专利名称：一种制造空心铜合金铸锭的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于制造空心铜合金,技术，主要涉及一种用于制造空心合，锭的铸造方法及其装置。背景絲目前，随着现代工业的飞速发展，各领鹏铜合^y品的需求与日俱增， 铜合金的铸造加工技术已成为帝喲我国铜加工工业发展的鹏。随着中国造船 业发展ayi，电力行业用铜量增大，国内国际都有很大的市场空间。高性能的 铜合金管材制品在电力、制冷、船舶等各领域得到广泛应用，为斷氏赫，提 高产品质量，提出了管材的近终^^铸造并发展了多种铸造方法，但其生产技术 对产品质量的提高上面临M，亟待研究开发新技术发展管的近终形状铸造方 法。目前直,造空心锭的工艺技术在国内并不多见，铸造空心铜锭目前局限 于水平铸造法，现有的水平连铸空心铸锭的结晶器的芯头是一个石墨,模具， 由于石墨芯头没有水冷却系统，从而造成空心^i定的内表面冷却效果不好，由此而不能铸造大规格的空心铸锭，且空心铸锭的内径偏差大；石墨的3M低， 凝固的空心铸锭抱芯力随W^规格的增大而增大时，石墨芯头模具就容易碎 裂。上述原因限制了现有水平铸造空心離的质量，特别是不倉,大规格的 空心離。由于纖自重的影响，也限制了空心辦定在水平铸造中不能生产大 规格产品。 发明内容本发明的目的即是提出一种制造空心铜合^#^的方法及^#及的装置。 本发明所提出的方法为对铜合金熔炼均匀后，将铸造平台上的浇铸小车 上的有芯结晶器的环形浇注空腔与浇注管的两个对称的浇注口对应，铸造机的 铸造车升至铸造平台的浇注小车下方，铸造车上的托座具有的中间孔，使其配 合结晶器的芯，入，托座上的燕尾槽与结晶器的环形浇注空腔对应；熔炼炉 的炉头内部控流系^C流，铜合金熔液通过浇注管两个对称的浇注口浇注入结 晶器的环麟注空腔内；采TO环麟注空腔内、夕卜进行7糊即对空心,内、 夕卜表面进行冷却的方式，糊7jCiSA结晶器芯头和夕卜套的环形空腔内，M卜套、芯头的底部排出，并从与托座的中间孔贯通的繊的两个搏水孔排出，对空心辩定内、外表面进行冷却；铜合^(t液M31结晶器的环形浇注空腔进入，流入 托座上的燕尾槽，然后暂^^熔液流出，待燕尾槽的铜液基本^P凝固，只剩下 中间部分还没凝固时继续放流铜合金熔液；启动连铸机伺服PLC控制系统，通 过托座燕尾槽对織向下的牵弓间固定作用缓慢向下牵引辦定，铸造机按规定 的工艺进行自动"^"拉"半连，注作业；^^定拉至工艺要求的长度后， 关闭熔炼炉的控流系统，停止铸造机伺服系统的"^~拉"工作，关闭冷却水 系统，推出浇铸小车，让铸造机伺服系紅作使铸造小车髓空心辭定缓慢上 升一離巨离，然后用天车把空心,从铸造坑中拉出。本发明铸造方縣用PLC控制下的'1f"拉"弓l锭的半连续铸造工艺，铸 itX艺参数2. 5 6m/h的平均铸5t3M， 800 1200次的停拉周期频率，■ 额定长度为2.5 6m，弓暇为2 8咖。'm炉采用大型工频有芯應应电炉，熔炼过S^用PLC ^系统控制炉子的运行过程，可实现炉温的连续控制、精确测定，确保了,化学成分的均匀 性。铸造机与感应炉实 锁保护，金属液旨可以连续柳，制。本发明的工艺方法可生产多种铜合金牌号的空心麟，产品规格为夕卜捉 内径 cD70 cD650n皿/O20 ①450mra本发明所涉及的结晶器为有芯头结构，具有由夕卜套内壳和外套外壳构成的 外套且由夕卜套内壳和外套外壳构成的环形空腔内具有^P水进入由底部出7jC孔排出对空心^ll外表面进行冷却；具有由芯头内壳和芯头外壳构成的芯头且芯头位于结晶器中部，由芯头内壳和芯头外壳构成的环形空腔内具有m口7jcitA由底部出水孔排出对空心铸锭内表面进行冷却；芯头与外套之间为铸液进入的 环形空腔。在外套的外处具有两个或两个以上_@^设置的糊雄水孔，在外套的外壳上具有与，7KiS7jCM"应设置的出水孔，并将出水孔与芯头的冷却水 进水孔相，，艮口外套外壳上的出水孔把由冷却7jCit水孑[iiA的冷却水导出进 入芯头，出水孔把外套、芯头的冷却机构连通为统一的一套冷却系统。冷却水 进水孔设置的关键是保W^的一定的it7JC量和水压。出水孔与冷却7jCit7JC孔对应， 一进一出，它们的相对位置主要是便于管路的安装。结晶器外套和芯头环形空腔底部的出水孔为多个且沿圆周均布设置。结晶器外套环形空腔底部的出水孔与芯头环形空腔底部的出7jC孔之间的夹 角小于90° 。结晶器夕瞎的环形空腔与芯头的环形空腔内有螺旋向下的金属片，使ifA 的冷却水对结晶器的外套和芯头四周进行冷却。本发明所涉及的托座，其具有中间孔以配合结晶器的芯头插入，托齢卜壁 上具有两个XW的桐冰孔且排水孔与中间孑L贯通，排水孔向下倾斜一定角度， 有利于铸造中芯头内流出的冷却水从这两个排水孔排出，排水孔大小与糊水 进水孔同径。同时，这两个排水子成可以作为鹏吊装时的"吊装孔"。托座上 开置的燕尾槽，以实现托座对铸锭向下的固定和牵引，燕尾槽的深度小于芯头 插入孔的深度。本发明所涉及的浇铸管，由于偏心浇铸容易造成,出现一铺晒集中缺 陷，所以采舰头浇铸的方式，即浇注管一端与熔炼炉炉头的控、縣统联接， 另一端具有对称的两个浇注口。此结构加工方便，且避免了因结晶器中心有芯 头而不能中A條铸的困难，也避免了偏心浇铸而带来的,表面缺陷的出现， 解决了浇铸系统的浇铸配合问题 高了空心铜锭的表面与内部质量。本发明生产的空心铜合^^特点是壁厚和附L弯曲度的偏差都较小，铸 孔呈比较规则的圆形，铸造过程中几乎没有形成让内孔轴向呈高低起伏状态的 偏析瘤，从空心锭的表面质量可以看出，纖内夕卜表面均好，偏析瘤得到了有 效的抑制,表面平整光洁，在初凝壳中,因内部过热熔体重溶的枝晶间低熔点物 质，不至于在熔体静压力作用下渗出凝壳，形成偏析瘤。
图1为结晶器结构示意图。图2为图1中A部分放大图。图3为图1中B部分放大图。图4为图1的俯视图。图5为托座结构示意图。图6为图5的俯视图。图7为图5的侧视图。图8为浇注管结构示意图。图中，1、软管，2、糊水出水孔，3、糊7j^K孔，4、结晶器外套外壳，5、结晶器外套内壳，6、结晶器芯头外壳，7、结晶器芯头内壳，8、芯头 it/Jc孔，9、夕卜套出水孔，10、芯头出水孔，11、托座，12、托座中间孔，13、 托座排水孔，14、托座燕尾槽，15托座安装固定 L， 16、石墨浇注管。 具体实駄式结合附图给出的实施例对本发明加以进一步说明本发明的具体实施例采用大型工频有芯感应电炉熔炼铜合金溶液，铜合，炼均匀后，将铸造 平台上的铸造浇注小车其有芯结晶器的环,注空腔与浇注管的两个对称的浇 注口对应，铸造机的铸造车升至铸造平台的浇铸小车下方，铸造车上的托座其 具有的中间孔配合结晶器的芯头插入，托座上的燕尾槽与结晶器的环形浇注空 腔对应；熔炼炉的炉头内部控流系统放流，铜合^^熔液通过浇注管两个对称的 浇注口浇注入结晶器的环形浇注空腔内；采取对环形浇注空腔内、外进行冷却 即对空心,内、夕卜表面进行冷却的方式，冷却水进入结晶器芯头和外套的环 形空腔内，M卜套、芯头的底部排出，并从与托座的中间孔贯通的对称的两个排水孔排出，对空心铸锭内、外表面进行冷却；铜合^^熔液M:结晶器的环形 浇注空腔iftA, ^EA托座上的燕尾槽，然后暂停熔液流出，待燕尾槽的铜液基 本冷却凝固，只剩下中间部分还没凝固时继续放流铜合金熔液；启动连铸机伺 服PLC控制系统，舰托座燕尾槽对纖向下的牵引和固定作用缓慢向下牵引 衛定，铸造机按规定的工艺进行自动"l^"拉"半连续浇注作业；待,拉至 工艺要求的诚后，关闭熔炼炉的控流系统，停止铸造机伺服系统的"f^"拉" 工作，关闭糊水系统，推出浇铸小车，让铸造机伺服系统工作使铸造小车托 着空心#^缓慢上升一挪巨离，然后用天车把空心铸锭从铸造坑中拉出。本发明铸造方法采用PLC控制下的"#"~拉"弓l锭的半连续離工艺，铸 造工艺参数2. 5 6m/h的平均铸皿度，800 1200次的停拉周期频率，^!定 额定长度为2.5 6m，引程为2 8mm。本发明所涉及的装置中，大型工频有芯感应电炉，铸造平台和铸造浇铸小 车及铸造机、铸造车等；所涉及的熔炼炉的炉头内部控流系统，铸造机伺服PLC 控制系统均为现有铸造工艺普 用的装置，本发明所涉及的主要是结晶器、托座及浇注管的技术结构。如图1所示并参照图4，本发明的结晶器为有芯头结构，结晶器具有由外套外壳4和外套内壳5构成的夕卜套且由夕瞎外壳和夕卜套内壳构成的环形空腔内 具有,7KiSA由底部出水孔9排出对空心#^卜表面进行，；具有由芯头 内壳7和芯头外壳6构成的芯头且芯Mt于结晶器中部，由芯头内壳和芯头外 壳构成的环形空腔内具有mP7M入由底部出水孔10排出对空心铸锭内表面进 行冷却；芯头与外套之间为铸M入的环形空腔。结晶器外套的外紅具有两个或两个以上且舰设置的7物7jCit7jC孔3，每 对iS7jC UW设置；在夕瞎的外赴具有与糊7Ka^K Ut应设置的出水孔2, 该实施例中,7KiS水孔3为两个，对称设置；出水孔2也为两个。并通过软 管1将出水孔2与芯头的mP7jCit水孔8相连通，艮P外套外壳上的出水孔2把 由冷却7爐水孔3进入的冷却水导出进入芯头，出7jC孔2把外套、芯头的冷却 机构iiil为统一的一套冷却系统。结晶器外，形空腔底部的出水孔9为多个且沿圆周均布设置，具体结构 为参照图2，结晶默卜套的内壳5由紫铜縦加工，其下端弯折的底部具有圆 周均布的出水孔9，出水孔直径2 4mra;外套内壳5的底部靠 瞎内壳下端 弯折的底部Jlit行配合。外套外壳4由^^铸造加工，其内壁上'離螺旋向下 的铁片使駄的冷却水对结晶器外套四周进行均匀冷却。外套底部的出水孔9 也可位于外套外壳的底部。结晶器芯头环形空腔底部的出水孔10为多个且沿圆周均布设置，具体结构 为参照图3，结晶器芯头的外壳6由紫铜铸造加工，其下,折的底部具有圆 周均布的出水 LIO，出水 L直径2 4mm;芯头外壳6的底部靠在芯头内壳7下 端弯折的底部，行配合。芯头内壳7由,铸造加工，其内壁上焊接螺旋向 下的铁片使iiA的冷却水对结晶器芯头四周进行均匀冷却。芯头底部的出水孔 10也可位于芯头内壳的底部。夕卜,形空自部的出水孔9与芯头环形空腔底部的出水孔10之间的夹角 小于90°，在8(T左右，出7K孔9和出水孔10均为斜 L，指向空心,外部和 内部表面。参照图4，芯头您K孔8为^^铸造加工，其用螺母与外套職紧固，芯头 的内、外壳与之配合固定。如图5 图7ff^，祀座11具有中间 L12，用以配合结晶器的芯 入， 托座外壁上具有两个Xtt的排水孔13且排水孔与中间孔12贯通，排水孔13向下倾斜一定角度，排水孔13的大小与冷却 水孔3同径。托座ll上开置的 燕尾槽14，实现ftjfef纖向下的牵弓l和固定作用，燕尾槽的深度小于芯头插 入孔的深度。如图8戶标，本发明涉及的浇注管16，具有两个娜的浇注口，实1 头 对称浇注的方式，浇注管进口端与熔炼炉炉头的控流系统联接，两个浇注口对 应结晶器的环，注铸造空腔。
权利要求
1. 一种制造空心铜合金铸锭的方法，其特征是对铜合金熔炼均匀后，将铸造平台上的铸造浇铸小车其有芯结晶器的环形浇注空腔与浇注管的两个对称的浇注口对应，铸造机的铸造车升至铸造平台的浇注小车下方，铸造车上的托座其具有的中间孔配合结晶器的芯头插入，托座上的燕尾槽与结晶器的环形浇注空腔对应；熔炼炉的炉头内部控流系统放流，铜合金熔液通过浇注管两个对称的浇注口浇注入结晶器的环形浇注空腔内；采取对环形浇注空腔内、外进行冷却即对空心铸锭内、外表面进行冷却的方式，冷却水进入结晶器芯头和外套的环形空腔内，从外套、芯头的底部排出，并从与托座的中间孔贯通的对称的两个排水孔排出，对空心铸锭内、外表面进行冷却；铜合金熔液通过结晶器的环形浇注空腔进入，流入托座上的燕尾槽，然后暂停熔液流出，待燕尾槽的铜液基本冷却凝固，只剩下中间部分还没凝固时继续放流铜合金熔液；启动连铸机伺服PLC控制系统，通过托座燕尾槽对铸锭向下的牵引和固定作用缓慢向下牵引铸锭，铸造机按规定的工艺进行自动“停-拉”半连续浇注作业；待铸锭拉至工艺要求的长度后，关闭熔炼炉的控流系统，停止铸造机伺服系统的“停-拉”工作，关闭冷却水系统，推出浇铸小车，让铸造机伺服系统工作使铸造小车托着空心铸锭缓慢上升一段距离，然后用天车把空心铸锭从铸造坑中拉出。
2、 根据权利要求1戶脱的一种制造空心铜合^l定的方法，辦征是采 用PLC控制下的"f^"拉"弓l锭的半连续铸紅艺，^tX艺参数2.5 6m/h 的平均铸i^3M， 800 1200次的停拉周期频率，,额定长度为2. 5 6m，引 程为2 8mm。
3、 一种铸造空心铜合^f定的装置，其特征是a、 结晶器为有芯头结构，具有由外套内壳(5)和外套外壳(4)构成的外 套且由外套内壳和外套外壳构成的环形空腔内具有冷却水进入由底部出水孔(9)排出对空心^l鈔卜表面进行冷却；具有由芯头内壳(7)和芯头外壳(6) 构成的芯头且芯头位于结晶器中部，由芯头内壳和芯头外壳构成的环形空腔内 具有冷却7jCiSA由底部出水孔(10)排出对空心衛定内表面进行冷却；芯头与 外套之间为铸^A的环形空腔；b、 托座(11)具有中间孔(12)以配合结晶器的芯头插入，,夕隨上具 有两个对称的排水孔(13)且排水孔与中间孔(12)贯通，排水 L (13)向下倾斜一定角度，有利于铸造中芯头流出的飾水从这两个排水孔排出，排水孔 (13)的大小与糊7爐水孔(3)同径；托座(11)上开置的燕尾槽(14)，以实现托J^t織向下的牵弓l和固定作用，燕尾槽的深度小于芯 入孔的深度；c、浇注管(16)采 头)^ 注的方式，即浇注管一端与j^炼炉炉头的 控流系统联接，另一端具有对称的两个浇注口。
4、 根据权利要求3戶腿的一种制造空心铜合^g的装置，，辦征是所述结晶器的夕卜套的夕卜紅具有两个或两个以上5j^设置的7t4PxKa7K孔(3)，在外套的外針具有与糊7RiS7K L^应设置的出水 L (2)并将出水孔与芯头 的冷却水进水孔相连通，即外套外壳上的出水孔(2)把由冷却7jC进水孔(3) 駄的辨口水导出駄芯头，出水 L (2)桫卜套、芯头的冷却机l^iil为统一 的一套冷却系统。
5、 根据权利要求书3戶脱的一种制造空心铜合^#^的装置，其特征是 所述结晶器外套和芯头环形空腔底部的出水孔(9) (10)为多个且沿圆周均布 设置。
6、 根据权利要求3臓的一种帝隨空心铜合^^的體，辦征是所 述结晶器外，形空腔底部的出7jC孔(9)与芯头环形空腔底部的出7jC L (10) 之间的夹角小于90°。
7、 根据权利要求3臓的一种审隨空心铜合^^的装置，辦征是所述结晶器外套的环形空腔与芯头的环形空腔内有螺旋向下的金属片，使itA的冷却水对结晶器的夕卜套和芯头四周进行冷却。
全文摘要
本发明提出一种用于制造空心铜合金铸锭的方法及所涉及的装置。将铸造平台上的铸造浇注小车其有芯结晶器的环形浇注空腔与浇注管的两个对称的浇注口对应，铸造车上的托座其具有的中间孔配合结晶器的芯头插入；铜合金熔液通过浇注管两个对称的浇注口浇注入结晶器的环形浇注空腔内；采取对环形浇注空腔内、外进行冷却即对空心铸锭内、外表面进行冷却的方式，冷却水进入结晶器芯头和外套的环形空腔内，从外套、芯头的底部排出，并从与托座的中间孔贯通的对称的两个排水孔排出，对空心铸锭内、外表面进行冷却。铜合金熔液通过结晶器的环形浇注空腔进入，流入托座上的燕尾槽，通过燕尾槽对铸锭向下的牵引和固定作用缓慢向下牵引铸锭。
文档编号B22D7/00GK101244450SQ20071005400
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月13日 优先权日2007年2月13日
发明者孙建科, 尧 詹, 郜贞轩, 卫 陈 申请人:洛阳双瑞达特铜有限公司