[发明专利]一种大口径锻态铜管水平连铸连挤压设备及铜管生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域的装置设备以及生产工艺，尤其是一种大口径锻态铜管水平连铸连挤压设备及利用该设备进行大口径锻态铜管连铸的生产工艺。

背景技术

铜管制造工艺一般要经过熔炼、铸造、压力加工等过程，才能形成产品，然而，铸造铜及铜合金常常有疏松、气孔、裂纹等缺陷，且废品率较高，在质量要求较高的场合无法使用。为此，目前铜管生产均采用铜锭压制成型，特别是直径300mm以上的大口径铜管的压力加工，需要吨位很大的加热设备、挤压设备，投资大，成本高。

有人提出采用垂直连铸工艺生产大口径铜管，但铜管长度受到很大的限制，尤其重要的是，该工艺生产的铜管没有经过压力加工，仍然属于铸造铜管，存在上述铸造铜管无法避免的的质量缺陷，因此，在大多质量要求高的场合无法应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种大口径锻态铜管的水平连铸连挤压设备以及利用该设备进行大口径锻态铜管连铸连挤压生产工艺，该设备以及工艺是在现有技术中的垂直连铸的基础上进行改进，实现铜管的水平连铸，进而克服垂直连铸带来的铜管长度方面的技术瓶颈，并且，在铜管连铸之后设置辊轧系统，对铜管进行辊轧，并扩径减壁，一方面消除铸造铜管的缺陷，另一方面，可以得到口径更大、管壁更薄的铜管。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大口径锻态铜管水平连铸连挤压设备，包括依次水平设置的熔炼系统、水平冷凝系统以及辊轧系统；

所述的熔炼系统包括熔炼炉、熔炼炉底部设置的坡面以及在坡面最低端设置的供铜液流出的铜液浇口；

所述的水平冷凝系统包括内芯棒组件与冷凝器，内芯棒组件包括内芯棒、连接法兰、固定板Ⅰ与固定板Ⅱ，其中，连接法兰夹持在固定板Ⅰ与固定板Ⅱ之间，并分别通过固定板Ⅰ与固定板Ⅱ固定设置在熔炼炉与冷凝器之间，内芯棒一端依次穿过固定板Ⅱ、连接法兰与固定板Ⅰ中心的通孔，然后与熔炼炉的铜液浇口连接，内芯棒的另一端伸入冷凝器中，与冷凝器的内壁构成铜管成型的环形管腔，所述内芯棒与铜液浇口连接的一端的中心沿内芯棒长度方向设置铜液流过的内浇道，内浇道上设置多个垂直于内浇道的内浇口，经熔炼炉熔化的铜液由熔炼炉的铜液浇口流出，通过内浇道由内浇口流入冷凝器的环形管腔中，形成铜管；

所述的辊轧系统包括设置在环形固定架上的轧辊、设置在环形固定架中心的扩径芯头以及用于拉引铜管的拉引装置，拉引装置与冷凝后形成的铜管连接，环形固定架设置在轧辊支架上，所述扩径芯头呈圆台形，其小头端朝向铜管的方向，大头端与一支撑顶杆连接，铜管在拉引装置的拉引下，铜管内壁沿扩径芯头的侧壁移动，所述轧辊环绕扩径芯头倾斜设置，其倾斜角度与扩径芯头的锥度相一致，并且轧辊侧壁与铜管的外壁相接触，由电机驱动环形固定架以其轴心为圆心转动，使得轧辊在与铜管之间摩擦力的作用下被动旋转，与扩径芯头相互配合挤压铜管管壁，使其管壁减小、管径增大。

进一步的，在冷凝器与辊轧系统之间设有加热系统，加热系统中的加热丝环绕在铜管的管壁外侧，轧制前的铜管进行加热，该加热系统为市售的加热装置。

进一步的，所述的铜液浇口上设有插槽以及插在插槽内的插板。

进一步的，所述的固定板Ⅰ、固定板Ⅱ以及连接法兰的两侧分别围绕所述的通孔设置环槽以及安装在环槽内的弹性密封环，并且弹性密封环的上表面露出环槽。

所述扩径芯头的锥度为6°~15°，长度不大于40mm，其大头端的边沿朝铜管的移动方向水平延伸以形成长度为5-10mm的圆柱状结构。

所述的环形固定架、扩径芯头以及铜管的轴线重合。

利用上述的一种大口径锻态铜管水平连铸连挤压设备进行大口径锻态铜管生产的生产工艺，具体步骤如下：

步骤一：将冷却水通入冷凝器中，并将金属铜在熔炼炉中熔炼成铜液，然后拉起铜液浇口的插板，使得铜液通过铜液浇口与内芯棒组件中的内浇道，由内浇口流入冷凝器中的环形管腔中，在冷却水的作用下，铜液在冷凝器的环形管腔中冷却形成铜管；

步骤二：利用拉引装置将步骤一中所形成的铜管从冷凝器中拉出，被拉出的铜管温度为300~400℃，所述拉引装置的拉引速度V₂与熔炼炉中铜液浇口处铜液流速V₁之间的关系如下：

，其中R为铜管扩径后的外半径，r₁为铜液浇口的半径，r₂为所述扩径芯头大头端的半径，k%为铸铜收缩率；

步骤三：启动加热系统，被拉出冷凝器的铜管在拉引装置的拉引下进入加热系统被加热到400~600℃；