一种可晶粒细化的上引铸造装置和上引铸造方法与流程

本发明涉及铸造领域，尤其是一种可晶粒细化的上引铸造装置和上引铸造方法。

背景技术：

铜杆是用于制造铜线、铜排、电线电缆等电工铜导体的原料，具有广泛的应用，通常采用连铸连轧法和上引连铸法生产。上引连铸法利用虹吸原理，将铜水引入结晶器后不断冷却结晶，因其具有占地面积小、一次性投资少、设备结构简单、消耗件少、维护费用低等特点而被广泛应用。然而，上引法生产的铜杆组织主要为沿铜杆截面半径对称分布的柱状晶，存在组织粗大而疏松的问题，可加工性差，易发生断裂等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种可晶粒细化的上引铸造装置和上引铸造方法，其生产的铜杆晶粒组织细小均匀，呈螺旋分布，铜杆具有良好的综合力学性能，后续的使用性能好。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种可晶粒细化的上引铸造装置，包括用于盛放金属液的铸造炉、上引铸造机以及设置于所述铸造炉内的冷却器和进液管，其中，所述上引铸造机设置于所述冷却器的上方，所述进液管自所述冷却器的底部穿入所述冷却器并固定，所述进液管底端密封、侧壁周向上开设有至少一圈进液孔，每圈进液孔设置有若干个进液孔，每个所述进液孔的轴向与所述进液管的内壁朝同一方向相切。

其中，所述每圈进液孔的中轴线与所述进液管的轴线重合。

其中，相邻的所述每圈进液孔相互错开。

其中，每个所述进液孔沿进液方向斜向上，与所述进液管径向呈5°-30°。

其中，所述上引铸造机设置有一对牵引轮，所述牵引轮通过伺服电机驱动。

其中，所述冷却器外依次包裹有保温石棉和石墨保护套。

其中，所述铸造炉为工频感应炉或中频感应炉。

其中，还包括引杆，所述引杆为实心杆，所述引杆的外径所述进液管的内径，所述引杆的一端与所述进液管连接，另一端装配于所述上引铸造机。

一种利用上引铸造装置的上引铸造方法，其包括如下步骤：

将金属熔化成金属液后盛放于所述铸造炉中保温；

所述进液管自所述冷却器的底部穿入所述冷却器并固定好后，垂直浸入金属液中，所述冷却器的上端不能没入金属液，金属液通过所述进液孔进入所述进液管；

将所述引杆的一端与所述进液管连接并与金属液接触，另一端装配于所述上引铸造机；

启动所述伺服电机驱动的所述上引铸造机的牵引轮将所述引杆牵出，金属液通过所述进液孔进入所述进液管，并在固液界面处不断冷却结晶形成新的金属杆，在所述引杆的拉动下逐渐将所述金属杆牵出，牵出时带来负压使金属液不断进入所述进液管继续进行冷却结晶，最后生产出整根晶粒细小均匀呈螺旋分布的所述金属杆。

其中，所述将金属熔化成金属液后盛放于所述铸造炉中保温之前还包括，对所述铸造炉进行预热。

本发明所述的一种可晶粒细化的上引铸造装置和上引铸造方法，铸造装置的进液管侧壁周向开设有至少一圈进液孔，每圈进液孔设置有若干个进液孔，每个进液孔的轴向与进液管的内壁朝同一方向相切；引杆拉动已经结晶的金属杆向上，给结晶前沿的金属液带来负压，金属液通过进液孔进入进液管时呈螺旋式，金属液形成强对流实现搅拌，限制和破坏枝晶生长，利于晶粒细化；螺旋式进入进液管的金属液，使结晶前沿金属液的温度梯度呈螺旋分布，晶粒生长呈螺旋方向，实现晶粒的螺旋分布。

附图说明

图1是本发明实施例所述的一种可晶粒细化的上引铸造装置的结构示意图；

图2是图1中件3进液管沿轴线纵截面的剖视图；

图3是图1中件3进液管垂直于轴线横截面的投影示意图。

附图标记：

1、铸造炉；2、冷却器；21、保温石棉；22、石墨保护套；3、进液管；31、进液孔；4、上引铸造机；41、牵引轮；5、引杆。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-3所示，本实施例所述一种可晶粒细化的上引铸造装置，包括用于盛放金属液的铸造炉1、上引铸造机4以及设置于所述铸造炉1内的冷却器2和进液管3，所述上引铸造机4设置于所述冷却器2的上方，所述进液管3自所述冷却器2的底部穿入所述冷却器2并固定，所述进液管3底端密封、侧壁周向上开设有至少一圈进液孔，每圈进液孔设置有若干个进液孔31，每个所述进液孔31的轴向与所述进液管3的内壁朝同一方向相切；优选的，所述进液管3侧壁上开设有四圈进液孔，每圈设置有四个进液孔31；多圈进液孔，可保证进液量充足，不受结晶前沿的影响。

所述每圈进液孔的中轴线与所述进液管3的轴线重合；相邻的所述每圈进液孔相互错开；有利于金属液螺旋式流动过程中紊流，增加搅拌对流和热交换，细化晶粒；每个所述进液孔31沿进液方向斜向上，与所述进液管3径向呈5°-30°；符合上引铸造时结晶前沿金属液液穴上凸的特征，可增加金属液对流，加强对固液界面处的冲击，细化晶粒。

所述上引铸造机4设置有一对牵引轮41，所述牵引轮41通过伺服电机驱动；可实现对引杆5的牵引速度、牵引节距和间歇时间的控制，牵引速度越快、牵引节距越大，造成的瞬间负压越大，金属液对流越强烈，搅拌效果越明显，晶粒细化越突出。

所述冷却器2外依次包裹有保温石棉21和石墨保护套22；所述保温石棉21用于阻隔冷却器内循环水和金属液之间的热量交换，所述石墨保护套22用于保护所述冷却器2。

所述铸造炉1为工频感应炉或中频感应炉；用于铸造过程中对金属液进行保温。

还包括引杆5，所述引杆5为实心杆，所述引杆5的外径略小于所述进液管3的内径，所述引杆5的一端与所述进液管3连接，另一端装配于所述上引铸造机4；所述上引铸造机4将所述引杆5牵出，进液管3的固液界面处金属液不断冷却结晶形成新的金属杆，并被所述引杆5带动逐渐牵出；牵出后形成负压，金属液不断从所述进液孔31进入所述进液管3进行结晶。

一种上引铸造方法，利用本实施例所述的上引铸造装置，其包括如下步骤：

对所述铸造炉1进行预热；

将金属熔化成金属液后放置于所述铸造炉1中保温；

所述进液管3自所述冷却器2的底部穿入所述冷却器2并固定好后，垂直浸入金属液中，所述冷却器2的上端不能没入金属液，金属液通过所述进液孔31进入所述进液管3；

将所述引杆5的一端与所述进液管3连接并与金属液接触，另一端装配于所述上引铸造机4；

启动所述伺服电机驱动的所述上引铸造机4的牵引轮41将所述引杆5牵出，金属液通过所述进液孔31进入所述进液管3，并在固液界面处不断冷却结晶形成新的金属杆，在所述引杆5的拉动下逐渐将所述金属杆牵出，牵出时带来负压使金属液不断进入所述进液管3继续进行冷却结晶，最后生产出整根晶粒细小均匀呈螺旋分布的所述金属杆。

作为优选的实施方式，用铜液制造无氧铜杆，所述进液管3的内径为φ8.1mm，在所述进液管3的侧壁上开设三圈进液孔31，每圈平均布置4个进液孔31，每个所述进液孔31的直径为2mm，与径向呈10°；所述引杆5的外径为φ7.0mm，材质为纯铜，一端置于所述进液管3的底端，另一端固定于所述上引铸造机4上等待牵引；将铜液盛放于铸造炉1内并保温在1120℃-1150℃；架设好上引铸造装置，调整参数：牵引节距8mm、牵引速度800mm/s、间歇时间0.12s，循环水的出水温度控制在43±2℃，启动所述上引铸造机4将引杆5牵出，在引杆5的带动下逐渐将铜杆牵出；此时铜杆的直径为φ8mm，几乎全为等轴晶，平均晶粒度仅为0.5mm，远优于常规方法生产的铜杆的晶粒组织。

作为另一个优选的实施方式，用铜银合金液银含量为0.1wt％制造铜银合金杆，所述进液管3的内径为φ16.2mm，在所述进液管3的侧壁上开设4圈进液孔31，每圈平均布置8个进液孔31，每个所述进液孔31的直径为2mm，与径向呈15°；所述引杆5的外径为φ15.0mm，材质为纯铜，一端置于所述进液管3的底端，另一端固定于所述上引铸造机4上等待牵引；将铜银合金液盛放于铸造炉1内并保温在1120℃-1150℃；架设好上引铸造装置，调整参数：牵引节距3mm、牵引速度400mm/s、间歇时间0.2s，所述循环水的出水温度控制在43±2℃，启动所述上引铸造机4将引杆5牵出，在引杆5的带动下逐渐将铜杆牵出；此时铜银合金杆的直径为φ16mm，表层等轴晶较为发达，且晶粒细小，中心柱状晶呈螺旋分布，且尺寸较小，远优于常规方法生产的铜银合金杆的晶粒组织。

本实施例所述的一种可晶粒细化的上引铸造装置和上引铸造方法，引杆5拉动已经凝固的金属杆向上，给结晶前沿的金属液带来负压，金属液通过进液孔31进入进液管3时呈螺旋式，金属液形成强对流实现搅拌，限制和破坏枝晶生长，实现了晶粒细化，不需要外加机械搅拌或电磁搅拌；螺旋式进入进液管3的金属液，使结晶前沿金属液的温度梯度呈螺旋分布，晶粒生长呈螺旋方向，实现晶粒的螺旋分布；通过调整牵引参数可控制晶粒的细化程度，牵引速度越快、牵引节距越大，晶粒细化越突出；通过调节进液管3的内径和进液孔31的大小、数量，可适用于生产不同规格的金属杆。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。