金属管连续铸造的方法.设备及其产品技术

通过把液态金属引入环形结晶器的下部，连续地铸造出金属管等致密而又均质的长的管状金属产品．在有至少一个延伸的上移交变电磁悬浮力场和一个辅助的电磁控制力场的情况下拉液态金属，使管状液态金属在凝固时处在基本上无重力和无压力的状态下．凝固后的管状金属产品从磁场的上部拉出去，冷却并进一步加工成所需要的最终产品．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新的改进了的连续铸造金属管等管状金属产品的方法、设备及最终产品。 更确切地说，本专利技术涉及一种在有电磁悬浮力场的情况下连续铸造长的金属管等管状金属产品的方法。在有电磁悬浮力场的情况下铸造，可以使作用在液态金属铸管产品上的重力、摩擦力和粘着力减至最小，并使在凝固过程中产品的管状液态金属和热交换器之间的热交换效率保持最大。 过去，以金属管等形式出现的管状金属产品是用包括铸造在内的各种技术生产的。这些技术在已经出版的有关这方面工艺的文献中已做了详细的说明。例如，1981年6月23日颁布的美国专利№4，274，470在第一栏和第二栏的关于先有技术的描述中就叙述了适用于生产金属管等管状金属产品的电磁铸造装置，以及先有技术的若干专利和技术文献，并讨论了这些先有技术的缺点。被列入这些先有技术的有美国专利№3，476，166(专利技术人Getselev)、美国专利№3，605，865(专利技术人Getselev)、美国专利№3，735，799(专利技术人Karison)、美国专利№4，014，379(专利技术人Getselev)和美国专利№4，126，175(专利技术人Getselev)上述这些专利涉及使用电磁结晶器，其内有一个在规定尺寸以内的金属液相穴，当液相穴向下移动时，液相穴靠外面的横向扩张的部分逐渐凝固。采用这种方法，凝固了的金属沿纵向延伸，如果依靠重力使液态金属流到正在下降的形成凝固的金属坯液相穴的上面，液态金属就可以半连续或连续地送入模中。这种方法的比较严重的缺点之一是没有以前所知道的上铸技术所具有的“避免事故”的特性，因此，万一发生没有预料到的电力故障等，液态金属可能溢出正在向下移动的金属液相穴，而不是象上铸系统那样仅仅流回去。另外，这些下铸技术中，液态金属流量过大和漫溢出来的可能性，要求一直仔细控制液态金属送入的速度和凝固了的铸坯的移动速度，而这两种速度都因为热交换问题而受到严格限制，这减少了这种连续铸造方法在商业上应用的可能性。 转让给荷兰的Outokumpo oy的美国专利№3，746，077(专利技术人Lohikoski等)以及美国专利№3，872，913、(专利技术人Lohikoshi)提出了一种上铸技术。采用这项技术的特点是液态金属被流体静压力向上压入或被真空吸力向上吸入一个开口的、垂直布置的、新成形的机械式结晶器中。采用这种方法，冷却了的铸造产品继续地跟机械式结晶器的上端脱离接触而移出，而液态金属被连续地送入机械式结晶器中。这个系统具有所希望的上铸技术的“避免事故”的特性，但这一点是以所接触的机械式结晶器的严重磨损和撕裂为代价的。因此，这个系统在连续和半连续运行时，机械式结晶器在很短时间内就磨坏了。故而需要一种改进的管状金属产品的连续铸造系统，以克服现有的电磁铸造系统的缺点。 因此，本专利技术的主要目的是提供一种新的、改进了的、用于制造连续的、长金属管等管状金属产品的、连续铸造方法和设备，这种方法和设备克服了上述已知的和所应用的连续管状金属产品的铸造技术和系统所存在的缺点和不足。 本专利技术的一个特点是提供一种改进了的在有一个向上移动的电磁悬浮力场的情况下，连续地制造长金属管等管状金属产品的方法和设备。向上移动的电磁悬浮力场，使作用在铸造的、管状金属产品上的重力，摩擦力和粘着力减至最小，同时，使正在凝固的管状金属产品和热交换品之间的热交的效率保持最大。 实施本专利技术提供的可生产长的管状金属产品的方法和设备，包括用以在环形结晶器的内部形成一个延伸的、向上移动的、交变的电磁悬浮力场的装置，以及形成一个其方向与向上悬浮力场垂直的、共同延伸的电磁控制力分场的装置。此外，本专利技术还提供了形成辅助电磁力场的装置，以便至少形成一个辅助电磁力场，它的作用方向与前面提到过的在环形结晶器中间范围内的电磁控制力分场的方向相反。液态金属被送入环形结晶器的下部和电磁场中，以形成管状液态金属柱。通过合适的方法建立起来的作用在管状液态金属柱上的电磁悬浮力场使金属柱的静压差减至最小，并使管状液态金属柱的内外表面与环形结晶器的相对内圆周面之间保持预先确定的尺寸关系。作用在管状液态金属柱上的电磁力场，应使管状液态金属柱的横断面尺寸大到足以实现无压力接触，但又要防止在管状液态金属柱的内外表面与环形结晶器相对内圆周表面之间形成真正的间隙，从而，实现管状液态金属柱与结晶器之间无压力接触和得到最大热交换，同时，把重力、摩擦力和粘着力减至最小。管状液态金属柱在热交换器所包围的凝固区中，受到悬浮力并在凝固区中凝固，同时向上移动，通过铸造容器后凝固了管状金属产品从结晶器的上部移出去。 在连续铸造时，液态金属连续地送入结晶器的下部，而凝固了的管状金属制品以其生产速度连续地从结晶的上部移出去，管状金属制品的生产速度通过控制从结晶器上部移出的凝固了的管状金属制品的移动速度和相应的液态金属送入结晶器的速度加以确定。 在本专利技术推荐的实施方案中，辅助的电磁控制分力场是由布置在环形结晶器中心孔内的向上移动的辅助电磁悬浮力场产生的。 在铸造过程开始时，一根起动金属管和正在向上移动通过悬浮力场的管状液态金属柱相连，它们是通过使悬浮力场中的管状液态金属柱的上端冷却并凝固到起动金属管的下端而连在一起的。本专利技术提供了将起动提升管和附在其上的已凝固的管状金属产品以某一速度向上拉的装置，这一速度决定了管状金属产品的生产率。被拉的管状金属制品从结晶器上部露出后就进行预冷却，随后，如果需要的话，就此制成所要求的最终成品，并冷却到环境温度。如果铸造出来的就是所要求的尺寸，那末，管状金属制品从结晶器上部露出后，就进行预冷却，接着，进一步冷却到环境温度并贮存起来。 在阅读了后面的详细叙述后，再和附图联系起来考虑，对本专利技术就有了更清楚的了解，就比较容易评价本专利技术的目的，特征和伴随的许多优点了，在附图中，每一张图中相同的零件都用同样的符号表示。 图1是按照本专利技术的新的改进了的管状金属产品铸造设备的局部结构简图。图上标出了该设备的重要零件以及在制造管状金属产品时它们之间的相互关系。 图2是按本专利技术的方法并且采用了图1所示设备的整个连续铸造系统的方框图。 1983年11月8日以《金属连续铸造的方法、设备及产品》为题发表的美国专利№、4，414，285(专利技术人Hugh R·Lowry和Robert·T·Frost，已转让给通用电气公司)，提出了一种新的连续铸造长的致密均匀固体金属棒的方法、设备及产品，该方法是在有延伸的向上移动的交变电磁悬浮力场的情况下液态金属送入结晶器的下部。本专利技术是对专利№·4，414，285的一种改进，提出了一种把专利№·4，414，285的原理扩大到生产金属管等管状金属产品的方法和设备。 图1是改进了的适用于按照本专利技术和美国专利№·4，414，285的原理连续生产长的管状金属产品的设备结构简图。图1所示的设备，有一个环形的液态金属贮槽10，液态金属被送进贮槽，金属管等管状金属产品加工后从贮槽中出来。不用说，液态金属贮槽具有合适的耐火材料衬和使金属保待液态的加热元件。 环形的结晶器/热交换器11安装在贮槽10的上端，前者的环形内通道与液体金属贮槽10上部相应形状的孔对齐，并且相通。 环形的结晶器/本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产长的管状金属产品的方法，其特征在于包括下列步骤：在环形结晶器的内表面内形成一个延伸的上移交变电磁悬浮力场；造成一个和上移电磁悬浮力场垂直的同范围的电磁控制力场；在环形结晶器的中心至少产生一个其作用方向与上面提到的控制力分场相反的辅助电磁控制力分场；把液态金属送入环形结晶器的下部和电磁力场中，以形成管状液态金属柱；确定作用在管状液态金属柱上的电磁悬浮力场的大小，将作用在金属柱上的流体静压差减至最小，并在管状液态金属柱的内外表面和环形结晶器相对内圆周表面之间保持预定的尺寸关系；保持电磁力场的大小，使管状液态金属柱的横断面大到足以实现无压力接触，但又能防止在管状液态金属柱的内外表面与环形结晶器相对内圆周表面之间形成比较大的间隙，从而在实现管状液态金属柱与结晶器之间无压力接触和得到最大的热交换的同时，使重力、摩擦力和粘着力减至最小；使管状液态金属柱通过结晶器向上移动；使金属柱一边凝固，一边向上通过结晶器和电磁力场；把凝固了的管状金属产品从结晶器的上部移出来。

【技术特征摘要】
中包括本发明在全部指定范围内对各个具体方案的改革。权利要求1、生产长的管状金属产品的方法，其特征在于包括下列步骤在环形结晶器的内表面内形成一个延伸的上移交变电磁悬浮力场；造成一个和上移电磁悬浮力场垂直的同范围的电磁控制力场；在环形结晶器的中心至少产生一个其作用方向与上面提到的控制力分场相反的辅助电磁控制力分场；把液态金属送入环形结晶器的下部和电磁力场中，以形成管状液态金属柱；确定作用在管状液态金属柱上的电磁悬浮力场的大小，将作用在金属柱上的流体静压差减至最小，并在管状液态金属柱的内外表面和环形结晶器相对内圆周表面之间保持预定的尺寸关系；保持电磁力场的大小，使管状液态金属柱的横断面大到足以实现无压力接触，但又能防止在管状液态金属柱的内外表面与环形结晶器相对内圆周表面之间形成比较大的间隙，从而在实现管状液态金属柱与结晶器之间无压力接触和得到最大的热交换的同时，使重力、摩擦力和粘着力减至最小；使管状液态金属柱通过结晶器向上移动；使金属柱一边凝固，一边向上通过结晶器和电磁力场；把凝固了的管状金属产品从结晶器的上部移出来。2、根据权利要求1进行连续铸造的方法，其特征是液态金属被连续地送入结晶器的下部，凝固了的管状金属产品连续地从所述的结晶器上部移出来，管状金属产品的生产率通过控制凝固了的金属产品从结晶器上部移出来的速度及控制相应的液态金属被送入结晶器下部的速度而加以确定;辅助电磁控制分力场是由作用在环形结晶器中心孔内的辅助上移电磁悬浮力场产生的。3、根据权利要求2的方法，其特征是管状液态金属柱在基本无重力的情况下向上延伸通过电磁场，因而处于电磁场中的管状金属柱，在它的大部分长度上基本上没有静压差，电磁场的强度调节得能保持管状液态金属柱的内外表面与环形结晶器的内圆周表面之间预定的尺寸关系，使管状液态金属柱的横断面的尺寸保持能防止在管状液态金属柱的内外表面与环形结晶器的内圆周表面之间产生连续的压力接触的数值，同时，基本上没有静压差使得作用于正在凝固的管状金属柱上的重力、摩擦力和粘着力减至最小，而不削弱结晶器和处在凝固区域中正在凝固的管状金属柱之间的热交换。4、根据权利要求3的方法，其特征是作为过程开始阶段的一步，将一根起动金属管连到正在向上移动通过电磁力场的管状液态金属柱上，并通过使电磁力场中的管状液态金属柱的上端冷却和凝固，而使其与起动金属管的下端一起向上移动。5、根据权利要求1的方法的产品，是一根化学成份和直径基本上均匀，具有闪光波纹表面的致密均匀的金属管，其生产方法是把液态金属送入延伸的上移电磁悬浮力场和共同作用的电磁控制力场的下部，使液态金属凝固，同时将凝固区域的管状液态金属柱保持在能使液态金属的静压差最小的状态下，并将管状液态金属柱的内外表面与环形结晶器的圆周面之间预定的尺寸关系保持为这样的数值管状液态金属柱的横断面尺寸大到足以防止管状液金属柱的内外表面和环形结晶器的圆周表面之间形成真正的间隙，从而，在得到管状液态金属柱与结晶器之间最大的有效热交换的同时，使重力、摩擦力和粘着力减至最小;液态金属柱被向上拉过电磁悬浮力场和共同作用的控制力场，因此被搅拌而逐渐凝固。6、管状金属产品连续铸造设备，其特征在于包括一个用于接收凝固液体金属用的直立安装的伸长的环形结晶器;把液态金属送到环形结晶器的下部，并形成管状液态金属柱的装置;和结晶器相连、用于冷却和凝固管状液态金属柱的热交换装置;把凝固了的管状金属产品从结晶器上部移出的装置;沿着环形结晶器的一部分长度绕在结晶器周围，用以产生主电磁悬浮力场的装置;布置在环形结晶器中心内，用以产生辅助电磁力场的装置，它至少产生一个其作用力方向与由上述主电磁悬浮力场产生装置所产生的电磁控制力场方向相反的辅助电磁控制分力场，上述产生电磁力场和辅助电磁力场的装置用于减少管状液态金属柱的流体静压差，并保持管状液态金属柱内外表面与环形结晶器之间的预定尺寸关系;保持电磁悬浮力场和控制力场的大小为某一数值的装置，它使管状液态金属柱的横断面尺寸大到足以防止在管状液态金属柱的内外表面与环形结晶器的圆周面之间形成真正的间隙，从而，使得管状液态金属柱与...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得森，
申请(专利权)人：昭和电线电缆株式会社，
类型：发明
国别省市：US[美国]