能做得太小,对内孔小于φ70mm的铝合金空心棒坯,采用内孔通水冷却铸造法加工较为困难,同时,在铸造过程中,如果发生芯头及输水管路漏水,会引起铝液爆炸,引发安全事故。
因此,如何解决机械加工空心棒坯中的废料量大、内孔通水冷却铸造空心棒的安全性差的问题及如何提高生产效率、如何铸造小直径内孔的空心棒坯,在铝合金空心棒坯的生产中有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产效率高、安全性好,且可铸造小直径内孔、内孔无水冷却铸造空心棒坯的方法。本发明还提供了这种方法所使用的铸造芯棒。
为了达到上述发明目的,本发明采用了以下技术方案:一种内孔无水冷却铸造空心棒胚的方法,采用立式半连续铸造,包括结晶器及铸造芯棒,引锭座插于结晶器底部,与结晶器共同构成一铸室,其特征在于包括以下步骤:
(A)将熔融金属液浇注入铸室内,靠近室壁的熔融液形成凝固的铸棒,铸棒中心为由未凝固的熔融金属液形成的液穴;
(B)将所述铸造芯棒由上至下缓慢插入液穴至液穴底部,定位后固定,熔融金属液在芯棒表面结晶成凝固壳,形成空心棒坯的内孔;
(C)缓慢下移引锭座,使凝固的铸棒随引锭座一起滑出结晶器,同时铸室内持续地浇注熔融金属液;
所述铸造芯棒以一连接钢管作为棒体,连接钢管一端插接在底部为球面的石墨芯头内,另一端固定在紧定外套管上,连接钢管外壁包裹有耐高温材料套。
本发明采用立式半连续铸造,引锭座先插入结晶器内构成铸室,将熔融金属液浇注于铸室内,由于引锭座和结晶器温度低于金属液凝固点,因此靠近铸室室壁的金属液表面会形成凝固壳(铸棒),而在内部由于温度较高,金属液不能立即凝固,铸棒内部就形成了由熔融金属液构成的液穴。由于金属液温度不断下降,液穴内的金属液会不断凝固形成铸棒,此时,引锭座缓慢下移,已凝固成形的铸棒会随引锭座一起缓慢下移,铸棒在缓慢滑出结晶器的同时,又有新的温度较高的铝液注入铸室内。因此在铸造过程中液穴始终存在,铸造按上述过程不断重复进行,铸棒的长度就不断增加,结晶器的冷却水套先进行热交换,使铝液凝固成铸棒,然后水套内的水从另一端喷出,直接喷在已凝固的铸棒上,使铸棒进一步冷却。将铸造芯棒由上至下缓慢插入液穴中直至液穴底部,定位后,铸造芯棒不再随铸棒下移,由于液穴底部炉水温度接近于凝固点,金属熔融液由外向内冷却,芯头的插入,使得中心的炉水有了结晶的形核点,炉水沿芯棒表面结晶,形成凝固壳,并随铸棒一起滑出结晶器,形成空心棒坯的内孔。芯棒从上至下插入金属熔融液中,通过铸棒自身重力作为牵引力,可防止凝固的铸棒将芯棒抱死,使铸造能顺利进行。在整个铸造过程中,铸棒会不断下移,液穴内熔融的铝液不断凝固并下移,同时不断有新的温度较高的铝液流入液穴内,从而使铝棒的长度增加,使铸造过程能顺利进行。本发明操作简单,单人即可完成全部操作,工作效率高,安全性高,夹具投入少,更可利用现有铸造设备进行生产,对设备不用进行改动。由于芯棒无水冷却,不会发生漏水而引发安全事故。
附图说明
图1是铸造整体结构示意图。
图2是铸造芯棒结构示意图。
图3是石墨芯头结构示意图。
图4是紧定外套管定位结构示意图。
具体实施方式
预先做好铸造芯棒。如图2、图3所示,铸造芯棒1的棒体为一根连接钢管15,连接钢管15的底部插于石墨芯头16内。石墨芯头的底部为球面,球面半径SR=d/2,其中d为芯头直径。连接钢管头部通过螺纹连接套13与定位套管12紧套,定位套管顶部设有挡圈11。连接钢管会与金属铝熔融液接触的部位外壁用保温纸或耐高温套管14将其包裹,以避免金属铁对金属熔融液的成份造成影响。在石墨芯头16底部开设有与连接钢管连通的透气检查孔17。在石墨芯头底部的透气检查孔上,先用一小块保温纸涂上玻璃水将其封上,防止在插入芯棒时,铝液进入将其堵死。在距离芯头16底部d/2的位置18,延轴向加工1∶14~1∶17的锥度。
引锭座插于结晶器底部,与结晶器共同构成铸室。
将铸造芯棒插入结晶器中时,必须确保铸造芯棒与结晶器为同心安装。如图4所示,先将紧定外套管2进行定位,保证紧定外套管2的中心与结晶器6的中心同轴。其方法是,制作定位座9和定位杆8,将定位座9与结晶器6配合安装,定位杆8一端安装于定位座9轴心,另一端插于紧定外套管2内,然后将紧定外套管2焊接固定在支架3上,再将定位座9和定位杆8拆除。通过这种方法,使紧定外套管2与结晶器6同心安装。
把金属铝熔融液浇注入结晶器铸室7内。铸造开始,并将铸造盘面上的浮渣清理干净后,再将铸造芯棒插入。如图1所示,将金属熔融液浇注入结晶器6的铸室7中,先铸出一段>500mm长的的实心铸棒。铸棒由结晶器水套所包围,由外向内冷却,继续注入金属熔融液,受水套的冷却,靠近室壁的金属熔融液凝固成固定铸棒,而中心的液体温度较高而保持熔融状态,形成液穴。
将铸造芯棒1由上至下缓慢插入金属熔融液中至液穴底部,当芯头触及液穴底部并随铸棒下移2~4mm后立即定位。由于液穴底部71炉水温度接近于凝固点,芯头的插入,使得液穴中心的炉水有了结晶的形核点,炉水沿芯棒表面结晶,形成凝固壳,并随铸棒缓慢向下移动,形成通孔。在铸造芯棒1插入后,用铁钎从铸造芯棒1顶部插入,捅破透气检查孔17上的保温纸,同时检查通孔是否形成,若未形成,则需要调整降低铸造芯棒的位置。
在铸造过程中先铸出500~600mm长的实心铸棒后再插入铸造芯棒的原因是,通过铸棒自身重力作为牵引力,在从上至下的插入过程中,防止金属熔融液将芯棒抱死,使铸造能顺利进行,在整个铸造过程中,内孔不通水冷却,通过铸棒外部冷却,铸造形成通孔。铸造过程由一人操作即可完成,操作简单,由于芯棒无水冷却,不会发生漏水而引发的安全事故。
本技术适用于铝合金空心棒胚的铸造,也可应用于其它金属棒胚的铸造。
Claims (6)
1、一种内孔无水冷却铸造空心棒坯的方法,采用立式半连续铸造,包括结晶器及铸造芯棒,引锭座插于结晶器底部,与结晶器共同围合成一铸室,并由结晶器水套所冷却,其特征在于包括以下步骤:
(A)将熔融金属液浇注入铸室内,靠近室壁的熔融液形成凝固的铸棒,铸棒中心为由未凝固的熔融金属液形成的液穴;
(B)将所述铸造芯棒由上至下缓慢插入液穴至液穴底部,定位后固定,熔融金属液在芯棒表面结晶成凝固壳,形成空心棒坯的内孔;
(C)缓慢下移引锭座,使凝固的铸棒随引锭座一起滑出结晶器,同时铸室内持续地浇注熔融金属液;
所述铸造芯棒以一连接钢管作为棒体,连接钢管一端插接在底部为球面的石墨芯头内,另一端固定在紧定外套管上,连接钢管外壁包裹有耐高温材料套。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在步骤A中先铸造一段500~600mm长的实心铸棒。
3、根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述球面石墨芯头在距离芯头底部d/2处延轴向加工1∶14~1∶17的锥度,其中d为芯头直径。
4、根据权利要求1至3任一权利要求所述的方法,其特征在于:所述石墨芯头底部的中心,延轴向开设一透气检查孔。
5、根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述铸造芯棒与结晶器同心安装。
6、一种实现权利要求1所述的方法所采用的铸造芯棒,以一连接钢管作为棒体,连接钢管底部插于一球面石墨芯头内,连接钢管头部固定有紧定外套管,以便芯棒固定于结晶器,连接钢管外壁包裹有耐高温材料层。
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