專利名稱：管式連鑄結(jié)晶器的成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，屬于連鑄結(jié)晶器制 造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心部件。它是一種內(nèi)腔呈"象牙"狀的， 帶錐度的弧形管狀零件。由于結(jié)晶器形狀十分特別，并且對內(nèi)腔 的尺寸精度、表面光潔度、以及表面硬度均要求很高，所以給加 工制造帶來很大的困難。目前國際上大都采用塑性擠壓成形的方 法來制造，盡管擠壓成形需要使用大功率的壓力設(shè)備和昂貴的擠 壓模具，但由于擠壓成形的變形機(jī)理是通過軸向擠壓而間接達(dá)到 徑向成形的方法，所以在理論上不支持實(shí)現(xiàn)高精度零件的成形， 既使芯膜的尺寸精度和表面光潔度都很高，也無法生產(chǎn)出高質(zhì)量 的結(jié)晶器內(nèi)表面。目前，結(jié)晶器成形質(zhì)量嚴(yán)重影響著連鑄鋼水的
生殼速度，鋼坯的拉速、以及結(jié)晶器的使用壽命，直接制約著鋼 鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。鑒于結(jié)晶器在鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域中的 重要作用，世界各國工程技術(shù)人員一直都在積極地研究和探索結(jié) 晶器的制造新方法。
而對于磨損報(bào)廢的舊結(jié)晶器，大多報(bào)廢時(shí)均作為廢料回 收，目前還沒有一種方法可以使報(bào)廢的舊結(jié)晶器得到翻新并進(jìn) 行再利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的是解決傳統(tǒng)管式結(jié)晶器成形方法中存在 的機(jī)理缺陷，提出一種節(jié)能高效、操作方便、成本低廉的管式連鑄 結(jié)晶器的成形方法，以制造出高精度、高性能的管式連鑄結(jié)晶器。
本發(fā)明的目的由如下技術(shù)方案實(shí)施管式連鑄結(jié)晶器的成形方 法，包括有如下步驟-
(1) 通過擠壓成形方法或板料焊接方法提供結(jié)晶器近終形直 管狀或"象牙"狀管式毛坯，并進(jìn)行退火處理；
(2) 將加工好的標(biāo)準(zhǔn)芯模裝入管坯中，抽空管坯與芯模之間
的空氣；
(3) 將管坯外表面包裹耐高溫防護(hù)層，所述耐高溫防護(hù)層的 厚度為0. 5mm-5. 0mm;
(4) 將炸藥敷設(shè)在包裹所述耐高溫防護(hù)層的管坯外表面上， 藥層的厚度根據(jù)管坯變形程度的大小來確定，并在炸藥中插入雷 管；
(5) 將芯模與管坯裝配后，并對炸藥、管坯、以及芯模進(jìn)行防 水處理后，將其一同置于水中；
(6) 啟動真空泵，當(dāng)真空度Hg〈10毫米后起爆炸藥，在水介 質(zhì)中進(jìn)行起爆，利用炸藥爆炸的能量使管坯發(fā)生塑性變形，并與 芯模緊密貼合；
(7) 把管坯與芯模從水中吊出，將芯模從結(jié)晶器中退出，即完
成結(jié)晶器成形。
所述管坯是銅質(zhì)管坯，其厚度在6. 0 40. 0毫米之間的四邊 形、圓形以及其他異形。
所使用的毛坯，是通過擠壓成形方法或板料焊接方法提供的 近終形結(jié)晶器管坯，所述管坯與所述芯模之間為0. 5 5. 0毫米 的間隙。
管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，是以炸藥作為能源形式來提供 管坯塑性變形能量的。
管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，所使用的炸藥可以是塑性、膠 狀、粉狀或線狀等不同狀態(tài)的炸藥，敷設(shè)炸藥產(chǎn)生的沖擊波為平 面波陣面。
管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，在水介質(zhì)中進(jìn)行起爆時(shí)，通過 真空泵抽空所述管坯與所述芯模之間的空氣，其真空度保持Hg <10毫米。
管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，所敷設(shè)的炸藥應(yīng)為防水炸藥或 對炸藥進(jìn)行防水處理。
管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，所述步驟(4)中炸藥層的厚度是 根據(jù)管坯塑性變形能的大小來決定，保持炸藥在水中爆炸傳遞到 管坯的有效能量et與管坯貼模所需要的塑性變形能Ut相等，即et =UT 。
管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，所述標(biāo)準(zhǔn)芯模的材質(zhì)選用沖擊 韌性良好的合金鋼制作，表面熱處理硬度為HRC 54 56。
所述耐高溫防護(hù)層為巖棉，或玻璃絲布，或耐高溫復(fù)合材料。 上述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，可以用于修復(fù)磨損報(bào)廢 的舊結(jié)晶器。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:采用本方法可成形各類不同形狀的管式 結(jié)晶器，成形精度和使用壽命大大優(yōu)于其他方法成形的結(jié)晶器，
其內(nèi)腔尺寸誤差小于0.02毫米、內(nèi)腔表面硬度可達(dá)HB210、內(nèi) 腔表面光潔度與芯模表面光潔度相同。本方法也適用于修復(fù)各類 磨損后的舊結(jié)晶器。采用該方法生產(chǎn)的管式結(jié)晶器，可以大大提 高其制造精度和使用性能，從而有效提高連鑄生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì) 量。針對傳統(tǒng)成形方法中所存在著變形機(jī)理的缺陷，提出利用炸 藥爆炸所產(chǎn)生的徑向沖擊載荷，使管狀毛坯通過徑向塑性變形， 而緊密地與芯模貼合，以獲得其內(nèi)腔表面與芯模外形完全吻合的 高精度結(jié)晶器。同時(shí)在成形過程中，管狀毛坯與芯模的高速碰撞 可使管狀毛坯內(nèi)表面金屬產(chǎn)生晶格畸變、晶粒細(xì)化，從而大大提 高結(jié)晶器內(nèi)表面的硬度，直接提高結(jié)晶器的使用壽命。本方法從 根本上改變了傳統(tǒng)結(jié)晶器擠壓成形的軸向作用機(jī)理，而是通過徑 向沖擊載荷作用機(jī)理實(shí)現(xiàn)管坯的成形。這是目前任何其他方法不 可比擬的。


圖1為本發(fā)明實(shí)施過程說明圖。
圖中1.芯模2.間隙3.管坯4.防護(hù)層5.炸藥。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，包括有如下步驟
(1) 通過塑性擠壓或焊接方法提供結(jié)晶器近終形直管狀管式 毛坯，并進(jìn)行退火處理；管坯是銅質(zhì)管坯，其厚度在6.0毫米 的四邊形。
(2) 將加工好的標(biāo)準(zhǔn)芯模裝入管坯中，抽空管坯與芯模之間 的空氣；管坯與芯模之間為0.5毫米的間隙。標(biāo)準(zhǔn)芯模的材質(zhì)選 用沖擊韌性良好的合金鋼制作，表面熱處理硬度為HRC 54 56。
(3) 將管坯外表面包裹巖棉或玻璃絲布，其厚度為0. 5毫米;
(4) 將炸藥敷設(shè)在包裹巖棉或玻璃絲布管坯外表面上，藥層 的厚度根據(jù)管坯變形程度的大小來確定，并在炸藥中插入雷管； 所使用的炸藥可以是塑性、膠狀、粉狀或線狀等不同狀態(tài)的炸藥， 敷設(shè)炸藥產(chǎn)生的沖擊波為平面波陣面。所敷設(shè)的炸藥應(yīng)為防水炸 藥或?qū)φㄋ庍M(jìn)行防水處理。步驟(4)中炸藥層的厚度是根據(jù)管坯塑
性變形能的大小來決定，保持炸藥在水中爆炸傳遞到管坯的有效 能量ET與管坯貼模所需要的塑性變形能UT相等，即Et =Ut 。
(5) 將芯模與管坯裝配后，并對炸藥、管坯、以及芯模進(jìn)行防 水處理后，將其一同置于水中；
(6) 啟動真空泵，當(dāng)真空度Hg〈10毫米后起爆炸藥，在水介 質(zhì)中進(jìn)行起爆，利用炸藥爆炸的能量使管坯發(fā)生塑性變形，并與 芯模緊密貼合；
(7) 把管坯與芯模從水中吊出，將芯模從結(jié)晶器中退出，即完 成結(jié)晶器成形。
上述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，可以用于修復(fù)磨損報(bào)廢 的舊結(jié)晶器。將管坯置換為磨損報(bào)廢的舊結(jié)晶器，按照上述方法 可以翻新出一種可再次利用的新結(jié)晶器。
實(shí)施例2:管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，包括有如下步驟
(1) 通過塑性擠壓或板料焊接方法提供結(jié)晶器近終形"象牙" 狀管式毛坯，并進(jìn)行退火處理；管坯是銅質(zhì)管坯，其厚度為18. 0 毫米圓形管坯。
(2) 將加工好的標(biāo)準(zhǔn)芯模裝入管坯中，抽空管坯與芯模之間 的空氣；圓形管坯與芯模之間為3.0毫米的間隙。標(biāo)準(zhǔn)芯模的材 質(zhì)選用沖擊韌性良好的合金鋼制作，表面熱處理硬度為HRC 54 56。
(3) 將管坯外表面包裹巖棉布、玻璃絲布，或耐高溫復(fù)合材 料作為防護(hù)層，其厚度為2.0毫米；
(4) 將炸藥敷設(shè)在包裹防護(hù)層的管坯外表面上，藥層的厚度 根據(jù)管坯變形程度的大小來確定，并在炸藥中插入雷管；所使用 的炸藥可以是塑性、膠狀、粉狀或線狀等不同狀態(tài)的炸藥，敷設(shè) 炸藥產(chǎn)生的沖擊波為平面波陣面。所敷設(shè)的炸藥應(yīng)為防水炸藥或 對炸藥進(jìn)行防水處理。步驟(4)中炸藥層的厚度是根據(jù)管坯塑性變 形能的大小來決定，保持炸藥在水中爆炸傳遞到管坯的有效能量 et與管坯貼模所需要的塑性變形能UT相等，即Et =Ut 。
(5) 將芯模與管坯裝配后，并對炸藥、管坯、以及芯模進(jìn)行防 水處理后，將其一同置于水中；
(6) 啟動真空泵，當(dāng)真空度Hg〈10毫米后起爆炸藥，在水介 質(zhì)中進(jìn)行起爆，利用炸藥爆炸的能量使管坯發(fā)生塑性變形，并與 芯模緊密貼合；
(7) 把管坯與芯模從水中吊出，將芯模從結(jié)晶器中退出，即完 成結(jié)晶器成形。
上述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，可以用于修復(fù)磨損報(bào)廢 的舊結(jié)晶器。將管坯置換為磨損報(bào)廢的舊結(jié)晶器，按照上述方法 可以翻新出一種新的再生結(jié)晶器，達(dá)到廢物利用。
實(shí)施例3:根據(jù)上述實(shí)施例1和實(shí)施例2的方法，使用的 管坯是銅質(zhì)管坯，其厚度可以根據(jù)實(shí)際加工要求選擇40. 0毫米 的"H"型直管坯。管坯也可以是其它異形形狀。
管坯外表面包裹的耐高溫防護(hù)層的厚度也可以根據(jù)實(shí)際需 要，為防止炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生的高溫?zé)齻芘魍獗砻娼饘伲雷o(hù) 層的厚度根據(jù)藥量的大小來確定。如選擇5. 0毫米厚耐高溫防護(hù) 層；耐高溫防護(hù)層可以為巖棉，或玻璃絲布，或耐高溫復(fù)合材料 等。其中"H"型管坯與芯模之間為5.0毫米的間隙。
根據(jù)實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3可知，通過本方法生產(chǎn) 的管式結(jié)晶器，其技術(shù)效果如下
(1)本發(fā)明方法克服傳統(tǒng)擠壓成形的軸向主應(yīng)力特征，以徑 向主應(yīng)力為主要力學(xué)特征，使管坯發(fā)生徑向塑性變形。標(biāo)準(zhǔn)芯模 是根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)腔設(shè)計(jì)精度進(jìn)行加工，材質(zhì)選用沖擊韌性良好的 合金鋼制作，表面熱處理硬度為服C54 56。通過與標(biāo)準(zhǔn)芯模的
緊密貼合來獲得與芯模外形一致的結(jié)晶器內(nèi)腔，通過本發(fā)明方法
成形的結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸誤差小于0. 02毫米。
(2) 成形過程不使用壓力設(shè)備，是在專用爆炸水井中成形，操 作過程是在室溫條件下進(jìn)行。
(3) 管坯與芯模間保持0. 5 5. 0亳米的間隙，使管坯材料在
爆炸瞬間獲得足夠大的加速度與芯模外表面碰撞，管坯貼模精 度的高低取決于貼模速度的大小。
(4) 管坯與芯模間的真空度直接影響著管坯的貼模精度,在成 形時(shí)的真空度應(yīng)保持Hg<10毫米。
(5) 結(jié)晶器內(nèi)表面光潔度是由芯模表面光潔度的高低來決定 的，極高的芯模表面光潔度可獲得極高的結(jié)晶器內(nèi)表面光潔 度。
(6)在成形瞬間，管坯金屬在與芯模的高速碰撞過程中，可 使其晶格畸變、晶粒細(xì)化，管坯內(nèi)表面金屬得到硬化，硬度 比傳統(tǒng)擠壓成形高出一倍以上，達(dá)HB〉210。
(7) 管坯外表面應(yīng)包裹耐高溫防護(hù)層，防止炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生 的高溫?zé)齻芘魍獗砻娼饘?，防護(hù)層的厚度根據(jù)藥量的大小 來確定。
(8) 炸藥層的厚度是根據(jù)管坯塑性變形能的大小來決定，保持 炸藥在水中爆炸傳遞到管坯的有效能量ET與管坯貼模所需要 的塑性変形能Ut相等，即Et =Ut 。
(9) 爆炸成形是在水中進(jìn)行，利用水介質(zhì)不可壓縮的特性來約
束爆炸能量的傳遞，以提高炸藥能量利用率(
權(quán)利要求
1.管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，其特征在于，其包括有如下步驟(1)通過塑性擠壓或板料焊接方法提供結(jié)晶器近終形直管狀或“象牙”狀管式毛坯，并進(jìn)行退火處理；(2)將加工好的標(biāo)準(zhǔn)芯模裝入管坯中，抽空管坯與芯模之間的空氣；(3)將管坯外表面包裹耐高溫防護(hù)層，所述耐高溫防護(hù)層的厚度為0.5毫米～5.0毫米；(4)將炸藥敷設(shè)在包裹所述耐高溫防護(hù)層的管坯外表面上，藥層的厚度根據(jù)管坯變形程度的大小來確定，并在炸藥中插入雷管；(5)將芯模與管坯裝配后，并對炸藥、管坯、以及芯模進(jìn)行防水處理后，將其一同置于水中；(6)啟動真空泵，當(dāng)真空度Hg＜10毫米后起爆炸藥，在水介質(zhì)中進(jìn)行起爆，利用炸藥爆炸的能量使管坯發(fā)生塑性變形，并與芯模緊密貼合；(7)把管坯與芯模從水中吊出，將芯模從結(jié)晶器中退出，即完成結(jié)晶器成形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，其特征 在于，所述管坯是銅質(zhì)管坯，其厚度在6. 0 40. 0毫米之間的四邊形、 圓形以及其他異形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，其特征 在于，所使用的毛坯，是通過塑性擠壓或板料焊接方法提供的近終形 結(jié)晶器管坯，所述管坯與所述芯模之間為0. 5 5. 0毫米的間隙。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，其特征 在于，是以炸藥作為能源形式來提供金屬塑性變形能量的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，其特征 在于，所使用的炸藥可以是塑性、膠狀、粉狀或線狀等不同狀態(tài)的炸 藥，敷設(shè)炸藥產(chǎn)生的沖擊波為平面波陣面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，其特征 在于，在水介質(zhì)中進(jìn)行起爆時(shí)，通過真空泵抽空所述管坯與所述芯模 之間的空氣，其真空度保持Hg〈10毫米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，其特征 在于，所敷設(shè)的炸藥應(yīng)為防水炸藥或?qū)φㄋ庍M(jìn)行防水處理。
8. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，其特 征在于，所述步驟(4)中炸藥層的厚度是根據(jù)管坯塑性變形能的大小來 決定，保持炸藥在水中爆炸傳遞到管坯的有效能量et與管坯貼模所需要的塑性變形能ut相等，即Et =Ut 。
9. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，其特 征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)芯模的材質(zhì)選用沖擊韌性良好的合金鋼制作，表面 熱處理硬度為服C 54 56。
10. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方法，其特 征在于，所述耐高溫防護(hù)層為巖棉，或玻璃絲布，或耐高溫復(fù)合材料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求書i-io任一所述的管式連鑄結(jié)晶器的成形方 法，可以用于修復(fù)磨損報(bào)廢的舊結(jié)晶器的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種管式連鑄結(jié)晶器的成形方法。采用本方法可成形各類不同形狀的管式結(jié)晶器，成形精度和使用壽命大大優(yōu)于其他方法成形的結(jié)晶器，其內(nèi)腔尺寸誤差小于0.02毫米、內(nèi)腔表面硬度可達(dá)HB210、內(nèi)腔表面光潔度與芯模表面光潔度相同。本方法也適用于修復(fù)各類磨損后的舊結(jié)晶器。
文檔編號B22D11/10GK101108403SQ200710148469
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者錚 佟 申請人:錚 佟