CN103736950A - 一种水平连铸装置及连铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平连铸装置及连铸方法，该装置可以实现铜及铜合金、铝及铝合金以及铸铁等的无氧化水平连铸。该水平连铸装置包括密封焊接的炉壳、石墨坩埚、石墨加热体、石墨或耐火材料流管、铸型石墨套、水冷环状结晶器、流管加热器、第一压紧装置、第二压紧装置。炉体处于氮气保护气氛中，石墨坩埚下端设有熔液出口，并与流管密封连接，铸型石墨套安装在流管内孔中，水冷环状结晶器紧密包围铸型石墨套，第一、第二压紧装置固定流管和铸型石墨套。熔液依靠重力和牵引过程中的吸引力从坩埚转移到铸型石墨套，在石墨套中冷却结晶后，经牵引机水平牵引，形成所需要的产品。本发明具有产品适应性广、表面质量好、产品氧含量低等特点。

Description

一种水平连铸装置及连铸方法

技术领域

本发明属于有色金属及其合金、黑色金属及其合金连铸铸造领域，具体涉及一种水平连铸装置及连铸方法。

背景技术

水平连续铸造是一种先进的铸造方法，其原理是将熔融的金属，不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固结壳了的铸件，连续不断地从结晶器的另一端拉出，它可获得任意或特定的长度的铸件。可以实现棒材、管材、板材的连续铸造。传统的水平连铸，主要采用工频有芯感应熔化炉和保温炉，只适合单一金属或合金的连续铸造，更换金属或合金的品种非常困难，且对金属及合金的适应性差，铸造产品的氧含量高，不能适用于特种有色合金或对产品的物理化学指标有特殊要求的产品。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种水平连铸装置及连铸方法，解决传统铸造方法更换铸造品种困难、产品氧含量高及不能实现特种合金的连续铸造等问题，可实现冷型或热型连续铸造，产品氧含量低，物理化学指标优良。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种水平连铸装置，包括密封的炉壳和紧靠炉壳内的炉衬，炉壳上端设置有炉盖，所述的炉壳内部设置有石墨坩埚，石墨坩埚内部上端设有保护套，石墨坩埚的周围固定有加热体，加热体通过电极引出密封装置和引出电极引出到炉壳的外面，石墨坩埚下部开有孔洞，流管插入石墨坩埚下部的孔洞中，且与石墨坩埚密封连接，流管依靠第一压紧装置与石墨坩埚固定；流管前端设置有凹孔，铸型石墨套插入流管前端的凹孔中，通过第二压紧装置压紧固定，铸型石墨套外面包围有结晶器组件；所述的铸型石墨套前端上下各开有两个小孔，一个小孔中固定有流管测温热电偶，另一个小孔中固定氮气通入管；流管的外面安装有流管加热器；所述的引出电极前端的孔洞中插入有冷却装置。

所述的石墨坩埚放置在坩埚定位支撑块上，石墨坩埚上面靠炉盖压紧，侧面设置有坩埚顶紧装置顶紧固定。

所述的引出电极为前端设有孔洞的水冷石墨电极，所述的冷却装置包括冷却水进口、冷却水出口和冷却管，冷却管插入水冷石墨电极前端的孔洞中，外部冷却循环水通过冷却水进口进入冷却管，再通过冷却水出口流出。

所述的水平连铸装置的炉膛中还设置有熔液泄漏监测装置和炉膛热电偶。

所述的流管与石墨坩埚结合面通过铬火泥密封面密封。

所述的流管为石墨或耐火材料流管，流管外安装有石墨制成的流管加热器，流管加热器通过石墨电极引出；所述的加热体为石墨加热体。

炉体侧下面设有两个快速开闭的侧快开盖，所述的炉体侧面设有两个可打开的侧密封盖。

所述的结晶器组件包括铸型石墨套外面包围的水冷结晶器，水冷结晶器通过结晶器进出水软管与外部循环冷却水连接。

所述的水冷结晶器为圆形水冷环状结晶器，结晶器进出水软管的进出水口之间通过隔板分割，防止水短路。

一种基于水平连铸装置的水平连铸方法，包括以下步骤：

1）将需要熔炼的金属放入石墨坩埚中，并控制溶化后的金属熔液液面在保护套以下；

2）将氮气通过氮气通入管以5m³/h的流量通入炉内20min，以置换炉内的空气为氮气；

3）给加热体通电，开始加热，并将氮气流量调节为0.5m³/h，维持炉膛压力在2000-4000Pa左右；将炉膛温度设定为1250℃，直至坩埚内金属完全熔化；其中，所述加热体的加热最高温度为1600-1800℃；

4）给流管加热器通电，开始加热，将流管温度设定为980℃，直至温度达到设定值；

5）增加水冷结晶器冷却水流量，并启动牵引机，以90mm/min速度、拉-停-推-停的节奏牵引引锭杆，金属熔液经水冷结晶器冷却凝固后出料，即得到金属铸件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的水平连铸装置及连铸方法，通过设置密封的炉壳使整个炉膛处于密封状态，且炉膛内部充满氮气以保护石墨构件不被氧化，同时也降低了产品的氧含量；设有流管加热器和熔液泄漏监测装置可以独立控制流管的温度，以适应不同的被熔融金属，实现冷型或热型水平连铸。同时，通过采用石墨坩埚作为熔液的载体，由于石墨具有强度高、易加工、与熔液不侵润等特点，使得石墨坩埚适用于几乎所有金属及其合金的熔化，因此克服了现有技术只适合单一金属或合金的连续铸造问题。

同时，采用石墨加热体进行加热，可使加热温度达到1600-1800℃。并采用水冷环状结晶器紧密包围铸型石墨套，已达到很好的冷却效果。

本发明所涉及的水平连铸装置，采用保护气氛下的电阻加热方式，几乎适用于熔点不超过1800℃的全部有色黑色金属及其合金，熔液可以排空，便于随时更换铸造品种，处于保护气氛之中，产品含氧量低，具有优良的物理化学指标。

附图说明

图1为本发明水平连铸装置结构外形图；

图2为本发明水平连铸装置结构剖视图；

图3为本发明流管及加热器结构示意图；

图4为本发明水冷石墨电极结构示意图。

其中：1-炉盖；2-炉壳；3-引出电极；4-侧密封盖；5-侧快开盖；6-结晶器组件；7-炉膛热电偶；8-炉衬；9-电极引出密封装置；10-坩埚顶紧装置；11-炉壁水冷环；12-石墨坩埚；13-坩埚定位支撑块；14-流管；15-第一压紧装置；16-第二压紧装置；17-加热体；18-保护套；19-铬火泥密封面；20-流管加热器；21-铸型石墨套；22-水冷结晶器；23-结晶器进出水软管；24-氮气通入管；25-流管测温热电偶；26-冷却水进口；27-冷却水出口；28-冷却管；29-水冷石墨电极。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1至图4，一种水平连铸装置，包括密封焊接的炉壳2和紧靠炉壳2内的炉衬8；石墨坩埚12位于炉壳2的内部，放置在坩埚定位支撑块13上，上面靠炉盖1压紧，侧面靠坩埚顶紧装置10顶紧固定；石墨坩埚12下部开有孔洞，流管14插入石墨坩埚12下部的孔洞中，流管14与石墨坩埚12的结合面通过铬火泥密封面19密封。流管14依靠第一压紧装置15与石墨坩埚12固定。石墨坩埚12内部上端设有耐火材料保护套18，正常生产过程中，熔液液面在保护套18之内，隔绝石墨坩埚12与空气的接触，防止石墨坩埚与空气接触造成氧化侵蚀。加热体17固定在石墨坩埚12的周围，通过电极引出密封装置9和引出电极3引出到炉壳2的外面。其中，流管14为石墨或耐火材料流管；所述的加热体17为石墨加热体。

参见图3，铸型石墨套21插入流管14前端的凹孔中，通过第二压紧装置16压紧固定。铸型石墨套21外面包围水冷结晶器22，水冷结晶器22通过结晶器进出水软管23与外部循环冷却水连接。铸型石墨套21靠近内壁前端上下各开有两个小孔，一个固定流管测温热电偶25，另一个固定氮气通入管24，来通入氮气保护铸型石墨套以防氧化；流管加热器20安装在流管14的外面。石墨或耐火材料流管外设有石墨制成的流管加热器20，并通过石墨电极引出。

其中，铸型石墨套21外包围水冷环状结晶器22，结晶器可以为圆形和其它各种形状，结晶器上有结晶器进出水软管23，进出水口之间通过隔板分割，防止水短路。

本实施例水冷石墨电极29的具体实施如图4所示：所述的引出电极3为前端设有孔洞的水冷石墨电极29，由冷却水进口26、冷却水出口27和冷却管28组成的冷却装置插入水冷石墨电极29前端的孔洞中，圆周方向紧密接触以加强冷却效果。外部冷却循环水通过冷却水进口26进入冷却管28，再通过冷却水出口27流出。

同时，所述的炉体侧面设有两个可打开的侧密封盖4，方便石墨加热体的维修更换。

炉体侧下面设有两个快速开闭的侧快开盖5，可在熔液泄漏后打开，将熔液导流到炉体外面接料盘。

此外，所述的炉壳上还设置有炉壁水冷环11，用来冷却炉壳外壁，降低炉壳表面的温度。同时，所述的炉膛中设置有炉膛热电偶7和熔液泄漏监测装置，该监测装置采用热电偶，当熔液泄露后，遭遇热电偶，其温度会急剧上升。

本发明提供的装置可以实现铜及铜合金、铝及铝合金以及铸铁等的无氧化水平连铸。熔液依靠重力和牵引过程中的吸引力从坩埚转移到铸型石墨套，在石墨套中冷却结晶后，经牵引机水平牵引，形成所需要的产品。本发明具有产品适应性广、表面质量好、产品氧含量低等特点。

本实施例铜合金的水平连铸方法，使用上述的水平连铸装置，包括以下步骤：

1）将需要熔炼的铜合金放入石墨坩埚中，并保证熔化后铜合金液面在保护套内。

2）将氮气通过氮气通入管以5m³/h的流量通入炉内20min，以置换炉内的空气为氮气。

3）给加热体通电，开始加热，并将氮气流量调节为0.5m³/h，维持炉膛压力在2000-4000Pa左右；将炉膛温度设定为1250℃，直至坩埚内金属完全熔化；其中，采用石墨作为加热体，所述加热体的加热最高温度为1600-1800℃。

4）给流管加热器通电，开始加热，将流管温度设定为980℃，直至温度达到设定值。

5）增加结晶器冷却水流量，并启动牵引机，以90mm/min速度、拉-停-推-停的节奏牵引引锭杆，铜液经结晶器冷却凝固后出料，即得到铜合金铸件。

本发明所涉及的水平连铸装置，采用保护气氛下的电阻加热方式，几乎适用于熔点不超过1800℃的全部有色黑色金属及其合金，熔液可以排空，便于随时更换铸造品种，处于保护气氛之中，产品含氧量低，具有优良的物理化学指标。解决了传统铸造方法不能实现特种合金的连续铸造问题及更换铸造品种困难、产品氧含量高等问题，可实现冷型或热型连续铸造，产品氧含量低，物理化学指标优良。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种水平连铸装置，其特征在于，包括密封的炉壳（2）和紧靠炉壳（2）内的炉衬（8），炉壳（2）上端设置有炉盖（1），所述的炉壳（2）内部设置有石墨坩埚（12），石墨坩埚（12）内部上端设有保护套（18），石墨坩埚（12）的周围固定有加热体（17），加热体（17）通过电极引出密封装置（9）和引出电极（3）引出到炉壳（2）的外面，石墨坩埚（12）下部开有孔洞，流管（14）插入石墨坩埚（12）下部的孔洞中，且与石墨坩埚（12）密封连接，流管（14）依靠第一压紧装置（15）与石墨坩埚（12）固定；流管（14）前端设置有凹孔，铸型石墨套（21）插入流管（14）前端的凹孔中，通过第二压紧装置（16）压紧固定，铸型石墨套（21）外面包围有结晶器组件（6）；所述的铸型石墨套（21）前端上下各开有两个小孔，一个小孔中固定有流管测温热电偶（25），另一个小孔中固定氮气通入管（24）；流管（14）的外面安装有流管加热器（20）；所述的引出电极（3）前端的孔洞中插入有冷却装置。

2.根据权利要求1所述的水平连铸装置，其特征在于，所述的石墨坩埚（12）放置在坩埚定位支撑块（13）上，石墨坩埚（12）上面靠炉盖（1）压紧，侧面设置有坩埚顶紧装置（10）顶紧固定。

3.根据权利要求1所述的水平连铸装置，其特征在于，所述的引出电极（3）为前端设有孔洞的水冷石墨电极（29），所述的冷却装置包括冷却水进口（26）、冷却水出口（27）和冷却管（28），冷却管（28）插入水冷石墨电极（29）前端的孔洞中，外部冷却循环水通过冷却水进口（26）进入冷却管（28），再通过冷却水出口（27）流出。

4.根据权利要求1所述的水平连铸装置，其特征在于，所述的水平连铸装置的炉膛中还设置有熔液泄漏监测装置和炉膛热电偶（7）。

5.根据权利要求1所述的水平连铸装置，其特征在于，所述的流管（14）与石墨坩埚（12）结合面通过铬火泥密封面（19）密封。

6.根据权利要求1所述的水平连铸装置，其特征在于，所述的流管（14）为石墨或耐火材料流管，流管（14）外安装有石墨制成的流管加热器（20），流管加热器（20）通过石墨电极引出；所述的加热体（17）为石墨加热体。

7.根据权利要求1所述的水平连铸装置，其特征在于，炉体侧下面设有两个快速开闭的侧快开盖（5），所述的炉体侧面设有两个可打开的侧密封盖（4）。

8.根据权利要求1所述的水平连铸装置，其特征在于，所述的结晶器组件（6）包括铸型石墨套（21）外面包围的水冷结晶器（22），水冷结晶器（22）通过结晶器进出水软管（23）与外部循环冷却水连接。

9.根据权利要求1或8所述的水平连铸装置，其特征在于，所述的水冷结晶器（22）为圆形水冷环状结晶器，结晶器进出水软管（23）的进出水口之间通过隔板分割，防止水短路。

10.一种根据权利要求1～8所述装置的水平连铸方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将需要熔炼的金属放入石墨坩埚中，并控制溶化后的金属熔液液面在保护套以下；

2）将氮气通过氮气通入管以5m³/h的流量通入炉内20min，以置换炉内的空气为氮气；

3）给加热体通电，开始加热，并将氮气流量调节为0.5m³/h，维持炉膛压力在2000-4000Pa左右；将炉膛温度设定为1250℃，直至坩埚内金属完全熔化；其中，所述加热体的加热最高温度为1600-1800℃；

4）给流管加热器通电，开始加热，将流管温度设定为980℃，直至温度达到设定值；

5）增加水冷结晶器冷却水流量，并启动牵引机，以90mm/min速度、拉-停-推-停的节奏牵引引锭杆，金属熔液经水冷结晶器冷却凝固后出料，即得到金属铸件。

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