JP2021109241A - 雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める方法及びその水平連続鋳造装置 - Google Patents

雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める方法及びその水平連続鋳造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】雌ねじ付き素管の内面の品質を高める。【解決手段】一実施例によれば、フレーム、軸受ケーシング、ガイドレール、ボールねじ、移動台、晶析装置、電磁攪拌装置、銅冷却ジャケット、熱電対、及び、品質オンライン検測装置を含む、雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める方法及びその水平連続鋳造装置が提供される。品質オンライン検測装置により即時に検測された素管の内面の品質変化に基づいて、連続鋳造の過程における晶析装置芯棒の摩損状況を反映し、晶析装置芯棒内に取り付けられる熱電対により、晶析装置芯棒における軸方向の異なる位置の金属温度を測量し、金属の融点及び測定された即時温度に基づいて、晶析装置芯棒における金属固液接合点の位置を特定してから、電磁攪拌装置及び素管の引き抜き速度を変化させることにより、晶析装置芯棒における金属固液接合点の位置を変更することができる。【選択図】図1

Description

本発明は、属于冶金鋳造の分野に関し、特に、雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める方法及びその水平連続鋳造装置に関する。
凝縮管は、管式熱交換器を作るために重要な部品であり、熱交換器が稼働するときに凝縮管は、その内部に冷媒が流れ、その外部に高温高圧の蒸気が流れる。海水の淡水化、艦船ボイラー、原子力発電所などの分野では、海水が熱交換器の内部を流れる冷媒として使われることが一般的である。しかしながら、海水は腐食性が強いため、凝縮管の作業環境が非常に劣悪となり、凝縮管に対してより高い要求が出されている。雌ねじ付き銅管は、内面に管軸線の方向に沿ってねじ山が螺旋状とされる銅管であり、明らかな高強度、耐熱性及び耐食性を有する共に、良好な熱伝導性能を有し、熱交換器用の凝縮管の動作条件が満たされているため、幅広く応用されている。
銅管水平連続鋳造は、鋳造圧延法により製造を行う初めの工程であり、その後の他の工程にとって、重要な影響が存在している。銅管完成品の品質の優劣は、鋳片の品質に直接体現されている。雌ねじ付き銅素管を水平連続鋳造する過程では、鋳造銅液が冷却水の強冷効果により凝縮され素管となる。銅液と素管との間の領域は、固液接合面と呼ばれる。晶析装置(crystallizer)の鉛直方向における固液接合面の対称面は、晶析装置の軸方向と対して夾角を有する曲線が存在し、当該曲線が液相線と呼ばれ、液相線における晶析装置の入口と近い一方側の銅液は、その温度が銅管の融点よりも高く、液相線における晶析装置の出口と近い一方側の素管は、その温度が銅管の融点よりも低い。銅液は、液相線の付近で凝固されて鋳片になり、鋳片がある程度の厚さと強さを有しており、晶析装置芯棒がある程度の円錐度をも有し、引き抜きの運動と晶析装置の震動の際に、液相線の両側に金属と晶析装置芯棒の摩擦係数が異なることから、液相線の付近は、晶析装置芯棒の摩損が晶析装置芯棒に最も深刻になる箇所である。一方、晶析装置芯棒が素管の内面に直接に接触しているので、素管の内面が次のプロセスに切削され難しい。そして、品質の高い芯棒が直接に雌ねじ付き素管の内面の品質を左右しており、また、雌ねじ付き素管の内面の亀裂が直接に雌ねじ付き素管の良品率を左右していることから、晶析装置芯棒の摩損を減らすことが雌ねじ付き銅管を製造することにとって非常に重要な意義を持っている。
本発明は、雌ねじ付き銅管を水平連続鋳造する際に、素管の内面の品質が晶析装置芯棒におけるある位置での摩損により次第に悪くなると、固液接合面が動態的に調整される原理に基づいて、晶析装置芯棒における固液接合点の位置を変化させることにより、雌ねじ付き素管の内面の品質を高めることができる、装置及び方法を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明に採用されている技術的手段は、以下の通りである。
雌ねじ付き素管の水平連続鋳造が始まると、素管製造に許可できる最低の引き抜き速度で素管を製造し、品質オンライン検測装置が稼働する、ステップ1と、
熱電対により温度を測定し、晶析装置の鉛直方向の対称面における晶析装置芯棒の固液接合点の位置を特定するステップ2であって、前記固液接合点の位置を特定するステップに、
晶析装置芯棒の端面に軸方向温度測定孔を設け、軸方向温度測定孔に熱電対を均一に取り付ける、ステップS21と、
熱電対により測定された温度に従って、晶析装置の鉛直方向の対称面に、それぞれ、固液接合面と晶析装置芯棒との交わる位置を特定して、上から順次にA及びBとマークする、ステップS22と、
AとBとの両交点の左右の熱電対の番号に基づいて、晶析装置の軸方向における最大幅の標準に従って一番左側の熱電対及び一番右側の熱電対の番号を特定して、一番左側の熱電対と一番右側の熱電対との間の位置を晶析装置芯棒における固液接合点の位置範囲とする、ステップS23と、を含む、ステップ2と、
素管内面の品質が晶析装置芯棒の摩損により次第に悪くなる旨が品質オンライン検測装置に表示されている場合に、モーターにより、電磁攪拌装置が固液接合点に移動するように制御するステップ3と、
電磁コイルのスイッチをオフにして、固液接合点の位置を、電磁コイルの電源を切った際に次の段階の引き抜き速度で安定に製造するときの固液接合点の位置に移動させるステップ4と、
電磁コイル電流がゼロとなり、固液接合点の位置が現在位置に止まるまで、次第に引き抜き速度を引き上げると共に、次第に電磁コイルの電流を引き下げる、ステップ5と、
引き抜き速度が素管製造に許可できる最大の引き抜き速度となるまで、ステップ2乃至ステップ5を繰り返して実行する、ステップ6を含む、雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める方法。
好適には、前記晶析装置芯棒に第一軸方向温度測定孔と第二軸方向温度測定孔が設けられ、前記第一軸方向温度測定孔の軸線、前記第二軸方向温度測定孔の軸線及び前記晶析装置芯棒の軸線は、同じ鉛直平面に位置し、前記第一軸方向温度測定孔と第二軸方向温度測定孔とには、共に、熱電対が十個設けられる。
本発明の他の局面によると、雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める水平連続鋳造装置を提供しており、フレーム、軸受ケーシング、ガイドレール、ボールねじ、移動台、電磁攪拌装置、晶析装置、銅冷却ジャケット、及び、品質オンライン検測装置を含み、前記晶析装置は、前記フレームに固定され、晶析装置給湯口、晶析装置芯棒及び前記晶析装置芯棒に設けられる軸方向温度測定孔を含み、前記晶析装置給湯口は、給湯部に接続され、前記品質オンライン検測装置は、前記晶析装置芯棒の端面に取り付けられ、前記晶析装置と前記銅冷却ジャケットとが同心であり、
前記ガイドレール、前記軸受ケーシング及びモーターは、共に、前記フレームに取り付けられ、前記ガイドレールとスライダーとにより移動対偶が形成され、前記ボールねじは、軸受を介して軸受ケーシングに取り付けられ、前記モーターは、継手により前記ボールねじが回転するように連動し、前記ボールねじと前記移動台とにより螺旋対偶が形成され、前記移動台が直線運動するように連動することができ、
前記移動台の底部が前記スライダーに固定して接続され、前記移動台の先端部に前記電磁攪拌装置が取り付けられ、前記電磁攪拌装置は、攪拌装置ハウジングと電磁コイルとを含み、前記銅冷却ジャケットは、前記電磁攪拌装置と同心して前記電磁攪拌装置を通り抜ける。
好適には、前記軸方向温度測定孔は、その直径が3mmであり、前記晶析装置芯棒の表面からの軸方向温度測定孔軸線の距離が3mmである。
本発明は、従来技術に比べると、以下の利点を有している。
1、晶析装置における固液接合面の移動という原理に基づいて、素管の内面の品質が晶析装置芯棒におけるある位置での摩損により次第に悪くなると、晶析装置芯棒における固液接合点の位置を変化させることにより、素管の内面の品質を高めることができる。
2、引き抜き速度及び電磁攪拌のパラメータを動態的に制御するという原理に基づいて、実際製造の際に、引き抜き速度への調整及び電磁攪拌に係るパラメータへの合理的な組み合わせにより、異なる成分の銅液、異なる引き抜き速度、異なる鋳液の温度、異なる晶析装置のパラメータ、及び、晶析装置冷却などによって招致された固液接合面の位置変化のニーズを満たしていると共に、資源の浪費を削減してコストを低下することができる。
本発明が提供する雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める方法の流れのブロック図の一例である。 本発明において、晶析装置芯棒における固液接合点の位置を特定する流れのブロック図の一例である。 本発明が提供する雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める水平連続鋳造装置の三次元装着の模式図の一例である。 本発明において、固液接合点が移動される前の装置の位置の模式図の一例である。 本発明において、固液接合点が移動し始まるときの装置の位置の模式図の一例である。 本発明において、固液接合点が移動された際の装置の位置の模式図の一例である。 本発明に係る電磁攪拌装置の構成の模式図の一例である。
以下には、本発明の実施例の図面を参照しながら、本発明の実施例における技術的手段を明確にかつ十分に説明していく。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働をすることなく取得した他のすべての実施形態も、本発明の保護範囲に属されている。
注意されたいところは、他の説明がない限り、本願に用いられている技術の表現又は科学の表現は当業者に理解され得る通常の意味として理解されるべきである。
図3乃至図7に示すように、晶析装置11は、両端の支持手段によりフレーム2に固定され、晶析装置11は、晶析装置給湯口111、第一軸方向温度測定孔112、第二軸方向温度測定孔114及び晶析装置芯棒113を含む。晶析装置芯棒113の端面には、上から下まで第一軸方向温度測定孔112及び第二軸方向温度測定孔114が設けられる。第一軸方向温度測定孔112の軸線、第二軸方向温度測定孔114の軸線及び晶析装置芯棒113の軸線は同一の鉛直平面に位置し、第一軸方向温度測定孔112及び第二軸方向温度測定孔114は、共に複数の熱電対16が設けられ、また、熱電対16間の距離が等しい。給湯部10は、晶析装置給湯口111を介して晶析装置11に接続され、銅冷却ジャケット13は、晶析装置11に取り付けられ、その両者の軸線が重なり、品質オンライン検測装置14は、晶析装置芯棒113の端面に設けられる。
ガイドレール3、軸受ケーシング1及びモーター9は、共に、フレーム2に取り付けられ、ガイドレール3とスライダー5とにより移動対偶が形成され、ボールねじ4が軸受7を介して軸受ケーシング1に取り付けられ、モーター9、継手8及びボールねじ4が同軸するように接続され、軸線がガイドレール3の方向と平行する。モーター9は、継手8によりボールねじ4が回転するように連動し、ボールねじ4と移動台6とにより螺旋対偶が形成され、移動台6がガイドレール3に沿って直線運動するように連動することができる。ガイドレール3とスライダー5とは、移動台6を支持しガイドする役割を果たす。移動台6の底部は、スライダー5に固定して接続され、移動台6の先端部に電磁攪拌装置が取り付けられ、電磁攪拌装置は、攪拌装置ハウジング12及び電磁コイル15を含み、銅冷却ジャケット13が電磁攪拌装置と同心して電磁攪拌装置を通り抜ける。
上記した装置によると、図1における流れのブロック図に従って、晶析装置芯棒113の摩損により雌ねじ付き銅管の品質に招致した影響を低下させ、雌ねじ付き銅管のねじ品質を高めることができる。その具体的なステップは、以下の通りである。
ステップ1は、雌ねじ付き素管18の水平連続鋳造が始まると、素管18を製造するに許可できる最低の引き抜き速度で素管18を製造し、品質オンライン検測装置14が稼働し始まる。
ステップ2は、熱電対16により温度を測定し、晶析装置11の鉛直方向の対称面における晶析装置芯棒113の固液接合点の位置を特定する。
ステップ3は、素管18の内面の品質が晶析装置芯棒113の摩損により次第に悪くなる旨が品質オンライン検測装置14に表示されている場合に、モーター9により、電磁攪拌装置が固液接合点に移動するように制御する。
ステップ4は、電磁コイル15のスイッチをオフにして、固液接合点の位置を、電磁コイル15の電源を切った際に次の段階の引き抜き速度で安定に製造するときの固液接合点の位置に移動させる。
ステップ5は、電磁コイル15の電流がゼロとなり、固液接合点の位置が現在位置に止まるまで、次第に引き抜き速度を引き上げると共に、次第に電磁コイル15の電流を引き下げる。
ステップ6は、引き抜き速度が素管製造に許可できる最大の引き抜き速度となるまで、ステップ2乃至ステップ5を繰り返して実行する。
図2を参照すると、晶析装置芯棒113における固液接合点の位置を特定することができ、その具体的なステップは、以下の通りである。
ステップS21は、晶析装置芯棒113の端面に軸方向温度測定孔を設け、軸方向温度測定孔に熱電対16を均一に取り付ける。
ステップS22は、熱電対16により測定された温度に従って、晶析装置11の鉛直方向の対称面に、それぞれ、固液接合面19と晶析装置芯棒113との交わる位置を特定して、上から順次にA及びBとマークする。
ステップS23は、AとBとの両交点の左右の熱電対16の番号に基づいて、晶析装置11の軸方向における最大幅の標準に従って、一番左側の熱電対16及び一番右側の熱電対16の番号を特定して、一番左側の熱電対16と一番右側の熱電対16との間の位置を晶析装置芯棒113における固液接合点の位置範囲とする。
実施例1
本発明の装置と方法により、Φ12.7mm×1.2mmの雌ねじ付き素管を製造すると、その装置の稼働過程は、以下の通りである。
晶析装置11が稼働する前に、晶析装置芯棒113の端面に、上から下まで第一軸方向温度測定孔112及び第二軸方向温度測定孔114を設ける。第一軸方向温度測定孔112の軸線、第二軸方向温度測定孔114の軸線及び晶析装置芯棒113の軸線は、同一の鉛直平面に位置する。第一軸方向温度測定孔112と第二軸方向温度測定孔114とは、それらの直径が3mmであり、晶析装置芯棒113の表面からそれらの軸線の距離も3mmである。そして、第一軸方向温度測定孔112内には、晶析装置入口から晶析装置出口までの方向に、M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10という十個の熱電対16を等間隔で取り付け、第二軸方向温度測定孔114内には、晶析装置の入口から晶析装置出口までの方向に、N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N10という十個の熱電対16を等間隔で取り付け、隣接する2つの熱電対16間の距離が20mmである。そして、即時に各熱電対16により測定された温度のデータを記録する。
素管18の水平連続鋳造が始まると、品質オンライン検測装置14が稼働し始まる。給湯部10内の鋳造銅液17を晶析装置給湯口111から晶析装置11に入り、130mm/minの引き抜き速度で銅製素管18を製造し、銅冷却ジャケット13内の冷却水の強冷作用により、凝固成素管18として凝固させ、固液接合面19が鋳造銅液17と素管18との間に位置する。素管18の水平連続鋳造が安定になると、固液接合面19に係る銅の温度と銅管の融点を左右する関係に基づいて、二十個の熱電対16により各位置における即時温度を測量して、晶析装置11の鉛直方向の対称面における固液接合面19と晶析装置芯棒113との交点を特定する。
本実施例では、銅管の融点が1084℃であり、素管18の水平連続鋳造が安定になると、晶析装置11の鉛直方向の対称面における固液接合面19と晶析装置芯棒113との交点を上から下まで順次にA、Bとマークする。M1、M2、M3の番号の熱電対16により測定された温度は、銅管の融点としての1084℃のほうよりも高く、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10の番号の熱電対16により測定された温度は、銅管の融点としての1084℃のほうよりも低く、N1、N2の番号の熱電対16により測定された温度は、銅管の融点としての1084℃のほうよりも高く、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N10の番号の熱電対16により測定された温度は、銅管の融点としての1084℃よりも低いことから、交点Aの左右の熱電対16の番号を順次にそれぞれM3、M4として特定し、交点Bの左右の熱電対16の番号を順次にそれぞれN2、N3として特定することができる。従って、晶析装置11の軸方向における最大幅の標準に従って、固液接合面19と晶析装置芯棒113との交点の位置範囲を2の番号の熱電対16と4の番号の熱電対16の間に特定することができる。
この交点の左側における銅液と晶析装置芯棒113との間の摺動摩擦係数が0.05であり、この交点の右側における銅素管18と晶析装置芯棒113との間の摩擦係数が0.15であることから、この交点の摩擦力に変化が極めて激しく、晶析装置芯棒113におけるこの交点の付近領域が深刻に摩損されてしまい、素管18の内面の品質が低下する。品質オンライン検測装置14は、素管18の内面の品質が次第に悪くなる旨を表示していると、晶析装置芯棒113における現在の固液接合点の摩損がすでに深刻になっていると見なされる。そして、モーター9を起動させ、継手8を介して、ボールねじ4と移動台6とが回転して、スライダー5により移動台6を支持してガイドし、完全に番号2の熱電対16と番号4の熱電対16との間の領域を覆うように、電磁攪拌装置を電磁攪拌装置による稼働範囲まで移動する。次に、電磁コイル15のスイッチをオフにして、電磁コイル15に120Aの電流を流し、晶析装置芯棒113における固液接合点の位置を晶析装置11出口に15mmだけ移動し、次第に引き抜き速度を135mm/minから150mm/minに引き上げる。速度を引き上げると、それと同時に、次第に電磁コイル15の電流を120Aから0Aに引き下げ、晶析装置芯棒113における固液接合点の位置が現在位置に止まるようにする
引き抜き速度が、雌ねじ付き素管18を製造することに許可できる最大の引き抜き速度としての225mm/minになるまで、上記した操作を繰り返して実行する。
通常の水平連続鋳造装置及びプロセスにより、雌ねじ付き素管18を製造すると、その製造された雌ねじ付き素管18がねじ成形のプロセスに、成形率が95.63%程度であり、欠歯、切歯や歯折れなどの欠陥の発生率が7.2%である。一方、雌ねじ付き素管18を製造する通常の水平連続鋳造装置及びプロセスに比べると、本発明に係る装置と方法により、雌ねじ付き素管18の水平連続鋳造を製造すると、雌ねじ付き素管18の内面の品質が幅広く向上し、次の雌ねじ付き成形プロセスでは、ねじ成形率が最も低くても97.46%となり、欠歯、切歯や歯折れなどの欠陥の発生率が3.45%程度まで低下し、雌ねじ付き銅管のねじ品質を高めるのみならず、素材の浪費を削減して製造のコストを低くすることができる。
以上に説明した実施例は、本発明の好ましい実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。上記した実施例に基づいて本発明を詳しく説明したものの、当業者にとっては、上記した実施例に記載された技術的手段を補正したり、その技術的特徴の一部若しくは全部を均等に置き換えたりすることができることを理解すべきである。これらの修正又は置換は、対応する技術的手段の趣旨が本発明の各実施例による技術的手段の範囲から逸脱されたものではない。
1 軸受ケーシング
2 フレーム
3 ガイドレール
4 ボールねじ
5 スライダー
6 移動台
7 軸受
8 継手
9 モーター
10 給湯部
11 晶析装置
111 晶析装置給湯口
112 第一軸方向温度測定孔
113 晶析装置芯棒
114 第二軸方向温度測定孔
12 攪拌装置ハウジング
13 銅冷却ジャケット
14 品質オンライン検測装置
15 電磁コイル
16 熱電対
17 鋳造銅液
18 素管
19 固液接合面

Claims (4)

  1. 雌ねじ付き素管の水平連続鋳造が始まると、素管製造に許可できる最低の引き抜き速度で素管を製造し、品質オンライン検測装置が稼働し始まる、ステップ1と、
    熱電対により温度を測定し、晶析装置の鉛直方向の対称面における晶析装置芯棒の固液接合点の位置を特定するステップ2であって、前記固液接合点の位置を特定するステップに、
    晶析装置芯棒の端面に軸方向温度測定孔を設け、軸方向温度測定孔に熱電対を均一に取り付ける、ステップS21と、
    熱電対により測定された温度に従って、晶析装置の鉛直方向の対称面に、それぞれ、固液接合面と晶析装置芯棒との交わる位置を特定して、上から順次にA及びBとマークする、ステップS22と、
    AとBとの両交点の左右の熱電対の番号に基づいて、晶析装置の軸方向における最大幅の標準に従って一番左側の熱電対及び一番右側の熱電対の番号を特定して、一番左側の熱電対と一番右側の熱電対との間の位置を晶析装置芯棒における固液接合点の位置範囲とする、ステップS23と、を含む、ステップ2と、
    素管内面の品質が晶析装置芯棒の摩損により次第に悪くなる旨が品質オンライン検測装置に表示されている場合に、モーターにより、電磁攪拌装置が固液接合点に移動するように制御するステップ3と、
    電磁コイルのスイッチをオフにして、固液接合点の位置を、電磁コイルの電源を切った際に次の段階の引き抜き速度で安定に製造するときの固液接合点の位置に移動させるステップ4と、
    電磁コイルの電流がゼロとなり、固液接合点の位置が現在位置に止まるまで、次第に引き抜き速度を引き上げると共に、次第に電磁コイルの電流を引き下げる、ステップ5と、
    引き抜き速度が素管製造に許可できる最大の引き抜き速度となるまで、ステップ2乃至ステップ5を繰り返して実行する、ステップ6を含む、ことを特徴とする、雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める方法。
  2. 前記晶析装置芯棒に第一軸方向温度測定孔と第二軸方向温度測定孔が設けられ、前記第一軸方向温度測定孔の軸線、前記第二軸方向温度測定孔の軸線及び前記晶析装置芯棒の軸線は、同じ鉛直平面に位置し、前記第一軸方向温度測定孔と第二軸方向温度測定孔とには、共に、熱電対が十個設けられる、ことを特徴とする、請求項1に記載の雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める方法。
  3. フレーム、軸受ケーシング、ガイドレール、ボールねじ、移動台、電磁攪拌装置、晶析装置、銅冷却ジャケット、及び、品質オンライン検測装置を含む、請求項1に記載の雌ねじ付き銅管のねじ品質を高める方法による水平連続鋳造装置であって、
    前記晶析装置は、前記フレームに固定され、晶析装置給湯口、晶析装置芯棒及び前記晶析装置芯棒に設けられる軸方向温度測定孔を含み、前記晶析装置給湯口は、給湯部に接続され、前記品質オンライン検測装置は、前記晶析装置芯棒の端面に取り付けられ、前記晶析装置と前記銅冷却ジャケットとが同心であり、
    前記ガイドレール、前記軸受ケーシング及びモーターは、共に、前記フレームに取り付けられ、前記ガイドレールとスライダーとにより移動対偶が形成され、前記ボールねじは、軸受を介して軸受ケーシングに取り付けられ、前記モーターは、継手により前記ボールねじが回転するように連動し、前記ボールねじと前記移動台とにより螺旋対偶が形成され、前記移動台が直線運動するように連動することができ、
    前記移動台の底部が前記スライダーに固定して接続され、前記移動台の先端部に前記電磁攪拌装置が取り付けられ、前記電磁攪拌装置は、攪拌装置ハウジングと電磁コイルとを含み、前記銅冷却ジャケットは、前記電磁攪拌装置と同心して前記電磁攪拌装置を通り抜ける、ことを特徴とする、水平連続鋳造装置。
  4. 前記軸方向温度測定孔は、その直径が3mmであり、前記晶析装置芯棒の表面からの軸方向温度測定孔軸線の距離が3mmである、ことを特徴とする、請求項3に記載の水平連続鋳造装置。
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