CN102019379A - 环境伺服式洁净金属铸模 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环境伺服式洁净金属铸模，包括带内浇孔的铸模本体，所述铸模本体包括低冷底模板和与低冷底模板连接的周向模板，所述周向模板上设置竖向温度伺服突变装置。由于本发明在低冷底模板连接的周向模板上设置竖向温度伺服突变装置，竖向温度伺服突变装置在竖直方向上与冷却金属的接触温度会发生突然变化，在刚开始凝固的过程中，竖向温度伺服突变装置在起始状态，整个液态金属液周向和上方部是高温，因为上下温度的巨大差异，凝固从与底模板接触的液态金属开始，快速散热结晶凝固。

Description

环境伺服式洁净金属铸模
技术领域
本发明属于冶金铸造设备技术领域，具体涉及一种环境伺服式洁净金属铸模。
背景技术
在公知技术中，在普通铸模浇铸结束以后，生成的铸锭中上部偏中心位置，存在一个“V”型偏析物、夹杂物富集区，这一个范围内的偏析物、夹杂物因为存在于铸锭的中上部，所以不容易清除，影响生成金属的品质，不利于后期轧出含偏析物、夹杂物少的金属。而与偏析物、夹杂物结合部分的金属又不易从杂质中有效提出，自然影响金属收得率的提高。当前，全世界多数金属铸锭仍是这一种方式浇铸出来的，所以大量的金属未能得到高质量收得，故不能有效充分利用，这就带来了大量的能源浪费。而且洁净金属的实现，往往还需要电渣重熔等二次熔化精炼程序，浪费了大量的人力、物力，给环境也带了巨大压力，不符合当前节能减排、绿色环保的发展要求，这也是金属熔炼产业的巨大损失。电渣重熔二次熔化精炼需要耗费大量的电能，同时效率低也制约着大规模工业化生产，而且渣料中含大量的氟化钙，污染环境，必须设置除尘和去氟装置。另外，电弧对结晶器的伤害也非常亚重，一个结晶器铸模采用电渣炉重熔方式只能炼十多炉的钢，提高了生产的成本。有一种新的洁净金属锭模，底模板以水冷的形式加快冷凝，周向模板全部水冷或者部分水冷设置，保温帽部分和周向模板中的保温部分保持高温，以实现其定向凝固，在定向凝固的过程中，与水冷模板部分向高温模板部分方向慢慢结晶，在结晶凝固形成品体的过程中将液态金属内的夹杂物和偏析物往未结晶的方向赶，靠近高温模板的液态金属因远离低温而最后凝固，液态金属内绝大部分的夹杂物和偏析物在液态金属定向凝固后最后都富集在与高温模板接触的部分，这就很容易用火焰或其他加工的方法将富集的合金偏析物、夹杂物去除，从而实现了铸锭内部偏析物、夹杂物转移、清除，达到了净化铸锭之目的。但是，由于定向凝固的进行对周围环境感受的非常敏锐，按定向凝固的需求不须凝固的部分若接触低温，必然先行凝固，不仅会影响合金偏析物、夹杂物移动的方向性，而且会影响定向凝固的过程中柱状晶体的全面生成，不利于提高结晶质量和产品质量。
发明内容
本发明提供一种节约能源、减少污染物排放、生产效率高、使用寿命长、能根据定向结晶过程的需要，及时自动调整周向环境温度的环境伺服式洁净金属铸模。
一种环境伺服式洁净金属铸模，包括带内浇孔的铸模本体，所述铸模本体包括低冷底模板和与低冷底模板连接的周向模板，所述周向模板上设置竖向温度伺服突变装置。
所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板内的活动保温内模，所述活动保温内模与周向模板活动连接，所述活动保温内模与设置在铸模本体外的升降导向机构活动连接，所述活动保温内模由保温板组成的周向模板内壁形状相适应的密闭框环。
所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板内的多层密排水冷通道，所述多层密排水冷通道互不影响，独立设置。
所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板内的多层密排冷热通道，所述多层密排冷热通道流通冷水或高温气体，并且互不影响，独立设置。
所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板内的交替排列的水冷通道和高温气体通道，水冷通道和高温气体通道互不影响，独立设置。
所述竖向温度伺服突变装置包括部分温变模块和温度恒定模块。
由于本发明在低冷底模板连接的周向模板上设置竖向温度伺服突变装置，竖向温度伺服突变装置在竖直方向上与冷却金属的接触温度会发生突然变化，在刚开始凝固的过程中，竖向温度伺服突变装置在起始状态，整个液态金属液周向和上方都是高温，因为上下温度的巨大差异，凝固从与底模板接触的液态金属开始，快速散热结晶凝固。随着结晶的慢慢上移，竖向温度伺服突变装置开始工作，在竖向将待结晶金属的接触温度分成截然不同的两个温度，一个接近于液态金属温度与尚未结晶的部分接触，使未凝固的外部环境保持高温状态，不致发生与之接触的部分侧向结晶，另一个接近于低冷模板的冷却温度与已结晶的部分接触，快速吸收凝固部分的热量，大大加快金属凝固的进程。在周向模板的某一个水平线上，与之接触的金属液未结晶时的温度极高，保证不发生横向热传递，当与之接触的金属液刚刚凝固，金属周围的温度竖向温度伺服突变装置的作用下，突然下降到冷却模板上温度附近，在该水平线下的整个周向和底模板都与已凝固金属存在巨大的温度差，热传递迅速，结晶快。从整个金属结晶凝固的过程来看，竖向温度伺服突变装置的存在，保证了未结晶部分侧向不结晶、竖向导热快的定向凝固外部环境，形成柱状晶体完整，排列分布均匀，晶体的搭接、桥接现象极少。另外，由于定向结晶的效果好，液态金属内绝大部分的夹杂物和偏析物在液态金属定向凝固后更为集中地富集金属铸模的上方区域，非常容易处理，所以得到的金属铸块也更洁净。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例一的俯视图。
图3是本发明实施例二的结构示意图。
图4为本发明实施例三的结构示意图。
图5为本发明实施例四的结构示意图。
图6为本发明实施例五的结构示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图1、图2所示：一种环境伺服式洁净金属铸模，包括带内浇孔2的铸模本体，所述铸模本体包括低冷底模板3和与低冷底模板3连接的周向模板1，低冷底模板3是水冷或风冷模板，所述周向模板1上设置竖向温度伺服突变装置，所述周向模板1是低冷模板，如水冷、风冷模板。所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板1内的活动保温内模4，所述活动保温内模4与周向模板1活动连接，所述活动保温内模4与设置在铸模本体外的升降导向机构5活动连接，所述活动保温内模4由保温板组成的周向模板1内壁形状相适应的密闭框环。在刚开始凝固的过程中，竖向温度伺服突变装置在起始状态，活动保温内模4接触底模板，整个液态金属液周向和上方都是高温，凝固从与底模板接触的液态金属开始，随着结晶面的慢慢上移，结晶面产生的向上的压力或/和升降导向机构5的拉力作用下，活动保温内模4向上移动，使得已经结晶的固态部分接触低冷的周向模板1，快速散热，大大加快金属凝固的进程。未凝固的部分的外部环境依然是保温板围成的高温区，横向基本不发生热传递，不致发生与之接触的部分侧向结晶。在某一个固液结晶面6上方，未结晶金属液与横向周围环境温度接近，保证横向基本不发生热传递。固液结晶面6下方的横向周围环境温度与低冷周向模板直接接触，突然下降到冷却模板上温度附近，温度差大，热传递迅速，结晶快。当活动保温内模4全部升离铸模时，就完成了铸锭的过程。
实施例二
如图3所示：一种环境伺服式洁净金属铸模，包括带内浇孔2的铸模本体，所述铸模本体包括低冷底模板3和与低冷底模板3连接的周向模板1，所述周向模板1上设置竖向温度伺服突变装置。所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板1内的多层密排水冷通道7，所述多层密排水冷通道7互不影响，独立设置。开始冷却时，多层水冷通道不通冷水，周向模板因为吸收液态金属的热能而处于高温状态，随着自底部而上的结晶的形成，根据结晶面的位置来从下而上将一层一层的独立水冷通道通循环冷水，达到固液结晶面6下方的横向周围环境温度因独立水冷通道通水循环而突然降温，固液结晶面6上方温度基本不变的目的。固液结晶面6越往上移，通水的水冷通道越多，凝固金属与低温接触面越大，导热更快。
实施例三
如图4所示：一种环境伺服式洁净金属铸模，包括带内浇孔2的铸模本体，所述铸模本体包括低冷底模板3和与低冷底模板3连接的周向模板1，所述周向模板1上设置竖向温度伺服突变装置。所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板1内的多层密排冷热通道8，所述多层密排冷热通道8流通冷水或高温气体，所述所述多层密排冷热通道8互不影响，独立设置。开始冷却时，所述多层密排冷热通道8全部通高温气体，温度可与液态金属温度接近。凝固开始后，自底部而上开始结晶，固液结晶面6逐渐上移，多层密排冷热通道8内低于固液结晶面的通道内逐层循环冷水，固液结晶面6上的通道内通高温气体，固液结晶面6下方的横向周围环境温度因独立水冷通道通水循环而突然降温，固液结晶面6上方周围环境温度基本不变，固液结晶面6越往上移，通水的水冷通道越多，凝固金属与低温接触面越大，导热更快。
实施例四
如图5所示：一种环境伺服式洁净金属铸模，包括带内浇孔2的铸模本体，所述铸模本体包括低冷底模板3和与低冷底模板3连接的周向模板1，所述周向模板1上设置竖向温度伺服突变装置。所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板内的交替排列的水冷通道9和高温气体通道10，水冷通道9和高温气体通道10互不影响，独立设置。开始冷却时，所有水冷通道9不循环水，高温气体通道10全部通高温气体，气体温度可与液态金属温度接近。凝固开始后，自底部而上开始结晶，固液结晶面6逐渐上移，低于固液结晶面的水冷通道9内开始逐层循环冷水，固液结晶面6上的高温气体通道10持续通高温气体，固液结晶面6下方的横向周围环境温度因水冷通道9通水循环而突然降温，固液结晶面6上方周围环境温度基本不变，固液结晶面6越往上移，通水的水冷通道越多，凝固金属与低温接触面越大，导热更快。
实施例五
如图6、图2所示：
一种环境伺服式洁净金属铸模，包括带内浇孔2的铸模本体，所述铸模本体包括低冷底模板3和与低冷底模板3连接的周向模板1，低冷底模板3是水冷或风冷模板，所述周向模板1上设置竖向温度伺服突变装置，所述周向模板1是低冷模板，如水冷、风冷模板。
所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板1内的活动保温内模4，保温内模4包括部分温变模块12和温度恒定模块11。
所述部分温变模块12和温度恒定模块11由保温板组成的周向模板1内壁形状相适应的密闭框环。在刚开始凝固的过程中，竖向温度伺服突变装置在起始状态，部分温变模块12和温度恒定模块11接触底模板，整个液态金属液周向和上方都是高温，凝固从与底模板接触的液态金属开始，随着结晶面的慢慢上移，结晶面产生的向上的压力或/和升降导向机构5的拉力作用下，部分温变模块12上移，温度恒定模块11位置不变，使得已经结晶的固态部分接触低冷的周向模板1，快速散热，大大加快金属凝固的进程。外部环境依然是保温板围成的高温区，横向基本不发生热传递，不致发生与之接触的部分侧向结晶。由于铸模内有一面的外部环境一直处于高温状态，趋向于后结晶状态，液态金属内绝大部分的夹杂物和偏析物在液态金属定向凝固后更为集中地富集金属铸模的上方且与温度恒定模块11顶部连接区域，范围相当小，杂技集中，后期除杂非常容易处理，得到的金属铸块也更洁净。

Claims (6)

1.一种环境伺服式洁净金属铸模，包括带内浇孔的铸模本体，其特征在于：所述铸模本体包括低冷底模板和与低冷底模板连接的周向模板，所述周向模板上设置竖向温度伺服突变装置。
2.如权利要求1所述的环境伺服式洁净金属铸模，其特征在于：所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板内的活动保温内模，所述活动保温内模与周向模板活动连接，所述活动保温内模与设置在铸模本体外的升降导向机构活动连接，所述活动保温内模由保温板组成的周向模板内壁形状相适应的密闭框环。
3.如权利要求1所述的环境伺服式洁净金属铸模，其特征在于：所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板内的多层密排水冷通道，所述多层密排水冷通道互不影响，独立设置。
4.如权利要求1所述的环境伺服式洁净金属铸模，其特征在于：所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板内的多层密排冷热通道，所述多层密排冷热通道流通冷水或高温气体，并且互不影响，独立设置。
5.如权利要求1所述的环境伺服式洁净金属铸模，其特征在于：所述竖向温度伺服突变装置包括设置在周向模板内的交替排列的水冷通道和高温气体通道，水冷通道和高温气体通道互不影响，独立设置。
6.如权利要求1-6中任一项所述的环境伺服式洁净金属铸模，其特征在于：所述竖向温度伺服突变装置包括部分温变模块和温度恒定模块。
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