CN1258577A - 一种连续铸造工艺及连铸机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续铸造工艺及连铸机,属于冶金铸造技术领域。该连铸工艺含有下述几个主要步骤:将原料装入熔化保温炉,把装有熔化保温炉和结晶器的罐体抽真空,在真空状态下进行熔化、保温、连铸工序。根据上述连铸工艺要求设计的连铸机,将熔化保温炉、结晶器安装在一个罐体中,可以实现在真空状态下或充保护气体状态下的连铸工作。该连铸工艺及连铸机可以有效地提高贵金属、精密合金的铸坯的内在质量和表面质量,提高材料的利用率。
Description
本发明公开了一种连续铸造工艺及连铸机，属于冶金铸造技术领域。
普通的连续铸造是在大气中进行的，这种普通的连续铸造技术不适应贵金属、精密合金的连续铸造要求，因为有些贵金属容易吸气，有些精密合金容易氧化等，在大气中连铸这些贵金属、精密合金时，会与大气中的有害气体接触反应，使铸造后的金属中存在气孔、氧化物等杂质、缺陷，影响金属的质量。另外，贵金属、精密合金对成分要求比较严格，大气中存在许多污染物，在大气中连铸时，这些污染物会对贵金属、精密合金造成污染，使金属质量下降。此外，用普通连续铸造所得铸坯表面质量较差，常常带有氧化皮，表面裂纹等缺陷，一般需要去除铸坯的表皮后，才能进行后续加工，这样做降低了材料利用率，增加了制造成本，对贵金属、精密合金等这些价格较高的金属影响就更大。
本发明的目的是设计一种连续铸造工艺和实现这种工艺所用的连铸机，使连续铸造过程不暴露在大气中，提高铸坯的内在质量和表面质量。
本发明所设计的一种连续铸造工艺包括下述工序：
(1)向熔化保温炉中加入原料；
(2)将安装有熔化保温炉和结晶器的罐体抽真空，真空度为500-10-2Pa；
(3)熔化，熔化温度为500-2100℃，熔化时保持真空；
(4)保温温度为500-2100℃，保温时间为20-50分钟，保温时保持真空；
(5)经过结晶器进行连续铸造，连续铸造时保持真空。
在熔化炉中进行熔化工序，然后将熔化的金属液体装入熔化保温炉中进行保温，熔化炉装在罐体中。
在熔化工序前或熔化工序后，或在保温工序完成后，向罐体内充入保护气体，充气压力为0.001-1MPa。
在结晶器出口之后装有冷却器，对铸坯进行冷却
采用中频感应炉或高频感应炉作熔化炉或/和熔化保温炉，在感应线圈的中部或下部带有开口，在开口中安装出炉口。
所述罐体内的真空度为200～10-2Pa。
所述熔化温度为800℃～1600℃，
所述保温温度为800℃～1600℃。
所述充气压力为0.01-0.2MPa。
一种实现上述连续铸造工艺的连铸机主要由熔化保温炉、结晶器和牵引机组成，结晶器安装在熔化保温炉出口上，熔化保温炉和结晶器安装在密封的罐体中，罐体上有真空抽气管接口、加料口、出料口、电器接头和冷却水管接口，出料口处装有密封圈，牵引机安装在罐体的出料口外。
所述连铸机带有熔化炉，熔化炉装在密封罐体中，安装熔化炉的罐体上有真空抽气管接口，加料口、出料口、电器接头和冷却水管接口，出料口处装有阀门，阀门的一端与装有熔化保温炉的罐体上的加料口相联接。
所述熔化炉安装在装有熔化保温炉的罐体内，熔化炉安装在熔化保温炉之前，熔化炉与熔化保温炉之间的罐体上装有隔板和阀门。
所述罐体上装有充气管接口。
所述熔化炉或/和熔化保温炉为中频感应炉或高频感应炉，其感应线圈的中部或下部带有开口，开口处的线圈间距大于线圈上其它处的线圈间距，开口处的线圈上带有凹形段，凹形段的线圈组成开口。
在线圈的开口处装有补偿线圈。
所述熔化保温炉的出口上带有感应线圈。
所述结晶器安装在可调支架上，可调支架由底架、滑板和螺杆组成，在滑板和底架之间装有纵向调节螺杆、横向调节螺杆和竖向调节螺杆，结晶器装在滑板上。
在结晶器出口处装有冷却器，冷却器由至少一对辊轮和支架组成，辊轮装在支架上，辊轮中间是空心的，辊轮两端装有进出水管。
在结晶出口处装有冷却器，冷却器由至少一对压板和支架组成，压板是中空的，压板上带有进出水管，压板安装在支架上，支架上带有弹簧，弹簧压在压板上。
所述压板表面带有石墨板。
所述熔化炉或/和熔化保温炉带有测温传感器和温度控制仪。
所述出料口的密封是由填料密封组成的组合式密封。
所述连铸机带有真空泵和阀门，真空泵通过阀门与安装熔化炉或/和熔化保温炉的罐体上的真空抽气管接口相联。
所述连铸机带有卷取机。
使用本发明所设计的连续铸造工艺及其连铸机时，有如下优点：
1.连铸工艺中有抽真空工序，使贵金属、精密合金的熔化、保温、连铸过程都在真空状态下进行，可以防止贵金属、精密合金与大气中的有害气体接触，避免大气中污染物的污染，使贵金属、精密合金的成分准确，减少气孔、氧化物等杂质、缺陷，消除铸坯的表面氧化和裂纹，提高了贵金属、精密合金铸坯的内在质量和表面质量。
2.连铸工艺中可以增加在保护气体下熔化、保温、连铸的工序，使贵金属、精密合金的连铸在保护气体的气氛下进行，可以使连铸速度加快，使铸坯冷却速度加快，从而提高连铸的生产效率。同时在一定压力下连铸，可使金属内组织致密，提高铸造金属质量。
3.连铸工艺中可以增加对铸坯的冷却工序，使铸坯冷却速度更快，材料组织致密。
4.连铸工艺中采用中频感应炉或高频感应炉作熔化炉或/和熔化保温炉，熔化速度快，并可利用电磁搅拌作用搅拌金属液体，使金属成份均匀。
5.连铸工艺适用范围广，可满足多种贵金属、精密合金连铸要求，能得到高质量的贵金属、精密合金连铸坯。
6.根据本发明所设计的连续铸造工艺要求而设计的连铸机，有如下优点：
①熔化保温炉、结晶器安装在密封的罐体中，连铸时，罐体内的空气从真空抽气管中被真空泵抽走，罐体内形成真空状态，从而实现在真空状态下进行熔化、保温、连铸的工艺要求，避免了在大气中进行连铸的缺点，保证了连铸坯的内在质量和表面质量。
②罐体上带有充气管接口，从这个接口可以向罐内充入保护气体，实现在保护气体保护下的连铸工艺。所用保护气体或是氮气、或是氩气或是二氧化碳气等气体。
③连铸机可以带有熔化炉，在熔化炉与熔化保温炉的罐体之间设有阀门或在同一罐体内的熔化炉与熔化保温炉之间设有隔板和阀门，使熔化炉和熔化保温炉的罐体可以互相分隔或连通，这样可以使熔化工序和保温工序分别在两台炉上进行，在熔化保温炉进行连铸工作时，熔化炉在进行下一炉的金属熔化，当熔化保温炉中金属液体将用完时，熔化炉中熔化完的金属液体及时补充到熔化保温炉中，这样可以实现连续不间断的连铸工作，提高连铸机工作效率。
④连铸机中的熔化炉或/和熔化保温炉可以采用中频感应炉或高频感应炉，使金属熔化速度加快，并利用电磁搅拌作用搅拌金属液体，提高金属的均匀性。
在熔化保温炉的出口上带有感应线圈时，可以保持出口处的温度，使金属液体流动顺利。
⑤结晶器安装在可调支架上，可调支架由底架、滑板和螺杆组成，滑板上带有调整三个方向的螺杆，可以使滑板相对底座进行前后、左右、上下三个方向调整，结晶器安装在滑板上，通过调整滑板的位置，就可以使滑板上的结晶器位置随之调整，使结晶器与熔化保温炉的出炉口正确联接，以保证连铸顺利进行。
⑥在结晶器之后可以安装冷却器，冷却器有两种形式，辊轮式和夹板式，辊轮式是由一对辊轮夹住金属铸坯，辊轮中通水冷却，进而冷却铸坯；夹板式是由两块压板夹住金属铸坯，金属铸坯在压板中滑动，压板上带有冷却水管，对压板进行冷却，进而冷却铸坯。使用冷却器，可使铸坯迅速冷却，提高铸坯质量，还可以避免热的铸坯损坏出料口处的密封圈。
⑦熔化炉或/和熔化保温炉上带有测温传感器，可以与温度控制仪相联，对熔化温度、保温温度进行自动控制。
⑧连铸机还可以带有卷取机，卷取机安装在牵引机之后，使铸坯自动卷成卷，便于运输和存放。
图1是第一种连铸机的结构示意图。
图2是第二种连铸机的结构示意图。
图3是第三种连铸机的结构示意图。
下面结合实施例和附图对本发明作详细的说明。
实施例1
一种Ag-28Cu合金的连续铸造，使用本发明所设计的连铸机，其工艺如下：
(1)将原料放入熔化保温炉中；
(2)将装有熔化保温炉和结晶器的罐体封闭后抽真空，真空度为80～10Pa；
(3)熔化，采用电阻炉作熔化保温炉，升温至900±60℃，并保持罐内真空；
(4)保温，在900±60℃温度下保温20分钟，并保持罐内真空；
(5)通过结晶器进行连续铸造，并保持罐内真空。
在连铸时，由牵引机对铸坯进行牵引拉出。
Ag-28Cu合金一般随Ag的含量增加，其液态合金吸气倾向逐渐严重，用普通连续铸造工艺连铸时，合金内含有气孔，影响铸坯质量。采用本发明所设计的连铸工艺后，合金内气孔减少，并消除了铸坯表面的氧化层与裂纹，使Ag-28Cu合金质量达到要求，并提高了合金的利用率。
实施例2
一种铝锂-1420合金焊丝的连续铸造工艺如下：
(1)将原料放入熔化保温炉中；
(2)将装有熔化保温炉和结晶器的罐体抽真空，真空度为230-70Pa；
(3)熔化，熔化用中频感应炉进行，熔化温度为800±50℃，并保持罐内真空；
(4)保温，保温温度为800±50℃，保温约30分钟；
(5)充气，向罐内充入氩气，充气压力为0.1±0.02MPa；
(6)通过结晶器进行连续铸造，并保持罐内充气；
(7)用冷却器对铸坯进行冷却。
在连铸时，用牵引机对铸坯进行牵引拉出。
铝锂合金在熔化连铸时，容易吸氢，产生偏析，用普通连铸工艺无法控制质量，采用本发明所设计的连铸工艺后，可以严格控制合金的含氢量，消除偏析，并防止易挥发元素的烧损，使铝锂合金顺利连铸。
实施例3
一种蒙乃尔合金连续铸造工艺如下：
(1)将原料放入熔化炉中；
(2)将装有熔化炉、结晶器和熔化保温炉的罐体抽真空，真空度为120-60Pa；
(3)充气，向罐内充入氮气，充气压力为0.1±0.02Mpa；
(4)熔化，采用中频炉熔化合金，熔化温度为1340±30℃，并保持罐内充气；
(5)保温，将熔化炉中的合金液体放入熔化保温炉中，在熔化保温炉中保温40分钟，保温温度为1520±40℃，并保持罐内充气；
(6)通过结晶器进行连续铸造，并保持罐内充气；
(7)用冷却器对铸坯进行冷却。
在连铸时，用牵引机对铸坯进行牵引拉出。
蒙乃尔合金在普通的熔化、铸造过程中，吸气多，易产生气孔，铸坯表面氧化严重，铸坯的材料需去除表皮后才能进行后续加工，材料的利用率较低。采用本发明所设计的连铸工艺后，消除了合金内的气孔，铸坯内组织致密，铸坯表面无氧化皮，提高了材料内在质量和表面质量。
实施例4
一种Pb-Ag-Cu合金的连续铸造工艺如下：
(1)将原料放入熔化保温炉中；
(2)将装有熔化保温炉和结晶器的罐体抽真空，真空度为10.3-13.3×10-1Pa；
(3)熔化，熔化采用高频感应炉，熔化温度为1000±50℃，并保持罐体内的真空；
(4)保温，保温温度为950±15℃，保温50分钟，并保持罐体内的真空；
(5)向罐内充入氦气，充气压力为0.005±0.003MPa；
(6)通过结晶器进行连铸，并保持罐体内的真空。
在连铸时，用牵引机对铸坯进行牵引拉出。
Pb-Ag-Cu合金在熔化时吸气现象比较严重，采用普通连铸工艺时，合金内部存在气孔，影响铸坯质量。采用本发明所设计的连铸工艺后，消除了铸坯内部气孔，提高了铸坯质量
实施例5
本实施例所述连铸机的结构示意见图1所示。
连铸机主要由熔化保温炉1、结晶器2和牵引机3组成，熔化保温炉1采用电阻炉，电阻炉由坩埚5和电阻丝6组成，结晶器2安装在熔化保温炉1的出炉口上。熔化保温炉1和结晶器2都安装在密封的罐体7中，罐体7上有真空抽气管接口8，其上有密封圈9，接口8用管道和阀门与真空泵相连(在图中真空泵、阀门未画出)。罐体7上还有加料口10，其上装有罐体7的上盖11，两者之间有密封圈12。罐体7上有电器接头13，电器接头13将罐内的电阻炉与罐外的电源相联接。罐体7上还有冷却水接口14，用以冷却结晶器、炉体等部件。罐体7上还有出料口15，出料口15上装有密封圈16，可以将连铸出的铸坯17与罐体7之间密封。在出料口15之外装有牵引机3，由牵引机3将铸坯17拉出。
连铸机工作时，先将原料放入熔化保温炉1的坩埚5中，将上盖11与罐体7连接密封，然后对罐体7内抽真空，接通熔化保温炉1的加热电源，熔化保温炉1加热升温，将原料熔化，熔化工作完成后，在熔化保温炉1中进行保温，再通过结晶器2进行连铸，连铸出的铸坯17通过出料口15送出罐体7，并进入牵引机3中，由牵引机3将铸坯连续拉出。
实施例6
本实施例所述连铸机的结构示意见图2所示
本实施例所述连铸机的结构与实施例5的基本相同，不同之处一是熔化保温炉1采用中频感应炉，中频感应炉由感应线圈4和坩埚5组成，感应线圈4的下部有开口，开口处的线圈上带有凹形段18(见图2和图3所示)，凹形段18线圈形成开口，开口中装有坩埚5的出炉口；二是结晶器2安装在可调支架19的滑板上，滑板上有调节前后方向、左右方向和上下方向的纵向调节螺杆20、横向调节螺杆21和竖向调节螺杆22，利用这些调节螺杆可以调节结晶器2相对坩埚5的出炉口位置，使结晶器2与出炉口紧密结合；三是罐体7上有充气管接口23，其上有密封圈24，充气管接口23通过管子和阀门与保护气体源相联接(在图中保护气体源、阀门未画出)；四是在结晶器2之后装有两个冷却器25，冷却器25中有上下两层冷却板26，冷却板26中通冷却水，在冷却板26的表面装有石墨板27，上层冷却板26与支架28之间装有弹簧29；五是出料口15的密封是由填料密封和密封圈16组成的组合密封30。
本实施例所述连铸机的工作原理与实施例5所述基本相同，不同之处一是由于采用中频感应炉作熔化保温炉1，加热升温快，熔化时间短，由于电磁搅拌作用，合金成份均匀；二是罐体7上带有充气管接口23，通过这个接口23可向罐体7内充入保护气体，可实现在保护气体保护下的熔化、保温、连铸工作，连铸速度快，铸坯冷却快，铸坯内部组织致密，质量好；三是带有冷却器25，对铸坯17进行强制冷却，冷却效果好；四是出料口15处使用组合密封30，增强罐体7的密封性能。
实施例7
本实施例所述连铸机的结构示意见图3所示。
本实施例所述连铸机的结构与实施例6所述的基本相同，不同之处一是增加了熔化炉31，将熔化炉31安装在熔化保温炉1的上面，结晶器2安装在熔化保温炉1的出炉口处，熔化炉31和熔化保温炉1均采用高频感应炉；二是熔化炉31与熔化保温炉1之间的罐体7中有隔板32，隔板32的上面装有阀门33，在熔化炉31的出炉口与阀门33之间有流槽34，用于将熔化炉31中熔化的金属液体导流到熔化保温炉1中，当阀门33打开时，熔化的金属液体可以通过阀门33流入熔化保温炉1中，当阀门33关闭时，可以将罐体7分为互相隔离的上下两部分，这两个部分可以分别通过各自的真空抽气管接口8抽真空，也可以分别通过各自的充气管接口23向各自部分的罐体充气；三是冷却器25是由一对滚轮35组成，滚轮35安装在支架28上，滚轮35中通冷却水，滚轮35压在铸坯17上，对铸坯17进行强制冷却；四是在牵引机3之后装有卷取机36，卷取机36将铸坯17弯曲并盘成卷，以便于搬运；五是在熔化炉31和熔化保温炉1上装测温传感器37，测温传感器37与温度控制仪相联；六是在感应线圈4的开口处装有补偿线圈38；七是熔化保温炉的出炉口带有感应线圈39。
本实施例所述连铸机的工作原理与实施例6所述基本相同，不同之处一是连铸机中增加了熔化炉31，熔化炉31熔化完金属后，可以将熔化的金属液体送到熔化保温炉1中进行保温，再通过结晶器2进行连铸，而熔化炉31可以熔化另一炉金属，熔化炉31与熔化保温炉1配合使用，可以实现连续不间断地连铸，提高连铸机的生产效率；二是熔化炉31和熔化保温炉1上装有测温传感器37，可以与温度控制仪相联，自动测量并控制炉温；三是在感应线圈4的开口处装有补偿线圈38，可以对感应线圈4的开口处因线圈距离加大而减少的磁场进行补偿；四是熔化保温炉的出炉口处的感应线圈可以对出炉口加温，维持出炉口处的温度，使金属液体流动顺利。
Claims (24)
1.一种连续铸造工艺，其特征是：包括下述工序：
(1)向熔化保温炉中加入原料；
(2)将安装有熔化保温炉和结晶器的罐体抽真空，真空度为500-10-2Pa；
(3)熔化，熔化温度为500-2100℃，熔化时保持真空；
(4)保温温度为500-2100℃，保温时间为20-50分钟，保温时保持真空；
(5)经过结晶器进行连续铸造，连续铸造时保持真空。
2.根据权利要求1所述的一种连续铸造工艺，其特征是：在熔化炉中进行熔化工序，然后将熔化的金属液体装入熔化保温炉中进行保温，熔化炉装在罐体中。
3.根据权利要求1或2所述的一种连续铸造工艺，其特征是：在熔化工序前或熔化工序后，或在保温工序完成后，向罐体内充入保护气体，充气压力为0.001-1MPa。
4.根据权利要求1或2所述的一种连续铸造工艺，其特征是：在结晶器出口之后装有冷却器，对铸坯进行冷却。
5.根据权利要求1或2所述的一种连续铸造工艺，其特征是：采用中频感应炉或高频感应炉作熔化炉或/和熔化保温炉，在感应线圈的中部或下部带有开口，在开口中安装出炉口。
6.根据权利要求1或2所述的一种连续铸造工艺，其特征是：所述罐体内的真空度为200～10-2Pa。
7.根据权利要求1或2所述的一种连续铸造工艺，其特征是：所述熔化温度为800℃～1600℃。
8.根据权利要求1或2所述的一种连续铸造工艺，其特征是：所述保温温度为800℃～1600℃。
9.根据权利要求3所述的一种连续铸造工艺，其特征是：所述充气压力为0.01-0.2MPa。
10.一种实现权利要求1所述连续铸造工艺的连铸机，主要由熔化保温炉、结晶器和牵引机组成，结晶器安装在熔化保温炉出口上，其特征是：熔化保温炉和结晶器安装在密封的罐体中，罐体上有真空抽气管接口、加料口、出料口、电器接头和冷却水管接口，出料口处装有密封圈，牵引机安装在罐体的出料口外。
11.根据权利要求10所述的连铸机，其特征是：所述连铸机带有熔化炉，熔化炉装在密封罐体中，安装熔化炉的罐体上有真空抽气管接口，加料口、出料口、电器接头和冷却水管接口，出料口处装有阀门，阀门的一端与装有熔化保温炉的罐体上的加料口相联接。
12.根据权利要求11所述的连铸机，其特征是：熔化炉安装在装有熔化保温炉的罐体内，熔化炉安装在熔化保温炉之前，熔化炉与熔化保温炉之间的罐体上装有隔板和阀门。
13.根据权利要求10或11所述的连铸机，其特征是：罐体上装有充气管接口。
14.根据权利要求10或11所述的连铸机，其特征是：所述熔化炉或/和熔化保温炉为中频感应炉或高频感应炉，其感应线圈的中部或下部带有开口，开口处的线圈间距大于线圈上其它处的线圈间距，开口处的线圈上带有凹形段，凹形段的线圈组成开口。
15.根据权利要求14所述的连铸机，其特征是：在线圈的开口处装有补偿线圈。
16.根据权利要求14所述的连铸机，其特征是：在熔化保温炉的出口上带有感应线圈。
17.根据权利要求10或11所述的连铸机，其特征是：结晶器安装在可调支架上，可调支架由底架、滑板和螺杆组成，在滑板和底架之间装有纵向调节螺杆、横向调节螺杆和竖向调节螺杆，结晶器装在滑板上。
18.根据权利要求10或11所述的连铸机，其特征是：在结晶器出口处装有冷却器，冷却器由至少一对辊轮和支架组成，辊轮装在支架上，辊轮中间是空心的，辊轮两端装有进出水管
19.根据权利要求10或11所述的连铸机，其特征是：在结晶出口处装有冷却器，冷却器由至少一对压板和支架组成，压板是中空的，压板上带有进出水管，压板安装在支架上，支架上带有弹簧，弹簧压在压板上。
20.根据权利要求19所述的连铸机，其特征是：所述压板表面带有石墨板。
21.根据权利要求10或11所述的连铸机，其特征是：所述熔化炉或/和熔化保温炉带有测温传感器和温度控制仪。
22.根据权利要求10或11所述的连铸机，其特征是：所述出料口的密封是由填料密封组成的组合式密封。
23.根据权利要求10或11所述的连铸机，其特征是：所述连铸机带有真空泵和阀门，真空泵通过阀门与安装熔化炉或/和熔化保温炉的罐体上的真空抽气管接口相联。
24.根据权利要求10或11所述的连铸机，其特征是：所述连铸机带有卷取机。
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