专利名称：用金属制造工业管道或型材的工艺及相关设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用金属制造工业用管道或型材的工艺，和用于制造所述产品的设备。
特别是，本发明涉及制造金属管道和型材的连续铸造工艺，这些管道型材用于工业使用，特别是用于热交换，即，用在热交换机或者脱盐装置中，以及化学石油化工领域。
适合生产金属管道和型材的材料包括铜及其合金、镍铜合金、特种黄铜、铝铜及同类材料。
如人们所知，这些材料具有使它们适于这种用途的几种特性，例如高的导电和导热率、较强的抗腐蚀性能和极好的热加工和冷加工性能。
制造这些管道和型材时，应参照具体的说明以确定材料的化学成分和容差；所述标准是，例如以首字母缩略语为人所知的ASTMB111、DIN 1785、UNI6785、AFNOR NFA 51.120。
传统上，这些工业用的金属管道和型材通过包括许多操作工序的工艺进行制造，这样除了使得工序长、劳动量大和不易实现外，还显著影响最终产品的成本。
已知的工艺实际上包括从对原材料和碎料的分类开始，第一步是在感应电炉中熔化材料，还要经过诸如滴定和熔合等预处理。此后，浇铸熔化的材料获得坯料，即直径通常在80到350毫米之间的圆柱形半成品。坯料经过切割和堆积，然后以合适的大小送到引伸压力机上，此前坯料被加热到700到1100℃之间。借助于所述压力机得到管状或者其他形状的初加工产品，通常经过尺寸和质量控制，然后被运送到轧制装置和/或引伸模具中进行冷加工以减小截面。
这个工序导致主体截面近似减小80％，其直径和厚度因延伸而减小。有时，对特殊合金进行加工需要中间热处理，使初加工产品的冷加工变得容易一些。随后的拉伸操作产生几乎完成的成品，其截面会进一步减小。实际精加工包括对工件进行切割，还可能进行矫直以及在脱脂和清洗前进行控制和检验。
这种显然漫长而繁重的工艺需要使用特殊的材料并在各工序中产生高百分比的废品和碎料，不论在产生坯料的熔化工序中还是在热拉伸过程中，而且出现在后续工序中。在生产周期的全部过程中，碎料的产生导致总的产出率大约等于2∶1。
除此之外，考虑到浇铸炉和拉伸机，工厂的成本远远不能忽略，因为这些设备会导致产品生产成本的增加。本发明的目的就是避免上述缺陷。
更为特别的是，本发明的目的是提供一种工艺，用来生产工业用金属管道和型材，这些产品用于热交换机、脱盐装置或者化学和石化工厂。工艺包括有限的操作工序，确保成品满足关于精度、可靠性和金相结构的所有必需要求。
本发明的进一步的目的是提供一种如以上所定义的工艺，从而实施时只对工厂作有限的要求。
本发明进一步的目的是给提供用户一种加工金属管道和型材的工艺，这种工艺不仅能够大幅减小生产工厂的长度，而且能减少其产生的废品。
根据本发明，这些以及进一步的目的，参照附图可以看得非常清楚。这些目的可以通过用金属制造管道和型材的工艺来达到，包括如下的操作工序熔化金属和可能兼容的加工碎料；以熔化金属获得初加工产品；轧制和/或拉伸初加工产品，减小其截面；通过一次或多次连续调整，将初加工产品拉伸到希望的尺寸；对尺寸精加工产品进行矫直，并可能送去进行热处理和/或脱脂处理；切割以测量成品尺寸。
初加工产品可以具有任何形状，但优选形状为管状。
用来实现该工艺的设备，也是本发明的一个目的，包括一个熔炉和一个坯料模。坯料模具有相互连通的轴向和径向孔，从熔炉来的熔化金属由此浇铸。优选地，坯料模内部具有一个优选地由注入气体加压的中心室，以保持浇铸坯料模区域的压力为恒定。
参照附图，可以对本发明工艺的操作工序以及相关设备的结构和功能特性有更清楚的认识，所参照的附图显示所述设备的优选实施例，而不是限制其实施。其中
图1为显示按照本发明工艺制造工业用管道和型材的工厂和设备的局部示意图。
图2为显示由坯料模组成的该设备的局部纵截面示意图。
图3为显示上图的横截面示意图。
根据本发明，用金属制造管道和型材的工艺包括几个加工工序，下文中参照附图将对此进行详细描述。
所述步骤的第一步包括将固体状态的金属材料，例如金属或合金以及与合金兼容的可能碎料加入电炉进行熔化。
熔化温度取决于所用原材料和碎料的类型。一般地，熔化温度在900到1350℃之间。如果要使用诸如镍铜合金90/10之类的材料，熔化温度范围为1250到1350℃。
所获得的液态合金被通过人所共知的方式例如通过通道，输送到与设备相连的连铸系统，这将在下文中描述。设备实际上包括一个特殊的坯料模，使用坯料模可以获得中空的初加工件。所述中空的初加工件可以具有任何形状和尺寸，优选情况下具有管状，例如直径在70和80毫米之间而厚度在5到10毫米之间。中空初加工件然后被运送到轧机和拉伸台进行进一步冷加工工序。在拉伸过程中，初加工件截面减小约80％，同时进行进一步的拉伸操作或者其它操作，这些操作彼此相互衡接，使得工件的截面进一步减小，直到获得尺寸上合要求的成品。
优选实施例中拉伸操作在冷拉伸台上进行，例如公知的周期式无缝管轧机，或行星齿轮式轧机等等。
轧机操作优选地在直线型或组合型或拼装型拉伸台进行，所有这些轧制机和拉伸台本质上是公知的。
在轧制工序和拉伸工序这两步之间，可能要进行中间热处理，例如退火，特别是使用特殊合金的情况下，例如特种黄铜和镍铜合金。同样在拉伸工序中，可能会对初加工件执行中间退火处理。
中间热处理工序是在退火步进梁或者类型已知的静止炉中进行，温度范围可能是，例如400到800℃。当使用90/10镍铜合金材料时，热处理的温度在650到750℃之间。
这一工序中的初加工件具有金属管道或者型材的最终形状，然后被运送到传统的精加工操作处，即矫正工序之前切割以测量，也可能是脱脂以及逐件检查或者抽样检查。
使用本发明工艺获得的初加工件所具有的所述工艺特有的视觉特征和金相结构，不同于传统热拉伸件。这种初加工件，实际上具有通过连续浇铸获得的材料典型表观，例如，显示出横向于轴向的环形纹理阴影，相互平行且距离相等，既穿过外表面也穿过内表面。就金相结构不同而言，初加工件具有典型的树状晶体结构，因此与拉伸产品不同。
所描述的工艺很大程度上减少了生产复杂性和生产时间，因为其开始的基础是由通过连铸工艺获得的初加工件组成的。实际上，本发明工艺去除了许多加工工序，这些工艺对于获得用来通过拉伸得到初加工件的坯料没有用处。因此碎料的形成将减少50％，使得在生产坯料的熔化以及对坯料进行拉伸的过程中的总产出率变成1.5∶1。视成品的尺寸不同，高生产成本，例如能源、劳动力和消耗量，总体上减少20％到40％。
根据优选实施例，从设备或者坯料模中取出产品的工序是通过两个方向的运动实现的，以公知为“走和停”的传统操作开始。根据后者，以短暂停顿的交替拖拉工序，把金属管或型材取出，避免产品破裂。为进一步防止破裂出现而产生不均质的金属管或型材，优选地，在本发明的工艺中插入进一步的“走和停”取出工序。这种运动使产品从坯料模中取出，而又不至于完全硬化，以引起微小的向后运动，以压实产品，从而避免了破裂的危险。
全部的取出运动包括传统的拖拉工序、停顿工序和进一步的向后运动工序，即指向与拖拉方向相反的方向。这些工序可能按照不同的顺序执行，例如，向后运动紧随拖拉运动之后，而在停顿之前，或者按照两个系统的组合进行。
这样，这些还没有硬化的管道或者制品就变得致密而且均匀。
根据进一步的优选的非关键性的实施例，从坯料模中取出的产品被运送到校准工序，以确保金相结构的致密度。这些校准包括在线的热轧，通过传统的快速电感炉和由电机驱动的推杆完成。优选情况下这一步后紧接着进行快速冷加工，优选地用水冷加工。
特别适合完成本发明工艺的设备，也是本发明的一部分，包括由图2中10表示的坯料模，由一个外部体或者说外壳12和一个由石墨或者其它适合材料制成的轴向销杆14组成。坯料模10具有传统的轴向孔16，用来浇铸熔化的金属，浇铸由示意在图1中的熔炉18完成，熔炉由耐火材料、石墨或者砖石制成。
孔16加工在支承销杆14的支座或者架桥20上。除了孔16外，坯料模10进一步包括径向浇铸孔22，例如用4个孔22，间隔90度安排，形成在外部壳体12上架桥20的下游。孔22，在例子中是倾斜的，与孔16连通，使得在坯料模10中浇铸入附加的熔化金属，所述溶化金属适当地混合在一起，保留形成初加工件所需的恰当温度。
在这些情况下，通过孔22浇铸的附加量对于金属的均匀性是非常重要的，对于成分具有不同的熔点和物理化学特性的合金同样如此。
根据另一个优越的特性，本发明设备能够在坯料模的浇铸区保持金属载荷产生的重力恒定，在发生在熔炉18中的液体的变化也是如此。为了实现这个目的，熔炉18设置有一个插入其中心并以公知装置连接的钟状物26。所述钟状物26的前上端由一个锁紧盖组成。一个管道或者导管40连接在盖28上，例如向钟状物26中通入中性气体。所述钟状物26加工在熔炉18内，形成一个中心室30，优选地加在熔化金属的游离表面上的压力为0到2巴。
在图1中中心室30内部的熔化金属水平面和外部的水平面分别用L1和L2表示。借助于这种惰性气体压力，使得液体状态的金属以恒定和均匀的方式通过孔16和22向坯料模浇铸，而不受液面变化的影响。
本发明的设备还包括冷轧机和拉伸台，用来将初加工件的截面逐步减小到希望的尺寸。在拉伸工序中或者在轧制工序和拉伸工序之间，初加工件可能要经过热处理，例如退火。这样获得的型材可能要经过矫直、脱脂和类似处理，然后被切割至尺寸。
从以上说明可以理解，本发明达到的优势是明显的。
使用本发明工艺制造金属管和型材，生产周期的长度和复杂度大幅降低，能够通过熔化而不是拉伸获得初加工件。同样，加工碎料和工厂需求也在很大程度上得到降低，无需经过铸造获得坯料然后拉伸压力。
尽管以上参照一种结构对本发明进行了描述，但仅仅是非限制性的报告，对于那些对领域内的一般技术人员来说，很明显可以进行不同的修改和变更。所以，本发明包括落入所附权利要求的精神和实质范围内的所有修改和变种。
权利要求
1.一种用于生产工业用管道或者型材的工艺，其特征是，所述工艺包括如下工序熔化金属，连同可能的兼容加工碎料；通过铸造获得初加工产品；轧制和/或拉伸初加工产品，减小其截面；通过一次或多次连续调整，对经过轧制和/或拉伸的初加工产品进行拉伸，以便进一步将其截面减小到希望的尺寸；对在尺寸上加工完毕的产品进行矫直，并可能送去进行热处理和/或脱脂处理；并且切割成品进行测量。
2.根据权利要求1中所述的工艺，其特征在于，通过多个工序，由熔化的金属材料得到中空的初加工件，所述工序包括拖拉工序、停顿工序和进一步的在与拖拉方向相反的方向上的部分向后运动的工序。
3.根据权利要求1或2中所述的工艺，其特征在于，用熔化金属材料获得的初加工件被运送到包括热轧和随后快速冷加工的校准系统。
4.根据前述权利要求中任意项所述的工艺，其特征在于，金属材料从铜、铜合金、镍铜合金、黄铜和铝铜中选取。
5.根据前述权利要求中任意项所述的工艺，其特征在于，金属材料的熔化温度在900到1350℃之间。
6.根据前述权利要求中任意项所述的工艺，其特征在于，初加工件受到轧制工序和拉伸工序之间的退火热处理工序，温度范围为400℃到800℃。
7.根据前述权利要求中任意项所述的工艺，其特征在于，初加工件为管状。
8.实现根据前述权利要求中任意要求所述的工艺的设备，其特征在于，它包括一个熔炉(18)和一个与熔炉(18)连接的坯料模(10)，坯料模含有外部壳体(12)、同轴内销(14)、支撑所述销杆(14)的架桥(20)、许多从熔炉(18)中浇铸熔化金属的孔(16)、以及形成在架桥(20)上并与至少一个轴向孔(16)连通的至少一个径向孔(22)，用于从熔炉(18)浇铸同样的熔化金属。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，至少一个径向孔(22)形成在坯料模(10)的外部壳体(12)上的架桥(20)的下游。
10.根据权利要求8-9之一所述的设备，其特征在于，熔炉(18)的中心部分具有一个钟状物(26)，形成一个室(30)，所述钟状物(26)的前上方(28)由一个锁紧盖组成，并且连接在一个管道或者导管(40)上，用来向室(30)输送惰性气体。
11.由金属材料通过连铸制成的初加工件，具有横向于轴向的环形纹影，所述纹影相互平行且距离相等，既穿过外表面也穿过内表面具有树状晶体结构。
12.利用由金属材料，例如铜、铜合金、特种黄铜、镍铜合金或者铝铜根据权利要求11得到的初加工件制成的管道或者型材。
全文摘要
一种用于由金属，例如铜、铜合金、特种黄铜、镍铜合金或者铝铜生产工业用管道或者型材的工艺，包括如下工序熔化金属以及可能的兼容加工碎料；通过铸造获得初加工产品；轧制和/或拉伸初加工产品，减小其截面；通过一次或多次连续调整，对经过轧制和/或拉伸的初加工产品进行拉伸，以便进一步将其截面减小到希望的尺寸；对尺寸精加工产品进行矫直，并可能送去进行热处理和/或脱脂处理；切割成品进行测量。
文档编号B21B15/00GK1407919SQ01806001
公开日2003年4月2日 申请日期2001年2月13日 优先权日2000年3月3日
发明者卡洛·科隆博 申请人:S.I.T.A.I公开有限公司