CN103170596B - 一种多用途真空熔铸设备 - Google Patents

Abstract

一种多用途真空熔铸设备，包括一个熔炼炉及与该熔炼炉的内腔相连通的一套抽真空系统，其中所述熔炼炉上设有与该熔炼炉共同组成的铸造成型下拉连铸系统、用于熔化金属的真空熔炼系统和用于铸锭成型的真空浇注系统。本发明由于只采用一套抽真空系统和一个熔炼炉就能实现真空感应加热熔炼、真空浇注、真空熔炼与惰性气体保护下连铸等多种用途，极大地减少了设备部件的数量，并简化了设备的结构，从而大幅度地降低了设备的制造成本，并提高了生产效率和铸坯的质量，而且操作方便，同时降低了设备的故障率。

Description

一种多用途真空熔铸设备

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种集真空感应加热熔炼技术、真空浇注技术、真空熔炼与惰性气体保护下连铸技术为一体的用于特殊冶金和材料制备的多用途真空熔铸设备。

背景技术

现有的真空熔铸设备中，真空感应熔炼炉、真空浇注炉、真空熔炼与惰性气体保护连铸炉往往采用单独设计，每种炉体均有各自独立的真空系统和熔炼室，大大增加了设备部件数量，增加了结构的复杂程度，从而大幅度提高了设备制造成本，降低了生产效率，而且操作不方便，同时增大了设备的故障率。针对这种情况，专利号为ZL200910250801.2的中国专利公开了：一种多功能真空熔炼炉，该真空熔炼炉能够实现真空非自耗电弧熔炼、真空感应熔炼和真空电磁悬浮熔炼等多种功能，可用于特殊冶金和材料制备。但是，该多功能真空熔炼炉无法实现真空浇注、真空熔炼与惰性气体保护下连铸等多种用途，极大限制了这类设备的进一步推广应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种只通过一套抽真空系统和一个熔炼炉就能实现真空感应加热熔炼、真空浇注、真空熔炼与惰性气体保护下连铸等功能的多用途真空熔铸设备。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的多用途真空熔铸设备，其特点是包括一个熔炼炉及与该熔炼炉的内腔相连通的一套抽真空系统，其中所述熔炼炉上设有与该熔炼炉共同组成的铸造成型下拉连铸系统、用于熔化金属的真空熔炼系统和用于铸锭成型的真空浇注系统。

其中，上述真空熔炼系统包括设置在熔炼炉内的熔炼用坩埚、熔炼用感应线圈和倾倒装置及设置在熔炼炉的顶部且位于熔炼用坩埚正上方的可升降电动搅拌机构，其中所述熔炼用坩埚安装在倾倒装置内，所述熔炼用感应线圈安装在熔炼用坩埚和倾倒装置之间。

上述真空浇注系统包括设置在熔炼炉内的熔炼用坩埚、熔炼用感应线圈、倾倒装置和流槽、与熔炼炉相连接并通过带加热器的可移动过液流槽与熔炼炉的内腔相连通的浇注炉、设置在熔炼炉与浇注炉连接处的真空插板阀及设置在熔炼炉的顶部且位于熔炼用坩埚正上方的可升降电动搅拌机构，其中所述熔炼用坩埚安装在倾倒装置内，所述熔炼用感应线圈安装在熔炼用坩埚和倾倒装置之间，所述流槽设置在倾倒装置的旁边且位于能承接熔炼用坩埚所倒出的金属液的位置处，所述带加热器的可移动过液流槽位于熔炼炉内的一端位于流槽的正下方。

上述铸造成型下拉连铸系统包括设置在熔炼炉内的堵漏机构、连铸用感应线圈、连铸用坩埚、结晶器和一次冷却环形循环水套、安装在熔炼炉底部设置的支撑架上的二次冷却循环喷水装置和下拉牵引装置及放置在支撑架的旁边并通过输气管与熔炼炉的内腔相连通的惰性保护气体源，其中所述连铸用感应线圈、连铸用坩埚、结晶器、一次冷却环形循环水套、二次冷却循环喷水装置和下拉牵引装置设置在同一轴线上，且所述连铸用感应线圈紧密地套接在连铸用坩埚的外侧面上，所述结晶器安装在连铸用坩埚内，所述一次冷却环形循环水套位于连铸用坩埚的底部，所述二次冷却循环喷水装置位于一次冷却环形循环水套的下方，所述下拉牵引装置位于二次冷却循环喷水装置的下方且该下拉牵引装置的牵引杆的一端经二次冷却循环喷水装置、一次冷却环形循环水套、结晶器和连铸用坩埚插入到熔炼炉内。

上述铸造成型下拉连铸系统通过导线电连接有电源装置，所述电源装置上设置有人工智能控制仪表。通过人工智能控制仪表能够实现高精度温控，可有效调控铸坯的固液界面，使其位于铸型出口附近，从而有效地减少了初生凝壳与铸型之间的摩擦，提高了铸坯表面质量，并且延长了铸型的使用寿命。

为了增加金属液的流动性，提高金属液的填充能力，上述浇注炉内设置有模具加热器。

为了能够在真空熔炼条件下添加合金元素，达到降低金属液中的氧化夹杂、提高金属液纯净度及改善铸坯质量的目的，上述熔炼炉的顶部设置有合金加料斗。

本发明由于只采用一套抽真空系统和一个熔炼炉就能实现真空感应加热熔炼、真空浇注、真空熔炼与惰性气体保护下连铸等多种用途，极大地减少了设备部件的数量，并简化了设备的结构，从而大幅度地降低了设备的制造成本，并提高了生产效率和铸坯的质量，而且操作方便，同时降低了设备的故障率。同时，通过在熔炼炉上设置合金加料斗，能够实现真空熔炼条件下添加合金元素，从而达到降低金属液中氧化夹杂、提高金属液纯净度和改善铸坯质量的目的，而且通过在熔炼炉上设置可升降电动搅拌机构，能够实现电动搅拌功能，提高金属液均匀性，从而进一步提高铸坯质量，并且通过在可移动过液流槽外设置加热器，能够实现金属液保温功能，而且通过在浇注炉内设置模具加热器，能够增加金属液的流动性，提高金属液的充型能力。此外，由于浇注炉设置在熔炼炉外，不但减小了熔炼炉的体积，而且操作方便，同时在真空下浇注金属液，金属液能快速注入到浇注炉内的铸型中，从而降低了金属液温度损失，减少了氧化夹杂的产生，大大提高了铸坯或铸件质量。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的铸造成型下拉连铸系统的结构示意图。

图2为本发明的真空熔炼系统和真空浇注系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1-图2所示，本发明所述的多用途真空熔铸设备，包括一个熔炼炉4及与该熔炼炉4的内腔相连通的一套抽真空系统12，其中所述熔炼炉4上设有与该熔炼炉4共同组成的铸造成型下拉连铸系统、用于熔化金属的真空熔炼系统和用于铸锭成型的真空浇注系统。其中，上述真空熔炼系统包括设置在熔炼炉4内的熔炼用坩埚19、熔炼用感应线圈20和倾倒装置21及设置在熔炼炉4的顶部且位于熔炼用坩埚19正上方的可升降电动搅拌机构16，其中所述熔炼用坩埚19安装在倾倒装置21内，所述熔炼用感应线圈20安装在熔炼用坩埚19和倾倒装置21之间。上述真空浇注系统包括设置在熔炼炉4内的熔炼用坩埚19、熔炼用感应线圈20、倾倒装置21和流槽22、与熔炼炉4相连接并通过带加热器的可移动过液流槽23与熔炼炉4的内腔相连通的浇注炉29、设置在熔炼炉4与浇注炉29连接处的真空插板阀24及设置在熔炼炉4的顶部且位于熔炼用坩埚19正上方的可升降电动搅拌机构16，其中所述熔炼用坩埚19安装在倾倒装置21内，所述熔炼用感应线圈20安装在熔炼用坩埚19和倾倒装置21之间，所述流槽22设置在倾倒装置21的旁边且位于能承接熔炼用坩埚19所倒出的金属液的位置处，所述带加热器的可移动过液流槽23位于熔炼炉4内的一端位于流槽22的正下方。其中，上述浇注炉29安装在支撑台31上。为了增加金属液的流动性，提高金属液的填充能力，上述浇注炉29内设置有模具加热器28。而上述浇注炉29包括顶部开口的浇注炉体25及盖置在浇注炉体25的顶部开口上的浇注炉盖30，所述浇注炉盖30上设置有浇注室观察口26及用于控制该浇注炉盖30启闭的拉簧装置27。上述铸造成型下拉连铸系统包括设置在熔炼炉4内的堵漏机构6、连铸用感应线圈7、连铸用坩埚8、结晶器9和一次冷却环形循环水套10、安装在熔炼炉4底部设置的支撑架32上的二次冷却循环喷水装置13和下拉牵引装置15及放置在支撑架32的旁边并通过输气管33与熔炼炉4的内腔相连通的惰性保护气体源14，其中所述连铸用感应线圈7、连铸用坩埚8、结晶器9、一次冷却环形循环水套10、二次冷却循环喷水装置13和下拉牵引装置15设置在同一轴线上，且所述连铸用感应线圈7紧密地套接在连铸用坩埚8的外侧面上，所述结晶器9安装在连铸用坩埚8内，所述一次冷却环形循环水套10位于连铸用坩埚8的底部，所述二次冷却循环喷水装置13位于一次冷却环形循环水套10的下方，所述下拉牵引装置15位于二次冷却循环喷水装置13的下方且该下拉牵引装置15的牵引杆151的一端经二次冷却循环喷水装置13、一次冷却环形循环水套10、结晶器9和连铸用坩埚8插入到熔炼炉4内。为了能够在真空熔炼条件下添加合金元素，达到降低金属液中的氧化夹杂、提高金属液纯净度及改善铸坯质量的目的，上述熔炼炉4的顶部设置有合金加料斗17。而上述熔炼炉4包括顶部开口的炉体41及盖置在炉体41的顶部开口上的炉盖42，所述炉体41和炉盖42之间设置有用于控制炉盖42启闭的炉盖电动升降装置18，且所述炉盖42上设置有炉盖观察口5。为了使本发明的使用效果更好，上述熔炼炉4为具有水冷双重壁的熔炼炉。而上述铸造成型下拉连铸系统通过导线2电连接有电源装置1，所述电源装置1上设置有人工智能控制仪表3，通过人工智能控制仪表3能够实现高精度温控，可有效调控铸坯的固液界面，使其位于铸型出口附近，从而有效地减少了初生凝壳与铸型之间的摩擦，提高了铸坯表面质量，并且延长了铸型的使用寿命。

实施例1：真空感应加热熔炼

先拆除用于连铸的堵漏机构6、连铸用感应线圈7、连铸用坩埚8、结晶器9和一次冷却环形循环水套10，并采用双层密封圈11密闭熔炼炉4的炉底，然后将纯度为99.99%电解镍和99.99%无氧铜按Ni30%、Cu70%的质量百分比放入熔炼用坩埚19中，总质量为25kg。启动抽真空系统12，抽真空度至0.1Pa；然后逐渐调节电流，合金样品在熔炼用感应线圈20作用下逐渐熔化，通过热电偶观察熔体温度，并通过炉盖观察口5查看合金熔化情况，待合金完全熔化后，启动可升降电动搅拌机构16，进一步除去熔体中裹附的气体，搅拌速度为250转/分，搅拌10分钟后断电，合金在熔炼炉4中随熔炼用坩埚19逐渐冷却，待冷却后取出铸坯即可。制作出来的铸坯表面光亮，无裂纹、夹杂、缩孔和气孔等缺陷。

实施例2：真空浇注

先拆除用于连铸的堵漏机构6、连铸用感应线圈7、连铸用坩埚8、结晶器9和一次冷却环形循环水套10，并采用双层密封圈11密闭熔炼炉4的炉底；然后与实施例1一样采用真空感应加热熔炼，将纯度为99.95%质量为1kg的纯铬放入合金加料斗17中，将质量为10kg纯度为99.99%的无氧铜放入熔炼用坩埚19中，在1400℃下熔化，通过热电偶观察熔体温度以及通过炉盖观察口5查看无氧铜熔化情况，无氧铜完全熔化后，打开合金加料斗17，将纯铬放入熔炼用坩埚19中，然后启动可升降电动搅拌机构16，搅拌速度为250转/分，通过炉盖观察口5观察合金完全熔化后，启动倾倒装置21，使熔炼用坩埚19中的金属液倒入流槽22内，金属液经流槽22流入到带加热器的可移动过液流槽23中并在该带加热器的可移动过液流槽23中保温至1400℃，然后将金属液注入浇注炉25内的铸型中，铸坯冷却后，开启浇注炉25上的密闭门，取出铸坯即可。制作出来的铸坯表面光亮，无裂纹、缩孔、气孔和夹杂等缺陷。

实施例3：真空熔炼与氩气保护下连铸成形外径为6.0mm的BFe10-1-1白铜合金线材

先拆除熔炼用感应线圈20、流槽22和带加热器的可移动过液流槽23，并关闭真空插板阀24；然后将纯度为99.99%电解镍、99.95%电解锰、99.9%纯铁和99.99%无氧铜按Ni10%、Fe1.0%、Mn0.5%、Cu余量的质量百分比放置于连铸用坩埚8中，然后启动抽真空系统12，抽真空度至所需值；然后启动一次冷却环形循环水套10和二次冷却循环喷水装置13，并启动电源装置1，采用人工智能控制仪表3精确控温，原料在1250℃下完全熔化后，启动惰性保护气体源14，充入氩气保护气体，使熔炼炉4内压力与外界大气压相平衡后保温，保温30分钟后，打开堵漏机构6，开动下拉牵引装置15，在冷却水量为1200L/h和冷却水温度为25℃的条件下以50mm/min的拉坯速度连铸出外径为6.0mm、长为50m的白铜合金线材。该白铜合金线材的表面光亮，无桔皮、褶皱、裂纹等缺陷。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种多用途真空熔铸设备，其特征在于包括一个熔炼炉（4）及与该熔炼炉（4）的内腔相连通的一套抽真空系统（12），其中所述熔炼炉（4）上设有与该熔炼炉（4）共同组成的铸造成型下拉连铸系统、用于熔化金属的真空熔炼系统和用于铸锭成型的真空浇注系统，所述真空浇注系统包括设置在熔炼炉（4）内的熔炼用坩埚（19）、熔炼用感应线圈（20）、倾倒装置（21）和流槽（22）、与熔炼炉（4）相连接并通过带加热器的可移动过液流槽（23）与熔炼炉（4）的内腔相连通的浇注炉（29）、设置在熔炼炉（4）与浇注炉（29）连接处的真空插板阀（24）及设置在熔炼炉（4）的顶部且位于熔炼用坩埚（19）正上方的可升降电动搅拌机构（16），其中所述熔炼用坩埚（19）安装在倾倒装置（21）内，所述熔炼用感应线圈（20）安装在熔炼用坩埚（19）和倾倒装置（21）之间，所述流槽（22）设置在倾倒装置（21）的旁边且位于能承接熔炼用坩埚（19）所倒出的金属液的位置处，所述带加热器的可移动过液流槽（23）位于熔炼炉（4）内的一端位于流槽（22）的正下方。

2.根据权利要求1所述多用途真空熔铸设备，其特征在于上述真空熔炼系统包括设置在熔炼炉（4）内的熔炼用坩埚（19）、熔炼用感应线圈（20）和倾倒装置（21）及设置在熔炼炉（4）的顶部且位于熔炼用坩埚（19）正上方的可升降电动搅拌机构（16），其中所述熔炼用坩埚（19）安装在倾倒装置（21）内，所述熔炼用感应线圈（20）安装在熔炼用坩埚（19）和倾倒装置（21）之间。

3.根据权利要求1所述多用途真空熔铸设备，其特征在于上述浇注炉（29）内设置有模具加热器（28）。

4.根据权利要求1所述多用途真空熔铸设备，其特征在于上述浇注炉（29）包括顶部开口的浇注炉体（25）及盖置在浇注炉体（25）的顶部开口上的浇注炉盖（30），所述浇注炉盖（30）上设置有浇注室观察口（26）及用于控制该浇注炉盖（30）启闭的拉簧装置（27）。

5.根据权利要求1所述多用途真空熔铸设备，其特征在于上述铸造成型下拉连铸系统包括设置在熔炼炉（4）内的堵漏机构（6）、连铸用感应线圈（7）、连铸用坩埚（8）、结晶器（9）和一次冷却环形循环水套（10）、安装在熔炼炉（4）底部设置的支撑架（32）上的二次冷却循环喷水装置（13）和下拉牵引装置（15）及放置在支撑架（32）的旁边并通过输气管（33）与熔炼炉（4）的内腔相连通的惰性保护气体源（14），其中所述连铸用感应线圈（7）、连铸用坩埚（8）、结晶器（9）、一次冷却环形循环水套（10）、二次冷却循环喷水装置（13）和下拉牵引装置（15）设置在同一轴线上，且所述连铸用感应线圈（7）紧密地套接在连铸用坩埚（8）的外侧面上，所述结晶器（9）安装在连铸用坩埚（8）内，所述一次冷却环形循环水套（10）位于连铸用坩埚（8）的底部，所述二次冷却循环喷水装置（13）位于一次冷却环形循环水套（10）的下方，所述下拉牵引装置（15）位于二次冷却循环喷水装置（13）的下方且该下拉牵引装置（15）的牵引杆（151）的一端经二次冷却循环喷水装置（13）、一次冷却环形循环水套（10）、结晶器（9）和连铸用坩埚（8）插入到熔炼炉（4）内。

6.根据权利要求1或2或5所述多用途真空熔铸设备，其特征在于上述熔炼炉（4）的顶部设置有合金加料斗（17）。

7.根据权利要求1或2或5所述多用途真空熔铸设备，其特征在于上述熔炼炉（4）包括顶部开口的炉体（41）及盖置在炉体（41）的顶部开口上的炉盖（42），所述炉体（41）和炉盖（42）之间设置有用于控制炉盖（42）启闭的炉盖电动升降装置（18），且所述炉盖（42）上设置有炉盖观察口（5）。

8.根据权利要求1或2或5所述多用途真空熔铸设备，其特征在于上述熔炼炉（4）为具有水冷双重壁的熔炼炉。

9.根据权利要求1或5所述多用途真空熔铸设备，其特征在于上述铸造成型下拉连铸系统通过导线（2）电连接有电源装置（1），所述电源装置（1）上设置有人工智能控制仪表（3）。