采用電磁壓力對切縫式結晶器銅管密封的方法技術

本發明專利技術涉及電磁軟接觸連鑄用切縫式結晶器，尤其涉及切縫式結晶器銅管密封的方法。一種采用電磁壓力對切縫式結晶器銅管密封的方法，其特征是首先將密封介質填充到切縫式結晶器銅管的切縫處，接著在結晶器銅管外圍并緊靠銅管設置電磁工作線圈，電磁工作線圈接高能率電磁脈沖電流發生電源，銅管內置有內芯模，然后高能率電磁脈沖電流發生電源輸出強脈沖電流，脈沖電流經電磁工作線圈后產生交變磁場，產生指向銅管中心的電磁壓力，使銅管發生縮徑塑性變形，塑性變形使銅管與密封介質形成緊密結合。本發明專利技術能滿足高頻電磁場對結晶器銅管的絕緣和導磁性能的要求，具有高剛度、高強度、長壽命、高透磁效率等優點，適合工業生產的要求。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電磁軟接觸連鑄用切縫式結晶器，尤其涉及切縫式結晶器銅管密封的方法。
技術介紹
電磁軟接觸連鑄結晶器銅管主要有兩大類一是在結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，其中結晶器銅管材質與傳統結晶器的完全相同。另一類結晶器銅管不切縫，而是把銅管分成上下兩段，其中靠近電磁場作用區域的上段采用高電阻率和高熱導的材料制造，下段仍采用與普通連鑄結晶器銅管材質一樣的銅合金制造。第二類結晶器整體剛度高，但結晶器銅管上段的材質目前很難找到，而且銅管上下兩段的連接同樣存在問題。目前，電磁軟接觸連鑄結晶器銅管絕大部分都是切縫式的。連鑄過程中，結晶器銅管在高溫作用下產生熱脹冷縮效應，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。密封介質要求為抗電磁性材質，能絕緣和承受高溫，并能與結晶器銅管高強度連接。目前適合縫間密封的材質主要有云母片、陶瓷、碳化鎢以及高溫水泥、長石片等。由于密封介質為非金屬的礦物，不具備可焊接性能，要把介質與銅管可靠連接起來相當困難，目前主要采用的方法有把陶瓷等介質粉末或顆粒填充到結晶器銅管切縫處，然后在銅管再結晶溫度以下燒結實現密封，該方法理論上可行，但實際上由于燒結的高溫作用對銅管的強度有一定影響，另外由于受到燒結溫度的限制，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過金屬化預處理，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，這種方法對金屬預處理和焊接工藝要求很高，制造費用昂貴。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種采用電磁壓力對切縫式結晶器銅管密封的方法，以解決陶瓷等密封介質與銅管之間無法連接的問題，滿足高頻電磁場對結晶器銅管的絕緣和導磁性能的要求，具有高剛度、高強度、長壽命、高透磁效率等優點，適合工業生產的要求。本專利技術是這樣實現的一種采用電磁壓力對切縫式結晶器銅管密封的方法，其特征是首先將密封介質填充到切縫式結晶器銅管的切縫處，接著在結晶器銅管外圍并緊靠銅管設置電磁工作線圈，電磁工作線圈接高能率電磁脈沖電流發生電源，銅管內置有內芯模，然后高能率電磁脈沖電流發生電源輸出強脈沖電流，脈沖電流經電磁工作線圈后產生交變磁場，產生指向銅管中心的電磁壓力，使銅管發生縮徑塑性變形，塑性變形使銅管與密封介質形成緊密結合。上述的采用電磁壓力對切縫式結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動圓柱環和彈性介質圓柱環，彈性介質圓柱環緊靠結晶器銅管。上述的采用電磁壓力對切縫式結晶器銅管密封的方法，所述密封介質為薄片狀，密封介質尺寸略小于結晶器銅管切縫尺寸；對與銅管切縫相接觸的密封介質薄片表面進行毛化處理，并涂抹粘結劑，將密封介質插入銅管切縫內并與銅管粘合在一起。本專利技術采用高能率電磁脈沖電流產生交變磁場對銅管產生強大的電磁力，使銅管在切縫處發生快速的縮徑塑性變形，產生金屬晶間滑移、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快速擴散，使金屬和陶瓷間相互結合、膠鏈，從而達到金屬與非金屬之間的異種材質的連接，實現了銅管切縫的密封。這種連接方式的連接強度很高，甚至超過銅本身的強度，符合結晶器銅管的密封要求。本專利技術對切縫式結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生電源是現有的成熟設備，可實現對銅管塑性變形的加工。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步說明。圖1為切縫式結晶器銅管結構示意圖；圖2為本專利技術采用電磁壓力對切縫式結晶器銅管密封的方法結構示意圖；圖3為裝有彈性介質圓柱環的對切縫式結晶器銅管密封的結構示意圖。圖中1結晶器銅管，2切縫，3密封介質，4內芯模，5電磁工作線圈，6高能率電磁脈沖發生電源，7磁驅動圓柱環，8彈性介質圓柱環。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晶器銅管密封的方法，首先，根據結晶器銅管1切縫2的尺寸選擇薄片狀密封介質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內并不產生松動和脫落。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內殘留空氣，可以預先在薄片3表面涂抹一層粘結膠或凡士林等，起固定和排除空氣作用，將密封介質3填充到切縫式結晶器銅管1的切縫2處。接著，在結晶器銅管1外圍并緊靠銅管1設置電磁工作線圈5，電磁工作線圈5接高能率電磁脈沖電流發生電源6，銅管1內置有內芯模4。然后，高能率電磁脈沖電流發生電源6(又稱電磁成形機)內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為高壓直流電并對電容器開始充電，充電達到預定值后(一般充電到電容器飽和)，閉合放電開關對電磁工作線圈5快速放電使電磁工作線圈5內產生強大的脈沖電流，電流強度一般在幾十～幾百千安培，脈沖電流經電磁工作線圈5后產生交變磁場，進而在銅管1表層感應出渦電流，交變磁場與渦電流相互作用產生指向銅管1中心的電磁壓力，使銅管1發生縮徑塑性變形甚至流變變形。塑性變形使銅管1合金晶粒之間產生滑移、位錯并向陶瓷薄片3快速擴散，使銅管1材質和陶瓷介質3形成晶間結合、膠結，從而達到金屬與非金屬之間異種材質的復合連接，使銅管1與密封介質3形成緊密結合，實現了銅管切縫2的密封。為了防止銅管1塑性變形時向銅管1內凹陷，銅管1內放置內芯模4阻止銅管1向內凹陷，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結晶器銅管1，采用中間切縫形式對Ag-Cu結晶器銅管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為絕緣和不導磁介質，耐溫高于1000℃，抗壓強度＞800Mpa，熱膨脹系數與結晶器銅管1的熱膨脹系數相近。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內后發生松動或脫落或在切縫2殘留空氣，結晶器切縫2內全部涂抹凡士林，然后把陶瓷薄片3插入銅管切縫2內固定，多余的凡士林被擠出防止了空氣的殘留。在緊靠已經填充好ZrO2陶瓷片3的結晶器銅管1外部設置電磁工作線圈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。依靠脈沖電流誘發的交變磁場對銅管1產生電磁壓力使之發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。電磁脈沖發生電壓5～20kV，電容器電容量20～3000uF。如選用電磁脈沖發生電壓為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晶器銅管密封的基礎上，在電磁工作線圈5與銅管1之間還裝有磁驅動圓柱環7和彈性介質圓柱環8，彈性介質圓柱環8緊靠結晶器銅管1；磁驅動圓柱環7由紫銅等材質制成，彈性介質圓柱環8為聚氨脂等材質制成。通電后，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用電磁壓力對切縫式結晶器銅管密封的方法，其特征是首先將密封介質填充到切縫式結晶器銅管的切縫處，接著在結晶器銅管外圍并緊靠銅管設置電磁工作線圈，電磁工作線圈接高能率電磁脈沖電流發生電源，銅管內置有內芯模，然后高能率電磁脈沖電流發生電源輸出強脈沖電流，脈沖電流經電磁工作線圈后產生交變磁場，產生指向銅管中心的電磁壓力，使銅管發生縮徑塑性變形，塑性變形使銅管與密封介質形成緊密結合。

【技術特征摘要】
1.一種采用電磁壓力對切縫式結晶器銅管密封的方法，其特征是首先將密封介質填充到切縫式結晶器銅管的切縫處，接著在結晶器銅管外圍并緊靠銅管設置電磁工作線圈，電磁工作線圈接高能率電磁脈沖電流發生電源，銅管內置有內芯模，然后高能率電磁脈沖電流發生電源輸出強脈沖電流，脈沖電流經電磁工作線圈后產生交變磁場，產生指向銅管中心的電磁壓力，使銅管發生縮徑塑性變形，塑性變形使銅管與密封介質形成緊密結合。2.根據權利要求1所述的采用電磁壓力對切縫式結...

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯曉光，張永杰，
申請(專利權)人：寶山鋼鐵股份有限公司，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]