[发明专利]纯铜埋异质金属管冷却壁冶金结合铸造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶金结合铸造工艺，尤其涉及一种纯铜埋异质金属管冷却壁冶金结合铸造工艺，其属于冷却壁技术领域。

背景技术

高炉铜冷却壁有轧制钻孔和铸造埋管两种形式。目前国内以轧制钻孔形式为主。轧制钻孔形成的冷却水道，其冷却效果主要取决于轧制坯的材质及质量。铸造埋管冷却壁水道即为埋入水管的内腔，其冷却效果取决于管材材料的导热性及管与本体之间的熔合情况。埋管根据管材质不同有三种：铜－铜管、铜－Monel镍/铜管、铜－钢管。

埋管材质为铜管时，因铸入管与本体是相同材料，熔点相同，对铸造工艺要求非常高，控制不恰当会出现铜管的熔穿现象，并且纯铜管对冷却水的水质要求比较高，否则铜高的导热系数导致冷却水水温度高，水管内容易结垢，大大降低冷却壁的冷却性能，还可能在结垢部位造成温度过高，损坏铜管。这种冷却壁在国内高炉用的非常少。

纯铜轧制钻孔冷却壁存在如下缺陷：冷却水管与本体之间的焊接存在焊缝开裂隐患、对水道的路径有局限、外形受加工工艺限制和材料利用率低等。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供一种纯铜埋异质金属管冷却壁冶金结合铸造工艺。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种纯铜埋异质金属管冷却壁冶金结合铸造工艺，包括如下步骤：

A、选择Monel(即镍/铜)管或钢管作为埋入冷却壁的异质管；

B、按照图纸要求对异质管进行弯制；

C、对异质管进行表面清洁处理；

D、模型制作完成后进行造型，对异质管进行预热处理，预热温度控制在40-80℃；

E、浇注冷却壁，将熔化好的铜液浇注到含有金属管的型腔中，浇注温度控制在1180-1250℃。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，采用蓄热介质在对异质管进行预热处理；在预热时，采用Ti125热成像仪对异质管的温度进行测量与控制；在浇注时，采用热电偶对浇注温度进行测量和控制。

本发明的有益效果是：Monel(Ni-Cu合金)管中大约含有62％的镍和35％的铜，由于铜与镍可以形成无限互溶体，再加上Monel管熔点高，浇注时不容易熔穿，得到的铸件成品率高。在铜水套服役的过程中，在质地较软的铸铜基体上可能形成的任何裂纹，不会影响比铸铜基体强度和硬度高的多的Monel合金管.虽然Monel合金的导热性能比纯铜低，但由于其管壁较薄，因面对冷却壁热面的温度影响不大。

钢管具有高熔点，良好的综合机械性能，同时克服了纯铜管强度低容易发生变形和可能被熔穿的缺点，而且提高了冷却壁的成品率.而且钢管比铜管廉价，可降低生产成本。

严格控制浇注温度和金属管的预热温度，使得铸造本体与管之间达到无间隙熔合，拉伸试棒断裂位置处于铸入管与本体交界面之外，提高埋管冷却壁的冷却效率；由于管可以弯制复杂形状，加上铸造可制造复杂形状特点，解决了轧制冷却壁形状及水路限制的局限；铸造埋管冷却壁工艺出品率高，制造成本比轧制的低，降低了高炉投资成本。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种纯铜埋异质金属管冷却壁冶金结合铸造工艺，包括如下步骤：

1、选择埋入异质管：Monel镍/铜管、钢管；

2、按图纸要求对异质管进行弯制；

3、对异质管进行表面处理；

4、模型制作完成后，进行造型，浇注前对异质管进行预热处理，管子预热温度控制在40-80℃；

5、浇注成品，浇注温度控制在1180-1250℃。

本发明在进行过程中，异质管的加热采用蓄热介质，异质管温度的测量与控制采用Ti125热成像仪；浇注温度用热电偶测量和控制。

成品后取样做拉伸试验，拉伸试验结果断裂位置处于铸入管与本体交界面之外。

熔化好的铜液浇注到含有金属管的型腔中，管的周围被熔融的铜金属液包覆，在固液交界面形成很大的温度梯度，从而有热量的传导，同时，从微观角度来说，由于冷却壁较厚，有充足的热量和时间使界面进行原子的互扩散，从而在本体与管之间形成一个成分过渡层。这个扩散过渡层宽度达到40-60μm，导致界面形成冶金结合，至使界面结合强度大于本体的强度，拉伸断裂位置处于非交界面。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。