CN103008582A - 一种内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种内壁具有翅片的铜管的连续铸造装置及方法。包括液面、坩埚、加热元件、水平管、外型、外圆周设有翅片槽的内芯、冷却器、引锭管、牵引机构，其中形成铜管内腔的内芯置于形成铜管外形的外型所设的中空腔体内，组合成一个铸型，铸型通过水平管与坩埚连接，坩埚、水平管、外型与内芯组成的铸型都设有能加热至铜的熔化温度以上的加热元件，引锭管的一端***外型与内芯组合后形成的环状型腔，引锭管的另一端夹在牵引机构中，引锭管的外周设有对引锭管进行外冷却的冷却器。本发明的连续铸造装置设计合理，方便实用。本发明连续铸造方法操作方便，生产过程稳定可靠。本发明能铸造出管的内壁包含多条高而薄的直翅片的铜管，铜管的内壁具有光滑表面。

Description

一种内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置及方法

技术领域

本发明是一种内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置及方法，属于内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置及方法的改造技术。

背景技术

现有内直翅铜管是一种换热效率很高的铜管。它在管的内壁设置了多条纵向的高的翅片，大大增加了管内壁的换热面积，同时使管内流体的流动状态从平流状态转变成紊流状态，强化了流体的对流换热，成倍地提高换热效率。翅片的厚度越薄，高度越高，换热面积的增加越大。现有公知的制管技术是塑性加工方法，如拉伸、挤压，使铜在固态下流动，填充成形模具上狭窄而深的槽而形成翅片。由于受铜在固态下的流动性的限制，翅片必须设计得比较厚，而高度又比较小，才能得到饱满、健全的翅片。例如，1987年由中国科学技术出版社出版、中国有色总公司编的《中国有色金属产品目录》中公布的两种内直翅铜管，外径为16mm，管壁厚达2～4mm，管内的翅片厚度达1.2mm，而且只能布置10条，导致管内换热面积增加不大，而单位长度的铜管质量大大增加，从而增加了成本。又如《稀有金属》杂志1998年4月第22卷公布了一种拉伸方法，用直径25mm的管坯减径拉伸至直径21.6mm。管内设计18条直翅，高度设计为1mm。但由于受铜的流动性影响，拉伸所得的翅片高度只有（0.5～0.6）mm。

普通的连续铸造工艺也可用于制管。普通的连续铸造采用水冷结晶器，为使铸管从结晶器上脱模，必须采用拉－停－拉的方式，使铸件在结晶器内凝固到足够厚度的凝固层，才能拉拔脱模，使铸件与结晶器脱离。这种方式使铸件表面产生周期性的疤痕，甚至裂纹，必须把表面层除去才能应用。此外，铸管的内壁由内结晶器形成，铸管在凝固冷却时产生的收缩将内结晶器包紧，产生很大的摩擦力，致使铸管难以脱模。因此普通的连续铸造工艺很明显不能用于薄壁铜管的连铸，更不能用于内翅片铜管的连铸。

中国专利ZL01107684.4（公开日：2004年9月8日）公开了一种加热铸型式的连续铸造方法，其利用铜在熔融状态具有优良的流动性，可以填充狭窄而深的槽，从而形成薄壁的、形状复杂的管件。该发明提出采用垂直下拉的连续铸造方式。但在这种方式下，操作者难以观察到铸管从铸型拉出时的情况，不能迅速调整有关工艺参数，因而往往造成拉漏，铜液大量从铸型流出，使连续铸造过程中断，同时对操作者构成危险，工艺过程不可靠。此外，在垂直下拉式中，铸型的安装、更换等操作都不方便。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种设计合理，方便实用的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置。本发明能够铸造出管的内壁包含多条高而薄的直翅片的铜管，且铜管的内壁具有光滑的表面。

本发明的另一目的在于提供一种操作方便，生产过程稳定可靠的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造方法。

本发明的技术方案是：本发明的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置，包括有液面、坩埚、加热元件、水平管、外型、外圆周设有翅片槽的内芯、冷却器、引锭管、牵引机构，其中形成铜管内腔的内芯置于形成铜管外形的外型所设的中空腔体内，组合成一个铸型，铸型通过水平管与坩埚连接，坩埚、水平管、外型与内芯组成的铸型都设有能加热至铜的熔化温度以上的加热元件，引锭管的一端***外型与内芯组合后形成的环状型腔，引锭管的另一端夹在牵引机构中，且引锭管的外周设有对引锭管进行外冷却的冷却器。

上述坩埚内铜熔化后的液面的位置高出水平管的中心线的位置，液面与水平管的中心线之间的垂直高度为h, 该高度h称为压头。

本发明内壁具有直翅片的铜管的连续铸造方法，包括如下步骤：

1）将外型与内芯组成的铸型加热至铜的熔化温度以上；依靠坩埚内铜液产生的静压力使铜液克服自身的表面张力而进入铸型狭窄的型腔，充满窄而深的翅片槽，从而在翅片槽中形成翅片；

2）用冷却器喷水冷却引锭管，使引锭管冷却至温度低于铜的熔化温度，引锭管从铸型的出口***铸型，与铸型内的铜液熔合；

3）将引锭管水平地从铸型出口拉出，引锭管内端的铜连续地凝固，形成管件，被连续牵引出来。

本发明由于采用在坩埚的侧下方连接一根水平安装的水平管，水平管的另一端连接形成铜管的铸型的结构，依靠坩埚内铜液产生的静压力，使铜液克服自身的表面张力而进入狭窄的型腔，填充形成翅片的槽，从而形成窄而高的翅片。另外，本发明为使铜管能从铸型顺利脱模，在外型和内芯的出口端都加工出锥度，使铜管一旦拉动就与铸型脱离。这一锥度设计还能防止连铸工艺参数波动时发生拉漏的危险。将温度低于铜液熔化温度的引锭管从铸型的出口端***铸型，使其前端与铸型内的铜液完全熔合。当引锭管被水平拉出时，将铸型内已凝固的铜管引出，从而连铸出内直翅片管。本发明的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置设计巧妙，性能优良，方便实用，本发明的连续铸造方法操作方便，确保生产过程稳定可靠。

附图说明

图1为本发明连续铸造装置的结构示意图。

图2为本发明铜管凝固位置及有利于铜管脱模的铸型结构示意图。

图3为本发明外型和内芯组合后形成铜管型腔图。

具体实施方式

实施例：

本发明连续铸造装置的结构示意图如图1所示，本发明的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置，包括有液面1、坩埚2、加热元件3、水平管5、外型6、外圆周设有翅片槽71的内芯7、冷却器8、引锭管9、牵引机构10，其中形成铜管内腔的内芯7置于形成铜管外形的外型6所设的中空腔体内，组合成一个铸型，铸型通过水平管5与坩埚2连接，坩埚2、水平管5、外型6与内芯7组成的铸型都设有能加热至铜的熔化温度以上的加热元件3，引锭管9的一端***外型6与内芯7组合后形成的环状型腔，引锭管9的另一端夹在牵引机构10中，且引锭管9的外周设有对引锭管9进行外冷却的冷却器（8）。

上述坩埚2内铜熔化后的液面1的位置高出水平管5的中心线4的位置，液面1与水平管5的中心线4之间的垂直高度为h, 该高度h称为压头。压头是铜液获得流动性和充满型腔的动力。当型腔很窄时，铜液在型腔里形成很小的曲率半径，从而产生很大的附加表面张力，阻止铜液的流动。必须提高压头，克服表面张力造成的阻力，铜液才能继续流动，填充型腔。因此，对不同壁厚的铸件，应设定不同的压头。高的压头虽然有利于充满窄小的型腔，但也很容易使铜管来不及冷却凝固，导致铜液从铸型前端漏出，造成拉漏。因此，对一定壁厚的铸件，有一个合适的压头范围，使得能保证良好的充型，获得健全的铸件，同时保证不容易拉漏，使连续铸造过程顺利进行。

上述液面1与水平管5的中心线4之间的垂直高度h为30～120mm。

上述内芯7的外圆周设有等分的、间距不小于1.5mm的翅片槽。

上述内芯7外圆周所设的翅片槽的宽度为0.2～0.8mm，深度为0.5～3mm。

上述坩埚2、水平管5的加热温度为1100℃～1150℃，外型6与内芯7组成的铸型的加热温度为1050℃～1090℃。

上述外型6及内芯7的出口端11都设有便于使凝固的铜管顺利与铸型脱离的锥度，在图2中说明铸管从铸型中脱模的方法。铸件从液态凝固成固态后，在随后的降温过程中，外形尺寸将缩小，称为线收缩。对于中空的管状铸件，铸管在收缩时将内芯7包紧，产生很大的包紧力；同时，嵌入内芯的翅片大大增加了铸管与内芯的摩擦力。这些力使得铸管难以与内芯分离。外型与铸管之间也产生摩擦力。摩擦力除了阻碍脱模外，还使铸管表面产生拉痕甚至裂纹。为了克服这一困难，外型6及内芯7的出口的锥度为1：100～1：20。其中，铸管中外型6的出口端加工出0～1:30的锥度，在内芯的铸管出口端加工出0～1:20的锥度，两者的锥度长度相等。对铸型加热至铜的熔点以上，使铜液在铸型内不能凝固并充满型腔。在铸型外用水冷却引锭管，使铸型内的铜液逐渐从铸型出口向铸型内冷却凝固。当凝固位置到达锥度起点时，启动牵引机构10，将刚凝固而还没有过多收缩的铜管拉出。由于铸型的锥度结构，一旦铸管被拉动，就与铸型脱离接触而不会包紧内芯，从而顺利脱模，并且获得光洁的表面。

铸型的锥度结构还可以防止拉漏。如果凝固位置由于各种工艺参数波动的影响而向铸型出口方向移动时，由于锥度区有一定的长度，使得凝固位置仍处于锥度区内，因而不会出现拉漏。

本实施例中，上述冷却器8为喷水冷却器。

本发明内壁具有直翅片的铜管的连续铸造方法，包括如下步骤：

1）将外型6与内芯7组成的铸型加热至铜的熔化温度以上；依靠坩埚2内铜液产生的静压力使铜液克服自身的表面张力而进入铸型狭窄的型腔，充满窄而深的翅片槽，从而在翅片槽中形成翅片；

2）用冷却器8喷水冷却引锭管9，使引锭管9冷却至温度低于铜的熔化温度，引锭管9从铸型的出口***铸型，与铸型内的铜液熔合；

3）将引锭管9水平地从铸型出口拉出，引锭管9内端的铜连续地凝固，形成管件，被连续牵引出来。

    以下的实施例用于说明本发明中连铸内直翅片管的工艺。

实施例1

形成外径10 mm铜管的外型中置入直径9mm的内芯，内芯沿外圆周等分地铣有16条槽，槽的宽度0.3mm，深度1mm。外型和内芯的材质均为石墨。这样外型和内芯组合成具有环形间隙的铜管铸型。将引锭的铜管***铸型的环形间隙内，用水直接冷却引锭管。将坩埚加热至1120℃，使铜熔化，其液面至铸型中心高度为120mm。铜液在压头的作用下流入铸型，充满内芯的槽，并与引锭管熔合。将水平管和铸型加热到1085℃后，将冷却水移至距离铸型50mm处，启动牵引辊以30mm/min的速度将引锭管拉出。此后，逐次缩短冷却水距离至5mm，同时将牵引速度提高至300mm/min。连铸出的管翅片饱满、健全，表面光滑。

实施例2

形成外径5 mm铜管的外型中置入直径4mm的内芯，内芯沿外圆周等分地铣有8条槽，槽的宽度0.3mm，深度0.8mm。外型和内芯的材质均为石墨。这样外型和内芯组合成具有环形间隙的铜管铸型。将引锭的铜管***铸型的环形间隙内，用水直接冷却引锭管。将坩埚加热至1120℃，使铜熔化，其液面至铸型中心高度为110mm。铜液在压头的作用下流入铸型，充满内芯的槽，并与引锭管熔合。将水平管和铸型加热到1085℃后，将冷却水移至距离铸型50mm处，启动牵引辊以30mm/min的速度将引锭管拉出。此后，逐次缩短冷却水距离至5mm，同时提高牵引速度至300mm/min。连铸出的管翅片饱满、健全，表面光滑。

实施例3

形成外径16 mm铜管的外型中置入直径14.5mm的内芯，内芯沿外圆周等分地铣有24条槽，槽的宽度0.5mm，深度1.2mm。外型和内芯的材质均为石墨。这样外型和内芯组合成具有环形间隙的铜管铸型。将引锭的铜管***铸型的环形间隙内，用水直接冷却引锭管。将坩埚加热至1120℃，使铜熔化，其液面至铸型中心高度为40mm。铜液在压头的作用下流入铸型，充满内芯的槽，并与引锭管熔合。将水平管和铸型加热到1085℃后，将冷却水移至距离铸型50mm处，启动牵引辊以30mm/min的速度将引锭管拉出。此后，逐次缩短冷却水距离至5mm，同时提高牵引速度至300mm/min。连铸出的管翅片饱满、健全，表面光滑。

Claims (10)

1.一种内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置，其特征在于包括有液面（1）、坩埚（2）、加热元件（3）、水平管（5）、外型（6）、外圆周设有翅片槽（71）的内芯（7）、冷却器（8）、引锭管（9）、牵引机构（10），其中形成铜管内腔的内芯（7）置于形成铜管外形的外型（6）所设的中空腔体内，组合成一个铸型，铸型通过水平管（5）与坩埚（2）连接，坩埚（2）、水平管（5）、外型（6）与内芯（7）组成的铸型都设有能加热至铜的熔化温度以上的加热元件（3），引锭管（9）的一端***外型（6）与内芯（7）组合后形成的环状型腔，引锭管（9）的另一端夹在牵引机构（10）中，且引锭管（9）的外周设有对引锭管（9）进行外冷却的冷却器（8）。

2.根据权利要求1所述的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置，其特征在于上述坩埚（2）内铜熔化后的液面（1）的位置高出水平管（5）的中心线（4）的位置，液面（1）与水平管（5）的中心线（4）之间的垂直高度为h, 该高度h称为压头。

3.根据权利要求1所述的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置，其特征在于上述液面（1）与水平管（5）的中心线（4）之间的垂直高度h为30～120mm。

4.根据权利要求1所述的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造方法，其特征在于上述内芯（7）的外圆周设有等分的、间距不小于1.5mm的翅片槽。

5.根据权利要求1所述的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置，其特征在于上述内芯（7）外圆周所设的翅片槽的宽度为0.2～0.8mm，深度为0.5～3mm。

6.根据权利要求1所述的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置，其特征在于上述坩埚（2）、水平管（5）的加热温度为1100℃～1150℃。

7.根据权利要求1所述的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置，其特征在于上述外型（6）与内芯（7）组成的铸型的加热温度为1050℃～1090℃。

8.根据权利要求1所述的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置，其特征在于上述外型（6）及内芯（7）的出口端都设有便于使凝固的铜管顺利与铸型脱离的锥度，外型（6）及内芯（7）的出口的锥度为1：100～1：20。

9.根据权利要求1所述的内壁具有直翅片的铜管的连续铸造装置，其特征在于上述冷却器（8）为喷水冷却器。

10.一种内壁具有直翅片的铜管的连续铸造方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将外型（6）与内芯（7）组成的铸型加热至铜的熔化温度以上；依靠坩埚（2）内铜液产生的静压力使铜液克服自身的表面张力而进入铸型狭窄的型腔，充满窄而深的翅片槽，从而在翅片槽中形成翅片；

2）用冷却器（8）喷水冷却引锭管（9），使引锭管（9）冷却至温度低于铜的熔化温度，引锭管（9）从铸型的出口***铸型，与铸型内的铜液熔合；

3）将引锭管（9）水平地从铸型出口拉出，引锭管（9）内端的铜连续地凝固，形成管件，被连续牵引出来。

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