一种钛合金管材连铸用结晶器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及一种制备钛及钛合金管材用连铸结晶器，属于金属材料制备及加工领域。
【背景技术】
[0002]钛合金具有比强度高、疲劳强度和抗裂纹扩展能力好、抗蚀性能优异以及耐高温、低温性能好，因此在航空、航天、船舶、电力、能源、石油和化工等行业具有日益广泛的应用前景。其中，钛合金管常被用做航空液压管路、火箭发动机燃料导管、冷凝器、换热器及油井管路等。然而，由于钛合金管的研制和加工技术难度大，生产成本过高导致了其应用受到限制。比如，对于国内外技术比较成熟的钛和钛合金无缝管的制备，钻孔挤压法的工艺废料率高达10°/『15%，斜乳穿孔法虽然金属消耗量小，但管坯厚度公差稍大。因此，如何降低钛和钛合金管的制备成本，实现钛和钛合金管材的低成本、短流程制备，是推动其广泛应用的关键技术。
[0003]为了降低成本，真空或惰性气体保护下的钛合金连铸连乳技术是钛合金生产加工的一种未来趋势。通过连铸连乳技术，能够稳定的生产出成分均匀、无偏析，常规力学性能和传统加工方式相当的板、棒材，节约能源，降低加工成本。然而，对于钛合金管材的制备依然需要在棒坯的基础上进行车皮钻孔，加热挤压及退火和机加工的传统方式。因此，通过设计管材用连铸结晶器，在钛合金连铸连乳设备上直接制备钛和钛合金管，是本次发明的主要内容。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是针对降低钛及钛合金管材的制造成本，缩短工艺流程，实现钛及钛合金管材高效、短流程、低成本化制造而发明了一种钛及钛合金管的连铸技术用结晶器。
[0005]为解决上述的技术问题，本发明的结构包括外模、内模和冷却系统，所述的外模位于熔铸室内，所述的外模的中心位置开设有通孔，所述的内模位于外模的通孔内，所述内模的外侧壁与外模的通孔内壁之间存有间隙，所述内模的上端通过承重杆连接在熔铸室的顶部，所述内模的下端活动连接有活塞板，所述的活塞板活动连接在外模的通孔内，所述活塞板的底部与拉锭杆想连，所述外模的上、下端还分别设有进料轨道和出料轨道，所述进料轨道位于熔铸室内的一端设置在内模的外侧壁与外模的通孔内壁之间间隙的上方，所述的进料轨道位于熔铸室内一端的上方设有竖直放置的第一等离子枪，所述外模的下端与出料轨道之间还设有水平放置的第二等离子枪，所述的外模和内模内都设置有水冷系统。
[0006]进一步:所述的水冷系统是由分离式三段水冷系统和水冷套筒所组成，所述的水冷套筒套装在内模的外侧，所述的分离式三段水冷系统从上到下安装在外模内。
[0007]又进一步:所述内模的外形为棒子型。
[0008]又进一步:所述通孔上端一侧的内壁设置为弧形状，所述的弧形状通孔内壁位于第一等离子枪的正下方。
[0009]又进一步:所述的第一等离子枪和第二等离子枪的功率都为65kw或65kw以上。
[0010]再进一步:所述拉锭杆的下端与旋转升降机构相连。
[0011]本发明的有益效果有以下几点:
1、结晶器外模采用分离式三段水冷系统，通过控制不同区域的冷却速度和温度，可保证纯钛及钛合金管坯的冶金质量；
2、本设计采用大功率的等离子枪作为热源，大大加快了钛及钛合金熔化的速度，提高了其的工作效率；
3、拉锭杆在下拉坯料的同时，以一定的速度进行旋转，有效地提高了管坯的冶金质量和表面质量；
4、本设计具有结构简单、易于制造和实用高效的优点。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示的一种钛合金管材连铸用结晶器，包括外模1、内模2和冷却系统，所述的外模I位于熔铸室4内，所述的外模I的中心位置开设有通孔，所述的内模2位于外模I的通孔内，所述内模2的外侧壁与外模I的通孔内壁之间存有间隙，所述内模2的上端通过承重杆5连接在熔铸室4的顶部，所述内模2的下端活动连接有活塞板6，所述的活塞板6活动连接在外模I的通孔内，所述活塞板6的底部与拉锭杆7想连，所述外模I的上、下端还分别设有进料轨道8和出料轨道9，所述进料轨道8位于熔铸室4内的一端设置在内模2的外侧壁与外模I的通孔内壁之间间隙的上方，所述的进料轨道8位于熔铸室4内一端的上方设有竖直放置的第一等离子枪10，所述外模I的下端与出料轨道9之间还设有水平放置的第二等离子枪11，所述的外模I和内模2内都设置有水冷系统，所述内模2的外形为棒子型，所述通孔上端一侧的内壁设置为弧形状，所述的弧形状通孔内壁位于第一等离子枪10的正下方，所述的进料轨道8和出料轨道9上都安装有驱动辊。坯料通过在驱动辊的作用下输送到进料轨道8位于熔铸室内的最右端，使坯料位于第一等离子枪10的正下方，利用第一等离子枪10所产生离子弧对坯料进行加热，通过离子弧所产生的热量将坯料熔化，熔化的金属熔液滴入内模2的外侧壁与外模I的通孔内壁之间的间隙内，金属溶液在水冷系统的作用下在间隙内缓慢冷却形成铸锭，然后向下拉动拉锭杆7，利用拉锭杆7带着活塞板6向下运动，此时铸锭会随着活塞板6—起向下运动，当拉锭杆7向下拉动一米时启动第二等离子枪11，利用第二等离子枪11所产生的离子弧对铸锭进行切断，切断后的铸锭会掉落在出料轨道9上，然后由出料轨道9上的驱动辊输送出去。本设计的目的是针对降低钛及钛合金管材的制造成本，缩短工艺流程，实现钛及钛合金管材高效、短流程、低成本化制造而发明了一种钛及钛合金管的连铸技术用结晶器。本设计还具有结构简单、易于制造和实用高效的优点。
[0014]如图1所示的水冷系统是由分离式三段水冷系统3和水冷套筒12所组成，所述的水冷套筒12套装在内模2的外侧，所述的分离式三段水冷系统3从上到下安装在外模I内。本发明在外模I和内模2内都设置有水冷系统，通过此设计大大加快了金属溶液的冷却速度，并且本发明还在外模I内从上到下设置有分离式三段水冷系统3，通过此设计可以控制不同区域的冷却速度和温度，可保证纯钛及钛合金管坯的冶金质量。
[0015]本发明中的第一等离子枪10和第二等离子枪11的功率都为65kw或65kw以上，此设计采用大功率的等离子枪作为热源，大大加快了钛及钛合金熔化的速度，提高了其的工作效率。
[0016]本发明中的拉锭杆7的下端与旋转升降机构相连，所述的旋转升降机构是由旋转电机和气缸所组成的，拉锭杆在下拉坯料的同时，以一定的速度进行旋转，通过2此设计能够有效地提高了管坯的冶金质量和表面质量。
【主权项】
1.一种钛合金管材连铸用结晶器，其特征在于:包括外模(1)、内模(2)和冷却系统，所述的外模(I)位于熔铸室(4)内，所述的外模(I)的中心位置开设有通孔，所述的内模(2)位于外模(I)的通孔内，所述内模(2)的外侧壁与外模(I)的通孔内壁之间存有间隙，所述内模(2)的上端通过承重杆(5)连接在熔铸室(4)的顶部，所述内模(2)的下端活动连接有活塞板(6)，所述的活塞板(6)活动连接在外模(I)的通孔内，所述活塞板(6)的底部与拉锭杆(7 )想连，所述外模(I)的上、下端还分别设有进料轨道(8 )和出料轨道(9 )，所述进料轨道⑶位于熔铸室⑷内的一端设置在内模⑵的外侧壁与外模⑴的通孔内壁之间间隙的上方，所述的进料轨道(8)位于熔铸室(4)内一端的上方设有竖直放置的第一等离子枪(10)，所述外模(I)的下端与出料轨道(9)之间还设有水平放置的第二等离子枪(11)，所述的外模(I)和内模(2)内都设置有水冷系统。2.根据权利要求1所述的一种钛合金管材连铸用结晶器，其特征在于:所述的水冷系统是由分离式三段水冷系统⑶和水冷套筒(12)所组成，所述的水冷套筒(12)套装在内模(2)的外侧，所述的分离式三段水冷系统(3)从上到下安装在外模(I)内。3.根据权利要求1所述的一种钛合金管材连铸用结晶器，其特征在于:所述内模(2)的外形为棒子型。4.根据权利要求1所述的一种钛合金管材连铸用结晶器，其特征在于:所述通孔上端一侧的内壁设置为弧形状，所述的弧形状通孔内壁位于第一等离子枪(10)的正下方。5.根据权利要求1所述的一种钛合金管材连铸用结晶器，其特征在于:所述的第一等离子枪(10)和第二等离子枪(11)的功率都为65kw或65kw以上。6.根据权利要求1所述的一种钛合金管材连铸用结晶器，其特征在于:所述拉锭杆(7)的下端与旋转升降机构相连。
【专利摘要】本发明涉及一种钛及钛合金管材连续铸造用结晶器，在氩气保护或惰性气体气氛下，可实现不同尺寸要求的钛合金管坯的连续铸造。结晶器外模通过三段水冷系统，控制不同区域的冷却速度和温度，保证了纯钛及钛合金管坯的冶金质量。同时，拉锭杆在下拉坯料的同时，以一定的速度进行旋转，有效地提高了管坯的冶金质量和表面质量。生产的钛及钛合金管材成分均匀、无偏析、无冶金质量缺陷。降低钛合金管材加工成本约30％以上。
【IPC分类】B22D11/14
【公开号】CN105033212
【申请号】CN201510396785
【发明人】常辉, 董月成, 李峰, 崔予文, 鲁晓刚, 周廉
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月8日