CN102398014A - 低压细晶铸造装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低压细晶铸造装置及方法，所述装置包括上室、下室、上盖、铸型、熔化装置、升液管、细化剂存储器、气压调节装置、承压板。细化剂存储器置于升液管和铸型浇口中间，并将升液管固定在承压板；铸型置于炉膛内的上室，外围充填细砂；熔化装置置于升液管下方，并与升液管的中心一致；气压调节装置通过上下室的法兰盘外接真空泵、压力罐及连通阀调节上下室气压。本发明结构合理，工艺先进，操作简便，在升液管与铸型浇口之间设置细化剂存储器，利用金属液的熔化和流动，将细化剂携带入铸型中，同时合理降低冲入铸型的熔体温度，达到细化晶粒，减少缩松的目的。

Description

低压细晶铸造装置及方法

技术领域

本发明涉及的是一种铸造冶金技术领域的装置和方法，具体地说，涉及的是一种通过增加同质颗粒或异质颗粒从而增加形核核心，利用调压铸造浇注过程中可调的特性，控制其工艺参数，调节细化剂进入熔体的量，控制细化过程的装置和方法。

背景技术

添加细化剂对合金凝固组织细化是一种已经普遍工业化的工艺方法。熔炼时，可以通过向熔体中添加细化剂来形成晶核，使粗大的铸态组织变成细小的等轴晶，实现晶粒细化，从而提高合金的铸造性能、物理性能、力学性能和加工性能。细化剂主要有3类：同成分的合金细粉、具有异质晶核的合金、通过反应可形成异质晶核的合金元素。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为：201020255205.1，名称为：铝铸轧机进料系统，提出了一种新型铝铸轧机进料系统，所述细化剂供给装置为线材给料机，其出料口位于保温炉出口与除气箱入口之间的流槽上方，熔体流动带入细化剂，以使细化剂能够充分熔化，从而改善铸轧产品质量。该装置包括铝水供应系统以及细化剂供给装置，细化剂供给装置的出料口方向与流槽中熔体的流动方向相反，这样能够使细化剂充分熔化，同时也达到晶粒细化目的。

检索中还发现，中国专利申请号：02145111.7，名称为：熔体温度处理细化亚共晶铝硅合金晶粒方法，申请人：上海交通大学，提出了一种高低温熔体混合浇铸的方法。通过高低温熔体温度等参数对细化初生硅相的尺寸有较大的影响，从而细化凝固组织晶粒尺寸。

然而这两种方式均不能用于调压铸造方式，对于大规模铸造方法也不适合。

发明内容

本发明的目的在于为反重力铸造中凝固组织的细化，提供一种适合大规模铸造的低压细晶铸造装置及方法。本发明在升液管与铸型浇口之间设置细化剂存储器，利用金属液的熔化和流动，将细化剂携带入铸型中，同时合理降低冲入铸型的熔体温度，达到细化晶粒，解决了调压铸造过程中的细化剂添加。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所述的低压细晶铸造装置，包括上室、铸型、气压调节装置、细化剂存储器、承压板、升液管、熔化装置、下室、砂网和上盖，其中：砂网置于炉膛内的上部，砂网固定在上室之中，上盖与上室连接；细化剂存储器连接在铸型的下方，并固定在承压板之上，承压板、上室和下室之间固定连接；升液管穿过承压板上的中心孔固定，升液管与铸型之间设有石棉，并靠铸型的重力密封连接，升液管与承压板之间密封连接；熔化装置在炉膛内的下部，升液管的下方，并与升液管的中心一致；用于调节上下室气压的气压调节装置外接于上下室的法兰盘。

所述升液管是由碳纤维管制成。

所述熔化装置由感应线圈和坩埚组成，感应线圈围绕在坩埚外围。

所述气压调节装置由真空泵、压力罐及连通阀组成，分别接通于上下室法兰。

所述细化剂存储器存储细化剂，并通过设置泡沫陶瓷过滤板固定细化剂并过滤熔体。

所述细化剂为块状细化剂，块状细化剂置于浇口内侧外围。

所述细化剂也可以为大颗粒状细化剂，大颗粒状细化剂通过陶瓷网隔离置于浇口内侧外围；或者大颗粒状细化剂也可以通过陶瓷网隔离置于浇口中央。

基于上述装置，本发明所述的低压细晶铸造方法包括如下步骤：

步骤1：将细化剂放入细化剂存储器，并连接好浇铸口管道；

步骤2：然后将铝熔体或高温合金熔体倒入坩埚内，开启调压铸造装置；

步骤3：充型过程中，通过气压调节装置调压充气速率，控制充型速率，使得高温合金熔体从坩埚中按设定的速率沿升液管上升；当熔体流经细化剂存储器时，由于流体的动量及温度，会将细化剂混合、熔化，并带入铸型凝固；

步骤4：凝固开始后调压气压，使熔体凝固，控制凝固组织结构。

本发明采用细化剂存储器在熔体中添加细化剂，可在短时间内使其熔化混合形成熔体形核核心，加速凝固细化晶粒。采用真空泵气压调节装置，适当调节气压，控制流体充型速率，使得熔体充型平稳，并保证细化剂适当熔化及在熔体中混合均匀。添加不同种类的细化剂，同成分合金和异质合金，形核机制不同，充型速率也要随之调整。充型完成后，增加压力，使熔体在02～0.8MPa压力下凝固，强化其组织结构性能。

本发明中，加入的细化剂种类不同，形核机制不同，增加晶核数目，同成分合金增加晶核数目均匀形核，异质合金非均匀形核。改变熔体充型速率，细化剂的熔化程度和与液体的混合程度不同，晶核数目不同，从而铝和高温合金细化程度也不同。

综上，本发明利用调压铸造装置，在细化剂存储器中加入细化剂，通过控制该细化剂的种类，并控制铝熔体或高温合金熔体充型速率，加快细化剂在熔体中的熔化、混合和扩散，增加凝固结晶的晶核，达到提高铝合金或高温合金晶粒细化的目的。另外通过加入的异质晶核合金，并控制充型速率，提高异质凝固核心，更加有利于观察凝固组织不同部位的分布与变化。本发明结合背景中的铝铸轧细化剂进料系统和高低温熔体混合浇铸对低压铸造浇注口提出改进，加入细化剂供给装置，改善了低压铸造装置，操作简便合理。

附图说明

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例块状细化剂存储器结构示意图。

图3为本发明实施例大颗粒状细化剂存储器结构示意图一。

图4为本发明实施例大颗粒状细化剂存储器结构示意图二。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种低压细晶铸造装置，包括：上室1、铸型2、气压调节装置3、细化剂存储器5、承压板6、升液管9、熔化装置10、下室11、砂网16和上盖17，其特征在于还包括：铸型2，砂网16置于炉膛内的上部，砂网16通过焊接固定在上室之中，上盖17通过法兰螺栓与上室1连接；细化剂存储器5连接在铸型2的下方，并固定在承压板6之上，承压板6、上室1和下室11之间通过螺栓定位梢固定连接；升液管9通过穿过承压板6上的中心孔固定，升液管9与铸型2之间通过加石棉，并靠铸型2的重力密封连接，升液管9与承压板6之间通过涂抹硅胶密封连接；熔化装置10在炉膛内的下部，升液管9的下方，并与升液管9的中心一致；气压调节装置3通过真空泵14、17、压力罐3、8及连通阀16调节上下室气压，外接于上下室的法兰盘。

本实施例中，升液管9是由碳纤维管制成。

本实施例中，熔化装置10由感应线圈8和坩埚12组成，感应线圈8围绕在坩埚12外围。

本实施例中，气压调节装置3由真空泵13、15、压力罐3、7及连通阀14组成，分别接通于上下室法兰。

如图2、图3和图4所示，本实施例中，可将细化剂存储器分成3种形式来检验不同细化剂随熔体充填效果，泡沫陶瓷过滤板18起到固定细化剂，并过滤熔体。图2中，块状细化剂19置于浇口内侧外围；图3中，大颗粒状细化剂21通过陶瓷网隔离置于浇口内侧外围；图4中，大颗粒状细化剂21通过陶瓷网隔离置于浇口中央。

实施例2-4

基于实施例1所述装置，针对K4169高温合金熔体，充型速率控制在0.1～1m/s变化，熔体温度由熔化装置功率及热电偶调节，随着充型速率的变化而适当改变。

低压细晶铸造方法包括如下步骤：

步骤1：将细化剂放入细化剂存储器，并连接好浇铸口管道；

步骤2：然后将铝熔体或高温合金熔体倒入坩埚内，开启调压铸造装置；

步骤3：充型过程中，通过气压调节装置调压充气速率，控制充型速率，使得高温合金熔体从坩埚中按设定的速率沿升液管上升；当熔体流经细化剂存储器时，由于流体的动量及温度，会将细化剂混合、熔化，并带入铸型凝固；

步骤4：凝固开始后调节下室气体压力，使熔体在02～0.8MPa压力下凝固，控制凝固组织结构。

实施例2：当充型速率为0.1m/s，铸件在0.6Mpa压力下凝固时，铸件中的缩松比为3％，熔体温度为1400℃时，高温合金晶粒尺寸为8mm。

实施例3：当充型速率为0.5m/s，熔体温度为1390℃，铸件在0.6Mpa压力下凝固时，铸件中的缩松比为3％时，高温合金晶粒尺寸为3mm。

实施例4：当充型速率为1m/s，熔体温度为1380℃，铸件在0.6Mpa压力下凝固时，铸件中的缩松比为3％时，高温合金晶粒尺寸为5mm。

通过以上实施例看出，本发明结构合理，工艺先进，操作简便，在升液管与铸型浇口之间设置细化剂存储器，利用金属液的熔化和流动，将细化剂携带入铸型中，同时合理降低冲入铸型的熔体温度，达到细化晶粒，减少缩松的目的。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种低压细晶铸造装置，其特征在于包括上室、铸型、气压调节装置、细化剂存储器、承压板、升液管、熔化装置、下室、砂网和上盖，其中：砂网置于炉膛内的上部，砂网固定在上室之中，上盖与上室连接；细化剂存储器连接在铸型的下方，并固定在承压板之上，承压板、上室和下室之间固定连接；升液管穿过承压板上的中心孔固定，升液管与铸型之间设有石棉，并靠铸型的重力密封连接，升液管与承压板之间密封连接；熔化装置在炉膛内的下部，升液管的下方，并与升液管的中心一致；用于调节上下室气压的气压调节装置外接于上下室的法兰盘。

2.根据权利要求1所述的低压细晶铸造装置，其特征在于：所述细化剂存储器存储细化剂，并通过设置泡沫陶瓷过滤板固定细化剂并过滤熔体。

3.根据权利要求2所述的低压细晶铸造装置，其特征在于：所述细化剂为块状细化剂，块状细化剂置于浇口内侧外围。

4.根据权利要求2所述的低压细晶铸造装置，其特征在于：所述细化剂为大颗粒状细化剂，大颗粒状细化剂通过陶瓷网隔离置于浇口内侧外围。

5.根据权利要求2所述的低压细晶铸造装置，其特征在于：所述细化剂为大颗粒状细化剂，大颗粒状细化剂通过陶瓷网隔离置于浇口中央。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的低压细晶铸造装置，其特征在于：所述升液管是由碳纤维管制成。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的低压细晶铸造装置，其特征在于：所述熔化装置由感应线圈和坩埚组成，感应线圈围绕在坩埚外围。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的低压细晶铸造装置，其特征在于：所述气压调节装置由真空泵、压力罐及连通阀组成，分别接通于上下室法兰。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述装置的低压细晶铸造方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：将细化剂放入细化剂存储器，并连接好浇铸口管道；

步骤2：然后将铝熔体或高温合金熔体倒入坩埚内，开启调压铸造装置；

步骤3：充型过程中，通过气压调节装置调压充气速率，控制充型速率，使得高温合金熔体从坩埚中按设定的速率沿升液管上升；当熔体流经细化剂存储器时，由于流体的动量及温度，会将细化剂混合、熔化，并带入铸型凝固；

步骤4：凝固开始后调压气压，使熔体凝固，控制凝固组织结构。

10.根据权利要求9所述的低压细晶铸造方法，其特征在于：针对K4169高温合金熔体，充型速率控制在0.1～1m/s变化，熔体温度为1400℃～1380℃变化。

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