专利名称：镁合金专用水平连铸机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水平连铸机组，尤其涉及一种专用于镁合金连续铸造的水平连铸机，属于材料制备技术领域。
镁及其合金具低比重、高比强度和比刚度以及较低的原材料价格等显著优点，近二十年来镁合金的研究和应用日益受到材料学界和工业界的重视。随着人们环境保护意识的增强和节约能源的要求，汽车工业的发展趋势是汽车的轻型化，在保证汽车原有功能要求的情况下，尽可能采用轻合金(铝合金和镁合金)零部件代替汽车中大量使用的钢铁零部件，在这种情况下，镁合金日益成为钢铁部件的首选替代材料。镁合金的各种成型技术和设备也相应发展起来，目前镁合金零部件多数采用压铸法生产，但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。
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、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而不适用于镁合金的连铸。70年代曾有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。根据资料检索，目前国际上尚未见镁合金专用的水平连铸机组的报道。
本发明的目的是开发一种镁合金专用水平连铸机，以安全、高效地完成镁合金的熔炼、保护和连续浇注，并可拉制出各种形状的优质镁合金铸坯。
为实现这样的目的，本发明设计了一台专门适用于镁合金的连铸机组，由熔化炉、浇注炉、反压虹吸式输液管、气体保护机构、结晶器及链轮式牵引机构等几部分组成，熔化炉采用电阻丝加热，炉壳为钢板焊接而成的四方形结构，炉体内放置带有密封盖和保护气体输入装置的坩埚，炉体内坩埚下方设有覆盖熔剂池，这样可以保证镁合金在完全封闭和气体保护条件下熔炼，防止镁合金在熔化过程中氧化和燃烧，一旦坩埚发生漏液也有保护措施；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，既便于结晶器的安装、拆卸和替换，又有良好的冷却效果；牵引机构采用直流电机带动的链轮式结构，提供足够的牵引力把铸坯从结晶器内拉出，而且工作平稳，经济实用。
以下通过附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
图1是本发明的整体结构示意图。
如图所示，水平连铸机由熔化炉、浇注炉、输液管道、结晶器等部分组成，熔化炉中炉体1呈四方形结构，内衬保温耐火砖，在炉体1底部设有一个容纳覆盖熔剂的熔池2，在熔池之上再放置熔化坩埚3，坩埚上装有起密封作用的坩埚盖4，坩埚盖4与压缩空气输入管5、保护气体输入管6及金属液虹吸管7相连，虹吸管7一端插入坩埚内的金属液，另一端则连接到浇注炉9内，在浇注炉9内设有一个缓流槽10。在虹吸管7顶部安装有一个放气阀8，浇注炉上装有保护罩11，并配有一个保护气体输入装置12。在浇注炉9的侧部开有浇注口，并在浇注口外沿水平方向安装有组合式结晶器15，结晶器15通过密封毡23和节流球阀13与浇注炉9连接。二次冷却水喷嘴17通过波纹管16与结晶器相连，在结晶器15与二次冷却水喷嘴17之间构成封闭环境，通过喷嘴上的导入孔14导入保护气体，在高温铸坯18表面形成保护气氛，并且二次冷水喷嘴17的位置可以沿水平方向自由调整。在连铸坯18的下方设有水平方向的导轨20，导轨安装在角钢焊成的支架22上，由链轮21带动，在导轨、链轮与引晶锭19的共同作用下，镁合金铸坯由结晶器内连续拉出。
由图可见，一旦坩埚3由于长期使用及镁液腐蚀作用而发生镁合金液泄漏，泄漏的合金液直接漏入熔化炉底的熔池2内，熔池内的熔剂迅速将其覆盖，避免发生燃烧等危险。坩埚盖4起密封作用，把保护气体封闭在坩埚3内，缓流槽10的作用则是减轻从虹吸管7流出来的金属液对浇注炉熔体的冲击。放气阀8的作用是，当连铸结束时，通过开启放气阀8可以让虹吸管7内的熔体流回到熔化炉和浇注炉内。由密封毡23、节流球阀13和组合式水冷结晶器15组成的结晶器系统便于拆卸和安装，以及替换不同尺寸和形状的结晶器。二次冷却水喷嘴17的位置可以沿水平方向自由调整，便于根据实际需要调节铸坯的冷却强度和结晶速度。
图2为本发明中组合式水冷结晶器的结构示意图。
图中，水冷结晶器中前端是高纯石墨套24，后端是铜内套25，铜内套25加工有冷却水螺旋槽29，内套上还开有导油孔26。在铜内套外配合钢质外套30，钢质外套上面开有注油孔27和出水孔28。
由图可见，高纯石墨套24具有平稳导流和一定的保温作用，可以避免合金液迅速冷却，采用铜内套25的目的是利用其良好的导热性能对合金液进行冷却结晶，螺旋槽29的作用是使冷却水由结晶器后端向前端流动，使结晶器具有合理的冷却强度分布，并且通过注油孔27和导油孔26导入润滑油对铜内套25内表面进行润滑，减小连铸坯18牵引时的阻力。整个结晶器经济实用，拆卸方便，装配灵活。
本发明结构紧凑合理，思路新颖，熔化的合金液在压缩空气的反压作用下从熔化炉经输液管道流入浇注炉内，并在虹吸作用下维持两炉内金属液面的平衡，浇注炉内的合金液从侧面浇注口经球阀、石墨套流入预先插好引晶锭的结晶器内，在水冷结晶器和二次冷却水直接冷却的共同作用下凝固结晶，并由牵引机构带动引晶锭沿水平方向向外拉出，当连铸坯达到规定长度，关闭球阀，拉出铸锭即可获得一根合格的铸坯。连铸结束后，打开输液管道上的放气阀，管道内的合金液就可以流回两个炉内。由于采用了气体保护方式熔炼和反压输液，镁合金液在完全隔离氧气的条件下进行连续浇注和结晶，不氧化，不燃烧，采用组合式结晶器和滑动式二次冷却水喷嘴，使铸坯冷却效果良好，铸坯表面光洁，内部组织致密，而且整个系统使用安全，操作方便，生产效率高。
本发明适合于各种轻合金的连续铸造，尤其适合于镁合金的连续铸造。
权利要求
1.一种镁合金专用水平连铸机，其特征在于由熔化炉、浇注炉、输液管道、结晶器等部分组成，熔化炉中炉体(1)底部设有容纳覆盖熔剂的熔池(2)，熔池之上放置熔化坩埚(3)，坩埚上装有密封坩埚盖(4)，坩埚盖(4)与压缩空气输入管(5)、保护气体输入管(6)及金属液虹吸管(7)相连，虹吸管(7)一端插入坩埚内的金属液，另一端连接到浇注炉(9)内，浇注炉(9)内设有缓流槽10)，虹吸管(7)顶部安装有放气阀(8)，浇注炉上装有保护罩(11)，并配有保护气体输入装置(12)，浇注炉(9)侧部开有浇注口，其外沿水平方向安装有组合式结晶器(15)，结晶器(15)通过密封毡(23)和节流球阀(13)与浇注炉(9)连接，二次冷却水喷嘴(17)通过波纹管(16)与结晶器相连，由链轮(21)带动的水平导轨(20)安装在支架(22)上。
2.如权利要求1所说的镁合金专用水平连铸机，其特征在于水冷结晶器(15)中，前端是高纯石墨套(24)，后端是铜内套(25)，铜内套(25)加工有冷却水螺旋槽(29)，内套上还开有导油孔(26)，在铜内套外配合钢质外套(30)，钢质外套上面开有注油孔(27)和出水孔(28)。
全文摘要
一种镁合金专用水平连铸机，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。本发明采用气体保护方式熔炼和反压输液，镁合金液在完全隔离氧气的条件下连续浇注和结晶，不氧化，不燃烧，采用组合式结晶器和滑动式二次冷却水喷嘴，使铸坯冷却效果良好，整个系统使用安全，高效可靠。
文档编号B22D11/045GK1317383SQ0110571
公开日2001年10月17日 申请日期2001年3月22日 优先权日2001年3月22日
发明者彭立明, 曾小勤, 丁文江, 卢晨, 翟春泉 申请人:上海交通大学