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Title:
PLANETARY PIPE ROLLING MILL AND PLANETARY ROLLING METHOD FOR COPPER ALLOY PIPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/003691
Kind Code:
A1
Abstract:
A planetary pipe rolling mill includes a feeding mechanism for feeding hollow casting blank, a planetary main machine (1) for rolling the hollow casting blank within which a roller group (11) and a rolling-die quick-cooling mechanism are provided, an inducing preheating mechanism (2) provided between the outlet of the feeding mechanism and the inlet of the planetary main machine (1) for preheating the hollow casting blank, and an inducing soaking mechanism (3) and a slow-cooling mechanism (4) provided at the outlet of the planetary main machine (1) in this order. The pipe having been rolled and quickly cooled is again heated by the inducing soaking mechanism (3) and slowly cooled by the slow-cooling mechanism (4). A planetary rolling method for copper alloy pipe comprises the following steps: machining the hollow casting blank, preheating the hollow casting blank by the inducing preheating mechanism (2), rolling the hollow casting blank by the planetary main machine (1), quickly cooling the resulting pipe by the rolling-die quick-cooling mechanism, and at last heating the pipe by the inducing soaking mechanism (3) once again and then slowly cooling the pipe by the slow-cooling mechanism (4) in protective atmosphere.

Inventors:
ZHAO XUELONG (CN)
CHEN YULIANG (CN)
CAO JIANGUO (CN)
WEI LIANYUN (CN)
LOU NA (CN)
HU XIAOXU (CN)
WANG BIN (CN)
DI DAJIANG (CN)
HUANG DENGKE (CN)
LIU YONG (CN)
LIU HAIJUN (CN)
Application Number:
PCT/CN2010/079099
Publication Date:
January 12, 2012
Filing Date:
November 24, 2010
Export Citation:
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Assignee:
ZHAO XUELONG (CN)
CHEN YULIANG (CN)
CAO JIANGUO (CN)
WEI LIANYUN (CN)
LOU NA (CN)
HU XIAOXU (CN)
WANG BIN (CN)
DI DAJIANG (CN)
HUANG DENGKE (CN)
LIU YONG (CN)
LIU HAIJUN (CN)
International Classes:
B21B19/10; B21B25/02; B21B45/02
Foreign References:
CN2569933Y2003-09-03
CN1390677A2003-01-15
CN201711338U2011-01-19
CN2414854Y2001-01-17
Other References:
ZHOU,SHANYOU.: "Heat Treatment for Copper Alloy", SHANGHAI NONFERROUS METALS, vol. 6, no. 2, April 1985 (1985-04-01), pages 50 - 53
Attorney, Agent or Firm:
HANGZHOU HUADING INTELLECTUAL PROPERTY LAW FIRM (CN)
杭州华鼎知识产权代理事务所(普通合伙) (CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

、 一种新型行星轧管机, 包括用于输送空心铸坯的送料机构、 用于铸轧空心 铸坯的行星主机 (1), 行星主机 (1) 内设有轧辊组 (11) 及轧模速冷机 构, 其特征在于: 所述送料机构的出料端与行星主机 (1) 的进料端之间 设有对空心铸坯进行预加热的感应预热机构 (2), 所述行星主机 (1) 的 出料端依次设有感应均热机构 (3) 及缓冷机构 (4), 轧制速冷后的管材 由所述的感应均热机构 (3)再次加热并由所述的缓冷机构 (4)实现缓慢 冷却。

、 根据权利要求 1所述的一种新型行星轧管机, 其特征在于: 所述感应预热 机构 (2) 的出料端与行星主机(1) 的进料端密封连接, 所述感应均热机 构 (3) 的进料端与行星主机(1) 的出料端密封连接, 感应均热机构 (3) 的出料端与所述缓冷机构 (4) 的进料端密封连接; 所述的感应预热机构

(2)、 感应均热机构 (3)及缓冷机构 (4)上分别安装有送气装置用于向 机构内部充入保护气。

、 根据权利要求 1或 2所述的一种新型行星轧管机, 其特征在于: 所述的感 应预热机构 (2) 是由若干个独立的感应加热器 (21) 通过托辊 (23) 连 接形成的封闭整体, 感应加热器 (21) 内设有加热用电感线圈 (22); 所 述的感应均热机构(3)是由若干个独立的感应加热器(31)通过托辊(33) 连接形成的封闭整体, 感应加热器 (31) 内设有加热用电感线圈 (32)。 、 根据权利要求 1或 2所述的一种新型行星轧管机, 其特征在于: 所述的缓 冷机构 (4) 是由小径钢套 (43) 与大径钢套 (42) 构成的双层筒体, 小 径钢套 (43) 的内腔 (430) 供轧制后的管材通过, 小径钢套 (43) 与大 径钢套 (42) 之间为供冷却水通入的环状隔腔 (44), 冷却水通过小径钢 套 (43) 与管材进行间接的热量交换, 实现对管材的缓慢冷却。 权 利 要 求 书

、 根据权利要求 4所述的一种新型行星轧管机, 其特征在于: 所述小径钢套

(43) 的内腔 (430) 设置一带通孔的隔板 (431) 将缓冷机构 (4) 分为 一级缓冷段(40)与二级缓冷段(41), 通孔孔壁上环设有密封帘 (432), 所述二级缓冷段(41) 的长度小于一级缓冷段(40) 的长度; 所述小径钢 套 (43)位于二级缓冷段(41) 内的部分沿其圆周方向均布有若干个倾斜 设置的喷水孔 (433), 且沿小径钢套 (43) 轴向设置一组或多组喷水孔。 、 根据权利要求 1或 2所述的一种新型行星轧管机, 其特征在于: 所述的送 料机构包括输送台 (5)、 放置空心铸坯(8) 的料架 (6) 以及用于将空心 铸坯 (8) 送入输送台 (5) 的分选装置 (9), 所述输送台 (5) 的前端连 接感应预热机构 (2) 的进料端, 输送台 (5)尾部设有推动空心铸坯(8) 前进的推进机构。

、 根据权利要求 6所述的一种新型行星轧管机, 其特征在于: 所述推进机构 包括带有芯棒 (70) 的芯杆 (7)、 推动芯杆 (7) 前进的顶推头 (72) 及 推动空心铸坯(8)前进的顶推小车 (71); 在空心铸坯(8)预热状态下, 芯杆(7)杆体位于感应预热机构 (2) 内的部分沿其轴向开有至少一条长 度不小于感应预热机构 (2)整体长度的沟槽 (73), 沟槽 (73) 内填充有 绝缘材料。

、 一种铜合金管的行星轧制方法, 其特征在于包括如下步骤:

a、 对空心铸坯表面进行机械加工, 去掉表层缺陷;

b、 由感应预热机构与行星主机在保护气氛下共同完成对空心铸坯的轧 制, 得到铜合金管, 空心铸坯预热温度为 200-700°C, 轧制温度为 500-1100°C;

c、 由行星主机的轧模速冷机构对铜合金管进行快速冷却; 权 利 要 求 书

d、 冷却后的铜合金管由感应均热机构在保护气氛下再次加热到 350-750 °C ;

e、 由缓冷机构完成对铜合金管的缓慢冷却。

、 根据权利要求 8所述的一种铜合金管的行星轧制方法, 其特征在于: 所述 步骤 a中空心铸坯的轧制步进速度为 10-2000mm/min。

、 根据权利要求 8所述的一种铜合金管的行星轧制方法, 其特征在于: 所述 步骤 e中的缓冷过程为: 先由一级缓冷段将均热后的铜合金管缓慢冷却至 300°C以下, 再由二级缓冷段将铜合金管最终冷却至 60°C以下。

Description:
说 明 书 一种行星轧管机及铜合金管的行星轧制方法 技术领域

本发明属于有色金属加工制造技术领域, 尤其涉及一种轧制铜合金管的行 星轧管机及铜合金管的行星轧制方法。 背景技术

紫铜管铸轧生产技术是 20世纪 80年代开发的一种短流程、 连续化铜管加 工技术, 特别针对空调制冷用紫铜管的规模化连续生产 的需求而发展的一种紫 铜管加工方式。 由于紫铜具有高的传热系数, 利用行星轧管机轧制时无需加热, 依靠轧制过程中的变形和高摩擦时产生的大量 热能, 管坯温度升高至 700°C, 使 管坯发生了动态回复、 再结晶或是晶粒细化, 轧制后的管坯可直接进行后续的 拉伸, 且无需退火, 相比传统的挤压技术, 利用铸轧生产技术可使生产效率大 幅提高。

为了提高紫铜的强度、 硬度、 耐腐性等性能使其能适应特殊的工作环境, 在紫铜中加入了锌、 铝、 锡、 镍、 铁、 锰、 硅及铅元素中的一种或多种形成铜 合金, 目前行星轧管机所轧制的铜合金管存在如下缺 点: 1、 由于铜合金相比紫 铜其传热性能大幅下降, 室温变形抗力、 加工硬化以及变形应力明显增加, 依 靠轧制变形和摩擦产生的热量已难以达到预期 的加工要求, 管坯变形时局部过 热造成管坯与轧辊粘结、 合金管过烧开裂等现象, 而温度不够的部分在大加工 量作用下产生硬化应力开裂等导致轧制失败。 2、 轧制过程在瞬间产生大加工率 变形, 在轧制模具自身润滑冷却的作用下使变形后的 高温合金管在极短时间内 被冷却到 60°C以下甚至室温, 大变形和急冷所产生的应力使轧后的铜合金管 发 硬, 变脆, 影响后续拉伸工序的可加工性和管材性能, 难以实现铜合金管的短 流程和自动连续化生产。中国国家知识产权局 分别于 2001年 01月 17日及 2008 年 10月 22日公开的"三辊行星轧管机"与"一种行星轧管 的冷却装置 "的两篇专 利中针对传统轧管机的冷却系统进行了改进, 但合金管的热变形过程仍无法满 足工艺要求, 难以实现均匀的动态回复; 其改进后的冷却系统的冷却方式也存 在不足之处, 无法满足后续冷轧管或拉伸工序等的连续冷加 工性能要求, 行业 内迫切需要一种高效、 连续化生产设备, 来满足高质量铜合金管的生产要求。 发明内容

本发明所要解决的问题就是提供一种新型行星 轧管机及铜合金管的行星轧 制方法, 可替代挤压工序与水平连铸机、 矫直铣面机与连续拉伸机、 在线连续 切割机等的配合, 实现高质量铜合金管的自动化、 连续化、 短流程生产。

为解决上述技术方案, 本发明采用如下技术方案: 一种新型行星轧管机, 包括用于输送空心铸坯的送料机构、 用于铸轧空心铸坯的行星主机, 行星主机 内设有轧辊组及轧模速冷机构, 其特征在于: 所述送料机构的出料端与行星主 说 明 书

机的进料端之间设有对空心铸坯进行预加热 的感应预热机构, 所述行星主机的 出料端依次设有感应均热机构及缓冷机构, 轧制速冷后的管材由所述的感应均 热机构再次加热并由所述的缓冷机构实现缓慢 冷却。

进一步的, 所述感应预热机构的出料端与行星主机的进料 端密封连接, 所 述感应均热机构的进料端与行星主机的出料端 密封连接, 感应均热机构的出料 端与所述缓冷机构的进料端密封连接; 所述的感应预热机构、 感应均热机构及 缓冷机构上分别安装有送气装置用于向机构内 部充入保护气。 保证空心铸坯的 预加热、 轧制过程, 轧制后管材的均热、 缓冷过程始终是在一个封闭的、 充满 保护气氛的环境中进行, 与空气隔绝, 防止氧化。

进一步的, 所述的感应预热机构是由若干个独立的感应加 热器通过托辊连 接形成的封闭整体, 感应加热器内设有加热用电感线圈; 感应均热机枸由若干 个独立的感应加热器通过托辊连接形成的封闭 整体, 感应加热器内设有加热用 电感线圈。

进一步的, 所述的缓冷机构是由小径钢套与大径钢套构成 的双层筒体, 小 径钢套的内腔供轧制后的管材通过, 小径钢套与大径钢套之间为供冷却水通入 的环状隔腔, 冷却水通过小径钢套与管材进行间接的热量交 换, 实现对管材的 缓慢冷去口。

^ "进一歩的, 所述小径钢套的内腔设置一带通孔的隔板将缓 冷机构分为一级 缓冷段与二级缓冷段, 通孔孔壁上环设有密封帘, 所述二级缓冷段的长度小于 一级缓冷段的长度; 所述小径钢套位于二级缓冷段内的部分沿其圆 周方向均布 有若干个倾斜设置的喷水孔, 且沿小径钢套轴向设置一组或多组喷水孔。 缓冷 后温度在 40~60°C的冷却水以小水柱形式直接喷淋从一级 冷段过来的管材,使 其温度由最高的 300°C降至 60°C以下。

进一步的, 所述的送料机构包括输送台、 放置空心铸坯的料架以及用于将 空心铸坯送入输送台的分选装置, 所述输送台的前端连接感应预热机构的进料 端, 输送台尾部设有推动空心铸坯前进的推进机构 。

进一歩的, 所述推进机构包括带有芯棒的芯杆、 推动芯杆前进的顶推头及 推动空心铸坯前进的顶推小车; 在空心铸坯预热状态下, 芯杆杆体位于感应预 热机构内的部分沿其轴向开有至少一条长度不 小于感应预热机构整体长度的沟 槽, 沟槽内填充有绝缘材料。 顶推头将带有芯棒的芯杆送入空心铸坯内并顶 住 空心铸坯一起送至行星主机的轧辊组内, 而后由顶推小车推动空心铸坯使其勾 速通过感应预热机构内的每个感应加热器。

为解决上述技术问题, 本发明还利用上述轧管机提出了一种铜合金管 的行 星轧制方法, 其特征在于包括如下步骤:

a、 对空心铸坯表面进行机械加工, 去掉表层缺陷;

b、 由感应预热机构与行星主机在保护气氛下共同 完成对空心铸坯的轧制, 得到铜合金管, 空心铸坯预热温度为 300-700°C, 轧制温度为 600-1100°C ;

c、 由行星主机的轧模速冷机构对铜合金管进行快 速冷却;

d、冷却后的铜合金管由感应均热机构在保护 氛下再次加热到 350-750°C ; e、 由缓冷机构完成对铜合金管的缓慢冷却。 说 明 书

进一步的, 所述歩骤 a中空心铸坯的轧制步进速度为 10-2000mm/min。 进一步的, 所述步骤 e 中的缓冷过程为: 先由一级缓冷段将均热后的铜合 金管缓慢冷却至 300°C以下, 再由二级缓冷段将铜合金管最终冷却至 60 °C以下。

本发明的有益效果:

1、 由于采用感应预热机构对轧制前的空心铸坯进 行预加热, 再结合轧制变 形与摩擦产生的热量保证空心铸坯达到均匀的 动态回复甚至再结晶温度, 消除 轧制过程中管材的过烧开裂、 应力开裂的现象, 提高成品率。

2、 设置感应均热机构能及时消除行星主机大加工 率变形管材不完全再结晶 形成的变形应力以及行星主机大加工率变形后 自身冷却造成的残余应力使轧后 管材变硬的现象; 结合两段式的缓冷方式对管材进行逐渐冷却, 能保证管材在 规定的缓冷时间内达到工艺要求的冷却温度, 而不会产生管材冷却应力和硬化 的, 整个加工过程完成后铜合金管硬度 HV5达到 80以下, 满足了后续冷轧管 或拉伸工序等的连续冷加工性能要求, 从而实现铜合金管的铸轧生产。

3、 对轧管机的芯杆采取了特殊的绝缘处理, 避免了施加低、 中频感应时由 于涡流效应引起管坯内外温度的不均匀性和管 坯内芯杆的温度升高、 发红或熔 化等情况, 确保了轧制的正常进行。

4、 空心铸坯在轧制前预热、 轧制、 轧制后的均热及缓冷冷却过程中均在氮 气保护条件下进行, 整个工作过程中被加工的管材内外表面光亮, 无氧化; 轧 制后的棺材具有优良的内外组织结构和表面质 量, 不需酸水洗等物理化学表面 处理, 可直接进行后续的加工处理。

5、 本发明所提供的轧管机可替代挤压工序与水平 连铸机、 矫直铣面机与连 续拉伸机及在线连续切割机等配合, 实现铜合金管的自动、 连续化、 短流程生 产, 提高管材的成材率和生产效率, 达到降低能源消耗和生产成本的目的。 附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明:

图 1为本发明的整机结构图;

图 2为本发明的感应预热机构结构图;

图 3为本发明的感应均热机构结构图;

图 4为本发明的缓冷机构结构图;

图 5为图 4的 B处放大图;

图 6为本发明的芯杆结构图;

图 7为图 6的 A-A剖面图。 具体实施方式

如图 1所示, 本发明首先提出了一种新型行星轧管机, 它包括用于输送空 心铸坯的送料机构、用于铸轧空心铸坯的行星 主机 1,行星主机 1内设有轧辊组 11及轧模速冷机构, 所述送料机构的出料端与行星主机 1的进料端之间设有对 空心铸坯进行预加热的感应预热机构 2,所述行星主机 1的出料端依次设有感应 均热机构 3及缓冷机构 4,轧制速冷后的管材由所述的感应均热机构 3再次加热 说 明 书

并由所述的缓冷机构 4实现缓慢冷却。

参照图 2、 图 3, 感应预热机构 2是由四个独立的感应加热器 21通过托辊 23连接形成的封闭整体, 感应加热器 21 内设有加热用电感线圈 22; 感应均热 机构 3是由三个独立的感应加热器 31通过托辊 33连接形成的封闭整体, 感应 加热器内设有加热用电感线圈 32。感应加热器 21、 31数量应根据实际工件的加 热要求而定, 上述实施方式只是较为常用的结构。

参照图 4、 图 5, 缓冷机构 4是由小径钢套 43与大径钢套 42构成的双层筒 体, 小径钢套 43的内腔 430供轧制后的管材通过, 小径钢套 43与大径钢套 42 之间为供冷却水通入的环状隔腔 44,冷却水通过小径钢套 43与管材进行间接的 热量交换, 实现对管材的缓慢冷却。 小径钢套 43的内腔 430设置一带通孔的隔 板 431将缓冷机构 4分为一级缓冷段 40与二级缓冷段 41,通孔孔壁上环设有密 封帘 432, 二级缓冷段 41的长度小于一级缓冷段 40的长度。 经感应均热机构 3 加热后的管材温度为 450-750 °C,在一级缓冷段 40内冷却到 300 °C以下; 小径钢 套 43位于二级缓冷段 41 内的部分沿其圆周方向均布有若干个倾斜设置 的喷水 孔 433,且沿小径钢套 43轴向设置一组或多组喷水孔 433,缓冷后温度在 40~60°C 的冷却水以小水柱形式直接喷淋从一级缓冷段 40过来的管材, 使其温度由最高 的 300°C降至 60°C以下。 喷水孔 433也可以由环形水槽来代替, 冷却时以水帘 状形式直接喷淋从一级缓冷段 40过来的管材, 冷却用的水采用无杂质的净循环 水。

所述感应预热机构 2的出料端与行星主机 1的进料端密封连接, 所述感应 均热机构 3的进料端与行星主机 1的出料端密封连接, 感应均热机构 3的出料 端与所述缓冷机构 4的进料端密封连接; 感应预热机构 2、感应均热机构 3及缓 冷机构 4上分别安装有送气装置用于向机构内部充入 护气。 保证空心铸坯的 预加热、 轧制过程, 轧制后管材的均热、 缓冷过程始终是在一个封闭的、 充满 保护气氛的环境中进行, 与空气隔绝, 防止氧化。

送料机构包括输送台 5、放置空心铸坯 8的料架 6以及用于将空心铸坯 8送 入输送台 5的分选装置 9,输送台 5的前端连接感应预热机构 2的进料端, 输送 台 5尾部设有推动空心铸坯 8前进的推进机构。 推进机构包括带有芯棒 70的芯 杆 7、 推动芯杆 7前进的顶推头 72及推动空心铸坯 8前进的顶推小车 71 ; 顶推 头 72将带有芯棒 70的芯杆 7送入空心铸坯 8内并顶住空心铸坯 8—起送至行 星主机 1的轧辊组 11内, 而后由顶推小车 71推动空心铸坯 8使其勾速通过感 应预热机构 2内的每个感应加热器 21。 如图 6、 图 7所示, 在空心铸坯 8预热 状态下, 芯杆 7杆体位于感应预热机构 2内的部分沿其轴向开有至少一条长度 不小于感应预热机构 2整体长度的沟槽 73,沟槽 73内填充有绝缘材料。对芯杆 7采用这种特殊的绝缘处理,可以避免施加低 中频感应时由于涡流效应引起管 坯内外温度的不均匀性和管坯内芯杆 7 的温度升高、 发红或熔化, 确保了轧制 的正常进行。

本发明还利用了上述轧管机提出了一种铜合金 管的行星轧制方法, 包括如 下步骤:

a、 对空心铸坯表面进行机械加工, 去掉表层缺陷; 说 明 书

b、 由感应预热机构与行星主机在保护气氛下共同 完成对空心铸坯的轧制, 得到铜合金管, 空心铸坯预热温度为 300-700°C, 轧制温度为 600-1100°C ;

c、 由行星主机的轧模速冷机构对铜合金管进行快 速冷却;

d、冷却后的铜合金管由感应均热机构在保护 氛下再次加热到 350-750°C ; e、 由缓冷机构完成对铜合金管的缓慢冷却。

歩骤 a中空心铸坯的轧制步进速度为 10-2000mm/min;歩骤 e中的缓冷过程 为:先由一级缓冷段将均热后的铜合金管缓慢 冷却至 300°C以下, 再由二级缓冷 段将铜合金管最终冷却至 60 °C以下。直径 80-100mm,壁厚 8-15mm的铜合金空 心铸坯一次性依次通过感应预热机构 2、 行星主机 1、 感应均热机构 3、 缓冷机 构 4后加工成直径为 40-65mm, 壁厚为 2-4mm的铜合金管, 加工后的铜合金管 表面光亮, 硬度 HV5 80, 满足其后续直接冷加工的性能和质量要求。

具体操作步骤如下: 工作前, 在整机一侧可设置一台铣面机将去除空心铸 坯 8的表皮, 铣面加工后的铜合金空心铸坯 8放置于料架 6上, 芯杆 7退回到 后极限位置; 工作开始, 分选装置 9将一支空心铸坯 8送到输送台 5, 顶推头 72推动带有芯棒 70的芯杆 7穿入空心铸坯 8的内孔中直至芯棒 70进入行星主 机 1的轧辊组 11内, 同时也使空心芯杆 Ί上开有沟槽 73的部位处于感应预热 机构 2内; 感应预热机构 2加热空心铸坯 8使其迅速升温到 300-700°C, 顶推小 车 71持续推进空心铸坯 8,空心铸坯 8在行星主机 1轧辊组 11的高速旋转轧制 下发生塑性变形, 轧辊组 11旋转轧制的摩擦热与空心铸坯 8的变形热使空心铸 坯 8轧制变形时的工作温度继续升高到 600-1100°C, 达到了铜合金的再结晶或 回复软化温度, 降低了铜合金的变形抗力, 实现了铜合金空心铸坯 8 的壁厚和 直径的大量变形, 完成了空心铸坯 8到薄壁铜合金管的加工, 与此同时, 轧制 后的铜合金管通过行星主机 1内的轧模速冷机构冷却到 60°C以下。 冷去后的铜 合金管通入感应均热机构 3, 感应均热机构 3对其进行二次加热, 使铜合金管温 度升至 350-750°C,加热后的铜合金管由缓冷机构 4最终冷却至 60°C以下,缓冷 机构 4冷却后的铜合金管可由在线中断机列中断后 至下一工序冷加工或经过 卷曲机构在线直接卷曲成盘卷进行多机架串联 连续拉伸。该支铜合金空心铸坯 8 工作结束后, 依次循环进入下一支铜合金空心铸坯 8的轧制。

除上述优选实施例外, 本发明还有其他的实施方式, 本领域技术人员可以 根据本发明作出各种改变和变形, 只要不脱离本发明的精神, 均应属于本发明 所附权利要求所定义的范围。