專利名稱：鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料制備技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備，具體是一種鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)。
背景技術(shù)：
鎂是地球上儲(chǔ)量最豐富的元素之一，約占地殼質(zhì)量的2.35％，鎂比重只有1.74，僅相當(dāng)于鋁的2/3，鐵的1/4，鎂合金具有比強(qiáng)度比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、阻尼減振、電磁屏蔽、易加工成形和容易回收等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛地用于汽車、航空航天、電子以及軍工等行業(yè)中，達(dá)到有效降低壽命周期能耗的目的。但是，目前90％鎂合金零部件采用壓鑄法生產(chǎn)，隨著鎂合金應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，據(jù)估計(jì)鎂合金變形產(chǎn)品(如擠壓型材、軋制、沖壓、鍛造零件)將成為其發(fā)展趨勢(shì)，而生產(chǎn)各種擠壓型材等變形產(chǎn)品則必需優(yōu)質(zhì)的鎂合金連鑄坯料表面光潔、內(nèi)部組織均勻細(xì)小、潔凈和偏析小。
連鑄機(jī)組作為生產(chǎn)各種連鑄坯的必要設(shè)備，現(xiàn)有技術(shù)中已有研究，如生產(chǎn)鑄鋼的立式連鑄機(jī)、弧形連鑄機(jī)和水平連鑄機(jī)等，生產(chǎn)電工銅桿的上引連鑄機(jī)，生產(chǎn)鋁錠的立式半連續(xù)鑄造機(jī)和水平連鑄機(jī)等。但由于鎂合金具有非?；顫姷幕瘜W(xué)性質(zhì)，極易與氧反應(yīng)產(chǎn)生氧化、燃燒，且鎂液與水接觸亦有發(fā)生“氫爆”的危險(xiǎn)，目前生產(chǎn)鋼、銅、鋁的連鑄機(jī)由于沒有專用的防護(hù)措施，無法避免鎂合金液與氧氣的接觸以及鎂液見水的可能性因而不適用于鎂合金的連鑄。70年代曾有關(guān)于立式鎂合金連鑄機(jī)的報(bào)道，但這種連鑄機(jī)仍然采用直接噴水方式進(jìn)行二次冷卻，一旦拉鑄失敗，易發(fā)生金屬鎂液與冷卻水接觸而導(dǎo)致“氫爆”的危險(xiǎn)，同時(shí)，立式連鑄機(jī)的連鑄坯長(zhǎng)度受其設(shè)備限制而很有限，生產(chǎn)效率低，實(shí)際上只是一種半連鑄生產(chǎn)，無法實(shí)現(xiàn)真正的連續(xù)鑄造。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利公開號(hào)CN01105715.7，名稱為鎂合金專用水平連鑄機(jī)，該專利中爐體內(nèi)放置帶有密封蓋和保護(hù)氣體輸入裝置的坩堝，坩堝下方設(shè)有覆蓋熔劑池，澆注爐側(cè)部澆注口的外沿水平方向安裝有組合式結(jié)晶器，結(jié)晶器采用石墨導(dǎo)流套與紫銅內(nèi)套以及鋼質(zhì)外套構(gòu)成的組合式結(jié)構(gòu)，牽引機(jī)構(gòu)采用直流電機(jī)帶動(dòng)的鏈輪式結(jié)構(gòu)。設(shè)備工藝思路很好，但是存在設(shè)備復(fù)雜、熔體傳輸通道易損壞、高溫維修困難等缺點(diǎn)而沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)。熔煉好后的熔體經(jīng)過潛流式通道，直接進(jìn)入結(jié)晶器凝固成型，連續(xù)拉制出各種形狀的優(yōu)質(zhì)鎂合金鑄坯。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括熔化爐、氣體保護(hù)機(jī)構(gòu)、熔體塞堵機(jī)構(gòu)、潛流式通道、結(jié)晶器及輥式牽引機(jī)構(gòu)。熔化爐放置在地面上，用于熔煉、凈化、靜止和保溫鎂合金熔體；氣體保護(hù)機(jī)構(gòu)置于熔化爐上方，將外界氣瓶輸送來的氣體混合后送入熔化爐坩堝內(nèi)，形成氣體保護(hù)熔煉環(huán)境；熔體塞堵機(jī)構(gòu)焊接在熔化爐坩堝內(nèi)側(cè)下部，起到開關(guān)鎂合金熔體的作用，并與熔化爐內(nèi)的潛流式通道水平連通。潛流式通道與熔化爐外的結(jié)晶器水平連通，都通過法蘭盤用螺絲與熔化爐固定在一起，潛流式通道與結(jié)晶器分別用以流經(jīng)和凝固鎂合金熔體；輥式牽引機(jī)構(gòu)與熔化爐、潛流式通道和結(jié)晶器保持同一直線水平，設(shè)置在地面上，將凝固后的錠坯從結(jié)晶器內(nèi)連續(xù)拉出。
所述的熔化爐包括爐體、坩堝、電阻絲托盤、電阻絲、坩堝座和泄漏口。爐體位于熔化爐外部，包括爐壁、爐底和保溫材料，用鋼板焊接而成的圓柱形鐵桶為爐壁，鐵桶底為爐底，爐壁內(nèi)和爐底上砌有一層保溫材料；坩堝位于爐體空腔的中部，由低碳鋼焊接而成，是與鎂合金熔體直接接觸的容器，且有可移動(dòng)的爐蓋，坐落于坩堝座上，坩堝座與爐底焊接固定。電阻絲位于爐體與坩堝之間，置于電阻絲托盤上，而電阻絲托盤與爐體的保溫材料通過高溫膠固定在一起。在爐底側(cè)面開有泄漏口，用于排出坩堝損壞后流出的熔體。
所述的熔體塞堵機(jī)構(gòu)，包括堵頭和塞棒。在坩堝內(nèi)側(cè)下部焊接堵頭，不銹鋼做成，堵頭中空，可用以流經(jīng)鎂合金熔體，上部接口呈錐形，豎直布置，塞棒頭也呈錐形，外界壓力作用下塞棒堵死上部接口，阻止坩堝內(nèi)的熔體流經(jīng)；堵頭下部接口呈楔形，水平布置。
所述的潛流式通道是一個(gè)中空的不銹鋼管，一端呈楔形，與堵頭的下部接口相配合，另一端帶法蘭盤。
所述的結(jié)晶器與潛流式通道相連，分為外套和內(nèi)套。內(nèi)套熱裝石墨套，石墨套與高溫熔體接觸形成一次冷卻，且沿鑄造方向石墨套逐漸減薄，一次冷卻由弱到強(qiáng)?？繚摿魇酵ǖ酪粋?cè)的外套上帶有法蘭盤。外套和內(nèi)套之間是水腔，通以冷卻水，冷卻水從結(jié)晶器尾端噴出冷卻錠坯，形成二次冷卻。
所述輥式牽引機(jī)構(gòu)的上、下牽引輥的輥形與所鑄造的錠坯形狀相同，幾何中心與結(jié)晶器的幾何中心在同一水平高度上，通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)牽引輥。
工作時(shí)，首先采用塞棒堵住堵頭的上部接口，對(duì)電阻絲通以不同大小的電流，在熔化爐中坩堝內(nèi)熔煉、凈化、靜止和保溫鎂合金熔體。松動(dòng)塞棒，熔體通過潛流式通道直接進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)。對(duì)結(jié)晶器通以冷卻水，合金熔體與石墨套接觸獲得一次冷卻，形成凝固殼，然后與結(jié)晶器水套噴出的冷卻水接觸獲得二次冷卻，最終凝固成鎂合金錠坯，同時(shí)開動(dòng)拉坯系統(tǒng)，通過牽引輥轉(zhuǎn)動(dòng)連續(xù)拉制錠坯。
本發(fā)明最大的優(yōu)點(diǎn)是熔煉好后的鎂合金熔體經(jīng)過潛流式通道，直接進(jìn)入結(jié)晶器凝固成型，杜絕了鑄造過程中熔體與空氣接觸而產(chǎn)生氧化燃燒污染，最終拉制出各種形狀的優(yōu)質(zhì)鎂合金鑄坯。設(shè)計(jì)精巧，便于潛流式通道和結(jié)晶器的安裝、拆卸、清理和替換；結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積，成本低的優(yōu)勢(shì)，特別適合中小型企業(yè)。
本發(fā)明適合于鎂合金的連續(xù)鑄造，生產(chǎn)規(guī)格40-200mm直徑的圓坯、斷面10-200mm×100-300mm的方坯。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例包括熔化爐、氣體保護(hù)機(jī)構(gòu)、熔體塞堵結(jié)構(gòu)、潛流式通道、結(jié)晶器及輥式牽引機(jī)構(gòu)。
所述的熔化爐(單次熔煉鎂合金熔體300-2000kg，適合不同規(guī)模的企業(yè))可作為一個(gè)整體坐落在地面上，包括爐體1、坩堝4、電阻絲5、電阻絲托盤12、坩堝座13和泄漏口14。爐體1位于熔化爐外部，包括爐壁、爐底和保溫材料，用6-8mm鋼板焊接而成的圓柱形鐵桶為爐壁，鐵桶底為爐底，爐壁內(nèi)和爐底上均砌有一層100mm厚的保溫材料；坩堝4位于爐體1的空腔中部，由15-20mm厚低碳鋼焊接而成，是熔煉鎂合金熔體的容器，且有可移動(dòng)的爐蓋，坐落于坩堝座13上，坩堝座13與爐體1的爐底焊接固定。電阻絲5位于爐體1與坩堝4之間，功率80-400KW，置于電阻絲托盤12上，而電阻絲托盤12與爐體1的保溫材料通過高溫膠固定在一起。在爐體1的爐壁底開有泄漏口14，一旦坩堝4損壞后排出泄漏的熔體。
所述的氣體保護(hù)機(jī)構(gòu)2置于爐體1上方，將外界氣瓶輸送而來的FS6和CO2混合后通過10mm金屬管送入到坩堝4內(nèi)，防止熔體的氧化和燃燒。
所述的熔體塞堵機(jī)構(gòu)包括堵頭6和塞棒3，起到開關(guān)鎂合金熔體的作用。在坩堝4內(nèi)側(cè)距離底部150mm高的位置焊接堵頭6，不銹鋼加工而成，堵頭6中空孔直徑40mm，可用以流經(jīng)鎂合金熔體，上接口呈錐形，豎直布置。直徑為50mm的塞棒3頭部也呈錐形，靠外界壓力與錐形接口形成緊密配合，堵死坩堝4內(nèi)的熔體；下接口水平布置，呈楔形，與潛流式通道7水平連通。
所述的潛流式通道7是一個(gè)中空的不銹鋼管，內(nèi)徑50mm，用以流經(jīng)鎂合金熔體，一端呈楔形，與堵頭6的下部接口相配合，另一端帶法蘭盤，用螺絲8通過該法蘭盤將潛流式通道7與熔化爐1固定。
所述的結(jié)晶器9與潛流式通道7水平連通，是鎂合金凝固的容器，由紫銅加工而成，壁厚5mm，分為外套和內(nèi)套，用螺絲8通過外套上的法蘭盤將結(jié)晶器9與熔化爐1固定。內(nèi)套熱裝石墨套15，與高溫熔體接觸形成一次冷卻，且沿鑄造方向石墨套逐漸減薄，一次冷卻由弱到強(qiáng)，有利于凝固殼的形成且不產(chǎn)生缺欠。外套和內(nèi)套之間是水腔，通以冷卻水，冷卻水從結(jié)晶器9尾端噴出冷卻錠坯10，形成二次冷卻，冷卻水壓為1個(gè)水壓，噴水的角度為15-20℃。結(jié)晶器9的內(nèi)套和石墨套15的具體形狀尺寸根據(jù)不同規(guī)格的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可以鑄造40-200mm直徑的圓坯和斷面10-200mm×100-300mm的方坯。
所述的輥式牽引機(jī)構(gòu)11坐落在地面上，結(jié)晶器9出來的凝固后的錠坯10接入輥式牽引機(jī)構(gòu)11的牽引輥輥形中，輥形與錠坯10的形狀相同，且輥形的幾何中心與結(jié)晶器9的幾何中心在同一高度上。通過直流電機(jī)帶動(dòng)牽引輥轉(zhuǎn)動(dòng)，靠摩擦力將錠坯10連續(xù)拉出。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，包括熔化爐、氣體保護(hù)機(jī)構(gòu)、熔體塞堵機(jī)構(gòu)、潛流式通道、結(jié)晶器及輥式牽引機(jī)構(gòu)，其特征在于熔化爐放置在地面上，用于熔煉、凈化、靜止和保溫鎂合金熔體，氣體保護(hù)機(jī)構(gòu)置于熔化爐上方，將外界氣瓶輸送來的氣體混合后送入熔化爐坩堝內(nèi)，熔體塞堵機(jī)構(gòu)焊接在熔化爐坩堝內(nèi)側(cè)下部，起到開關(guān)鎂合金熔體的作用，并與熔化爐內(nèi)的潛流式通道水平連通，潛流式通道與熔化爐外的結(jié)晶器水平連通，潛流式通道與結(jié)晶器都通過法蘭盤用螺絲與熔化爐固定在一起，潛流式通道與結(jié)晶器分別用以流經(jīng)和凝固鎂合金熔體，輥式牽引機(jī)構(gòu)與熔化爐、潛流式通道和結(jié)晶器保持同一直線水平，設(shè)置在地面上，將凝固后的錠坯從結(jié)晶器內(nèi)連續(xù)拉出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，其特征是，所述的熔化爐包括爐體、坩堝、電阻絲托盤、電阻絲、坩堝座和泄漏口，爐體位于熔化爐外部，包括爐壁、爐底和保溫材料，用鋼板焊接而成的圓柱形鐵桶為爐壁，鐵桶底為爐底，爐壁內(nèi)和爐底上砌有一層保溫材料，坩堝位于爐體空腔的中部，是與鎂合金熔體直接接觸的容器，且有可移動(dòng)的爐蓋，坐落于坩堝座上，坩堝座與爐底焊接固定，電阻絲位于爐體與坩堝之間，置于電阻絲托盤上，而電阻絲托盤與爐體的保溫材料通過高溫膠固定在一起，在爐底側(cè)面開有泄漏口，用于排出坩堝損壞后流出的熔體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，其特征是，所述爐壁和爐底用6-8mm鋼板焊接而成，保溫材料厚100mm；坩堝由15-20mm厚低碳鋼焊接而成，電阻絲功率80-400KW。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，其特征是，所述的熔體塞堵機(jī)構(gòu)，包括堵頭和塞棒，在坩堝內(nèi)側(cè)下部焊接堵頭，堵頭中空，上部接口呈錐形，豎直布置，塞棒頭也呈錐形，外界壓力作用下塞棒堵死上部接口，堵頭下部接口呈楔形，水平布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，其特征是，所述塞棒直徑為50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，其特征是，所述的潛流式通道是一個(gè)中空的不銹鋼管，一端呈楔形，與堵頭的下部接口相配合，另一端帶法蘭盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，其特征是，所述的結(jié)晶器與潛流式通道相連，分為外套和內(nèi)套，內(nèi)套熱裝石墨套，石墨套與高溫熔體接觸形成一次冷卻，且沿鑄造方向石墨套逐漸減薄，一次冷卻由弱到強(qiáng)；靠潛流式通道一側(cè)的外套上帶有法蘭盤，外套和內(nèi)套之間是水腔，通以冷卻水，冷卻水從結(jié)晶器尾端噴出冷卻錠坯，形成二次冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或者7所述的鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，其特征是，所述潛流式通道，內(nèi)徑50mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或者7所述的鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，其特征是，所述結(jié)晶器由紫銅加工而成，壁厚5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，其特征是，所述輥式牽引機(jī)構(gòu)的上、下牽引輥的輥形與所鑄造的錠坯形狀相同，幾何中心與結(jié)晶器的幾何中心在同一水平高度上，通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)牽引輥。
全文摘要
一種鎂合金潛流式水平連鑄機(jī)，用于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中，熔化爐放置在地面上，用于熔煉、凈化、靜止和保溫鎂合金熔體，氣體保護(hù)機(jī)構(gòu)置于熔化爐上方，將外界氣瓶輸送來的氣體混合后送入熔化爐坩堝內(nèi)，熔體塞堵機(jī)構(gòu)焊接在熔化爐坩堝內(nèi)側(cè)下部，潛流式通道與熔化爐外的結(jié)晶器水平連通，潛流式通道與結(jié)晶器都通過法蘭盤用螺絲與熔化爐固定在一起，潛流式通道與結(jié)晶器分別用以流經(jīng)和凝固鎂合金熔體，輥式牽引機(jī)構(gòu)與熔化爐、潛流式通道和結(jié)晶器保持同一直線水平，設(shè)置在地面上。本發(fā)明杜絕了鑄造過程中熔體與空氣接觸而產(chǎn)生氧化燃燒污染，便于潛流式通道和結(jié)晶器的安裝、拆卸、清理和替換；結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積，成本低。
文檔編號(hào)B22D11/045GK1943911SQ20061011788
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者董杰, 曾小勤, 彭立明, 張平, 丁文江, 楊建新, 顏文輝, 王樹琪 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)