CN105344958A - 一种镁合金同水平多流连铸装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镁合金同水平多流连铸装置及方法，装置包括导流管、分流箱、热顶结晶器、分流管、保护气体管、水箱和引锭块，导流管插入分流箱内，分流箱以及热顶结晶器固定于水箱上，分流箱和热顶结晶器之间通过分流管连接，保护气体管连接分流箱和热顶结晶器，引锭块设置在热顶结晶器的正下方。所述方法的工艺步骤为：（1）将引锭块伸入至热顶结晶器中对正，加热套通电，水箱中通入冷却水，以及保护气体管中通入保护气；（2）将镁合金熔体引入装置，以预定速度启动铸造机，开始铸造；（3）接近铸锭预定长度时，停止铸造。采用本发明的镁合金同水平多流连铸装置及方法制备的镁合金铸锭表面光洁，无裂纹，铸锭内部组织均匀，晶粒尺寸均匀细小。

Description

一种镁合金同水平多流连铸装置及方法

技术领域

本发明涉及镁合金铸造装置及方法，具体涉及一种镁合金同水平多流连铸装置及方法。

背景技术

铝合金铸造中普遍使用多流、同水平连铸方法，该方法生产效率和产量高，已成为中小尺寸铝合金锭坯的主要制备方法。由于镁合金比较活泼，易氧化和燃烧，并且几乎所有现有耐火材料均可以与镁合金熔体发生反应，且镁合金熔体必须采用气体或熔盐覆盖，所以至今还没有可以工业化的镁合金多流同水平连铸技术。

近年来镁合金连铸技术发展速度较快，出现了许多新方法：其中专利CN03133390.7在镁合金DC铸造时施加低频磁场，显著细化了铸锭组织，且改善了合金元素的宏观偏析；专利CN200710010641.5和CN200710010640.0在镁合金立式和水平连铸时，同时施加低频磁场和超声场，组织显著细化的同时均匀化；专利CN200810010647.7对镁合金铸造装置的结晶器壁施加油润滑，显著提高了铸锭表面质量；专利CN201110236278.5在镁合金铸造时施加低频脉冲磁场，也取得了类似施加低频磁场的效果。但是，这些发明都基于单根铸锭，还没有涉及到多根铸锭的连铸方法。

与单流铸造相比，镁合金多流铸造时，必须考虑两个问题。第一是分流，由于多流铸造必须有多个结晶器，镁合金熔体流入分流箱（盘）后，再分配到各结晶器，在结晶器内冷却、凝固成锭坯，铝合金熔体可以裸露在空气中，表面氧化膜可以形成良好的保护，但镁合金易氧化且易燃，不可以裸露在空气中分流铸造；其次是镁合金的分流箱、结晶器的热顶等，必须采用绝热的耐火材料，铝合金铸造采用的耐火材料虽然都具有良好的强度和保温性，但是材料中含有氧化铝，而氧化铝易与镁合金液反应并燃烧。所以在没有获得良好的镁合金专用耐火材料而必须采用铝合金耐火材料时，需要在其表面喷涂与镁合金液不反应且性质稳定的涂料。

本发明就是成功解决以上两个问题，并且全面考虑了镁合金多流连铸时的相关问题，开发了一种镁合金多流同水平连铸的新装置及新方法。

发明内容

针对现有技术存在的各种问题，并结合镁合金铸造的特点，本发明提供一种镁合金同水平多流连铸装置及方法。本发明的技术方案如下：

一种镁合金同水平多流连铸装置，包括导流管、分流箱、多个热顶结晶器、分流管、保护气体管、水箱和引锭块，导流管通过分流箱顶部的导管孔插入分流箱内，分流箱以及多个热顶结晶器通过螺栓固定于水箱上，分流箱和多个热顶结晶器之间通过分流管实现连接，保护气体管连接分流箱和热顶结晶器，引锭块设置在热顶结晶器的正下方，数量与热顶结晶器的数量相同，引锭块与铸造机的移动平台连接。

所述导流管下端头装有金属过滤网，位于分流箱的中心，导流管的作用是将镁合金熔体导入至分流箱中。

所述分流箱设置于水箱上中央部位，水平断面为圆形，其结构包括保温桶和气室；保温桶上端连接气室，保温桶与气室间采用硅酸铝纸半密封，且保温桶直径比气室直径要小10~20mm，保温桶采用铝合金连铸的热顶材料制作，包括中耐7号材料；气室内设带有细小喷气孔的保护气体管，用于喷洒保护气体，顶部设有安装高温玻璃的观察窗，高温玻璃和观察窗之间采用硅酸铝纸进行半密封。

所述热顶结晶器水平断面为圆形，数量为4~12个，大小相同，均匀分布在水箱上，并围绕分流箱设置，其结构包括锻铝内套，石墨环，热顶和气室；石墨环热装镶嵌到锻铝内套内；锻铝内套底部设有密封槽，用于将热顶结晶器和水箱进行分隔并密封；热顶通过紧固螺栓固定在锻铝内套上方；热顶上端连接气室，热顶与气室间采用硅酸铝纸半密封，且热顶直径比气室直径要大10~20mm，热顶内部设有档流网，档流网一端和分流管对接，另一端通过钢丝固定在保护气体管的下部，热顶采用铝合金连铸的热顶材料制作，包括中耐7号材料；气室内设带有细小喷气孔的保护气体管，用于喷洒保护气体，顶部设有安装高温玻璃的观察窗，高温玻璃上装有金属提起环，高温玻璃和观察窗之间采用硅酸铝纸进行半密封。

所述分流箱的保温桶内壁和热顶结晶器的热顶内壁喷涂BM涂料，其化学分成按照质量百分比为：5~12.5%的BN粉，1~5%的纳米MgO，2~7.5%的纳米石墨粉，0.3~1.25%的硅溶胶，以及75~91%的水。

所述档流网包括上盖板、焊接在上盖板下部的不锈钢丝网、固定不锈钢丝网的垂直支柱和与分流管对接的接头，其中不锈钢丝网的目数为50~100目，所述对接的接头直径比分流管直径大1~2mm，直接套在分流管上；档流网采用1.5~2mm厚的304不锈钢板制作，用于平稳分流流入热顶结晶器中的镁合金熔体，防止镁合金液的冲击。

所述分流管表面覆盖一层带有加热电阻丝的加热套，并设有热电偶，可测定分流管的温度以防止镁合金熔体过冷或过热；分流管与分流箱接口的高度高出其与每个热顶结晶器接口的高度5~10mm，分流管采用不锈钢304管材制作。

所述水箱底部设有进水口，数量为2。

采用所述镁合金同水平多流连铸装置进行同水平多流连铸的方法，按照以下工艺步骤进行：

（1）将引锭块伸入至热顶结晶器中对正，加热套通电加热至600~700°C，水箱中通入冷却水，以及保护气体管中通入保护气体，保护气压力为0.012MPa；

（2）将熔炼、净化后的温度为680~750°C的镁合金熔体经导流管流入分流箱中，再通过分流管流入各热顶结晶器内，待热顶结晶器内的液面高度高出档流网及分流箱与分流管接口的高度10~20mm，以预定的速度启动铸造机，引锭块下移，铸造开始；

（3）接近铸锭预定长度时，镁合金供流停止，分流管加热断电，当镁合金熔体在热顶结晶器内的高度与石墨环的上端平齐时，铸造机停车，停止通入冷却水，待铸锭全部凝固后，停止通入保护气，快速移动引锭块，将铸锭引出结晶器，铸造结束。

所述步骤（1）的保护气体为高纯氩气，高纯氮气或加入0.5%六氟化硫的二氧化碳气体。

所述步骤（2）的预定速度根据镁合金品种和铸锭尺寸确定。

首次采用上述装置进行镁合金同水平多流连铸前，需要对热顶和保温桶的内壁喷涂BM涂料，喷涂方法为：配置BM涂料，按照质量百分比将5~12.5%的BN粉，1~5%的纳米MgO，2~7.5%的纳米石墨粉，0.3~1.25%的硅溶胶，以及75~91%的水混合均匀，得到BM涂料，将BM涂料均匀喷刷于热顶和保温桶的内壁，并在120~150°C干燥1~2h，即得到喷涂BM涂料的热顶和保温桶。

每次铸造前需对热顶和保温桶的内壁进行检查，发现涂料破损需再次喷涂BM涂料后投入使用。

本发明的有益效果为：

1、本发明装置采用了下潜式分流，且各结晶器内的熔体保持同水平，避免了常规分流方式引起的液面波动，减少了表面氧化物及夹杂的裹入，保证铸造过程连续顺利进行。

2、本发明装置在分流箱和热顶结晶器上端都采用硅酸铝纸半封闭，保护气体具有正压，可以确保熔体表面不氧化和燃烧，保证铸造的安全进行。同时可以节省保护气体的用量。

3、本发明装置的热顶和保温桶采用铝合金的热顶材料制作，喷涂BM涂料后有效避免材料中氧化铝和镁合金液反应和燃烧，同时可以有效保温，可保证多根镁合金铸锭安全、高效进行。

4、在分流箱和热顶结晶器上端都设置了安装耐热玻璃的观察窗，可以随时观测分流箱和热顶结晶器内的液位、氧化燃烧和波动，确保铸造安全。

5、采用本发明的镁合金同水平多流连铸装置及方法制备的镁合金铸锭表面光洁，无裂纹，铸锭内部组织均匀，晶粒尺寸均匀细小。

6、采用本发明装置及方法生产镁合金铸锭，生产效率较高，安全，经济。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明装置的俯视图。

图3为本发明装置中分流箱的结构示意图。

图4为本发明装置中分流箱的俯视图。

图5为本发明装置中热顶结晶器的结构示意图。

图6为本发明装置中热顶结晶器的俯视图。

图7为本发明装置中档流网的结构示意图。

图8为本发明装置中档流网的俯视图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是，本发明的实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。

实施例1

一种镁合金同水平多流连铸装置，如图1和图2所示，其中1、热顶结晶器，2、分流箱，3、导流管，4、金属过滤网，5、分流管，6、分流管表面覆盖的加热套，7、固定螺栓，8、水箱，9、保护气体管，10、引锭块，11、冷却水进水管。

所述装置包括导流管3、分流箱2、多个热顶结晶器1、分流管5、保护气体管9、水箱8和引锭块10，导流管3通过分流箱2顶部的导管孔插入分流箱内，分流箱2以及多个热顶结晶器1通过螺栓7固定于水箱8上，分流箱2和多个热顶结晶器1之间通过分流管5实现连接，保护气体管9连接分流箱2和热顶结晶器1，引锭块10设置在热顶结晶器1的正下方，数量与热顶结晶器1的数量相同，引锭块10与铸造机的移动平台连接。

所述导流管3下端头装有金属过滤网4，位于分流箱2的中心，导流管3的作用是将镁合金熔体导入至分流箱2中。

所述分流箱2设置于水箱8上中央部位，其结构如图3和图4所示，其中202、分流箱观察窗，203、分流箱高温玻璃，204分流箱气室，205、分流箱保温桶，206、分流箱与分流管连接的接口；分流箱2水平断面为圆形，结构包括保温桶205和气室204；保温桶205上端连接气室204，保温桶与气室间采用硅酸铝纸半密封，且保温桶直径比气室直径要小10mm，保温桶205采用铝合金连铸的中耐7号材料制作；气室204内设带有细小喷气孔的保护气体管9，用于喷洒保护气体，顶部设有安装高温玻璃203的观察窗202，高温玻璃和观察窗之间采用硅酸铝纸进行半密封。

所述热顶结晶器1水平断面为圆形，数量为8个，大小相同，均匀分布在水箱8上，并围绕分流箱2设置，其结构如图5和图6所示，其中101、档流网，102、钢丝，103、金属提起环，104、结晶器高温玻璃，105、密封垫，106、结晶器气室，107、结晶器观察窗，108、热顶，109、石墨环，1010、锻铝内套，1011、密封槽，1012、连接气室与水箱螺栓的孔；热顶结晶器1包括锻铝内套1010，石墨环109，热顶108和气室106；石墨环109热装镶嵌到锻铝内套1010内；锻铝内套1010底部设有密封槽1011，用于将热顶结晶器1和水箱8进行分隔并密封；热顶108通过紧固螺栓固定在锻铝内套1010上方；热顶108上端连接气室106，热顶与气室间采用硅酸铝纸半密封，且热顶直径比气室直径要大10~20mm，热顶内部设有档流网101，档流网101一端和分流管5对接，另一端通过钢丝102固定在保护气体管9的下部，热顶108采用铝合金连铸的热顶材料制作，包括中耐7号材料；气室内设带有细小喷气孔的保护气体管9，用于喷洒保护气体，顶部设有安装高温玻璃104的观察窗107，高温玻璃上装有金属提起环103，高温玻璃104和观察窗107之间采用硅酸铝纸105进行半密封。

所述分流箱的保温桶内壁和热顶结晶器的热顶内壁喷涂BM涂料，其化学分成按照质量百分比为：5~12.5%的BN粉，1~5%的纳米MgO，2~7.5%的纳米石墨粉，0.3~1.25%的硅溶胶，以及75~91%的水。

所述档流网101结构如图7和图8所示，其中51、接头，52、上盖板，53、不锈钢丝网，54、支柱；档流网101包括上盖板52、焊接在上盖板52下部的不锈钢丝网53、固定不锈钢丝网的垂直支柱54和与分流管对接的接头51，其中不锈钢丝网53的目数为50目，所述对接的接头直径比分流管直径大1~2mm，直接套在分流管5上；盖板52和接头51采用1.5mm厚的304不锈钢板制作，用于平稳分流流入热顶结晶器中的镁合金熔体，防止镁合金液的冲击。

所述分流管5表面覆盖一层带有加热电阻丝的加热套6，并设有热电偶，可测定分流管的温度以防止镁合金熔体过冷或过热；分流管5与分流箱2接口的高度高出其与每个热顶结晶器1接口的高度5~10mm，分流管5采用不锈钢304管材制作。

所述水箱8底部设有进水口，数量为2。

采用所述的装置进行镁合金同水平多流连铸的方法，包括以下工艺步骤：

（1）将引锭块伸入至热顶结晶器中对正，加热套通电加热至600~700°C，水箱中通入冷却水，以及保护气体管中通入高纯氩气，氩气压力为0.012MPa；

（2）将熔炼、净化后的温度为720°C的镁合金熔体经导流管流入分流箱中，再通过分流管流入各热顶结晶器内，待热顶结晶器内的液面高度高出档流网及分流箱与分流管接口的高度10~20mm，以180mm/min的速度启动铸造机，引锭块下移，铸造开始；

（3）接近铸锭预定长度时，镁合金供流停止，分流管加热断电，当镁合金熔体在热顶结晶器内的高度与石墨环的上端平齐时，铸造机停车，停止通入冷却水，待铸锭全部凝固后，停止通入保护气，快速移动引锭块，将铸锭引出结晶器，铸造结束。

所述步骤（1）的镁合金型号为AZ31B，铸锭尺寸为Φ120mm×5000mm，8根。

首次采用上述装置进行镁合金同水平多流连铸前，需要对热顶和保温桶的内壁喷涂BM涂料，喷涂方法为：配置BM涂料，按照质量百分比将5~12.5%的BN粉，1~5%的纳米MgO，2~7.5%的纳米石墨粉，0.3~1.25%的硅溶胶，以及75~91%的水混合均匀，得到BM涂料，将BM涂料均匀喷刷于热顶和保温桶的内壁，并在120~150°C干燥1~2h，即得到喷涂BM涂料的热顶和保温桶。

制备的AZ31B镁合金铸锭无裂纹，表面光洁，超声探伤夹杂达A级，铸锭晶粒尺寸为260μm，8根铸锭质量相同。

实施例2

一种镁合金同水平多流连铸装置，装置结构同实施例1，区别点在于：热顶结晶器的数量为4个，档流网的不锈钢丝网的目数为100目。

采用所述的装置进行镁合金同水平多流连铸的方法，包括以下工艺步骤：

（1）将引锭块伸入至热顶结晶器中对正，加热套通电加热至600~700°C，水箱中通入冷却水，以及保护气体管中通入高纯二氧化碳加0.5%六氟化硫，二氧化碳压力为0.012MPa；

（2）将熔炼、净化后的温度为700°C的镁合金熔体经导流管流入分流箱中，再通过分流管流入各热顶结晶器内，待热顶结晶器内的液面高度高出档流网及分流箱与分流管接口的高度10~20mm，以120mm/min的速度启动铸造机，引锭块下移，铸造开始；

（3）接近铸锭预定长度时，镁合金供流停止，分流管加热断电，当镁合金熔体在热顶结晶器内的高度与石墨环的上端平齐时，铸造机停车，停止通入冷却水，待铸锭全部凝固后，停止通入保护气，快速移动引锭块，将铸锭引出结晶器，铸造结束。

所述步骤（1）的镁合金型号为AZ80，铸锭尺寸为Φ320mm×5000mm，4根。

首次采用上述装置进行镁合金同水平多流连铸前，需要对热顶和保温桶的内壁喷涂BM涂料，喷涂方法为：配置BM涂料，按照质量百分比将5~12.5%的BN粉，1~5%的纳米MgO，2~7.5%的纳米石墨粉，0.3~1.25%的硅溶胶，以及75~91%的水混合均匀，得到BM涂料，将BM涂料均匀喷刷于热顶和保温桶的内壁，并在120~150°C干燥1~2h，即得到喷涂BM涂料的热顶和保温桶。

制备的AZ80镁合金铸锭无裂纹，表面光洁，超声探伤夹杂达A级，铸锭晶粒尺寸为180μm，4根铸锭质量相同。

Claims (10)

1.一种镁合金同水平多流连铸装置，其特征在于包括导流管、分流箱、多个热顶结晶器、分流管、保护气体管、水箱和引锭块；分流箱结构包括保温桶和分流箱气室；热顶结晶器结构包括锻铝内套，石墨环，热顶和结晶器气室；

导流管通过分流箱顶部的导管孔插入分流箱内，分流箱以及多个热顶结晶器通过螺栓固定于水箱上，分流箱和多个热顶结晶器之间通过分流管实现连接，保护气体管连接分流箱和热顶结晶器，引锭块设置在热顶结晶器的正下方，数量与热顶结晶器的数量相同，引锭块与铸造机的移动平台连接。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金同水平多流连铸装置，其特征在于所述导流管下端头装有金属过滤网，位于分流箱的中心。

3.根据权利要求1所述的一种镁合金同水平多流连铸装置，其特征在于所述分流箱设置于水箱上中央部位，水平断面为圆形，其结构包括保温桶和气室；保温桶上端连接气室，保温桶与气室间采用硅酸铝纸半密封，且保温桶直径比气室直径要小10~20mm，保温桶采用铝合金连铸的热顶材料制作，包括中耐7号材料；气室内设带有细小喷气孔的保护气体管，顶部设有安装高温玻璃的观察窗，高温玻璃和观察窗之间采用硅酸铝纸进行半密封。

4.根据权利要求1所述的一种镁合金同水平多流连铸装置，其特征在于所述热顶结晶器水平断面为圆形，数量为4~12个，大小相同，均匀分布在水箱上，并围绕分流箱设置，其结构包括锻铝内套，石墨环，热顶和气室；石墨环热装镶嵌到锻铝内套内；锻铝内套底部设有用于将热顶结晶器和水箱进行分隔并密封的密封槽；热顶通过紧固螺栓固定在锻铝内套上方；热顶上端连接气室，热顶与气室间采用硅酸铝纸半密封，且热顶直径比气室直径要大10~20mm，热顶内部设有档流网，档流网一端和分流管对接，另一端通过钢丝固定在保护气体管的下部，热顶采用铝合金连铸的热顶材料制作，包括中耐7号材料；气室内设带有细小喷气孔的保护气体管，顶部设有安装高温玻璃的观察窗，高温玻璃上装有金属提起环，高温玻璃和观察窗之间采用硅酸铝纸进行半密封。

5.根据权利要求1所述的一种镁合金同水平多流连铸装置，其特征在于所述分流箱的保温桶内壁和热顶结晶器的热顶内壁喷涂BM涂料，其化学分成按照质量百分比为：5~12.5%的BN粉，1~5%的纳米MgO，2~7.5%的纳米石墨粉，0.3~1.25%的硅溶胶，以及75~91%的水。

6.根据权利要求4所述的一种镁合金同水平多流连铸装置，其特征在于所述档流网包括上盖板、焊接在上盖板下部的不锈钢丝网、固定不锈钢丝网的垂直支柱和与分流管对接的接头，其中不锈钢丝网的目数为50~100目，所述对接的接头直径比分流管直径大1~2mm，直接套在分流管上；档流网采用1.5~2mm厚的304不锈钢板制作。

7.根据权利要求1所述的一种镁合金同水平多流连铸装置，其特征在于所述分流管表面覆盖一层带有加热电阻丝的加热套，并设有热电偶；分流管与分流箱接口的高度高出其与每个热顶结晶器接口的高度5~10mm，分流管采用不锈钢304管材制作。

8.采用权利要求1所述的一种镁合金同水平多流连铸装置进行同水平多流连铸的方法，其特征在于按照以下工艺步骤进行：

（1）将引锭块伸入至热顶结晶器中对正，加热套通电加热至600~700°C，水箱中通入冷却水，以及保护气体管中通入保护气体，保护气压力为0.012MPa；

（2）将熔炼、净化后的温度为680~750°C的镁合金熔体经导流管流入分流箱中，再通过分流管流入各热顶结晶器内，待热顶结晶器内的液面高度高出档流网及分流箱与分流管接口的高度10~20mm，以预定的速度启动铸造机，引锭块下移，铸造开始；

（3）接近铸锭预定长度时，镁合金供流停止，分流管加热断电，当镁合金熔体在热顶结晶器内的高度与石墨环的上端平齐时，铸造机停车，停止通入冷却水，待铸锭全部凝固后，停止通入保护气，快速移动引锭块，将铸锭引出结晶器，铸造结束。

9.根据权利要求8所述的一种镁合金同水平多流连铸方法，其特征在于所述步骤（1）的保护气体为高纯氩气，高纯氮气或加入0.5%六氟化硫的二氧化碳气体。

10.根据权利要求8所述的一种镁合金同水平多流连铸方法，其特征在于所述步骤（2）的预定速度根据镁合金品种和铸锭尺寸确定。