[发明专利]一种空心金属管坯电磁连续铸造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，特别涉及到空心金属管坯的制备。

背景技术

无缝金属管材的产量和质量主要取决于空心管坯的生产。目前生产空心金属管坯的方法主要有两种：一种是穿孔法，主要工艺为钢水经连铸获得铸坯、铸坯冷却、加工，然后再经加热后穿孔而得到空心金属管坯。空心管坯经轧制或冷拔后得到无缝金属管。虽然穿孔法工艺比较成熟并广泛用于空心金属管坯的制备，但其效率低、能耗大的缺点也是显而易见，特别是对于某些高合金及异形空心金属管坯的制备较为困难，穿孔过程中易产生内折、裂纹，分层等缺陷，且有时不得不钻孔。另一种是水平离心铸造法，该工艺是将金属液直接浇入离心铸型，在旋转的铸型内凝固，可以直接得到空心金属管坯。但是该法只能生产空心圆管坯，不能生产异形空心金属管坯，而且采用传统的离心铸造法生产的管坯内部质量差，晶粒粗大，导致管坯强度低、塑性差，轧制困难，特别对于生产小管径空心管坯难以实现。

1989年公开的JP01249242专利提出在凝固末端施加搅拌电磁场的方法。该法采用无芯法生产空心管坯，在凝固的末端施加搅拌电磁场消除内表面枝晶生长引起的突起物，得到内表面较为光滑的空心金属管坯。但该法生产空心管坯存在两个方面缺陷，一是凝固末端的金属液无法得到更新；二是管坯壁厚由凝固坯壳自然生长决定，均匀性差，周向及轴向壁厚控制难以实现。因此，目前高质量的空心金属管坯制备仍然是实现管材的近终形技术的关键所在。

发明内容

本发明的目的是提供一种空心金属管坯的电磁连续铸造方法。本工艺通过将金属液体浇注在由一个外结晶器和一个内结晶器所构成的型腔内，并在外结晶器外侧施加低频、工频、中频或高频电磁场，控制管坯的初期凝固过程，从而制备的空心管坯具有壁厚均匀，内外表观质量好，无需再加工，内部凝固组织晶粒细小，周向凝固组织均匀性高，且其性能可保证在铸态下直接轧制的空心金属管坯，可实现无缝金属管生产的近终形技术。

实现本发明的技术方案为：

(1)设计空心管坯结晶器。外结晶器由两部分组成，上部为耐火材料质热顶，下部为水冷开缝式铜质结晶器，其周向上均匀开设与轴线相互平行的等宽缝隙，可增强型腔内的磁感应强度，缝宽0.4-1.0mm，缝隙内填塞耐火材料，在热顶与水冷开缝式结晶器连接部位设置连接环，材质为BN，即氮化硼；复合式水冷内结晶器由两部分组成，上部为耐火材料质热顶，下部为水冷铜质结晶器，二者连接部位设置连接环，材质为BN，内结晶器下部与二冷喷水装置相连，内结晶器内的冷却水直接进入二冷装置，对空心金属管坯进行二次冷却，内外结晶器通过固定架连接，材质为0Cr18Ni9Ti。

(2)设计电磁场施加模式。空心金属管坯连续铸造过程中，在外结晶器外侧单独施加5-60Hz的搅拌电磁场、1000-9000Hz的中频电磁场和10000-100000Hz的高频电磁场或搅拌电磁场与中、高频电磁场复合的电磁场。

本发明的效果和益处是实现了空心金属管坯的电磁连续铸造工艺过程，不经穿孔直接得到中空的金属铸坯，从而减少无缝金属管的生产工序，降低能耗，提高效率，显著降低了生产成本。本工艺技术可制备合金管坯如高合金钢管坯、铜管坯及圆形、三角形、矩形、多边形等异形空心管坯。在军工、核工业、高温耐蚀及石油化工等领域有广阔的应用前景。

附图说明

附图1是空心金属管坯电磁连续铸造原理结构示意图。

图中：(1)固定架，(2)热顶，(3)冷却水，(4)金属熔体，(5)连接环，(6)搅拌电磁场发生器，(7)复合式水冷内结晶器，(8)二冷喷水装置，(9)凝固坯壳，(10)水冷开缝式外结晶器，(11)底模。

图2是水冷开缝式外结晶器剖视图(A-A剖视)。

图中(12)等宽缝隙。

图3是施加复合式电磁场的空心管坯连续铸造原理图。

图中(13)中频或高频电磁场发生器。

具体实施方式

以下结合附图，详细叙述本发明的具体实施方案。

                            实施例一

以用搅拌电磁场发生器(6)，制备Φ100×20mm的空心高合金钢管坯为例，具体步骤如下：

步骤1：装置准备