CN104308107B - 一种竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机 - Google Patents

一种竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机，其中，真空室一与真空室二中间通过插板阀连接，真空室三与真空室二之间密封连接，真空室二中开有通气口，坩埚位于真空室二内，加热线圈位于真空室二外部，搅拌装置可穿过真空室二插入到坩埚中，结晶器与坩埚的流液口相连且坩埚与结晶器冷却机构之间设有高密度阻热垫，金属杆冷却装置设置在真空室三下方的金属杆出口处，引锭杆可与坩埚的底部接触，牵引装置连接在引锭杆。本发明可实现连续加料，可将金属在高真空度下进行熔炼和搅拌，并在惰性气体保护下按照设定速度实现连续铸造，获得无限长度的具有柱状晶组织的金属杆。

Description

一种竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机
技术领域
本发明属于物理冶金技术领域，涉及一种连铸机，尤其涉及一种竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机。
背景技术
随着金属及合金线材在电子、汽车、数据传输领域内的广泛应用，要求线材直径更细（直径小于0.02mm）、长度更长，并具有一致的组织结构和均匀的组份，这就对线材坯料提出更高要求。线材坯料组织长度不足、组织结构不一致、组份不均匀等直接导致线材加工过程中的断线和线材机械性能（强度、伸长率等）和电学性能不稳定，严重影响了金属及合金线材在电子、汽车及数据传输等领域内的应用。提高线材坯料长度、稳定坯料组份及性能是线材加工中亟待解决的问题。
现有的铸造机为非真空横引式连铸机或横引式真空铸造机，而这类铸造机都存在诸多缺点。对于非真空横引式连铸机，可以实现金属杆的连续铸造，但由于其为非真空系统，不能熔炼易氧化金属，并且其开放式的熔炼系统，会造成金属熔炼过程的氧化和污染，不能确保合金组份稳定，并且降低了石墨结晶器寿命。此外，对于该类铸造机，其搅拌过程多为机械搅拌，搅拌过程中由于金属液体飞溅易对操作工人造成伤害。对于横引式真空铸造机，主要存在下面缺点：1.由于只有一个真空室，不能够实现金属及合金杆的连续生产；2.由于横引式结构（即在坩埚侧面设置流液口）会残留较多金属或合金液体在坩埚底部，造成材料的浪费(尤其贵金属材料)；3.金属或合金杆出口温度高，容易造成金属或合金杆氧化；4.加热线圈在真空室内部造成真空室体积过大，增加抽真空难度及原料成本。非真空横引式连铸机和横引式真空铸造机的结晶器冷却装置与坩埚之间均无法设置隔热垫，使得结晶器中温度降低较多，不易形成稳定的柱状晶结构，影响了材料性能的稳定性。故上述连铸机都存在诸多问题，严重影响了线材坯料的长度和质量，给线材的后续加工和使用带来不便。
因此，目前迫切需要改变现有的连铸机，以解决目前金属及合金线材生产加工中存在的问题。
发明内容
本发明旨在解决目前的连铸机铸造出来的线材坯料组织长度不足、组织结构不一致、组份不均匀等导致线材加工过程中的断线以及线材机械性能和电学性能不稳定等问题。
为此，本发明提供一种竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机，包括连续加料装置、熔炼装置、搅拌装置、结晶器装置、金属杆冷却装置、引锭杆和牵引装置，其中，连续加料装置包括真空室一、真空室二和真空室三，所述真空室二位于真空室一的下面且真空室一与真空室二中间通过插板阀连接，所述真空室三位于真空室二的下面且真空室三与真空室二之间密封连接，所述熔炼装置包括坩埚和加热线圈，坩埚位于真空室二内，加热线圈位于真空室二外部，所述搅拌装置可穿过真空室二插入到坩埚中，在坩埚底部开设流液口，结晶器装置的结晶器与流液口相连，在坩埚与结晶器装置的结晶器冷却机构之间设有高密度阻热垫，所述结晶器装置与真空室三上部通过型面连接，所述金属杆冷却装置设置在真空室三下方的金属杆出口处，引锭杆可穿过金属杆冷却装置、真空室三、结晶器装置与坩埚的底部接触，所述牵引装置连接在引锭杆上以牵引引锭杆上下移动。
进一步地，所述搅拌装置由石墨管和不锈钢管组成。
更进一步地，所述引锭杆由石墨头和不锈钢杆组成，所述石墨头与所述不锈钢杆通过螺纹连接，且所述石墨头的两端均设有螺纹孔。
再进一步地，所述牵引装置采用双导轮牵引，牵引电机为伺服电机以实现连续牵引和间断牵引。
再更进一步地，所述真空室三下方的金属杆出口与金属杆冷却装置之间设置有引锭密封头，且引锭杆穿过引锭密封头中的双层密封圈进入到真空室三中。
在其它实施例中，所述真空室二为石英管真空室，真空室三为金属材料真空室且真空室三的高度大于200mm。
进一步地，所述结晶器装置通过型面连接固定在真空室三上。
更进一步地，所述真空室二与所述真空室三连接处设置橡胶密封圈以实现密封连接。
本发明竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机解决了真空熔炼无法连续加料、真空熔炼合金成分不均匀、有色金属或合金坩埚残留、有色金属及合金杆组织结构不稳定等问题，提高了有色金属及合金熔炼的效率，为微细线材的加工和使用提供了设备保障。
与现有的连铸机相比，本发明竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机具有以下优点：
1.采用真空系统，可以熔炼易氧化金属，并且其为封闭式的熔炼系统，不会造成金属熔炼过程的氧化和污染，能确保合金组份稳定，并且提高了石墨结晶器的寿命；
2.搅拌装置位于真空室二中，搅拌过程中不会由于金属液体飞溅而对操作工人造成伤害；
3.具有多个真空室，可以在熔炼的同时实现金属及合金的加入，因此能够实现金属及合金杆的连续加料及生产；
4.坩埚底部设置流液口，不会使金属或合金液体残留在坩埚底部，因此不会造成材料的浪费；
5.设置有真空室三和金属杆冷却装置，从而使得金属或合金杆出口温度低，不容易造成金属或合金杆氧化；
6.加热线圈在真空室二外部，从而减小了真空室二的体积，减少了抽真空难度及原料成本；
7.结晶器冷却装置与坩埚之间设置阻热垫，使得结晶器中温度降低较少，易形成稳定的柱状晶结构，提高了材料性能的稳定性。
附图说明
图1是本发明竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机的结构示意图。
图2 是本发明竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机的引锭杆结构示意图。
图3 是本发明竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机的搅拌装置结构示意图。
其中，1、真空室一；2、真空室二；3、真空室三、4、插板阀；5、搅拌装置；6、坩埚；7、阻热垫；8、结晶器装置；9、橡胶密封圈；10、加热线圈；11、引锭密封头；12、双层密封圈；13、金属杆冷却装置；14、引锭杆；15、牵引装置；16、支架；17、石墨头；18、不锈钢杆；19、不锈钢管；20、石墨管。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，具体实施方式的内容不作为对本发明的保护内容的限制。
本发明竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机，使金属及合金可通过连续加料装置连续加入到高真空的熔炼装置中，将金属在真空度高于5×10-2Pa条件下进行熔炼和搅拌，并在惰性气体保护下按照设定速度（0-1500mm/min）实现连续铸造，获得无限长度的具有柱状晶组织的金属杆。
图1示出了本发明竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机的结构示意图。如图1所示，竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机包括连续加料装置、熔炼装置、搅拌装置5、结晶器装置8、金属杆冷却装置13、引锭杆14和牵引装置15。
其中，所述连续加料装置包括真空室一1、真空室二2和真空室三3。所述真空室二2位于真空室一1的下面且真空室一1与真空室二2中间通过插板阀4连接。所述真空室三3位于真空室二2的下面且真空室三3与真空室二2之间密封连接。优选地，真空室二2与真空室三3连接处设置橡胶密封圈9以实现密封连接。在真空室二3中开有通气口，以便于向真空室二3中输入惰性气体。当连续加料时，首先将插板阀4关闭，把需加的原料放置在真空室一1中，关闭真空室一1并对真空室一1抽气，待真空室一1中的真空度高于5×10-2Pa后，停止抽真空并打开插板阀4，将原料加入到真空室二2的坩埚6中；在原料加入到真空室二2的坩埚6中的同时，关闭插板阀4，把下次熔炼需要的原料放置在真空室一1中，关闭真空室一1并对真空室一1抽气，待真空室一1中的真空度高于5×10-2Pa后，停止抽真空，这样，由于连续加料装置具有真空室一1和真空室二2可以在坩埚6中熔炼原料的同时，往真空室一1中放置下次熔炼所需要的材料，从而实现连续加料，实现金属及合金棒的连续生产加工。同时，由于具有真空室三3，其不但能用于固定结晶器冷却装置，且结晶器装置与真空室三上部通过型面连接，还能确保金属或合金杆离开结晶器时不被氧化。
在本发明中，真空室二2优选为石英管真空室。这种石英管真空室设置在感应线圈内不会被感应加热，缩小了连铸机的体积，并有利于观察坩埚内部金属或合金状态。真空室三3优选为金属材料真空室，且真空室三3的高度大于200mm从而便于更好地固定结晶器冷却装置和确保金属或合金杆离开结晶器时不被氧化。在工作时，优选地，真空室二2和真空室三3的极限真空度不低于5×10-2Pa。
所述熔炼装置包括坩埚6和加热线圈10，坩埚6位于真空室二2内且处于真空室三3的上方，加热线圈10位于真空室二2外部。在本发明中，熔炼装置采用中频或高频电源加热。由于加热线圈10处于真空室二2的外部，所以可以减小真空室二2的体积，从而减少给真空室二2抽真空的时间以及成本。在坩埚6底部开设有流液口。与横式连铸机不同，坩埚6底部开设流夜口，使金属液体可以完全流出坩埚6，从而有利于节省材料。
所述搅拌装置5可穿过真空室二2插入到坩埚6中，插入位置位于坩埚6的偏上方，并且可以上下移动。待原料在坩埚6中熔化后，通过搅拌装置5搅拌熔化后的原料，将实现充入惰性气体搅拌，保证合金具有均匀的成分。优选地，如图3所示，本发明中的搅拌装置5由高强度石墨管20和不锈钢管19组成。在进行搅拌时，将搅拌装置5的石墨管20插入金属及合金液体中进行搅拌。由于坩埚6位于真空室二2中，所以搅拌时不会有金属及合金液体溅出，不会伤害操作工人。
所述结晶器装置8包括结晶器和结晶器冷却机构。如图1所示，结晶器装置8位于真空室三3上且位于真空室二2中坩埚6的下方。在本发明中，优选地，结晶器装置通过型面连接固定在所述真空室三3上，即，真空室三3的上端开有开口，结晶器装置通过自身的凸缘坐落在所述开口中。结晶器装置8的结晶器与坩埚6的流夜口相连，以接纳从坩埚6中流出的熔化金属及合金并实现所述金属及合金液体的结晶。在本发明中，坩埚6与结晶器装置8的结晶器冷却机构之间设有高密度阻热垫7，高密度阻热垫7厚度不低于300mm。通过设置阻热垫7能够防止结晶器中金属液体的温度降低，确保金属组织结构为柱状晶结构。
所述金属杆冷却装置13位于真空室三3的下方且设置在真空室三3下方的金属杆出口处。在通过引锭杆14从真空室三3中牵引处金属杆时，金属杆冷却装置13中通入冷却水强制冷却金属杆，从而能够避免金属杆从所述真空室三3离开时被氧化。在本发明中，优选地，真空室三3下方的金属杆出口与金属杆冷却装置13之间设置有引锭密封头11，引锭密封头11可以实现真空室三3的金属杆出口处的密封。所述引锭密封头11中设置有双层密封圈12，通过双层密封圈12可以防止气体从引锭杆14或金属杆周边进入真空室三3中。
所述引锭杆14可穿过金属杆冷却装置13、引锭密封头11、真空室三3、结晶器装置8与坩埚6的底部接触，从而引导出金属杆。在本发明中，优选地，如图2所示，引锭杆14由石墨头17和不锈钢杆18组成。其中，石墨头17与不锈钢杆18通过螺纹连接，且所述石墨头17的两端都设有螺纹孔。其中，石墨头17上端的螺纹孔在金属凝固时形成螺纹，增加引引锭杆14的石墨头17与被引金属的连接强度，以有效牵引出熔炼金属。
牵引装置15连接在引锭杆14上以牵引所述引锭杆14上下移动。优选地，所述牵引装置15采用双导轮牵引，其牵引电机为伺服电机，采用工控机或PLC控制，从而可以实现连续和间断牵引。
此外，在本发明中，优选设置有支架16。本发明竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机的所有零部件都设置在支架16上，由支架16进行支撑。
在使用本发明竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机进行金属及合金线材连铸时，主要按照以下步骤进行：
1.清理坩埚6，将引锭杆14穿过结晶器装置8、金属杆冷却装置13、引锭密封头11、牵引装置15的导轮，并装入结晶器中，确保引锭杆14的石墨头17正好与坩埚6底部相平，压紧牵引装置15的导轮使其固定；
2.将待熔炼金属或合金（有色金属）放置在位于真空室二2的坩埚6中，关闭位于真空室一1和真空室二2之间的插板阀4；并将一定量（例如3公斤）的金属或合金放入真空室一1中；
3.对真空室一1和真空室二2进行抽真空至真空度高于5×10-2Pa后，开启加热线圈的电源对坩埚6中的金属或合金加热；
4.待坩埚6中的金属或合金熔化后，停止对真空室二2抽真空，并通过输气口对真空室二2中充入惰性气体至正压；
5.向下移动搅拌装置5，将搅拌装置5的石墨管20插入金属或合金液体中，通过搅拌装置5的搅拌向金属或合金溶液中通入惰性气体，实现通气搅拌；
6.搅拌好之后，开启牵引装置19和金属杆冷却装置13中的冷却水，设定牵引速度为1-50mm/min，进行连续牵引，开始引锭制备金属杆；
7．在牵引的过程中，停止对真空室一1抽真空，缓慢打开插板阀4，真空室一1中的金属或合金由于重力作用落入到真空室二2中的坩埚6中；
8.待真空室一1中的金属或合金全部落入真空室二2中的坩埚中之后，关闭插板阀6，将一定量（例如3公斤）的金属或合金装入真空室一1中，并对真空室一1抽真空至5×10-2Pa，重复步骤7实现连续加料。
本发明竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机解决了真空熔炼无法连续加料、真空熔炼合金成分不均匀、有色金属或合金坩埚残留、有色金属及合金杆组织结构不稳定等问题，提高了有色金属及合金熔炼的效率，为微细线材的加工和使用提供了设备保障。
具体实施方式的内容是为了便于本领域技术人员理解和使用本发明而描述的，并不构成对本发明保护内容的限定。本领域技术人员在阅读了本发明的内容之后，可以对本发明进行合适的修改。本发明的保护内容以权利要求的内容为准。在不脱离权利要求的实质内容和保护范围的情况下，对本发明进行的各种修改、变更和替换等都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1. 一种竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机，其特征在于：包括连续加料装置、熔炼装置、搅拌装置（5）、结晶器装置（8）、金属杆冷却装置（13）、引锭杆（14）和牵引装置（15）；所述连续加料装置包括真空室一（1）、真空室二（2）和真空室三（3），真空室二（2）位于真空室一（1）的下面且真空室一（1）与真空室二（2）中间通过插板阀（4）连接，所述真空室三（3）位于所述真空室二（2）的下面且所述真空室三（3）与所述真空室二（2）之间连接处设置橡胶密封圈（9）以实现密封连接，所述真空室三（3）中开有通气口；所述熔炼装置包括坩埚（6）和加热线圈（10），坩埚（6）位于真空室二（2）内，加热线圈（10）位于真空室二（2）外部；所述搅拌装置（5）穿过真空室二（2）插入到坩埚（6）中，在坩埚（6）底部开设有流液口，结晶器装置（8）的结晶器与流液口相连,在坩埚（6）与结晶器装置（8）的结晶器冷却机构之间设有阻热垫（7），结晶器装置（8）与真空室三（3）上部通过型面连接；所述金属杆冷却装置（13）设置在真空室三（3）下方的金属杆出口处，引锭杆（14）穿过金属杆冷却装置（13）、真空室三（3）、结晶器冷却装置（8）与坩埚（6）的底部接触；所述牵引装置（15）连接在引锭杆（14）上并可牵引引锭杆（14）上下移动。
2. 如权利要求1所述的竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机，其特征在于：所述搅拌装置（5）由石墨管（20）和不锈钢管（19）组成。
3. 如权利要求2所述的竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机，其特征在于：所述引锭杆（14）由石墨头（17）和不锈钢杆（18）组成，石墨头（17）与不锈钢杆（18）通过螺纹连接，在石墨头（17）的两端均设有螺纹孔。
4. 如权利要求3所述的竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机，其特征在于：所述牵引装置（15）采用双导轮牵引，牵引电机为伺服电机。
5. 如权利要求4所述的竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机，其特征在于：所述真空室三（3）下方的金属杆出口与金属杆冷却装置（13）之间设置有引锭密封头（11），且所述引锭杆（14）穿过引锭密封头（11）中的双层密封圈（12）进入到真空室三（3）中。
6. 如权利要求1所述的竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机，其特征在于：所述真空室二（2）为石英管真空室，真空室三（3）为金属材料真空室且真空室三（3）的高度大于200mm。
7. 如权利要求6所述的竖引式真空熔炼惰性气体保护连续加料连铸机，其特征在于：所述结晶器装置（8）通过型面连接固定在真空室三（3）上。
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