專利名稱：用金屬制造工業(yè)管道或型材的工藝及相關設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用金屬制造工業(yè)用管道或型材的工藝，和用于制造所述產(chǎn)品的設備。
特別是，本發(fā)明涉及制造金屬管道和型材的連續(xù)鑄造工藝，這些管道型材用于工業(yè)使用，特別是用于熱交換，即，用在熱交換機或者脫鹽裝置中，以及化學石油化工領域。
適合生產(chǎn)金屬管道和型材的材料包括銅及其合金、鎳銅合金、特種黃銅、鋁銅及同類材料。
如人們所知，這些材料具有使它們適于這種用途的幾種特性，例如高的導電和導熱率、較強的抗腐蝕性能和極好的熱加工和冷加工性能。
制造這些管道和型材時，應參照具體的說明以確定材料的化學成分和容差；所述標準是，例如以首字母縮略語為人所知的ASTMB111、DIN 1785、UNI6785、AFNOR NFA 51.120。
傳統(tǒng)上，這些工業(yè)用的金屬管道和型材通過包括許多操作工序的工藝進行制造，這樣除了使得工序長、勞動量大和不易實現(xiàn)外，還顯著影響最終產(chǎn)品的成本。
已知的工藝實際上包括從對原材料和碎料的分類開始，第一步是在感應電爐中熔化材料，還要經(jīng)過諸如滴定和熔合等預處理。此后，澆鑄熔化的材料獲得坯料，即直徑通常在80到350毫米之間的圓柱形半成品。坯料經(jīng)過切割和堆積，然后以合適的大小送到引伸壓力機上，此前坯料被加熱到700到1100℃之間。借助于所述壓力機得到管狀或者其他形狀的初加工產(chǎn)品，通常經(jīng)過尺寸和質量控制，然后被運送到軋制裝置和/或引伸模具中進行冷加工以減小截面。
這個工序導致主體截面近似減小80％，其直徑和厚度因延伸而減小。有時，對特殊合金進行加工需要中間熱處理，使初加工產(chǎn)品的冷加工變得容易一些。隨后的拉伸操作產(chǎn)生幾乎完成的成品，其截面會進一步減小。實際精加工包括對工件進行切割，還可能進行矯直以及在脫脂和清洗前進行控制和檢驗。
這種顯然漫長而繁重的工藝需要使用特殊的材料并在各工序中產(chǎn)生高百分比的廢品和碎料，不論在產(chǎn)生坯料的熔化工序中還是在熱拉伸過程中，而且出現(xiàn)在后續(xù)工序中。在生產(chǎn)周期的全部過程中，碎料的產(chǎn)生導致總的產(chǎn)出率大約等于2∶1。
除此之外，考慮到澆鑄爐和拉伸機，工廠的成本遠遠不能忽略，因為這些設備會導致產(chǎn)品生產(chǎn)成本的增加。本發(fā)明的目的就是避免上述缺陷。
更為特別的是，本發(fā)明的目的是提供一種工藝，用來生產(chǎn)工業(yè)用金屬管道和型材，這些產(chǎn)品用于熱交換機、脫鹽裝置或者化學和石化工廠。工藝包括有限的操作工序，確保成品滿足關于精度、可靠性和金相結構的所有必需要求。
本發(fā)明的進一步的目的是提供一種如以上所定義的工藝，從而實施時只對工廠作有限的要求。
本發(fā)明進一步的目的是給提供用戶一種加工金屬管道和型材的工藝，這種工藝不僅能夠大幅減小生產(chǎn)工廠的長度，而且能減少其產(chǎn)生的廢品。
根據(jù)本發(fā)明，這些以及進一步的目的，參照附圖可以看得非常清楚。這些目的可以通過用金屬制造管道和型材的工藝來達到，包括如下的操作工序熔化金屬和可能兼容的加工碎料；以熔化金屬獲得初加工產(chǎn)品；軋制和/或拉伸初加工產(chǎn)品，減小其截面；通過一次或多次連續(xù)調整，將初加工產(chǎn)品拉伸到希望的尺寸；對尺寸精加工產(chǎn)品進行矯直，并可能送去進行熱處理和/或脫脂處理；切割以測量成品尺寸。
初加工產(chǎn)品可以具有任何形狀，但優(yōu)選形狀為管狀。
用來實現(xiàn)該工藝的設備，也是本發(fā)明的一個目的，包括一個熔爐和一個坯料模。坯料模具有相互連通的軸向和徑向孔，從熔爐來的熔化金屬由此澆鑄。優(yōu)選地，坯料模內部具有一個優(yōu)選地由注入氣體加壓的中心室，以保持澆鑄坯料模區(qū)域的壓力為恒定。
參照附圖，可以對本發(fā)明工藝的操作工序以及相關設備的結構和功能特性有更清楚的認識，所參照的附圖顯示所述設備的優(yōu)選實施例，而不是限制其實施。其中

圖1為顯示按照本發(fā)明工藝制造工業(yè)用管道和型材的工廠和設備的局部示意圖。
圖2為顯示由坯料模組成的該設備的局部縱截面示意圖。
圖3為顯示上圖的橫截面示意圖。
根據(jù)本發(fā)明，用金屬制造管道和型材的工藝包括幾個加工工序，下文中參照附圖將對此進行詳細描述。
所述步驟的第一步包括將固體狀態(tài)的金屬材料，例如金屬或合金以及與合金兼容的可能碎料加入電爐進行熔化。
熔化溫度取決于所用原材料和碎料的類型。一般地，熔化溫度在900到1350℃之間。如果要使用諸如鎳銅合金90/10之類的材料，熔化溫度范圍為1250到1350℃。
所獲得的液態(tài)合金被通過人所共知的方式例如通過通道，輸送到與設備相連的連鑄系統(tǒng)，這將在下文中描述。設備實際上包括一個特殊的坯料模，使用坯料模可以獲得中空的初加工件。所述中空的初加工件可以具有任何形狀和尺寸，優(yōu)選情況下具有管狀，例如直徑在70和80毫米之間而厚度在5到10毫米之間。中空初加工件然后被運送到軋機和拉伸臺進行進一步冷加工工序。在拉伸過程中，初加工件截面減小約80％，同時進行進一步的拉伸操作或者其它操作，這些操作彼此相互衡接，使得工件的截面進一步減小，直到獲得尺寸上合要求的成品。
優(yōu)選實施例中拉伸操作在冷拉伸臺上進行，例如公知的周期式無縫管軋機，或行星齒輪式軋機等等。
軋機操作優(yōu)選地在直線型或組合型或拼裝型拉伸臺進行，所有這些軋制機和拉伸臺本質上是公知的。
在軋制工序和拉伸工序這兩步之間，可能要進行中間熱處理，例如退火，特別是使用特殊合金的情況下，例如特種黃銅和鎳銅合金。同樣在拉伸工序中，可能會對初加工件執(zhí)行中間退火處理。
中間熱處理工序是在退火步進梁或者類型已知的靜止爐中進行，溫度范圍可能是，例如400到800℃。當使用90/10鎳銅合金材料時，熱處理的溫度在650到750℃之間。
這一工序中的初加工件具有金屬管道或者型材的最終形狀，然后被運送到傳統(tǒng)的精加工操作處，即矯正工序之前切割以測量，也可能是脫脂以及逐件檢查或者抽樣檢查。
使用本發(fā)明工藝獲得的初加工件所具有的所述工藝特有的視覺特征和金相結構，不同于傳統(tǒng)熱拉伸件。這種初加工件，實際上具有通過連續(xù)澆鑄獲得的材料典型表觀，例如，顯示出橫向于軸向的環(huán)形紋理陰影，相互平行且距離相等，既穿過外表面也穿過內表面。就金相結構不同而言，初加工件具有典型的樹狀晶體結構，因此與拉伸產(chǎn)品不同。
所描述的工藝很大程度上減少了生產(chǎn)復雜性和生產(chǎn)時間，因為其開始的基礎是由通過連鑄工藝獲得的初加工件組成的。實際上，本發(fā)明工藝去除了許多加工工序，這些工藝對于獲得用來通過拉伸得到初加工件的坯料沒有用處。因此碎料的形成將減少50％，使得在生產(chǎn)坯料的熔化以及對坯料進行拉伸的過程中的總產(chǎn)出率變成1.5∶1。視成品的尺寸不同，高生產(chǎn)成本，例如能源、勞動力和消耗量，總體上減少20％到40％。
根據(jù)優(yōu)選實施例，從設備或者坯料模中取出產(chǎn)品的工序是通過兩個方向的運動實現(xiàn)的，以公知為“走和?！钡膫鹘y(tǒng)操作開始。根據(jù)后者，以短暫停頓的交替拖拉工序，把金屬管或型材取出，避免產(chǎn)品破裂。為進一步防止破裂出現(xiàn)而產(chǎn)生不均質的金屬管或型材，優(yōu)選地，在本發(fā)明的工藝中插入進一步的“走和停”取出工序。這種運動使產(chǎn)品從坯料模中取出，而又不至于完全硬化，以引起微小的向后運動，以壓實產(chǎn)品，從而避免了破裂的危險。
全部的取出運動包括傳統(tǒng)的拖拉工序、停頓工序和進一步的向后運動工序，即指向與拖拉方向相反的方向。這些工序可能按照不同的順序執(zhí)行，例如，向后運動緊隨拖拉運動之后，而在停頓之前，或者按照兩個系統(tǒng)的組合進行。
這樣，這些還沒有硬化的管道或者制品就變得致密而且均勻。
根據(jù)進一步的優(yōu)選的非關鍵性的實施例，從坯料模中取出的產(chǎn)品被運送到校準工序，以確保金相結構的致密度。這些校準包括在線的熱軋，通過傳統(tǒng)的快速電感爐和由電機驅動的推桿完成。優(yōu)選情況下這一步后緊接著進行快速冷加工，優(yōu)選地用水冷加工。
特別適合完成本發(fā)明工藝的設備，也是本發(fā)明的一部分，包括由圖2中10表示的坯料模，由一個外部體或者說外殼12和一個由石墨或者其它適合材料制成的軸向銷桿14組成。坯料模10具有傳統(tǒng)的軸向孔16，用來澆鑄熔化的金屬，澆鑄由示意在圖1中的熔爐18完成，熔爐由耐火材料、石墨或者磚石制成。
孔16加工在支承銷桿14的支座或者架橋20上。除了孔16外，坯料模10進一步包括徑向澆鑄孔22，例如用4個孔22，間隔90度安排，形成在外部殼體12上架橋20的下游?？?2，在例子中是傾斜的，與孔16連通，使得在坯料模10中澆鑄入附加的熔化金屬，所述溶化金屬適當?shù)鼗旌显谝黄?，保留形成初加工件所需的恰當溫度?br> 在這些情況下，通過孔22澆鑄的附加量對于金屬的均勻性是非常重要的，對于成分具有不同的熔點和物理化學特性的合金同樣如此。
根據(jù)另一個優(yōu)越的特性，本發(fā)明設備能夠在坯料模的澆鑄區(qū)保持金屬載荷產(chǎn)生的重力恒定，在發(fā)生在熔爐18中的液體的變化也是如此。為了實現(xiàn)這個目的，熔爐18設置有一個插入其中心并以公知裝置連接的鐘狀物26。所述鐘狀物26的前上端由一個鎖緊蓋組成。一個管道或者導管40連接在蓋28上，例如向鐘狀物26中通入中性氣體。所述鐘狀物26加工在熔爐18內，形成一個中心室30，優(yōu)選地加在熔化金屬的游離表面上的壓力為0到2巴。
在圖1中中心室30內部的熔化金屬水平面和外部的水平面分別用L1和L2表示。借助于這種惰性氣體壓力，使得液體狀態(tài)的金屬以恒定和均勻的方式通過孔16和22向坯料模澆鑄，而不受液面變化的影響。
本發(fā)明的設備還包括冷軋機和拉伸臺，用來將初加工件的截面逐步減小到希望的尺寸。在拉伸工序中或者在軋制工序和拉伸工序之間，初加工件可能要經(jīng)過熱處理，例如退火。這樣獲得的型材可能要經(jīng)過矯直、脫脂和類似處理，然后被切割至尺寸。
從以上說明可以理解，本發(fā)明達到的優(yōu)勢是明顯的。
使用本發(fā)明工藝制造金屬管和型材，生產(chǎn)周期的長度和復雜度大幅降低，能夠通過熔化而不是拉伸獲得初加工件。同樣，加工碎料和工廠需求也在很大程度上得到降低，無需經(jīng)過鑄造獲得坯料然后拉伸壓力。
盡管以上參照一種結構對本發(fā)明進行了描述，但僅僅是非限制性的報告，對于那些對領域內的一般技術人員來說，很明顯可以進行不同的修改和變更。所以，本發(fā)明包括落入所附權利要求的精神和實質范圍內的所有修改和變種。
權利要求
1.一種用于生產(chǎn)工業(yè)用管道或者型材的工藝，其特征是，所述工藝包括如下工序熔化金屬，連同可能的兼容加工碎料；通過鑄造獲得初加工產(chǎn)品；軋制和/或拉伸初加工產(chǎn)品，減小其截面；通過一次或多次連續(xù)調整，對經(jīng)過軋制和/或拉伸的初加工產(chǎn)品進行拉伸，以便進一步將其截面減小到希望的尺寸；對在尺寸上加工完畢的產(chǎn)品進行矯直，并可能送去進行熱處理和/或脫脂處理；并且切割成品進行測量。
2.根據(jù)權利要求1中所述的工藝，其特征在于，通過多個工序，由熔化的金屬材料得到中空的初加工件，所述工序包括拖拉工序、停頓工序和進一步的在與拖拉方向相反的方向上的部分向后運動的工序。
3.根據(jù)權利要求1或2中所述的工藝，其特征在于，用熔化金屬材料獲得的初加工件被運送到包括熱軋和隨后快速冷加工的校準系統(tǒng)。
4.根據(jù)前述權利要求中任意項所述的工藝，其特征在于，金屬材料從銅、銅合金、鎳銅合金、黃銅和鋁銅中選取。
5.根據(jù)前述權利要求中任意項所述的工藝，其特征在于，金屬材料的熔化溫度在900到1350℃之間。
6.根據(jù)前述權利要求中任意項所述的工藝，其特征在于，初加工件受到軋制工序和拉伸工序之間的退火熱處理工序，溫度范圍為400℃到800℃。
7.根據(jù)前述權利要求中任意項所述的工藝，其特征在于，初加工件為管狀。
8.實現(xiàn)根據(jù)前述權利要求中任意要求所述的工藝的設備，其特征在于，它包括一個熔爐(18)和一個與熔爐(18)連接的坯料模(10)，坯料模含有外部殼體(12)、同軸內銷(14)、支撐所述銷桿(14)的架橋(20)、許多從熔爐(18)中澆鑄熔化金屬的孔(16)、以及形成在架橋(20)上并與至少一個軸向孔(16)連通的至少一個徑向孔(22)，用于從熔爐(18)澆鑄同樣的熔化金屬。
9.根據(jù)權利要求8所述的設備，其特征在于，至少一個徑向孔(22)形成在坯料模(10)的外部殼體(12)上的架橋(20)的下游。
10.根據(jù)權利要求8-9之一所述的設備，其特征在于，熔爐(18)的中心部分具有一個鐘狀物(26)，形成一個室(30)，所述鐘狀物(26)的前上方(28)由一個鎖緊蓋組成，并且連接在一個管道或者導管(40)上，用來向室(30)輸送惰性氣體。
11.由金屬材料通過連鑄制成的初加工件，具有橫向于軸向的環(huán)形紋影，所述紋影相互平行且距離相等，既穿過外表面也穿過內表面具有樹狀晶體結構。
12.利用由金屬材料，例如銅、銅合金、特種黃銅、鎳銅合金或者鋁銅根據(jù)權利要求11得到的初加工件制成的管道或者型材。
全文摘要
一種用于由金屬，例如銅、銅合金、特種黃銅、鎳銅合金或者鋁銅生產(chǎn)工業(yè)用管道或者型材的工藝，包括如下工序熔化金屬以及可能的兼容加工碎料；通過鑄造獲得初加工產(chǎn)品；軋制和/或拉伸初加工產(chǎn)品，減小其截面；通過一次或多次連續(xù)調整，對經(jīng)過軋制和/或拉伸的初加工產(chǎn)品進行拉伸，以便進一步將其截面減小到希望的尺寸；對尺寸精加工產(chǎn)品進行矯直，并可能送去進行熱處理和/或脫脂處理；切割成品進行測量。
文檔編號B21B15/00GK1407919SQ01806001
公開日2003年4月2日 申請日期2001年2月13日 優(yōu)先權日2000年3月3日
發(fā)明者卡洛·科隆博 申請人:S.I.T.A.I公開有限公司