专利名称:复合物理场约束成形连续铸造铸铁空心型材的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于冶金铸造技术领域：
，涉及一种铸造铸铁空心型材的装 置，具体涉及一种复合物理场约束成形连续铸造铸铁空心型材的装置。
技术背景
水平连续铸造生产铸铁实心型材，因其具有节能节材和清洁环保生产的 特点近年来取得了长足的发展。而对于铸铁空心型材，采用传统的"下拉法"， 进行生产，该方法中所用装置的结晶器由内、外两层组成，并在两层之间形 成环缝，铁水注入该环缝中冷凝出管子，由拉拔机构从下方拉出，得到铸管。 但这种铸管存在很多铸造缺陷，不能作为"型材"使用，只能用于上下水管道。 目前主要利用离心装置生产铸铁空心型材，但该装置铸造的铸铁空心型材存 在尺寸和成分均匀性的局限，同时型材管壁心部疏松。
专利《低塑性金属空心型材的连铸成形装置》(申请号2007100118928.2， 公开号CN101134231A，
公开日2008.03.05)公开的一种连铸成形装置，很 好地解决了传统的离心装置生产空心型材所存在的问题，但该装置在连续铸 造过程中，铸管心部的液柱表面因散热结壳，导致有时会拉出实心型材，同 时浇注杯内的铁水因热量散失而凝固，影响连续铸造的顺利进行。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种复合物理场约束成形连续铸造铸铁空心 型材的装置，在连续拉拔铸造铸铁空心型材过程中，铸管心部液柱表面不会因散热结壳导致拉出实心型材，同时，保持浇注杯内铁水的高温，使其不发 生凝固，保证连续铸造的顺利进行。
本实用新型所采用的技术方案是， 一种复合物理场约束成形连续铸造铸 铁空心型材的装置，包括感应保温炉、密封炉盖、感应保温炉内放置的坩埚， 还包括穿过密封炉盖插入坩埚内的进/排气管、热电偶、升液管和浇注管，升 液管的上端面竖直对接有结晶器，浇注管的上端面竖直对接有浇注杯，结晶 器的外圆周环绕设置有磁场发生器。
本实用新型的特征还在于，
磁场发生器与结晶器的同轴度小于0.5mm。 结晶器采用奥氏体不锈钢制成，并在焊接加工后进行退火处理。 磁场发生器下端面与结晶器下法兰盘之间的距离为磁场发生器总高度 的1/4 1/3。
浇注杯的侧壁中环绕设置有槽，该槽内安装有碳硅棒加热器。 本实用新型装置在水冷结晶器的外围设置能够产生螺旋磁场的磁场发 生器，使进入结晶器的铁水在螺旋磁场的作用下发生旋转，保证了铸管心部 液柱表面不因散热结壳，而拉出实心型材，同时，在烧注杯的侧壁内设置碳 硅棒加热器，可使浇注杯内保持高温，防止铁水凝固，保证了拉拔连续铸造 的顺利进行。
图1是现有拉拔连续铸造铸铁空心型材装置的结构示意图； 图2是本实用新型装置的结构示意图。
图中，l.感应保温炉，2.坩埚，3.浇注管，4.密封炉盖，5.浇注杯，6.碳 硅棒加热器，7.进/排气管，8.热电偶，9.牵引辊，IO.空心型材，ll.磁场发生器，12.压紧螺钉，13.结晶器，14.升液管，15.铁水。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。 现有拉拔连续铸造铸铁空心型材装置的结构，如图1所示。包括感应保 温炉1、密封炉盖4、机械牵引机构和气压控制系统。感应保温炉1内放置 有埘埚2，密封炉盖4上加工有两粗两细四个孔，该两细孔内分别插入进/ 排气管7和热电偶8，插入处作高温密封；该两粗孔带有台阶，并分别竖直 插入用冶金工业水口材料制成的升液管14和浇注管3，升液管14和浇注管 3相平行，升液管14和浇注管3顶端的法兰盘坐在粗孔的台阶上，并用高温 耐火胶泥密封，升液管14和浇注管3的下端距坩埚2的底面50mm左右。 升液管14的法兰上竖直对接有结晶器13，并用高温耐火胶泥密封；浇注管 3的法兰面上竖直对接有浇注杯5，也用高温耐火胶泥密封。结晶器13和浇 注杯5均压紧在密封炉盖4上。密封炉盖4坐在坩埚2上沿，用高温耐火胶 泥密封，且用压紧螺钉12固定在感应保温炉1的台面上。这样当铁水15浇 入坩埚2后，密封炉盖4、坩埚2和铁水15的液面共同构成一个密闭室，当 压縮空气进入该密闭室后，迫使铁水15液面下降，铁水15从升液管14升 入结晶器13。
现有装置在拉拔连续铸造铸铁空心型材的过程中，铁水15进入结晶器 13后，在结晶器13中石墨套的内壁上凝固结壳，形成铸管的最外层，在铁 水15进一步凝固的情况下，铸管最外层中包裹的铁水15液柱的表面因散热 发生结壳，形成实心，导致拉拔出的不是空心型材。同时，浇注杯5内的高 温铁水因热量散失而凝固，影响拉拔铸造的顺利进行。
本实用新型装置的结构，如图2所示。在现有拉拔连续铸造铸铁空心型材装置的结构基础上进行了改进。在浇注杯5的侧壁中环绕设置有凹槽，该 凹槽内安装有碳硅棒加热器6。结晶器13的外围设置有环形的磁场发生器 11，结晶器13设置于磁场发生器11内，磁场发生器11与结晶器13的同轴 度小于0.5mm。磁场发生器11下端面与结晶器13下法兰盘之间的距离为磁 场发生器11总高度的1/4 1/3。
磁场发生器11能够产生螺旋磁场。由于结晶器13设置于磁场发生器11 内，为了解决磁屏蔽问题，结晶器11中的水冷套及其附件均采用奥氏体不 锈钢制成，并在焊接加工后进行退火处理，以保证奥氏体的顺磁性特征。已 经冷凝的温度在IOO(TC左右的管壳，其金相组织仍然是奥氏体组织，具有顺 磁性，而水冷套采用顺磁性材质，这样，螺旋磁场就可以穿透水冷套作用于 铁水15，使其旋转。
磁场发生器11下端与结晶器13的下法兰盘之间的距离使进入结晶器13 石墨套内的铁水液柱的下部(约占液柱总长度的1/4到1/3)不受磁场影响， 进而导致铁水15可以较快地在石墨套的内壁结晶冷凝出一层薄壳。
只需将石墨套的内孔加工成不同形状，即可拉制矩形、多边形或椭圆形 等等截面的空心型材。
浇注杯5环形外壁里面埋入碳硅棒加热器6，可以补偿铁水15热量的散 失，保证浇注杯5中铁水15的高温状态，以防其凝固。
本实用新型装置在连续铸造空心型材10的过程中，铁水15在压縮空气 作用下从升液管14底部进入结晶器13，进入结晶器13的铁水15， 一方面 在磁场发生器11产生的螺旋磁场的作用下发生旋转，另一方面在结晶器B 石墨套的内壁上冷凝结壳并逐渐增厚。螺旋磁场引致的铁水15旋转保证了 铁水15在石墨套内壁上结壳厚度的均匀一致，也保证了铸管心部液柱表面不会因散热结壳而导致拉出实心型材。
本实用新型装置由磁场发生器11产生的螺旋磁场、结晶器13的冷却作 用和铁水15的重力共同构成复合物理场，并通过该复合物理场作用于铁水 15制备空心型材10，其优势在于首先，由于结晶器13中通入冷却水，使 得铁水15的冷却速度很快，液柱心部的液体又可对冷凝结壳引起的体积收 縮进行及时补充，故所拉制的空心型材10极其致密；其次，从升液管14底 部进入结晶器13的铁水15，没有气体和轻质的浮渣裹挟进来，故铸造成的 空心型材10的内部无夹渣、气孔和疏松等缺陷；第三，螺旋磁场对凝固组 织有强烈的细化作用，进一步增强了空心型材10的强韧性。
本实用新型装置采用气压补偿法来维持结晶器13内铁水15液面高度的 恒定。通过气压控制系统实现装置内的气压补偿。在连铸过程中随着铁水15 的消耗，结晶器13中铁水15的液面就会降低，此时，气压控制系统执行进 气指令，将压縮空气通过进/排气管7通入坩埚2内，压縮空气压迫坩埚2 内铁水15的液面下降，维持结晶器13内的铁水15的液面始终位于与结晶 器13上法兰盘相平的高度。结晶器13中的铁水15液面的高度也是浇注杯5 中铁水15液面的高度，只需目测即可确定。
运用本实用新型装置拉制空心型材10，按下述步骤进行
1、 在感应炉坩埚2内预先放置少许生铁；
2、 坩埚2的口沿抹一层耐火胶泥，压上密封炉盖4，用压紧螺钉12压紧。
3、 密封炉盖4上两个台阶孔的台阶上抹一层耐火胶泥，分别插入升液 管14和浇注管3，并坐于孔的台阶上，升液管14的法兰上端面抹耐火胶泥， 将预先套好结晶器13对接其上，并压紧固定在密封炉盖4上。浇注管3法兰上端面抹耐火胶泥，将浇注杯5对接其上，也压紧固定于密封炉盖4上。
4、 将进/排气管7和热电偶8分别插入密封炉盖4的两个细孔，用耐火 棉塞紧密封，并分别与气压控制柜和温控仪连接。
5、 启动感应保温炉l，加热预先放置的生铁对炉膛进行烘烤，当从浇注 杯5看到浇注管3下半截温度达800°C以上时，停止加热，再次将压紧螺钉 12紧固一次，确保密封炉盖4密封。
6、 牵引机构夹持引锭杆下降，使引锭杆带有倒锥形引晶头的下端插入 结晶器13的l/3深处。
7、 根据所拉型材尺寸计算浇入铁水15的重量，将温度、成分合适并经 过孕育处理的铁水15从浇注杯5浇入坩埚2内。气压控制系统进气，待浇 注杯5中的液面升至与结晶器13上沿相当的位置时，停止加压进气。
8、 通过引锭杆上的观察槽窗并结合生产经验，待铁水15在引锭杆引晶 头的倒锥上凝固了 10mm以上厚度，启动牵引机构进行拉拔。随后恢复进气 过程，调整进气流量，让浇注杯5中铁水15液面保持恒定高度。根据空心 型材10刚出结晶器13后的温度颜色，及时调整拉拔速度、步长和间歇时间， 待稳定后切换到自动控制系统。
9、 根据热电偶检测的温度调整感应加热功率，使感应保温炉1内铁水 15的温度保持在共晶凝固点以上5(TC左右。
10、 根据所拉型材重量、炉膛尺寸和浇入铁水量测算，待炉膛内铁水15 液面接近升液管14下端时，向浇注杯5中浇入第二包铁水15，同时停止进 气，开动电气比例阀放气，放气流量同样以保证浇口杯中液面恒定为准。
11、 通过电压调节碳硅棒加热器6的功率，使其正好维持浇注杯5中所 盛铁水15处在初始温度(用红外测温仪测试)。12、 牵引机构将所拉的空心型材10持续不断地送至其上方的截K/卸料 机构。
13、 拉拔结束后，卸走结晶器13和浇注杯5，拔出热电偶8和进/排气 管7气管，松开压紧螺丝12，吊走密封炉盖4，倾倒出坩埚2内的剩余铁水 15。
权利要求
1.一种复合物理场约束成形连续铸造铸铁空心型材的装置，包括感应保温炉(1)、密封炉盖(4)、感应保温炉(1)内放置的坩埚(2)，还包括穿过密封炉盖(4)插入坩埚(2)内的进/排气管(7)、热电偶(8)、升液管(14)和浇注管(3)，升液管(14)的上端面竖直对接有结晶器(13)，浇注管(3)的上端面竖直对接有浇注杯(5)，其特征在于，所述结晶器(13)的外圆周环绕设置有磁场发生器(11)。
2. 根据权利要求
1所述的连续铸造铸铁空心型材的装置，其特征在于， 所述的磁场发生器(11)与结晶器(13)的同轴度小于0.5mm。
3. 根据权利要求
l所述的连续铸造铸铁空心型材的装置，其特征在于， 所述的结晶器(13)采用奥氏体不锈钢制成，并在焊接加工后进行退火处理。
4. 根据权利要求
1所述的连续铸造铸铁空心型材的装置，其特征在于， 所述的磁场发生器(11)的下端面与结晶器(13)下法兰盘之间的距离为磁 场发生器(11)总高度的1/4 1/3。
5. 根据权利要求
l、 2、 3或4所述的连续铸造铸铁空心型材的装置，其 特征在于，所述浇注杯(5)的侧壁中环绕设置有槽，该槽内安装有碳硅棒 加热器(6)。
专利摘要
本实用新型公开了一种复合物理场约束成形连续铸造铸铁空心型材的装置，包括感应保温炉、密封炉盖、感应保温炉内放置的坩埚，还包括穿过密封炉盖插入坩埚内的进/排气管、热电偶、升液管和浇注管，升液管的上端面竖直对接有结晶器，浇注管上端面竖直对接有浇注杯，结晶器的外圆周环绕设置有磁场发生器，结晶器采用奥氏体不锈钢制成，并在焊接加工后进行退火处理。本实用新型装置使结晶器中的铁水在温度场、螺旋磁场和重力场的复合作用下冷凝结壳，保证了铸管心部液柱表面不因散热结壳，而拉出实心型材，并使浇注杯内保持高温，防止铁水凝固，保证了拉拔连续铸造的顺利进行。
文档编号B22D11/14GKCN201371225SQ200920032006
公开日2009年12月30日 申请日期2009年2月25日
发明者扬 许 申请人:西安理工大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan