一种镁合金半连续铸造装置和方法与流程

本发明属于镁金属冶炼领域，尤其涉及一种镁合金半连续铸造装置和方法。

背景技术：

半连续铸造技术是目前应用较多的型材挤压、锻件和板箔轧制的主要制坯方法之一，广泛应用于冶金工业生产。半连续铸造技术是将金属液体经过一种特殊的冷却装置凝成型后从下方拉出，快速冷却后成具有一定断面形状和一定长度的铸坯的过程。由于其大多采用基坑形式，故每当拉坯装置到达基坑底部，需取出铸锭才可进行下一次的铸造生产，故称之为半连续铸造。半连铸铸造的主要优点是：结晶速度高，改善了铸锭的晶内结构，减小了化学成分的区域偏析，提高了铸锭的机械性能；改善了金属熔铸系统，减少了氧化夹杂和金属杂质，提高了金属的净度；由于合理的结晶顺序性，提高了铸锭的致密度，并使铸锭中心部位减少了疏松；增大了铸锭长度，相对减少了切头、切尾等几何废料的百分比；实现了机械化和自动化，改善了劳动条件，提高了劳动生产率。目前，我国镁合金半连续铸造普遍采用坩埚下部塞孔出液、流槽转移、人工调节流量稳定结晶器液位、人工调速拉坯的落后生产模式，存在着“劳动强度大、安全风险高、能耗熔损大、浇出熔体质量波动大、浇注熔体二次污染、人工调节浇注与拉坯、工艺和品质重现性差等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种镁合金半连续铸造装置和方法的技术方案,改进镁合金半连续铸造的技术，安全可靠高效地进行生产。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种镁合金半连续铸造装置，包括将金属镁熔化为液态镁合金的熔炼炉、多台结晶器和控制装置；所述镁合金半连续铸造装置设有为输送所述熔炼炉中的液态镁合金的加压系统，所述熔炼炉通过一条导液管连接一个中间包，所述中间包的安装位置高于所述结晶器，所述中间包通过分流管连接多台所述结晶器。

更进一步，为了保护熔炼炉的坩埚，所述加压系统包括壳体和密封盖，在所述壳体上设有连接压力气源的气压接口，所述熔炼炉设有坩埚，所述熔炼炉整体设置在被所述密封盖密闭的所述壳体内，当所述壳体内的空气压力升高时所述坩埚的内腔和外壁之间的压差为零。

更进一步，所述气压接口设有气源压力调节阀，所述导液管通过所述密封盖伸入所述熔炼炉；所述控制装置通过所述气源压力调节阀调节流入所述中间包的液态镁合金的流量、从而控制所述中间包内的液态镁合金液面。

更进一步，所述坩埚是外层为不锈钢、内层为碳钢的复合钢板制成的坩埚。

更进一步，为了准确控制液态镁合金的流动，所述熔炼炉设有检测所述液态镁合金的液面的液面监测仪，所述中间包设有液面监测仪，每台所述结晶器通过一个流量调控器连接所述分流管，每台所述结晶器设有液面监测仪。

更进一步，为了使液态镁合金流动顺畅，所述导液管设有内导管和外管，在所述内导管和外管之间填充有隔热绝缘填料，所述内导管的两端连接加热电源。

一种镁合金半连续铸造方法，采用加压系统通过气体压力将熔炼炉中的液态镁合金通过导液管输送至中间包，再由所述中间包通过流量调控器输送至多个结晶器，通过拉棒机制成镁合金棒材；所述熔炼炉设置在密闭的加压系统内，所述导液管是电加热导液管，其特征在于，所述方法的步骤包括：

a.在加压系统非密闭条件下，将镁合金在熔炼炉的坩埚内熔化为液态镁合金；

b.将所述加压系统封闭；

c.将导液管加热到温度高于液态镁合金的状态；

d.保持导液管的加热状态，加压系统通入压缩空气，使所述液态镁合金通过导液管输送至所述中间包，所述液态镁合金通过中间包流入各所述结晶器；

e.结晶器中的液态镁合金被冷却并由拉棒机制成镁合金棒材；

f.当所述熔炼炉坩埚内的液态镁合金液面下降到设定下限时，加压系统撤除气体压力，液态镁合金停止向所述中间包输送。

更进一步，在步骤d中，采用流量调控器控制流入每台结晶器的液态镁合金的流量，使结晶器内的液态镁合金液面的变化量不大于15mm。

更进一步，在步骤d中，通过调节加压系统的气体压力，使所述中间包内的液态镁合金液面保持在工作液面±15mm的范围内。

本发明的有益效果是：改进了液态镁合金的从熔炼炉至结晶器的输送方式，使液态镁合金保持稳定的输送状态和稳定的输送温度，稳定了浇注控制，提高了镁合金半连续铸造的生产效率和安全性；提高了自动化程度，减少了人力消耗以及人为的不确定因素，可显著增强生产效率，降低了运行成本。熔炼炉整体放置于所述加压系统内，坩埚内外压差为零，有效降低了坩埚强度要求，延长了其使用寿命。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1是本发明装置系统图；

图2是本发明熔炼炉结构图；

图3是本发明结晶器局部结构图。

具体实施方式

如图1、图2、图3，一种镁合金半连续铸造装置，包括将金属镁熔化为液态镁合金的熔炼炉10、多台结晶器20和控制装置；所述镁合金半连续铸造装置设有为输送所述熔炼炉中的液态镁合金的加压系统70，所述熔炼炉通过一条导液管30连接一个中间包40，所述中间包的安装位置高于所述结晶器，所述中间包通过分流管50连接多台所述结晶器。

所述加压系统包括壳体71和密封盖72，在所述壳体上设有连接压力气源的气压接口73，所述熔炼炉设有坩埚11，所述熔炼炉整体设置在被所述密封盖密闭的所述壳体内，当所述壳体内的空气压力升高时所述坩埚的内腔13和外壁之间的压差为零。

所述气压接口设有气源压力调节阀74，所述导液管通过所述密封盖伸入所述熔炼炉；所述控制装置通过所述气源压力调节阀调节流入所述中间包的液态镁合金的流量、从而控制所述中间包内的液态镁合金液面。

所述坩埚是外层为不锈钢1a、内层为碳钢1b的复合钢板制成的坩埚。

所述熔炼炉设有检测所述液态镁合金的液面的液面监测仪12，所述中间包设有液面监测仪41，每台所述结晶器通过一个流量调控器21连接所述分流管，每台所述结晶器设有液面监测仪22。

所述导液管设有内导管31和外管32，在所述内导管和外管之间填充有隔热绝缘填料33，所述内导管的两端连接加热电源34。导液管的长度为3m～6m。

一种镁合金半连续铸造方法，采用加压系统60通过气体压力将熔炼炉10中的液态镁合金通过导液管30输送至中间包40，再由所述中间包通过流量调控器21输送至多个结晶器20，通过拉棒机60制成镁合金棒材；所述熔炼炉设置在密闭的加压系统70内，所述导液管是电加热导液管，所述方法的步骤包括：

a.在加压系统非密闭条件下，将镁合金在熔炼炉的坩埚内熔化为液态镁合金；

b.将所述加压系统封闭；

c.将导液管加热到温度高于液态镁合金的状态；

d.保持导液管的加热状态，加压系统通入压缩空气，使所述液态镁合金通过导液管输送至所述中间包，所述液态镁合金通过中间包流入各所述结晶器；

e.结晶器中的液态镁合金被冷却并由拉棒机制成镁合金棒材；

f.当所述熔炼炉坩埚内的液态镁合金液面下降到设定下限时，加压系统撤除气体压力，液态镁合金停止向所述中间包输送。

在步骤d中，采用流量调控器控制流入每台结晶器的液态镁合金的流量，使结晶器内的液态镁合金液面的变化量不大于15mm。

在步骤d中，通过调节加压系统的气体压力，使所述中间包内的液态镁合金液面保持在工作液面±15mm的范围内。

实施例一：

如图1、图2、图3，一种镁合金半连续铸造装置，包括设有用于熔化金属镁的熔炼炉10和多台结晶器20。

熔炼炉包括用于熔化金属镁坩埚11、加热装置12和耐热砖炉体14。坩埚是复合钢板制成的坩埚，外层1a5mm厚的310s耐热不锈钢、内层1b为厚度20mm的20g耐热钢。

镁合金半连续铸造装置设有为输送熔炼炉中的液态镁合金的加压系统70，加压系统包括壳体71和密封盖72，密封盖设有与导液管连接的出液口15；密封盖是活动密封盖，通过旋紧装置将密封盖高效快速的与壳体扣合密封，旋紧装置设有驱动气缸16，密封端盖和下部加压室端面之间有密封垫圈17，能够保证加压室良好密封，充气迅速稳定。密封盖关闭时，壳体内形成密闭的空间。在壳体上设有连接压力气源的气压接口73，气压接口设有气源压力调节阀74。本实施例的压力气源是压缩空气。

熔炼炉设置在被密封盖密闭的壳体内，坩埚的内腔13和与外壁接触的空间14均与所述壳体的内部空间连通。熔炼炉设有检测液态镁合金的液面的液面监测仪12，液面监测仪是液面监测仪是激光液面监测仪，安装在密封盖上。

熔炼炉的出液口15通过一条导液管30连接一个中间包40。导液管的输入口36通过密封盖伸入熔炼炉。

导液管是具有加热和保温功能的套管。导液管设有内导管31和外管32，在内导管和外管之间填充有保温填料33。本实施例中，导液管的长度为3.8m，内导管的材质为q235a碳钢，保温填料采用硅酸铝纤维。导液管的两端设有连接法兰37，内导管的两端在接近连接法兰的位置连接24v的交流加热电源34，导液管设有测量内导管温度的温度传感器35。加热电源能够将内导管加热至700℃以上，此时24v的加热电源在内导管上产生约120a的电流，形成接近3千瓦的加热功率，从而保证导液管温度足够高，确保镁液在内部流动顺畅。

中间包是一个充有保护气体的密闭容器，中间包设有一个工作液面，对应于工作液面的中间包的液态镁合金容量为工作容量。中间包的工作容量应不小于100s时间内流过中间包的液态镁合金容量。本实施例的中间包在工作状态下的介质容量容量为10升。中间包设有液面监测仪41，用于监测中间包内的液态镁合金的液面。液面监测仪是激光液面监测仪。

中间包通过分流管50连接多台结晶器20。结晶器设有铝合金内筒23和钢制外筒24，在内套和外套之间设有冷却水通道（图3中25为冷却水通道出口）。每台结晶器通过一个流量调控器21连接分流管，每台结晶器设有液面监测仪22。

本实施例中，中间包通过分流管连接五台结晶器，结晶器安装在一台拉棒机60的升降台61上。每台结晶器通过一个流量调控器21连接分流管，流量调控器是电动锥型节流阀；每台结晶器设有液面监测仪22，液面监测仪是激光液面监测仪。

中间包的安装位置高于结晶器，本实施例中，中间包的安装位置高于结晶器的距离h根据流过分流管的液态镁合金的流量设定，应使分流管内液态镁合金的流速控制在0.3m/s～1.0m/s。本实施例中h=300mm，中间包至相距最远的结晶器之间的分流管长度为1200mm。

本实施例中，熔炼炉整体放置于所述加压系统内，坩埚内外压差为零，有效降低了坩埚强度要求，延长了其使用寿命。

本实施例的镁合金半连续铸造装置设有控制装置，控制装置通过液面监测仪监测熔炼炉和中间包内液态镁合金的液面高度，通过气源压力调节阀改变气压，调节液态镁合金流出速度进而将中间包内镁液液面控制在较小范围内。控制装置通过液面监测仪监测结晶器内液态镁合金的液面高度，控制装置通过气源压力调节阀控制气压接口的压力和流量，控制装置通过流量调控器控制进入结晶器的液体镁合金的流量。

实施例二：

一种镁合金半连续铸造方法，本实施例的方法是采用实施例一所述的镁合金半连续铸造装置生产镁合金棒材的方法，采用加压系统60通过气体压力将熔炼炉10中的液态镁合金通过导液管30输送至中间包40，再由所述中间包通过流量调控器21输送至多个结晶器20，通过拉棒机60制成镁合金棒材；所述熔炼炉设置在密闭的加压系统70内，所述导液管是电加热导液管，所述方法的步骤包括：

a.移走加压系统的密封盖，坩埚内事先铺洒镁合金精炼熔剂，加热坩埚使金精熔剂熔化，放入镁合金锭和其他原料锭进行加热，熔化为液态镁合金，在熔化过程中发现着火点后及时洒入精炼熔剂灭火，将液态镁合金加热到设定温度，通常设温度为730℃，然后进行搅拌并进一步加入精炼剂精炼；

b.经过三次至四次精炼后，表面洒覆盖熔剂，然后保温静置约15min，取样检验，检验合格后降温到680℃保温；放置加压系统密封盖，将所述加压系统封闭。

c.接通导液管的加热电源，将导液管加热到温度高于液态镁合金的状态，通常将导液管的内导管加热到高于液态镁合金10℃～20℃的温度。

d.关闭导液管加热电源，保持导液管的加热状态，开启加压系统的气源压力调节阀74，使压缩空气进入封闭的壳体内，加压系统通过气体压力，使液态镁合金通过导液管输送至所述中间包，液态镁合金通过中间包流入各所述结晶器。通过液面监测仪22监测晶器内的液态镁合金液面，采用流量调控器控制流入每台结晶器的液态镁合金的流量，使结晶器内的液态镁合金液面的变化量不大于15mm。通过液面监测仪41监测中间包内液态镁合金的液面高度，使所述中间包内的液态镁合金液面保持在工作液面±15mm的范围内；当中间包内的液态镁合金液面接近上限时，通过气源压力调节阀减少压力气体的流量，减少流入中间包的液态镁合金流量；当中间包内的液态镁合金液面接近下限时高，通过气源压力调节阀增加压力气体的流量，增加流入中间包的液态镁合金流量。

e.结晶器中的液态镁合金被冷却并由拉棒机制成镁合金棒材；镁液进入内筒后受内外筒之间水冷却作用冷凝成固态，并随着铸造机引出形成棒材。

f.当熔炼炉坩埚内的液态镁合金液面下降到下限时，切断加压系统气源并开盖与大气连通，液态镁合金停止向所述中间包输送。

上述实施例的镁合金半连续铸造装置和方法，采用了中间包为结晶器输送液体镁合金。中间包是一个距离结晶器较近的液态镁合金临时存放容器，采用中间包可以缓冲液态镁合金瞬间流出时的冲击，保证对结晶器稳定地供应合格液态镁合金。中间包通过与结晶器之间的高度差，利用重力势能将液体镁合金通过分流管输送中结晶器。利用势能输送液体镁合金具有最稳定的输送压力，压力平稳，液体镁合金流动保持持久均匀。使输入结晶器的液态镁合金输入量能够与其生产量保持最佳状态的均衡。可提高镁合金半连续铸造产品质量和生产的连续性、可靠性。通过实验，采用了适当的中间包与结晶器之间的高度差及分流管的长度，使液态镁合金具有良好的流动性能（流量，流速和平稳性）。在实际应用中效果十分显著。

本发明采用了导液管直接电加热的技术。事先采用安全电压对导液管进行加热确保镁液进入后不会降温，从而保证镁液顺畅流动。这一技术大大的简化的装置的结构，降低了装置的成本，并十分有利于设备的维护与管理。

本发明采用了气体压力将液态镁合金从熔炼炉输送至中间包，气体输送装置简单，可靠性高，通过覆盖熔剂能够可靠地将液态镁合金与空气隔绝，保证了生产的安全。熔炼炉设有激光液面监测仪，可以监测液态镁合金液面。在熔炼炉中的液面低到设定液面时，可迅速卸压，避免将锅底含有夹渣的镁液导出混入到铸坯中，降低铸坯品质。

熔炼炉坩埚采用复合钢板制作而成，复合钢板材料选用310s(5mm)+20g(20mm)型式，其外壁310s为耐热不锈钢，内壁为20g材质，既保证了保证了强度和性能，又合理地降低了成本，同时避免杂质ni进入镁液影响其品质。加压室采用钢壳制作而成，整体将坩埚包容在内部，所以坩埚内外压差为零，可避免坩埚受压被损坏或降低使用寿命。