专利名称：镁合金潜流式水平连铸机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种材料制备技术领域的设备，具体是一种镁合金潜流式水平连铸机。
背景技术：
镁是地球上储量最丰富的元素之一，约占地壳质量的2.35％，镁比重只有1.74，仅相当于铝的2/3，铁的1/4，镁合金具有比强度比刚度高、导热导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽、易加工成形和容易回收等优点，可广泛地用于汽车、航空航天、电子以及军工等行业中，达到有效降低寿命周期能耗的目的。但是，目前90％镁合金零部件采用压铸法生产，随着镁合金应用范围的扩大，据估计镁合金变形产品(如挤压型材、轧制、冲压、锻造零件)将成为其发展趋势，而生产各种挤压型材等变形产品则必需优质的镁合金连铸坯料表面光洁、内部组织均匀细小、洁净和偏析小。
连铸机组作为生产各种连铸坯的必要设备，现有技术中已有研究，如生产铸钢的立式连铸机、弧形连铸机和水平连铸机等，生产电工铜杆的上引连铸机，生产铝锭的立式半连续铸造机和水平连铸机等。但由于镁合金具有非常活泼的化学性质，极易与氧反应产生氧化、燃烧，且镁液与水接触亦有发生“氢爆”的危险，目前生产钢、铜、铝的连铸机由于没有专用的防护措施，无法避免镁合金液与氧气的接触以及镁液见水的可能性因而不适用于镁合金的连铸。70年代曾有关于立式镁合金连铸机的报道，但这种连铸机仍然采用直接喷水方式进行二次冷却，一旦拉铸失败，易发生金属镁液与冷却水接触而导致“氢爆”的危险，同时，立式连铸机的连铸坯长度受其设备限制而很有限，生产效率低，实际上只是一种半连铸生产，无法实现真正的连续铸造。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN01105715.7，名称为镁合金专用水平连铸机，该专利中炉体内放置带有密封盖和保护气体输入装置的坩埚，坩埚下方设有覆盖熔剂池，浇注炉侧部浇注口的外沿水平方向安装有组合式结晶器，结晶器采用石墨导流套与紫铜内套以及钢质外套构成的组合式结构，牵引机构采用直流电机带动的链轮式结构。设备工艺思路很好，但是存在设备复杂、熔体传输通道易损坏、高温维修困难等缺点而没有实现工业化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种镁合金潜流式水平连铸机。熔炼好后的熔体经过潜流式通道，直接进入结晶器凝固成型，连续拉制出各种形状的优质镁合金铸坯。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括熔化炉、气体保护机构、熔体塞堵机构、潜流式通道、结晶器及辊式牵引机构。熔化炉放置在地面上，用于熔炼、净化、静止和保温镁合金熔体；气体保护机构置于熔化炉上方，将外界气瓶输送来的气体混合后送入熔化炉坩埚内，形成气体保护熔炼环境；熔体塞堵机构焊接在熔化炉坩埚内侧下部，起到开关镁合金熔体的作用，并与熔化炉内的潜流式通道水平连通。潜流式通道与熔化炉外的结晶器水平连通，都通过法兰盘用螺丝与熔化炉固定在一起，潜流式通道与结晶器分别用以流经和凝固镁合金熔体；辊式牵引机构与熔化炉、潜流式通道和结晶器保持同一直线水平，设置在地面上，将凝固后的锭坯从结晶器内连续拉出。
所述的熔化炉包括炉体、坩埚、电阻丝托盘、电阻丝、坩埚座和泄漏口。炉体位于熔化炉外部，包括炉壁、炉底和保温材料，用钢板焊接而成的圆柱形铁桶为炉壁，铁桶底为炉底，炉壁内和炉底上砌有一层保温材料；坩埚位于炉体空腔的中部，由低碳钢焊接而成，是与镁合金熔体直接接触的容器，且有可移动的炉盖，坐落于坩埚座上，坩埚座与炉底焊接固定。电阻丝位于炉体与坩埚之间，置于电阻丝托盘上，而电阻丝托盘与炉体的保温材料通过高温胶固定在一起。在炉底侧面开有泄漏口，用于排出坩埚损坏后流出的熔体。
所述的熔体塞堵机构，包括堵头和塞棒。在坩埚内侧下部焊接堵头，不锈钢做成，堵头中空，可用以流经镁合金熔体，上部接口呈锥形，竖直布置，塞棒头也呈锥形，外界压力作用下塞棒堵死上部接口，阻止坩埚内的熔体流经；堵头下部接口呈楔形，水平布置。
所述的潜流式通道是一个中空的不锈钢管，一端呈楔形，与堵头的下部接口相配合，另一端带法兰盘。
所述的结晶器与潜流式通道相连，分为外套和内套。内套热装石墨套，石墨套与高温熔体接触形成一次冷却，且沿铸造方向石墨套逐渐减薄，一次冷却由弱到强。靠潜流式通道一侧的外套上带有法兰盘。外套和内套之间是水腔，通以冷却水，冷却水从结晶器尾端喷出冷却锭坯，形成二次冷却。
所述辊式牵引机构的上、下牵引辊的辊形与所铸造的锭坯形状相同，几何中心与结晶器的几何中心在同一水平高度上，通过直流电机驱动牵引辊。
工作时，首先采用塞棒堵住堵头的上部接口，对电阻丝通以不同大小的电流，在熔化炉中坩埚内熔炼、净化、静止和保温镁合金熔体。松动塞棒，熔体通过潜流式通道直接进入结晶器内。对结晶器通以冷却水，合金熔体与石墨套接触获得一次冷却，形成凝固壳，然后与结晶器水套喷出的冷却水接触获得二次冷却，最终凝固成镁合金锭坯，同时开动拉坯系统，通过牵引辊转动连续拉制锭坯。
本发明最大的优点是熔炼好后的镁合金熔体经过潜流式通道，直接进入结晶器凝固成型，杜绝了铸造过程中熔体与空气接触而产生氧化燃烧污染，最终拉制出各种形状的优质镁合金铸坯。设计精巧，便于潜流式通道和结晶器的安装、拆卸、清理和替换；结构紧凑、占地面积，成本低的优势，特别适合中小型企业。
本发明适合于镁合金的连续铸造，生产规格40-200mm直径的圆坯、断面10-200mm×100-300mm的方坯。
图1为本发明结构示意图具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括熔化炉、气体保护机构、熔体塞堵结构、潜流式通道、结晶器及辊式牵引机构。
所述的熔化炉(单次熔炼镁合金熔体300-2000kg，适合不同规模的企业)可作为一个整体坐落在地面上，包括炉体1、坩埚4、电阻丝5、电阻丝托盘12、坩埚座13和泄漏口14。炉体1位于熔化炉外部，包括炉壁、炉底和保温材料，用6-8mm钢板焊接而成的圆柱形铁桶为炉壁，铁桶底为炉底，炉壁内和炉底上均砌有一层100mm厚的保温材料；坩埚4位于炉体1的空腔中部，由15-20mm厚低碳钢焊接而成，是熔炼镁合金熔体的容器，且有可移动的炉盖，坐落于坩埚座13上，坩埚座13与炉体1的炉底焊接固定。电阻丝5位于炉体1与坩埚4之间，功率80-400KW，置于电阻丝托盘12上，而电阻丝托盘12与炉体1的保温材料通过高温胶固定在一起。在炉体1的炉壁底开有泄漏口14，一旦坩埚4损坏后排出泄漏的熔体。
所述的气体保护机构2置于炉体1上方，将外界气瓶输送而来的FS6和CO2混合后通过10mm金属管送入到坩埚4内，防止熔体的氧化和燃烧。
所述的熔体塞堵机构包括堵头6和塞棒3，起到开关镁合金熔体的作用。在坩埚4内侧距离底部150mm高的位置焊接堵头6，不锈钢加工而成，堵头6中空孔直径40mm，可用以流经镁合金熔体，上接口呈锥形，竖直布置。直径为50mm的塞棒3头部也呈锥形，靠外界压力与锥形接口形成紧密配合，堵死坩埚4内的熔体；下接口水平布置，呈楔形，与潜流式通道7水平连通。
所述的潜流式通道7是一个中空的不锈钢管，内径50mm，用以流经镁合金熔体，一端呈楔形，与堵头6的下部接口相配合，另一端带法兰盘，用螺丝8通过该法兰盘将潜流式通道7与熔化炉1固定。
所述的结晶器9与潜流式通道7水平连通，是镁合金凝固的容器，由紫铜加工而成，壁厚5mm，分为外套和内套，用螺丝8通过外套上的法兰盘将结晶器9与熔化炉1固定。内套热装石墨套15，与高温熔体接触形成一次冷却，且沿铸造方向石墨套逐渐减薄，一次冷却由弱到强，有利于凝固壳的形成且不产生缺欠。外套和内套之间是水腔，通以冷却水，冷却水从结晶器9尾端喷出冷却锭坯10，形成二次冷却，冷却水压为1个水压，喷水的角度为15-20℃。结晶器9的内套和石墨套15的具体形状尺寸根据不同规格的产品设计，可以铸造40-200mm直径的圆坯和断面10-200mm×100-300mm的方坯。
所述的辊式牵引机构11坐落在地面上，结晶器9出来的凝固后的锭坯10接入辊式牵引机构11的牵引辊辊形中，辊形与锭坯10的形状相同，且辊形的几何中心与结晶器9的几何中心在同一高度上。通过直流电机带动牵引辊转动，靠摩擦力将锭坯10连续拉出。
权利要求
1.一种镁合金潜流式水平连铸机，包括熔化炉、气体保护机构、熔体塞堵机构、潜流式通道、结晶器及辊式牵引机构，其特征在于熔化炉放置在地面上，用于熔炼、净化、静止和保温镁合金熔体，气体保护机构置于熔化炉上方，将外界气瓶输送来的气体混合后送入熔化炉坩埚内，熔体塞堵机构焊接在熔化炉坩埚内侧下部，起到开关镁合金熔体的作用，并与熔化炉内的潜流式通道水平连通，潜流式通道与熔化炉外的结晶器水平连通，潜流式通道与结晶器都通过法兰盘用螺丝与熔化炉固定在一起，潜流式通道与结晶器分别用以流经和凝固镁合金熔体，辊式牵引机构与熔化炉、潜流式通道和结晶器保持同一直线水平，设置在地面上，将凝固后的锭坯从结晶器内连续拉出。
2.根据权利要求1所述的镁合金潜流式水平连铸机，其特征是，所述的熔化炉包括炉体、坩埚、电阻丝托盘、电阻丝、坩埚座和泄漏口，炉体位于熔化炉外部，包括炉壁、炉底和保温材料，用钢板焊接而成的圆柱形铁桶为炉壁，铁桶底为炉底，炉壁内和炉底上砌有一层保温材料，坩埚位于炉体空腔的中部，是与镁合金熔体直接接触的容器，且有可移动的炉盖，坐落于坩埚座上，坩埚座与炉底焊接固定，电阻丝位于炉体与坩埚之间，置于电阻丝托盘上，而电阻丝托盘与炉体的保温材料通过高温胶固定在一起，在炉底侧面开有泄漏口，用于排出坩埚损坏后流出的熔体。
3.根据权利要求2所述的镁合金潜流式水平连铸机，其特征是，所述炉壁和炉底用6-8mm钢板焊接而成，保温材料厚100mm；坩埚由15-20mm厚低碳钢焊接而成，电阻丝功率80-400KW。
4.根据权利要求1所述的镁合金潜流式水平连铸机，其特征是，所述的熔体塞堵机构，包括堵头和塞棒，在坩埚内侧下部焊接堵头，堵头中空，上部接口呈锥形，竖直布置，塞棒头也呈锥形，外界压力作用下塞棒堵死上部接口，堵头下部接口呈楔形，水平布置。
5.根据权利要求4所述的镁合金潜流式水平连铸机，其特征是，所述塞棒直径为50mm。
6.根据权利要求1所述的镁合金潜流式水平连铸机，其特征是，所述的潜流式通道是一个中空的不锈钢管，一端呈楔形，与堵头的下部接口相配合，另一端带法兰盘。
7.根据权利要求1所述的镁合金潜流式水平连铸机，其特征是，所述的结晶器与潜流式通道相连，分为外套和内套，内套热装石墨套，石墨套与高温熔体接触形成一次冷却，且沿铸造方向石墨套逐渐减薄，一次冷却由弱到强；靠潜流式通道一侧的外套上带有法兰盘，外套和内套之间是水腔，通以冷却水，冷却水从结晶器尾端喷出冷却锭坯，形成二次冷却。
8.根据权利要求1或者7所述的镁合金潜流式水平连铸机，其特征是，所述潜流式通道，内径50mm。
9.根据权利要求1或者7所述的镁合金潜流式水平连铸机，其特征是，所述结晶器由紫铜加工而成，壁厚5mm。
10.根据权利要求1所述的镁合金潜流式水平连铸机，其特征是，所述辊式牵引机构的上、下牵引辊的辊形与所铸造的锭坯形状相同，几何中心与结晶器的几何中心在同一水平高度上，通过直流电机驱动牵引辊。
全文摘要
一种镁合金潜流式水平连铸机，用于材料制备技术领域。本发明中，熔化炉放置在地面上，用于熔炼、净化、静止和保温镁合金熔体，气体保护机构置于熔化炉上方，将外界气瓶输送来的气体混合后送入熔化炉坩埚内，熔体塞堵机构焊接在熔化炉坩埚内侧下部，潜流式通道与熔化炉外的结晶器水平连通，潜流式通道与结晶器都通过法兰盘用螺丝与熔化炉固定在一起，潜流式通道与结晶器分别用以流经和凝固镁合金熔体，辊式牵引机构与熔化炉、潜流式通道和结晶器保持同一直线水平，设置在地面上。本发明杜绝了铸造过程中熔体与空气接触而产生氧化燃烧污染，便于潜流式通道和结晶器的安装、拆卸、清理和替换；结构紧凑、占地面积，成本低。
文档编号B22D11/045GK1943911SQ20061011788
公开日2007年4月11日 申请日期2006年11月2日 优先权日2006年11月2日
发明者董杰, 曾小勤, 彭立明, 张平, 丁文江, 杨建新, 颜文辉, 王树琪 申请人:上海交通大学