專利名稱：采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁軟接觸連鑄用切縫式結(jié)晶器，尤其涉及切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法。
背景技術(shù)：
電磁軟接觸連鑄結(jié)晶器銅管主要有兩大類一是在結(jié)晶器銅管上按一定的方式切割若干縫隙(以下簡稱切縫)，讓高頻電磁場透過切縫到達鋼液表面，其中結(jié)晶器銅管材質(zhì)與傳統(tǒng)結(jié)晶器的完全相同。另一類結(jié)晶器銅管不切縫，而是把銅管分成上下兩段，其中靠近電磁場作用區(qū)域的上段采用高電阻率和高熱導(dǎo)的材料制造，下段仍采用與普通連鑄結(jié)晶器銅管材質(zhì)一樣的銅合金制造。第二類結(jié)晶器整體剛度高，但結(jié)晶器銅管上段的材質(zhì)目前很難找到，而且銅管上下兩段的連接同樣存在問題。
目前，電磁軟接觸連鑄結(jié)晶器銅管絕大部分都是切縫式的。連鑄過程中，結(jié)晶器銅管在高溫作用下產(chǎn)生熱脹冷縮效應(yīng)，切縫有被壓縮或脹大的趨勢，如果切縫彌合會阻止電磁場的透入；又由于整個結(jié)晶器銅管都包圍在冷卻水之中，切縫式銅管必須進行密封處理，起到縫間絕緣和阻擋冷卻水的作用。密封介質(zhì)要求為抗電磁性材質(zhì)，能絕緣和承受高溫，并能與結(jié)晶器銅管高強度連接。目前適合縫間密封的材質(zhì)主要有云母片、陶瓷、碳化鎢以及高溫水泥、長石片等。
由于密封介質(zhì)為非金屬的礦物，不具備可焊接性能，要把介質(zhì)與銅管可靠連接起來相當(dāng)困難，目前主要采用的方法有把陶瓷等介質(zhì)粉末或顆粒填充到結(jié)晶器銅管切縫處，然后在銅管再結(jié)晶溫度以下燒結(jié)實現(xiàn)密封，該方法理論上可行，但實際上由于燒結(jié)的高溫作用對銅管的強度有一定影響，另外由于受到燒結(jié)溫度的限制，密封強度不太可靠，仍有開裂等情況。還有一種方法是把陶瓷或云母片薄片經(jīng)過金屬化預(yù)處理，在陶瓷或云母片表面均勻的鍍上金屬表層，通過釬焊與銅管連接起來，這種方法對金屬預(yù)處理和焊接工藝要求很高，制造費用昂貴。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法，以解決陶瓷等密封介質(zhì)與銅管之間無法連接的問題，滿足高頻電磁場對結(jié)晶器銅管的絕緣和導(dǎo)磁性能的要求，具有高剛度、高強度、長壽命、高透磁效率等優(yōu)點，適合工業(yè)生產(chǎn)的要求。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法，其特征是首先將密封介質(zhì)填充到切縫式結(jié)晶器銅管的切縫處，接著在結(jié)晶器銅管外圍并緊靠銅管設(shè)置電磁工作線圈，電磁工作線圈接高能率電磁脈沖電流發(fā)生電源，銅管內(nèi)置有內(nèi)芯模，然后高能率電磁脈沖電流發(fā)生電源輸出強脈沖電流，脈沖電流經(jīng)電磁工作線圈后產(chǎn)生交變磁場，產(chǎn)生指向銅管中心的電磁壓力，使銅管發(fā)生縮徑塑性變形，塑性變形使銅管與密封介質(zhì)形成緊密結(jié)合。
上述的采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法，所述在電磁工作線圈與銅管之間裝有磁驅(qū)動圓柱環(huán)和彈性介質(zhì)圓柱環(huán)，彈性介質(zhì)圓柱環(huán)緊靠結(jié)晶器銅管。
上述的采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法，所述密封介質(zhì)為薄片狀，密封介質(zhì)尺寸略小于結(jié)晶器銅管切縫尺寸；對與銅管切縫相接觸的密封介質(zhì)薄片表面進行毛化處理，并涂抹粘結(jié)劑，將密封介質(zhì)插入銅管切縫內(nèi)并與銅管粘合在一起。
本發(fā)明采用高能率電磁脈沖電流產(chǎn)生交變磁場對銅管產(chǎn)生強大的電磁力，使銅管在切縫處發(fā)生快速的縮徑塑性變形，產(chǎn)生金屬晶間滑移、位錯、甚至流變變形，銅管合金晶粒在塑變作用下向陶瓷等密封介質(zhì)快速擴散，使金屬和陶瓷間相互結(jié)合、膠鏈，從而達到金屬與非金屬之間的異種材質(zhì)的連接，實現(xiàn)了銅管切縫的密封。這種連接方式的連接強度很高，甚至超過銅本身的強度，符合結(jié)晶器銅管的密封要求。本發(fā)明對切縫式結(jié)晶器銅管的密封方法，操作方便，工藝控制簡單，制造成本低，且高能率電磁脈沖電流的發(fā)生電源是現(xiàn)有的成熟設(shè)備，可實現(xiàn)對銅管塑性變形的加工。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為切縫式結(jié)晶器銅管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為裝有彈性介質(zhì)圓柱環(huán)的對切縫式結(jié)晶器銅管密封的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1結(jié)晶器銅管，2切縫，3密封介質(zhì)，4內(nèi)芯模，5電磁工作線圈，6高能率電磁脈沖發(fā)生電源，7磁驅(qū)動圓柱環(huán)，8彈性介質(zhì)圓柱環(huán)。
具體實施方式
參見圖1、圖2，一種采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法，首先，根據(jù)結(jié)晶器銅管1切縫2的尺寸選擇薄片狀密封介質(zhì)3，比如陶瓷、碳化鎢、云母片等，要求薄片寬度略小于銅管1的壁厚，防止凸出銅管1以外，薄片3厚度略小于切縫2寬度，使薄片3能夠順利填充到切縫2內(nèi)并不產(chǎn)生松動和脫落。為了增加陶瓷薄片3表面與銅管切縫2的接觸面積和強度，薄片3表面可以進行毛化處理，即人為增加陶瓷片表面的粗糙度。為了防止填充到結(jié)晶器銅管切縫2中的陶瓷薄片3松動和脫落或者在切縫2內(nèi)殘留空氣，可以預(yù)先在薄片3表面涂抹一層粘結(jié)膠或凡士林等，起固定和排除空氣作用，將密封介質(zhì)3填充到切縫式結(jié)晶器銅管1的切縫2處。
接著，在結(jié)晶器銅管1外圍并緊靠銅管1設(shè)置電磁工作線圈5，電磁工作線圈5接高能率電磁脈沖電流發(fā)生電源6，銅管1內(nèi)置有內(nèi)芯模4。
然后，高能率電磁脈沖電流發(fā)生電源6(又稱電磁成形機)內(nèi)由升壓變壓器把交流電升高壓至幾千伏～幾十千伏之間，由整流電路把高壓交流電變?yōu)楦邏褐绷麟姴﹄娙萜鏖_始充電，充電達到預(yù)定值后(一般充電到電容器飽和)，閉合放電開關(guān)對電磁工作線圈5快速放電使電磁工作線圈5內(nèi)產(chǎn)生強大的脈沖電流，電流強度一般在幾十～幾百千安培，脈沖電流經(jīng)電磁工作線圈5后產(chǎn)生交變磁場，進而在銅管1表層感應(yīng)出渦電流，交變磁場與渦電流相互作用產(chǎn)生指向銅管1中心的電磁壓力，使銅管1發(fā)生縮徑塑性變形甚至流變變形。塑性變形使銅管1合金晶粒之間產(chǎn)生滑移、位錯并向陶瓷薄片3快速擴散，使銅管1材質(zhì)和陶瓷介質(zhì)3形成晶間結(jié)合、膠結(jié)，從而達到金屬與非金屬之間異種材質(zhì)的復(fù)合連接，使銅管1與密封介質(zhì)3形成緊密結(jié)合，實現(xiàn)了銅管切縫2的密封。為了防止銅管1塑性變形時向銅管1內(nèi)凹陷，銅管1內(nèi)放置內(nèi)芯模4阻止銅管1向內(nèi)凹陷，只讓銅管1在長度方向上變形延長。
實施例1，首先選用Ag-Cu結(jié)晶器銅管1，采用中間切縫形式對Ag-Cu結(jié)晶器銅管1實施切縫2，切縫2寬度為0.6mm，切縫2的端部加工為圓角(直徑等于縫寬)。ZrO2陶瓷薄片3為絕緣和不導(dǎo)磁介質(zhì)，耐溫高于1000℃，抗壓強度＞800Mpa，熱膨脹系數(shù)與結(jié)晶器銅管1的熱膨脹系數(shù)相近。將ZrO2陶瓷3薄片加工成0.54～0.58mm厚的薄片，薄片兩端加工成圓形，薄片表面毛化后粗糙度為Ra12.5~50um之間。為了防止陶瓷片3塞入切縫2內(nèi)后發(fā)生松動或脫落或在切縫2殘留空氣，結(jié)晶器切縫2內(nèi)全部涂抹凡士林，然后把陶瓷薄片3插入銅管切縫2內(nèi)固定，多余的凡士林被擠出防止了空氣的殘留。
在緊靠已經(jīng)填充好ZrO2陶瓷片3的結(jié)晶器銅管1外部設(shè)置電磁工作線圈5，電磁工作線圈5高度大于切縫2總長度，利用高能率電磁脈沖發(fā)生電源6對電磁工作線圈5提供大功率脈沖電流，電流強度10kA～400kA之間。依靠脈沖電流誘發(fā)的交變磁場對銅管1產(chǎn)生電磁壓力使之發(fā)生快速塑性甚至流變變形，從而使陶瓷片3密封在切縫2內(nèi)。電磁脈沖發(fā)生電壓5～20kV，電容器電容量20～3000uF。如選用電磁脈沖發(fā)生電壓為6kV，電容器電容量為800uF。
參見圖3，在上述采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的基礎(chǔ)上，在電磁工作線圈5與銅管1之間還裝有磁驅(qū)動圓柱環(huán)7和彈性介質(zhì)圓柱環(huán)8，彈性介質(zhì)圓柱環(huán)8緊靠結(jié)晶器銅管1；磁驅(qū)動圓柱環(huán)7由紫銅等材質(zhì)制成，彈性介質(zhì)圓柱環(huán)8為聚氨脂等材質(zhì)制成。通電后，電磁工作線圈5產(chǎn)生的高能率脈沖磁場首先對磁驅(qū)動圓柱環(huán)7產(chǎn)生電磁壓力，再通過彈性介質(zhì)圓柱環(huán)8把電磁力傳遞到銅管1，使銅管1發(fā)生縮徑塑性變形，銅管1與密封介質(zhì)3形成緊密結(jié)合，從而實現(xiàn)銅管切縫2的密封。
實施例2，利用紫銅磁驅(qū)動圓柱環(huán)7和聚氨酯圓柱環(huán)8把電磁壓力傳遞到結(jié)晶器銅管1使之發(fā)生縮徑塑性變形，紫銅磁驅(qū)動圓柱環(huán)7緊靠電磁工作線圈5，聚氨脂圓柱環(huán)8緊靠結(jié)晶器銅管1，高度與電磁工作線圈5相同。其它結(jié)構(gòu)和電磁參數(shù)與實施例1完全相同。
本發(fā)明操作簡單，密封可靠，適合方坯、圓坯，通體切縫、上端通體切縫或中間切縫，縫寬0.2mm～10mm之間的電磁軟接觸連鑄結(jié)晶器銅管1的切縫2密封。同時，本發(fā)明全部塑變和密封都是在接近常溫的條件下工作的，遠遠低于銅的再結(jié)晶溫度，對銅管1本身的強度和剛度沒有任何影響。本發(fā)明塑性變形促使銅管1進一步加工硬化，提高了銅管1的強度和剛度，對連鑄結(jié)晶器壽命的提高有顯著作用。
本發(fā)明采用電磁壓力使結(jié)晶器銅管1發(fā)生縮徑塑性變形的密封方法，讓連鑄結(jié)晶器的密封更加可靠，透磁效率高，并具有足夠的整體剛度和強度，安全系數(shù)大，使用壽命長，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)使用要求。
權(quán)利要求
1.一種采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法，其特征是首先將密封介質(zhì)填充到切縫式結(jié)晶器銅管的切縫處，接著在結(jié)晶器銅管外圍并緊靠銅管設(shè)置電磁工作線圈，電磁工作線圈接高能率電磁脈沖電流發(fā)生電源，銅管內(nèi)置有內(nèi)芯模，然后高能率電磁脈沖電流發(fā)生電源輸出強脈沖電流，脈沖電流經(jīng)電磁工作線圈后產(chǎn)生交變磁場，產(chǎn)生指向銅管中心的電磁壓力，使銅管發(fā)生縮徑塑性變形，塑性變形使銅管與密封介質(zhì)形成緊密結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法，其特征是在電磁工作線圈與銅管之間裝有磁驅(qū)動圓柱環(huán)和彈性介質(zhì)圓柱環(huán)，彈性介質(zhì)圓柱環(huán)緊靠結(jié)晶器銅管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法，其特征是密封介質(zhì)為薄片狀，密封介質(zhì)尺寸略小于結(jié)晶器銅管切縫尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法，其特征是對與銅管切縫相接觸的密封介質(zhì)薄片表面進行毛化處理，并涂抹粘結(jié)劑，將密封介質(zhì)插入銅管切縫內(nèi)并與銅管粘合在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及電磁軟接觸連鑄用切縫式結(jié)晶器，尤其涉及切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法。一種采用電磁壓力對切縫式結(jié)晶器銅管密封的方法，其特征是首先將密封介質(zhì)填充到切縫式結(jié)晶器銅管的切縫處，接著在結(jié)晶器銅管外圍并緊靠銅管設(shè)置電磁工作線圈，電磁工作線圈接高能率電磁脈沖電流發(fā)生電源，銅管內(nèi)置有內(nèi)芯模，然后高能率電磁脈沖電流發(fā)生電源輸出強脈沖電流，脈沖電流經(jīng)電磁工作線圈后產(chǎn)生交變磁場，產(chǎn)生指向銅管中心的電磁壓力，使銅管發(fā)生縮徑塑性變形，塑性變形使銅管與密封介質(zhì)形成緊密結(jié)合。本發(fā)明能滿足高頻電磁場對結(jié)晶器銅管的絕緣和導(dǎo)磁性能的要求，具有高剛度、高強度、長壽命、高透磁效率等優(yōu)點，適合工業(yè)生產(chǎn)的要求。
文檔編號B22D11/10GK1803336SQ200510023268
公開日2006年7月19日 申請日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月12日
發(fā)明者侯曉光, 張永杰 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司