本發(fā)明涉及鑄造領(lǐng)域，尤其是一種可晶粒細(xì)化的上引鑄造裝置和上引鑄造方法。

背景技術(shù)：

銅桿是用于制造銅線、銅排、電線電纜等電工銅導(dǎo)體的原料，具有廣泛的應(yīng)用，通常采用連鑄連軋法和上引連鑄法生產(chǎn)。上引連鑄法利用虹吸原理，將銅水引入結(jié)晶器后不斷冷卻結(jié)晶，因其具有占地面積小、一次性投資少、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、消耗件少、維護(hù)費用低等特點而被廣泛應(yīng)用。然而，上引法生產(chǎn)的銅桿組織主要為沿銅桿截面半徑對稱分布的柱狀晶，存在組織粗大而疏松的問題，可加工性差，易發(fā)生斷裂等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種可晶粒細(xì)化的上引鑄造裝置和上引鑄造方法，其生產(chǎn)的銅桿晶粒組織細(xì)小均勻，呈螺旋分布，銅桿具有良好的綜合力學(xué)性能，后續(xù)的使用性能好。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種可晶粒細(xì)化的上引鑄造裝置，包括用于盛放金屬液的鑄造爐、上引鑄造機(jī)以及設(shè)置于所述鑄造爐內(nèi)的冷卻器和進(jìn)液管，其中，所述上引鑄造機(jī)設(shè)置于所述冷卻器的上方，所述進(jìn)液管自所述冷卻器的底部穿入所述冷卻器并固定，所述進(jìn)液管底端密封、側(cè)壁周向上開設(shè)有至少一圈進(jìn)液孔，每圈進(jìn)液孔設(shè)置有若干個進(jìn)液孔，每個所述進(jìn)液孔的軸向與所述進(jìn)液管的內(nèi)壁朝同一方向相切。

其中，所述每圈進(jìn)液孔的中軸線與所述進(jìn)液管的軸線重合。

其中，相鄰的所述每圈進(jìn)液孔相互錯開。

其中，每個所述進(jìn)液孔沿進(jìn)液方向斜向上，與所述進(jìn)液管徑向呈5°-30°。

其中，所述上引鑄造機(jī)設(shè)置有一對牽引輪，所述牽引輪通過伺服電機(jī)驅(qū)動。

其中，所述冷卻器外依次包裹有保溫石棉和石墨保護(hù)套。

其中，所述鑄造爐為工頻感應(yīng)爐或中頻感應(yīng)爐。

其中，還包括引桿，所述引桿為實心桿，所述引桿的外徑所述進(jìn)液管的內(nèi)徑，所述引桿的一端與所述進(jìn)液管連接，另一端裝配于所述上引鑄造機(jī)。

一種利用上引鑄造裝置的上引鑄造方法，其包括如下步驟：

將金屬熔化成金屬液后盛放于所述鑄造爐中保溫；

所述進(jìn)液管自所述冷卻器的底部穿入所述冷卻器并固定好后，垂直浸入金屬液中，所述冷卻器的上端不能沒入金屬液，金屬液通過所述進(jìn)液孔進(jìn)入所述進(jìn)液管；

將所述引桿的一端與所述進(jìn)液管連接并與金屬液接觸，另一端裝配于所述上引鑄造機(jī)；

啟動所述伺服電機(jī)驅(qū)動的所述上引鑄造機(jī)的牽引輪將所述引桿牽出，金屬液通過所述進(jìn)液孔進(jìn)入所述進(jìn)液管，并在固液界面處不斷冷卻結(jié)晶形成新的金屬桿，在所述引桿的拉動下逐漸將所述金屬桿牽出，牽出時帶來負(fù)壓使金屬液不斷進(jìn)入所述進(jìn)液管繼續(xù)進(jìn)行冷卻結(jié)晶，最后生產(chǎn)出整根晶粒細(xì)小均勻呈螺旋分布的所述金屬桿。

其中，所述將金屬熔化成金屬液后盛放于所述鑄造爐中保溫之前還包括，對所述鑄造爐進(jìn)行預(yù)熱。

本發(fā)明所述的一種可晶粒細(xì)化的上引鑄造裝置和上引鑄造方法，鑄造裝置的進(jìn)液管側(cè)壁周向開設(shè)有至少一圈進(jìn)液孔，每圈進(jìn)液孔設(shè)置有若干個進(jìn)液孔，每個進(jìn)液孔的軸向與進(jìn)液管的內(nèi)壁朝同一方向相切；引桿拉動已經(jīng)結(jié)晶的金屬桿向上，給結(jié)晶前沿的金屬液帶來負(fù)壓，金屬液通過進(jìn)液孔進(jìn)入進(jìn)液管時呈螺旋式，金屬液形成強(qiáng)對流實現(xiàn)攪拌，限制和破壞枝晶生長，利于晶粒細(xì)化；螺旋式進(jìn)入進(jìn)液管的金屬液，使結(jié)晶前沿金屬液的溫度梯度呈螺旋分布，晶粒生長呈螺旋方向，實現(xiàn)晶粒的螺旋分布。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例所述的一種可晶粒細(xì)化的上引鑄造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中件3進(jìn)液管沿軸線縱截面的剖視圖；

圖3是圖1中件3進(jìn)液管垂直于軸線橫截面的投影示意圖。

附圖標(biāo)記：

1、鑄造爐；2、冷卻器；21、保溫石棉；22、石墨保護(hù)套；3、進(jìn)液管；31、進(jìn)液孔；4、上引鑄造機(jī)；41、牽引輪；5、引桿。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1-3所示，本實施例所述一種可晶粒細(xì)化的上引鑄造裝置，包括用于盛放金屬液的鑄造爐1、上引鑄造機(jī)4以及設(shè)置于所述鑄造爐1內(nèi)的冷卻器2和進(jìn)液管3，所述上引鑄造機(jī)4設(shè)置于所述冷卻器2的上方，所述進(jìn)液管3自所述冷卻器2的底部穿入所述冷卻器2并固定，所述進(jìn)液管3底端密封、側(cè)壁周向上開設(shè)有至少一圈進(jìn)液孔，每圈進(jìn)液孔設(shè)置有若干個進(jìn)液孔31，每個所述進(jìn)液孔31的軸向與所述進(jìn)液管3的內(nèi)壁朝同一方向相切；優(yōu)選的，所述進(jìn)液管3側(cè)壁上開設(shè)有四圈進(jìn)液孔，每圈設(shè)置有四個進(jìn)液孔31；多圈進(jìn)液孔，可保證進(jìn)液量充足，不受結(jié)晶前沿的影響。

所述每圈進(jìn)液孔的中軸線與所述進(jìn)液管3的軸線重合；相鄰的所述每圈進(jìn)液孔相互錯開；有利于金屬液螺旋式流動過程中紊流，增加攪拌對流和熱交換，細(xì)化晶粒；每個所述進(jìn)液孔31沿進(jìn)液方向斜向上，與所述進(jìn)液管3徑向呈5°-30°；符合上引鑄造時結(jié)晶前沿金屬液液穴上凸的特征，可增加金屬液對流，加強(qiáng)對固液界面處的沖擊，細(xì)化晶粒。

所述上引鑄造機(jī)4設(shè)置有一對牽引輪41，所述牽引輪41通過伺服電機(jī)驅(qū)動；可實現(xiàn)對引桿5的牽引速度、牽引節(jié)距和間歇時間的控制，牽引速度越快、牽引節(jié)距越大，造成的瞬間負(fù)壓越大，金屬液對流越強(qiáng)烈，攪拌效果越明顯，晶粒細(xì)化越突出。

所述冷卻器2外依次包裹有保溫石棉21和石墨保護(hù)套22；所述保溫石棉21用于阻隔冷卻器內(nèi)循環(huán)水和金屬液之間的熱量交換，所述石墨保護(hù)套22用于保護(hù)所述冷卻器2。

所述鑄造爐1為工頻感應(yīng)爐或中頻感應(yīng)爐；用于鑄造過程中對金屬液進(jìn)行保溫。

還包括引桿5，所述引桿5為實心桿，所述引桿5的外徑略小于所述進(jìn)液管3的內(nèi)徑，所述引桿5的一端與所述進(jìn)液管3連接，另一端裝配于所述上引鑄造機(jī)4；所述上引鑄造機(jī)4將所述引桿5牽出，進(jìn)液管3的固液界面處金屬液不斷冷卻結(jié)晶形成新的金屬桿，并被所述引桿5帶動逐漸牽出；牽出后形成負(fù)壓，金屬液不斷從所述進(jìn)液孔31進(jìn)入所述進(jìn)液管3進(jìn)行結(jié)晶。

一種上引鑄造方法，利用本實施例所述的上引鑄造裝置，其包括如下步驟：

對所述鑄造爐1進(jìn)行預(yù)熱；

將金屬熔化成金屬液后放置于所述鑄造爐1中保溫；

所述進(jìn)液管3自所述冷卻器2的底部穿入所述冷卻器2并固定好后，垂直浸入金屬液中，所述冷卻器2的上端不能沒入金屬液，金屬液通過所述進(jìn)液孔31進(jìn)入所述進(jìn)液管3；

將所述引桿5的一端與所述進(jìn)液管3連接并與金屬液接觸，另一端裝配于所述上引鑄造機(jī)4；

啟動所述伺服電機(jī)驅(qū)動的所述上引鑄造機(jī)4的牽引輪41將所述引桿5牽出，金屬液通過所述進(jìn)液孔31進(jìn)入所述進(jìn)液管3，并在固液界面處不斷冷卻結(jié)晶形成新的金屬桿，在所述引桿5的拉動下逐漸將所述金屬桿牽出，牽出時帶來負(fù)壓使金屬液不斷進(jìn)入所述進(jìn)液管3繼續(xù)進(jìn)行冷卻結(jié)晶，最后生產(chǎn)出整根晶粒細(xì)小均勻呈螺旋分布的所述金屬桿。

作為優(yōu)選的實施方式，用銅液制造無氧銅桿，所述進(jìn)液管3的內(nèi)徑為φ8.1mm，在所述進(jìn)液管3的側(cè)壁上開設(shè)三圈進(jìn)液孔31，每圈平均布置4個進(jìn)液孔31，每個所述進(jìn)液孔31的直徑為2mm，與徑向呈10°；所述引桿5的外徑為φ7.0mm，材質(zhì)為純銅，一端置于所述進(jìn)液管3的底端，另一端固定于所述上引鑄造機(jī)4上等待牽引；將銅液盛放于鑄造爐1內(nèi)并保溫在1120℃-1150℃；架設(shè)好上引鑄造裝置，調(diào)整參數(shù)：牽引節(jié)距8mm、牽引速度800mm/s、間歇時間0.12s，循環(huán)水的出水溫度控制在43±2℃，啟動所述上引鑄造機(jī)4將引桿5牽出，在引桿5的帶動下逐漸將銅桿牽出；此時銅桿的直徑為φ8mm，幾乎全為等軸晶，平均晶粒度僅為0.5mm，遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)方法生產(chǎn)的銅桿的晶粒組織。

作為另一個優(yōu)選的實施方式，用銅銀合金液銀含量為0.1wt％制造銅銀合金桿，所述進(jìn)液管3的內(nèi)徑為φ16.2mm，在所述進(jìn)液管3的側(cè)壁上開設(shè)4圈進(jìn)液孔31，每圈平均布置8個進(jìn)液孔31，每個所述進(jìn)液孔31的直徑為2mm，與徑向呈15°；所述引桿5的外徑為φ15.0mm，材質(zhì)為純銅，一端置于所述進(jìn)液管3的底端，另一端固定于所述上引鑄造機(jī)4上等待牽引；將銅銀合金液盛放于鑄造爐1內(nèi)并保溫在1120℃-1150℃；架設(shè)好上引鑄造裝置，調(diào)整參數(shù)：牽引節(jié)距3mm、牽引速度400mm/s、間歇時間0.2s，所述循環(huán)水的出水溫度控制在43±2℃，啟動所述上引鑄造機(jī)4將引桿5牽出，在引桿5的帶動下逐漸將銅桿牽出；此時銅銀合金桿的直徑為φ16mm，表層等軸晶較為發(fā)達(dá)，且晶粒細(xì)小，中心柱狀晶呈螺旋分布，且尺寸較小，遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)方法生產(chǎn)的銅銀合金桿的晶粒組織。

本實施例所述的一種可晶粒細(xì)化的上引鑄造裝置和上引鑄造方法，引桿5拉動已經(jīng)凝固的金屬桿向上，給結(jié)晶前沿的金屬液帶來負(fù)壓，金屬液通過進(jìn)液孔31進(jìn)入進(jìn)液管3時呈螺旋式，金屬液形成強(qiáng)對流實現(xiàn)攪拌，限制和破壞枝晶生長，實現(xiàn)了晶粒細(xì)化，不需要外加機(jī)械攪拌或電磁攪拌；螺旋式進(jìn)入進(jìn)液管3的金屬液，使結(jié)晶前沿金屬液的溫度梯度呈螺旋分布，晶粒生長呈螺旋方向，實現(xiàn)晶粒的螺旋分布；通過調(diào)整牽引參數(shù)可控制晶粒的細(xì)化程度，牽引速度越快、牽引節(jié)距越大，晶粒細(xì)化越突出；通過調(diào)節(jié)進(jìn)液管3的內(nèi)徑和進(jìn)液孔31的大小、數(shù)量，可適用于生產(chǎn)不同規(guī)格的金屬桿。

以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉專绢I(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。