專利名稱：一種內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置及方法，屬于內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置及方法的改造技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有內(nèi)直翅銅管是一種換熱效率很高的銅管。它在管的內(nèi)壁設(shè)置了多條縱向的高的翅片，大大增加了管內(nèi)壁的換熱面積，同時使管內(nèi)流體的流動狀態(tài)從平流狀態(tài)轉(zhuǎn)變成紊流狀態(tài)，強化了流體的對流換熱，成倍地提高換熱效率。翅片的厚度越薄，高度越高，換熱面積的增加越大。現(xiàn)有公知的制管技術(shù)是塑性加工方法，如拉伸、擠壓，使銅在固態(tài)下流動，填充成形模具上狹窄而深的槽而形成翅片。由于受銅在固態(tài)下的流動性的限制，翅片必須設(shè) 計得比較厚，而高度又比較小，才能得到飽滿、健全的翅片。例如，1987年由中國科學(xué)技術(shù)出版社出版、中國有色總公司編的《中國有色金屬產(chǎn)品目錄》中公布的兩種內(nèi)直翅銅管，外徑為16mm,管壁厚達2 4mm,管內(nèi)的翅片厚度達1. 2mm,而且只能布置10條,導(dǎo)致管內(nèi)換熱面積增加不大，而單位長度的銅管質(zhì)量大大增加，從而增加了成本。又如《稀有金屬》雜志1998年4月第22卷公布了一種拉伸方法，用直徑25mm的管坯減徑拉伸至直徑21. 6mm。管內(nèi)設(shè)計18條直翅，高度設(shè)計為1mm。但由于受銅的流動性影響，拉伸所得的翅片高度只有(O. 5 O. 6) mm η普通的連續(xù)鑄造工藝也可用于制管。普通的連續(xù)鑄造采用水冷結(jié)晶器，為使鑄管從結(jié)晶器上脫模，必須采用拉一停一拉的方式，使鑄件在結(jié)晶器內(nèi)凝固到足夠厚度的凝固層，才能拉拔脫模，使鑄件與結(jié)晶器脫離。這種方式使鑄件表面產(chǎn)生周期性的疤痕，甚至裂紋，必須把表面層除去才能應(yīng)用。此外，鑄管的內(nèi)壁由內(nèi)結(jié)晶器形成，鑄管在凝固冷卻時產(chǎn)生的收縮將內(nèi)結(jié)晶器包緊，產(chǎn)生很大的摩擦力，致使鑄管難以脫模。因此普通的連續(xù)鑄造工藝很明顯不能用于薄壁銅管的連鑄，更不能用于內(nèi)翅片銅管的連鑄。中國專利ZLOl 107684. 4 (
公開日2004年9月8日)公開了一種加熱鑄型式的連續(xù)鑄造方法，其利用銅在熔融狀態(tài)具有優(yōu)良的流動性，可以填充狹窄而深的槽，從而形成薄壁的、形狀復(fù)雜的管件。該發(fā)明提出采用垂直下拉的連續(xù)鑄造方式。但在這種方式下，操作者難以觀察到鑄管從鑄型拉出時的情況，不能迅速調(diào)整有關(guān)工藝參數(shù)，因而往往造成拉漏，銅液大量從鑄型流出，使連續(xù)鑄造過程中斷，同時對操作者構(gòu)成危險，工藝過程不可靠。此外，在垂直下拉式中，鑄型的安裝、更換等操作都不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種設(shè)計合理，方便實用的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置。本發(fā)明能夠鑄造出管的內(nèi)壁包含多條高而薄的直翅片的銅管，且銅管的內(nèi)壁具有光滑的表面。本發(fā)明的另一目的在于提供一種操作方便，生產(chǎn)過程穩(wěn)定可靠的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置，包括有液面、 甘堝、加熱元件、水平管、外型、外圓周設(shè)有翅片槽的內(nèi)芯、冷卻器、引錠管、牽引機構(gòu)，其中形成銅管內(nèi)腔的內(nèi)芯置于形成銅管外形的外型所設(shè)的中空腔體內(nèi)，組合成一個鑄型，鑄型通過水平管與坩堝連接，坩堝、水平管、外型與內(nèi)芯組成的鑄型都設(shè)有能加熱至銅的熔化溫度以上的加熱元件，引錠管的一端插入外型與內(nèi)芯組合后形成的環(huán)狀型腔，引錠管的另一端夾在牽引機構(gòu)中，且引錠管的外周設(shè)有對引錠管進行外冷卻的冷卻器。上述坩堝內(nèi)銅熔化后的液面的位置高出水平管的中心線的位置，液面與水平管的中心線之間的垂直高度為h，該高度h稱為壓頭。本發(fā)明內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造方法，包括如下步驟
1)將外型與內(nèi)芯組成的鑄型加熱至銅的熔化溫度以上；依靠坩堝內(nèi)銅液產(chǎn)生的靜壓力使銅液克服自身的表面張力而進入鑄型狹窄的型腔，充滿窄而深的翅片槽，從而在翅片槽 中形成翅片；
2)用冷卻器噴水冷卻引錠管，使引錠管冷卻至溫度低于銅的熔化溫度，引錠管從鑄型的出口插入鑄型，與鑄型內(nèi)的銅液熔合；
3)將引錠管水平地從鑄型出口拉出，引錠管內(nèi)端的銅連續(xù)地凝固，形成管件，被連續(xù)牽引出來。本發(fā)明由于采用在坩堝的側(cè)下方連接一根水平安裝的水平管，水平管的另一端連接形成銅管的鑄型的結(jié)構(gòu)，依靠坩堝內(nèi)銅液產(chǎn)生的靜壓力，使銅液克服自身的表面張力而進入狹窄的型腔，填充形成翅片的槽，從而形成窄而高的翅片。另外，本發(fā)明為使銅管能從鑄型順利脫模，在外型和內(nèi)芯的出口端都加工出錐度，使銅管一旦拉動就與鑄型脫離。這一錐度設(shè)計還能防止連鑄工藝參數(shù)波動時發(fā)生拉漏的危險。將溫度低于銅液熔化溫度的引錠管從鑄型的出口端插入鑄型，使其前端與鑄型內(nèi)的銅液完全熔合。當引錠管被水平拉出時，將鑄型內(nèi)已凝固的銅管引出，從而連鑄出內(nèi)直翅片管。本發(fā)明的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置設(shè)計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用，本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法操作方便，確保生產(chǎn)過程穩(wěn)定可靠。


圖1為本發(fā)明連續(xù)鑄造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明銅管凝固位置及有利于銅管脫模的鑄型結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明外型和內(nèi)芯組合后形成銅管型腔圖。
具體實施例方式實施例
本發(fā)明連續(xù)鑄造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，本發(fā)明的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置，包括有液面1、坩堝2、加熱元件3、水平管5、外型6、外圓周設(shè)有翅片槽71的內(nèi)芯7、冷卻器8、引錠管9、牽引機構(gòu)10，其中形成銅管內(nèi)腔的內(nèi)芯7置于形成銅管外形的外型6所設(shè)的中空腔體內(nèi)，組合成一個鑄型，鑄型通過水平管5與坩堝2連接，坩堝2、水平管5、外型6與內(nèi)芯7組成的鑄型都設(shè)有能加熱至銅的熔化溫度以上的加熱元件3，引錠管9的一端插入外型6與內(nèi)芯7組合后形成的環(huán)狀型腔，引錠管9的另一端夾在牽引機構(gòu)10中，且引錠管9的外周設(shè)有對引錠管9進行外冷卻的冷卻器(8)。上述坩堝2內(nèi)銅熔化后的液面I的位置高出水平管5的中心線4的位置，液面I與水平管5的中心線4之間的垂直高度為h，該高度h稱為壓頭。壓頭是銅液獲得流動性和充滿型腔的動力。當型腔很窄時，銅液在型腔里形成很小的曲率半徑，從而產(chǎn)生很大的附加表面張力，阻止銅液的流動。必須提高壓頭，克服表面張力造成的阻力，銅液才能繼續(xù)流動，填充型腔。因此，對不同壁厚的鑄件，應(yīng)設(shè)定不同的壓頭。高的壓頭雖然有利于充滿窄小的型腔，但也很容易使銅管來不及冷卻凝固，導(dǎo)致銅液從鑄型前端漏出，造成拉漏。因此，對一定壁厚的鑄件，有一個合適的壓頭范圍，使得能保證良好的充型，獲得健全的鑄件，同時保證不容易拉漏，使連續(xù)鑄造過程順利進行。上述液面I與水平管5的中心線4之間的垂直高度h為30 120mm。上述內(nèi)芯7的外圓周設(shè)有等分的、間距不小于1. 5mm的翅片槽。上述內(nèi)芯7外圓周所設(shè)的翅片槽的寬度為O. 2 O. 8mm,深度為O. 5 3mm。上述坩堝2、水平管5的加熱溫度為1100°C 1150°C，外型6與內(nèi)芯7組成的鑄型的加熱溫度為1050°C 1090°C。上述外型6及內(nèi)芯7的出口端11都設(shè)有便于使凝固的銅管順利與鑄型脫離的錐度，在圖2中說明鑄管從鑄型中脫模的方法。鑄件從液態(tài)凝固成固態(tài)后，在隨后的降溫過程中，外形尺寸將縮小，稱為線收縮。對于中空的管狀鑄件，鑄管在收縮時將內(nèi)芯7包緊，產(chǎn)生很大的包緊力；同時，嵌入內(nèi)芯的翅片大大增加了鑄管與內(nèi)芯的摩擦力。這些力使得鑄管難以與內(nèi)芯分離。外型與鑄管之間也產(chǎn)生摩擦力。摩擦力除了阻礙脫模外，還使鑄管表面產(chǎn)生拉痕甚至裂紋。為了克服這一困難，外型6及內(nèi)芯7的出口的錐度為1:100 1:20。其中，鑄管中外型6的出口端加工出O 1:30的錐度，在內(nèi)芯的鑄管出口端加工出O 1:20的錐度，兩者的錐度長度相等。對鑄型加熱至銅的熔點以上，使銅液在鑄型內(nèi)不能凝固并充滿型腔。在鑄型外用水冷卻引錠管，使鑄型內(nèi)的銅液逐漸從鑄型出口向鑄型內(nèi)冷卻凝固。當凝固位置到達錐度起點時，啟動牽引機構(gòu)10，將剛凝固而還沒有過多收縮的銅管拉出。由于鑄型的錐度結(jié)構(gòu)，一旦鑄管被拉動，就與鑄型脫離接觸而不會包緊內(nèi)芯，從而順利脫模，并且獲得光潔的表面。鑄型的錐度結(jié)構(gòu)還可以防止拉漏。如果凝固位置由于各種工藝參數(shù)波動的影響而向鑄型出口方向移動時，由于錐度區(qū)有一定的長度，使得凝固位置仍處于錐度區(qū)內(nèi)，因而不會出現(xiàn)拉漏。本實施例中，上述冷卻器8為噴水冷卻器。本發(fā)明內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造方法，包括如下步驟
1)將外型6與內(nèi)芯7組成的鑄型加熱至銅的熔化溫度以上；依靠坩堝2內(nèi)銅液產(chǎn)生的靜壓力使銅液克服自身的表面張力而進入鑄型狹窄的型腔，充滿窄而深的翅片槽，從而在翅片槽中形成翅片；
2)用冷卻器8噴水冷卻引錠管9，使引錠管9冷卻至溫度低于銅的熔化溫度，引錠管9從鑄型的出口插入鑄型，與鑄型內(nèi)的銅液熔合；
3)將引錠管9水平地從鑄型出口拉出，引錠管9內(nèi)端的銅連續(xù)地凝固，形成管件，被連續(xù)牽引出來。以下的實施例用于說明本發(fā)明中連鑄內(nèi)直翅片管的工藝。
實施例1
形成外徑10 _銅管的外型中置入直徑9_的內(nèi)芯，內(nèi)芯沿外圓周等分地銑有16條槽，槽的寬度O. 3_，深度1_。外型和內(nèi)芯的材質(zhì)均為石墨。這樣外型和內(nèi)芯組合成具有環(huán)形間隙的銅管鑄型。將引錠的銅管插入鑄型的環(huán)形間隙內(nèi)，用水直接冷卻引錠管。將坩堝加熱至1120°C，使銅熔化，其液面至鑄型中心高度為120mm。銅液在壓頭的作用下流入鑄型，充滿內(nèi)芯的槽，并與引錠管熔合。將水平管和鑄型加熱到1085°C后，將冷卻水移至距離鑄型50mm處，啟動牽引輥以30mm/min的速度將引錠管拉出。此后，逐次縮短冷卻水距離至5mm,同時將牽引速度提高至300mm/min。連鑄出的管翅片飽滿、健全,表面光滑。實施例2
形成外徑5 mm銅管的外型中置入直徑4mm的內(nèi)芯，內(nèi)芯沿外圓周等分地銑有8條槽，槽的寬度O. 3_，深度O. 8_。外型和內(nèi)芯的材質(zhì)均為石墨。這樣外型和內(nèi)芯組合成具有環(huán)形間隙的銅管鑄型。將引錠的銅管插入鑄型的環(huán)形間隙內(nèi)，用水直接冷卻引錠管。將坩堝加熱至1120°C，使銅熔化，其液面至鑄型中心高度為110mm。銅液在壓頭的作用下流入鑄型，充滿內(nèi)芯的槽，并與引錠管熔合。將水平管和鑄型加熱到1085°C后，將冷卻水移至距離鑄型50mm處，啟動牽引輥以30mm/min的速度將引錠管拉出。此后，逐次縮短冷卻水距離至5mm,同時提高牽引速度至300mm/min。連鑄出的管翅片飽滿、健全,表面光滑。實施例3
形成外徑16 _銅管的外型中置入直徑14. 5_的內(nèi)芯，內(nèi)芯沿外圓周等分地銑有24條槽，槽的寬度O. 5_，深度1. 2_。外型和內(nèi)芯的材質(zhì)均為石墨。這樣外型和內(nèi)芯組合成具有環(huán)形間隙的銅管鑄型。將引錠的銅管插入鑄型的環(huán)形間隙內(nèi)，用水直接冷卻引錠管。將坩堝加熱至1120°C，使銅熔化，其液面至鑄型中心高度為40mm。銅液在壓頭的作用下流入鑄型，充滿內(nèi)芯的槽，并與引錠管熔合。將水平管和鑄型加熱到1085°C后，將冷卻水移至距離鑄型50mm處，啟動牽引輥以30mm/min的速度將引錠管拉出。此后，逐次縮短冷卻水距離至5_，同時提高牽引速度至300mm/min。連鑄出的管翅片飽滿、健全，表面光滑。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置，其特征在于包括有液面(I)、坩堝(2)、加熱元件(3)、水平管(5)、外型(6)、外圓周設(shè)有翅片槽(71)的內(nèi)芯(7)、冷卻器(8)、引錠管(9)、牽引機構(gòu)(10)，其中形成銅管內(nèi)腔的內(nèi)芯(7)置于形成銅管外形的外型(6)所設(shè)的中空腔體內(nèi)，組合成一個鑄型，鑄型通過水平管(5)與坩堝(2)連接，坩堝(2)、水平管(5)、外型(6)與內(nèi)芯(7)組成的鑄型都設(shè)有能加熱至銅的熔化溫度以上的加熱元件(3)，引錠管(9)的一端插入外型(6)與內(nèi)芯(7)組合后形成的環(huán)狀型腔，引錠管(9)的另一端夾在牽引機構(gòu)(10)中，且引錠管(9)的外周設(shè)有對引錠管(9)進行外冷卻的冷卻器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置，其特征在于上述坩堝(2)內(nèi)銅熔化后的液面(I)的位置高出水平管(5)的中心線(4)的位置，液面(I)與水平管(5)的中心線(4)之間的垂直高度為h，該高度h稱為壓頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置，其特征在于上述液面(I)與水平管(5)的中心線(4)之間的垂直高度h為30 120mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造方法，其特征在于上述內(nèi)芯(7)的外圓周設(shè)有等分的、間距不小于1. 5mm的翅片槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置，其特征在于上述內(nèi)芯(7)外圓周所設(shè)的翅片槽的寬度為0. 2 0. 8mm,深度為0. 5 3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置，其特征在于上述坩堝(2)、水平管(5)的加熱溫度為1100°C 1150°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置，其特征在于上述外型(6)與內(nèi)芯(7)組成的鑄型的加熱溫度為1050°C 1090°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置，其特征在于上述外型(6)及內(nèi)芯(7)的出口端都設(shè)有便于使凝固的銅管順利與鑄型脫離的錐度，外型(6)及內(nèi)芯(7)的出口的錐度為1:100 1:20。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置，其特征在于上述冷卻器(8)為噴水冷卻器。
10.一種內(nèi)壁具有直翅片的銅管的連續(xù)鑄造方法，其特征在于包括如下步驟 1)將外型(6)與內(nèi)芯(7)組成的鑄型加熱至銅的熔化溫度以上；依靠坩堝(2)內(nèi)銅液產(chǎn)生的靜壓力使銅液克服自身的表面張力而進入鑄型狹窄的型腔，充滿窄而深的翅片槽，從而在翅片槽中形成翅片； 2)用冷卻器(8)噴水冷卻引錠管(9)，使引錠管(9)冷卻至溫度低于銅的熔化溫度，弓丨錠管(9)從鑄型的出口插入鑄型，與鑄型內(nèi)的銅液熔合； 3)將引錠管(9)水平地從鑄型出口拉出，引錠管(9)內(nèi)端的銅連續(xù)地凝固，形成管件，被連續(xù)牽引出來。
全文摘要
本發(fā)明是一種內(nèi)壁具有翅片的銅管的連續(xù)鑄造裝置及方法。包括液面、坩堝、加熱元件、水平管、外型、外圓周設(shè)有翅片槽的內(nèi)芯、冷卻器、引錠管、牽引機構(gòu)，其中形成銅管內(nèi)腔的內(nèi)芯置于形成銅管外形的外型所設(shè)的中空腔體內(nèi)，組合成一個鑄型，鑄型通過水平管與坩堝連接，坩堝、水平管、外型與內(nèi)芯組成的鑄型都設(shè)有能加熱至銅的熔化溫度以上的加熱元件，引錠管的一端插入外型與內(nèi)芯組合后形成的環(huán)狀型腔，引錠管的另一端夾在牽引機構(gòu)中，引錠管的外周設(shè)有對引錠管進行外冷卻的冷卻器。本發(fā)明的連續(xù)鑄造裝置設(shè)計合理，方便實用。本發(fā)明連續(xù)鑄造方法操作方便，生產(chǎn)過程穩(wěn)定可靠。本發(fā)明能鑄造出管的內(nèi)壁包含多條高而薄的直翅片的銅管，銅管的內(nèi)壁具有光滑表面。
文檔編號B22D11/045GK103008582SQ20121055092
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者黎沃光, 余業(yè)球, 蔡蓮淑 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)