一种原镁精炼机械化浇铸系统及浇铸方法与流程

本发明一种原镁精炼机械化浇铸系统及浇铸方法，属于镁及镁合金冶金技术领域。

背景技术：

金属镁目前工业化应用的成熟的工艺方法有电解法和皮江法。皮江法还原得到固态结晶镁，由于组织不致密，且含有一定量的粉尘、杂质，需要通过重熔精炼、铸造制得致密、纯净的金属镁锭。

目前金属镁精炼生产线在浇铸时主要为人工浇铸，即浇铸工人手持长柄浇包从精炼坩埚内舀取镁液，浇铸到安装于链式连铸机的铸锭模具中，存在工人劳动强度大、安全系数低、产品质量差且不稳定、烧损率高等缺点。

有少数金属镁企业采用了机械化浇铸，通过倒吸泵把精炼坩埚中的镁液吸入保温长坩埚，再利用机械泵把长坩埚中的镁液泵入铸锭模具。该机械化浇铸方式，存在的不足是，由于精炼坩埚必须设置于以保温长坩埚进液腔为圆心的圆周上，只适用于新建金属镁精炼生产线，而对于炉型布局呈“一”字形排列的现有精炼生产线机械化浇铸改造，并不适用。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种原镁精炼机械化浇铸系统及浇铸方法，主要适用于原来进行人工浇铸、呈“一”字形炉型布局的金属镁精炼生产线的机械化浇铸改造，也可应用于其他炉型布局的生产线机械化浇铸改造及新建机械化浇铸生产线。

本发明通过以下技术方案实现：

一种原镁精炼机械化浇铸系统，包括依次布置的金属镁精炼生产线、转液桶、保温中间锅、浇铸中间包、液面保护系统、链式铸造机及模具；

所述转液桶包括：桶体、提梁、杠杆、起吊环、控液杆、控液堵头、进出液口，所述桶体底部设置有进出液口，上部设置有提梁，所述提梁顶部设置起吊环，所述提梁上焊接设置铰链，所述铰链通过销钉与杠杆中部连接，所述杠杆一端设置有长孔，所述长孔内滑动穿设销钉，所述杠杆通过销钉与控液杆上端连接，所述控液杆下端设置控液堵头；所述控液堵头外壁与出液口的内壁密封配合；

所述保温中间锅一侧底部设置有出液口，所述出液口为一端封闭的圆管形，所述出液口封闭端上部设置有钎孔，所述钎孔的开关通过控液系统控制；

所述控液系统包括控液钎头、控液钎杆、控液杠杆、杠杆控制丝杠及螺母机构、丝杠旋转手轮、锅口支架，所述控液钎杆下端设置控液钎头，所述控液钎头设置于钎孔内与出钎孔形状相匹配；所述控液钎杆上端通过销钉连接控液杠杆头部长孔，所述控液杠杆中部孔与锅口支架的铰链部分通过销钉连接；所述控液杠杆尾部通过杠杆控制丝杠及螺母机构与锅口支架尾端连接，杠杆控制丝杠及螺母机构配置有丝杠旋转手轮及摇柄；

所述保温中间锅外部设置有保温炉，所述保温炉一侧设置有出液孔，所述出液孔位置与所述出液口位置相对应，所述出液孔内设置有转液管，所述转液管一端与出液口的开口端内壁形状相匹配，所述转液管另一端设置于所述浇铸中间包内液面下；

所述浇铸中间包包括与镁液接触的中间包、保温壳、支架，所述中间包与保温壳之间设置有保温层；

所述保温中间的锅口、浇铸中间包的包口和链式铸造机内设置液面保护系统。

所述桶体内部还设有1-3层导向及加强支撑，对桶体起到加强支撑作用；所述导向及加强支撑中部设置有导向槽，所述控液杆穿设于导向槽内，对控液杆起到导向作用。

所述桶体外围焊接设置对桶体起到加强作用的加强筋。

所述控液系统还包括焊接于中间锅内壁的下导向和安装与中间锅锅口法兰上锅口支架之间的上导向，所述下导向对控液钎杆及控液钎头起导向与限位作用，所述上导向对控液钎杆起导向作用。所述上导向和下导向设置有导向槽，所述控液钎杆穿设于导向槽内。

所述支架上端设有开口作为保温壳的中心轴的安装支点，下端设有轴承，承受轴向和径向双重载荷，从而保障整个浇铸中间包在手柄的作用下以支架上端的安装支点为轴心上下转动，以支架下部的轴承为轴心左右转动。

所述进出液口、出液口内壁中空部、钎孔内壁均为圆锥形。

所述下导向的导向槽内配置有内套，所述内套的外径小于下导向的导向槽内径内径1-5mm。

所述钎孔高度距离所述保温中间锅的底部20-300mm。

使用所述的原镁精炼机械化浇铸系统进行机械化浇铸的方法，通过如下步骤实现：

步骤1）将金属镁精炼生产线精炼得到纯净的镁液通过转液桶进入坩埚提取镁液；

步骤2）通过行车将转液桶中的镁液转运到保温中间锅，转动控液丝杠打开控液钎头，镁液从钎孔流进出液口，从出液口流出通过转液管进入浇铸中间包；

步骤3）浇铸中间包动作使连续的镁液流非连续化进入链式铸造机的模具中。通过转动控制丝杠及螺母机构，经过控液杠杆、控液钎杆的传动，调节控液钎头外圆锥与出液口圆周面上内圆锥孔的间隙，从而控制出液口中液流大小与流速，以与铸造机及模具处铸造速度相匹配。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明所提供的金属镁精炼机械化铸造系统及浇铸方法，改造工程量小、设备投资少、改造成本低、生产效率高、工人劳动强度低、金属镁精炼回收率高等优点。改造时，精炼炉等设备不需要变动，仅需要把链式铸造机向远离精炼炉的方向外移以保障足够的空间安装保温中间锅和浇铸中间包即可。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明与一字型金属镁生产线位置关系示意图；

图3为实施例1转液桶结构示意图；

图4为保温中间锅的结构示意图；

图5为出液口结构示意图；

图6为浇铸中间包结构示意图；

图7为实施例2转液桶结构示意图。

图中，1-金属镁精炼生产线，2-转液桶，3-保温中间锅，4-液面保护系统，5-浇铸中间包，6-模具，7-桶体，8-提梁，9-杠杆，10-铰链，12-起吊环，14-控液杆，15-加强支撑，16-加强筋，17-控液堵头，18-进出液口，19-链板，21-保温炉，22-控液钎杆，23-钎孔，24-控液杠杆，26-杠杆控制丝杠及螺母机构，27-丝杠旋转手轮，28-锅口支架，29-上导向，30-下导向，31-控液钎头，32-出液口，33-转液管，34-中间包，35-，36-保温壳，37-支架。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

如图1-7所示，

实施例1

一种原镁精炼机械化浇铸系统，包括依次布置的金属镁精炼生产线1、转液桶2、保温中间锅3、浇铸中间包5、液面保护系统4、链式铸造机及模具6。

所述金属镁精炼生产线1，如附图2所示，呈“一”字形排列，采用人工浇包浇铸，实际应用中本系统也可以不同于“一”字形的其他炉型布局。

所述转液桶2包括：桶体7、提梁8、杠杆9、起吊环12、控液杆14、控液堵头17、进出液口18，所述桶体底部设置有进出液口18，上部设置有提梁8，所述提梁8顶部设置起吊环12，所述提梁上焊接设置铰链，所述铰链通过销钉与杠杆9中部连接，所述杠杆9一端设置有长孔，所述长孔内滑动穿设销钉，所述杠杆9通过销钉与控液杆14上端连接，所述控液杆14下端设置控液堵头17；所述控液堵头17外壁与出液口18的内壁密封配合；

杠杆9一端的长孔在工作中具有固定与跑道双重作用，使销钉作为铰链轴的同时，又可以作为滑块在跑道中运动，防止各构件锁死。

所述桶体内部还设有1-3层导向及加强支撑15，对桶体8起到加强支撑作用；所述导向及加强支撑15中部设置有导向槽，所述控液杆14穿设于导向槽内，对控液杆14起到导向作用。

所述桶体8外围焊接设置对桶体起到加强作用的加强筋16。

所述进出液口18内壁设置为圆锥形，所述控液堵头17外壁设置为与所述进出液口18配套的圆锥形，所述控液堵头17与进出液口18密封配合。

所述保温中间锅3一侧底部设置有出液口32，所述出液口为一端封闭的圆管形，所述出液口封闭端上部设置有钎孔23，所述钎孔23的高度距离所述保温中间锅3的底部20-300mm，能够防止在浇铸过程中锅底渣随镁液流出进入铸锭。

所述钎孔23的开关通过控液系统控制；

所述控液系统包括控液钎头31、控液钎杆22、控液杠杆24、杠杆控制丝杠及螺母机构26、丝杠旋转手轮27、锅口支架28，所述控液钎杆22下端设置控液钎头31，所述控液钎头31设置于钎孔内与出钎孔形状相匹配；所述控液钎杆22上端通过销钉连接控液杠杆24头部长孔，所述控液杠杆24中部孔与锅口支架28的铰链部分通过销钉连接；所述控液杠杆24尾部通过杠杆控制丝杠及螺母机构26与锅口支架28尾端连接，杠杆控制丝杠及螺母机构26配置有丝杠旋转手轮及摇柄27；

所述钎孔23内壁设置为锥度为1:0.5-10的内圆锥形，所述控液钎头31设置为能够钎孔23内壁封闭配合的圆锥形，所述控液钎头31与所述钎孔2圆周面的内圆锥同锥度。

所述控液系统还包括焊接于中间锅3内壁的下导向30和安装与中间锅3锅口法兰上锅口支架28之间的上导向29，所述下导向30对控液钎杆22及控液钎头31起导向与限位作用，所述上导向29对控液钎杆22起导向作用，所述上导向29和下导向30设置有导向槽，所述控液钎杆22穿设于导向槽内。

所述下导向30的导向槽内配置有内套，所述内套的外径小于下导向30的导向槽内径内径1-5mm，通过点焊的方式装配，便于拆装维修，能够有效减小使用环境的影响。

所述丝杠控制丝杠及螺母机构26为手动形式，也可采用“伺服电机”或“可正反转电机+涡轮减速”机构控制控液杠杆24，从而控液钎杆22的升降，控制操作件可安装于铸造机与模具6的铸造位置，实现远程控制。

通过转动控制丝杠及螺母机构26，经过控液杠杆24、控液钎杆22的传动，调节控液钎头31外圆锥与钎孔23内圆锥孔的间隙，从而控制出液口32中液流大小与流速，以与铸造机及模具6处铸造速度相匹配。

所述保温中间锅3外部设置有保温炉21，所述保温炉一侧设置有出液孔，所述出液孔位置与所述出液口位置相对应，所述出液孔内设置有转液管33，所述转液管33一端与出液口32的开口端内壁形状相匹配，所述转液管另一端设置于所述浇铸中间包5内液面下；

所述出液口32内壁中空部设置为锥度为1:2-25的内圆锥，所述转液管33一端设置为能够与出液口32内壁中空部封闭配合的圆锥形。

所述保温炉炉膛内设置有加热元件，对保温中间锅3及其中的镁液进行预热和补热作用。

所述浇铸中间包5包括与镁液接触的中间包34、保温壳36、支架37，所述中间包34与保温壳36之间设置有保温层；

所述支架37上端设有开口作为保温壳36的中心轴的安装支点，下端设有轴承，承受轴向和径向双重载荷，从而保障整个浇铸中间包5在手柄的作用下以支架37上端的安装支点为轴心上下转动，以支架37下部的轴承为轴心左右转动。

所述保温中间锅3的锅口、浇铸中间包5的包口和链式铸造机6内设置液面保护系统4。

实施例2

实施例1所述系统中，杠杆9端部不采用长孔结构，增加链板19，其上端与杠杆9通过销钉连接，下端与控液杆14通过销钉连接。

浇铸方法实施例

1.1准备工作：

1）原金属镁精炼生产线精炼制得镁液，最终出锅温度为670~740℃；

2）保温中间锅3安装于保温炉壳21中，提前预热保温中间锅3到670~740℃

3）链式铸造机及模具6上的铸锭模具预热到90~300℃且喷涂好涂料。

模具预热可以在浇筑过程中用镁液预热模具，也可提前用火焰加热、电加热等方式预热模具。

4）转液桶2、转液管33、浇铸中间包34提前预热到600~800℃。预热操作可以通过熔盐加热、电加热、火焰加热等方式进行。

1.2转液桶转液：

1）将提前预热到温的转液桶2用行车等起吊工具吊运到精炼坩埚上方，下拉杠杆9提起控液堵头17后，将转液桶2缓慢放入精炼坩埚镁液中，防止转液桶2下降过快使精炼镁液溢出坩埚。

2）当转液桶2下降到桶体7上缘高于镁液面30~150mm，同时转液桶2的底部未触及锅底渣时，停止向下放转液桶2，向上推起杠杆9，使控液堵头17与进出液口18闭合。

3）用行车等起吊工具吊起转液桶2及其中的镁液，吊运到液面保护系统4开始工作的保温中间锅3上方，缓慢放入。2）~3）过程中控液堵头17均处于关闭状态。

4）除第一次转液时保温中间锅3内没有液体，转液桶2的进出液口18暴露外，之后的转液过程，必须保障进出液口18位于保温中间锅3内镁液面以下。打开控液堵头17，使转液桶2内的镁液进入保温中间锅3。随着保温中间锅3中镁液面上升，逐步吊起转液桶2，并保障其下部的进出液口18一直处于保温中间锅3中镁液面以下。

5）转液桶2中的镁液释放完后，吊运转液桶2到精炼生产线1的精炼坩埚处开始下一批次的镁液转运。

1.3浇铸：

1）将预热好到670~740℃的中间包34和转液管33分别依次安装到垫有保温层的保温壳36中和保温中间锅3的出液口32上。

2）启动链式铸造机及模具6，使铸锭模具开始运行，并打开液面保护系统4。

3）转动手轮摇柄27及丝杠26，打开控液钎头31，使镁液从保温中间锅3的出液口32流出，通过转液管33进入浇铸中间包5。此时浇铸中间包5的手柄处于上位。

4）当浇铸中间包5中镁液面达到浇铸中间包5的约2/3位置时，操作浇铸中间包5的手柄向下，使出液口位于浇铸中轴线前一个模具，并随着模具的运动而运动，使镁液从浇铸中间包5中流入并注满铸锭模具。

5）当一个模具浇铸完成后，抬起手柄使液流中断，此时转液管33中流出的镁液在浇铸中间包5中储存。重复4）中操作，浇铸下一个铸锭模具，进行“4）-5）-4）-……”的循环。

1.4浇铸停止：

当生产线1及保温中间锅3中的镁液浇铸完成或出现故障需要停止浇铸时，转动控制丝杠及螺母机构26，使控液钎头31关闭，并及时拆除转液管33及中间包34，并利用放入熔盐或精炼镁液中清理其中的残余镁液。

本发明所提供的金属镁精炼机械化铸造系统及浇铸方法，改造工程量小、设备投资少、改造成本低、生产效率高、工人劳动强度低、金属镁精炼回收率高等优点。改造时，精炼炉等设备不需要变动，仅需要把链式铸造机向远离精炼炉的方向外移以保障足够的空间安装保温中间锅3和浇铸中间包5即可。

改造实施例

某公司原有精炼生产线分四个生产区，每个生产区3台精炼炉，配一台链式铸锭机。精炼坩埚容量1t，有效产镁量750~780kg/炉次。每个生产区24小时产量21~22t。考虑到人工浇铸距离尽量短，链式铸锭机与精炼炉距离较近。

改造方案为：对1、2区改造合并。5个精炼炉精炼金属镁，1个精炼炉装有熔盐水用于预热、洗涤转液桶、转液管、浇铸中间包。链式铸锭机外移1000mm，以提供机械化浇铸系统安装空间。

改造完成后，执行如下工艺制度及路线：

2.1准备工作：

1）原金属镁精炼生产线精炼制得镁液，最终出锅温度为730~740℃；

2）保温中间锅3安装于保温炉壳21中，提前预热保温中间锅3到730℃；

3）转液桶2、转液管33、浇铸中间包34通过熔盐加热预热到730~750℃。

2.2转液桶转液：

1）将提前预热到温的转液桶2用行车吊运到精炼坩埚上方，下拉杠杆9提起控液堵头17后，将转液桶2缓慢放入精炼坩埚镁液中。

2）当转液桶2下降到桶体7上缘高于镁液面100~120mm，并保障转液桶2的底部未触及锅底渣时，停止向下放转液桶2，向上推起杠杆9，使控液堵头17与进出液口18闭合。

3）用行车等起吊工具吊起转液桶2及其中的镁液，吊运到液面保护系统4开始工作的保温中间锅3上方，缓慢放入。2）~3）过程中控液堵头17均处于关闭状态。

4）除第一次转液时保温中间锅3内没有液体，转液桶2的进出液口18暴露外，之后的转液过程，一直保障出液口18位于保温中间锅3内镁液面以下。打开控液堵头17，使转液桶2内的镁液进入保温中间锅3。随着保温中间锅3中镁液面上升，逐步吊起转液桶2，并保障其下部的进出液口18一直处于保温中间锅3中镁液面以下。

5）转液桶2中的镁液释放完后，吊运转液桶2到精炼生产线1的精炼坩埚处开始下一批次的镁液转运。

2.3浇铸：

1）将预热好到670~740℃的中间包34和转液管33分别依次安装到垫有保温层的保温壳36中和保温中间锅3的出液口32上。

2）启动链式铸造机及模具6，使铸锭模具开始运行，并打开液面保护系统4。

3）转动手轮摇柄27及丝杠26，打开控液钎头31，使镁液从保温中间锅3的出液口32流出，通过转液管33进入浇铸中间包5。此时浇铸中间包5的手柄处于上位。

4）当浇铸中间包5中镁液面达到浇铸中间包5的约2/3位置时，操作浇铸中间包5的手柄向下，使出液口位于浇铸中轴线前一个模具，并随着模具的运动而运动，使镁液从浇铸中间包5中流入并注满铸锭模具。

5）当一个模具浇铸完成后，抬起手柄使液流终端，此时转液管33中流出的镁液在浇铸中间包5中储存。重复4）中操作，浇铸下一个铸锭模具，进行“4）-5）-4）-……”的循环。

6）模具第一、第二次循环过程中浇铸的镁液用于预热模具到120~150℃。

7）模具预热到温后，开始喷涂模具，并按4）、5）中操作进行正式铸造。

2.4改造后效果：

1）节约1台铸造机；

2）减少操作工人2人；

3）单台精炼炉24小时产量9t左右，提高产量2t左右；

4）合并改造后新生产线，在减少1台精炼炉的情况下，24小时产量45t左右，相比较于原来6台精炼炉提高24小时产量3t左右；

5）精炼回收率由改造前95%左右提高到97%左右。

本发明不会限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。