CN105855487A - 高温合金管型材连铸结晶器及其脱模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的高温合金管型材连铸结晶器及其脱模方法，通过石墨缓冲装配冲击力，通过钢玉内套阻隔高温合金熔体对石墨缓冲层的浸蚀，高温合金熔体从结晶器底部导入结晶器内凝固后从结晶器上方拉拨出成品型材，并采用超声波小幅震动的方法脱模，能够连铸成型空心高温合金管型材，连铸成型过程中高温合金管壳体能顺利地从结晶器内衬上脱离，且各层之间紧密配合导热率优良，制造成本低廉，装配工艺简单，安装使用方便，安全可靠。

Description

高温合金管型材连铸结晶器及其脱模方法
技术领域
本发明涉及一种高温合金管型材连铸结晶器及其脱模方法，应用于高温合金管型材连续铸造。
背景技术
现有技术中，高温铸造材料一般采用离心方法直接铸造成型，由于高温合金材料各元素比重不同，成型后材料分布不均匀，影响铸造成型尺寸和性能，特殊场合下高温铸造合金管型材的长度需要几十米，只能采用分段铸造成型后焊接拼装，焊缝需进行处理，工艺繁琐，且焊接后的型材强度、性能、使用寿命均受到影响。
目前已公开的公开号为103706773A的一种空心铸铁管材及其垂直连铸方法和专用设备，在炉外没有铸造高温合金管连铸装备的感应装置，对合金熔体入口端的炉膛大小也没有要求，其保温炉的铁水入口端为敞口，铁水裸露，高温合金浇铸温度高达1600˚C，相对于铸铁1300˚C的浇铸温度，热量散发很快导致熔液流动性急剧变差，高温合金热传导率也比铸铁差，不利于熔液浇铸成型；其结晶器内套材料为石墨，应用于含炭量高的铸铁时很稳定，而应用于含炭量低的高温合金时则会溶解浸蚀石墨结晶器，且高温合金管材与结晶器内衬易发生粘连导致不能脱模，因此这类设备只能用于铸铁连铸生产，很难满足高温合金连铸需求，无法应用于高温合金管材连铸成型。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高温合金管型材连铸结晶器及其脱模方法，能够连铸成型空心高温合金管型材，连铸成型过程中高温合金管壳体能顺利地从结晶器内衬上脱离，且不会浸蚀结晶器内衬，导热率优良。
本发明的高温合金管型材连铸结晶器，主体为多层套管紧密配合套装成的管状结构，上端面设置有压板；所述多层套管由外至内依次为外护套、冷却护套、缓冲护套、内衬套，各层套管之间互相为过盈配合，上端通过压板定位固定；所述主体上端面均匀设置有通过螺纹连接固定的超声波振动器，相邻超声波振动器在圆周位置上的夹角为90˚，超声波振动器与同一超声波发生器连接，超声波发生器输出的超声波通过超声波振动器耦合到结晶器上；
所述外护套、冷却护套为焊接钢套，冷却护套内部设置有冷却水流通管道，冷却水流通管道具有通过焊接固定并穿过外护套与外部供水连接的进水口和出水口；
所述内衬套内孔为锥面，锥面的锥顶角角度为3˚～4˚，锥面圆度误差为±0.1，直线度为±0.05，表面光洁度不低于△8级；内衬套的外表面为圆柱面，圆度误差为±0.2，直线度为±0.1；所述内衬套上端设置有法兰结构，压板通过法兰结构定位固定内衬套、缓冲护套、冷却护套，内衬套材料为99.9%的刚玉；
所述缓冲护套材料为高纯度石墨，厚度约为10mm；
所述超声波发生器振动幅度为微米级，功率为3000W，具有8个卡槽。
本发明的高温合金管型材连铸结晶器脱模方法，通过上述高温合金管型材连铸结晶器经过以下步骤实现，具体步骤包括：
a、组装好的结晶器装配至保温炉上，结晶器与保温炉之间的接触面采用耐火泥密封；
b、熔化的高温合金熔体从保温炉的浇口倒入保温炉，并经保温炉底部通道从结晶器底部进入结晶器内部，并开启外部冷却水进水口和出水口；
c、熔体进入结晶器停留一段时间，停留时间由高温合金管材的壁厚和管径确定；根据高温合金管型材的厚度要求确定，高温合金管材的厚度为8mm时，停留时间为80s；厚度为10mm时，停留时间100s；厚度12mm时，停留时间120s，厚度越小，停留时间越短；
d、启动超声波发生器，超声波发生器输出的超声波通过超声波振动器耦合到结晶器上，使得结晶器上产生超声波频率的振动，其振动幅度为微米级；在高频超声波的小幅振动下，实现凝固的高温合金管型材壳与结晶器内衬的分离；
e、启动拉拔机构，把凝固的高温合金管从结晶器中拉出；该过程持续到连铸结束；
f、连铸结束后，断开超声波发生器电源，关闭外部冷却水进水口和出水口。
本发明的高温合金管型材连铸结晶器及其脱模方法，通过石墨缓冲装配冲击力，通过钢玉内衬套阻隔高温合金熔体对石墨缓冲层的浸蚀，高温合金熔体从结晶器底部导入结晶器内凝固后从结晶器上方拉拨出成品型材，并采用超声波小幅震动的方法脱模，能够连铸成型空心高温合金管型材，连铸成型过程中高温合金管壳体能顺利地从结晶器内衬上脱离，且各层之间紧密配合导热率优良，制造成本低廉，装配工艺简单，安装使用方便，安全可靠。
附图说明
图1是本发明实施例剖面结构示意图。
具体实施方式
如图所示，一种高温合金管型材连铸结晶器，主体为多层套管紧密配合套装成的管状结构，上端面设置有压板3；所述多层套管由外至内依次为外护套1、冷却护套2、缓冲护套10、内衬套9，各层套管之间互相为紧密接触的过盈配合，使得各层之间的接触不能存在间隙，从而使各层之间的接触热阻减至最低，加快高温合金熔体热量散发，减少凝固时间；所述主体上端面均匀设置有通过螺纹连接固定的超声波振动器5，相邻超声波振动器5在圆周位置上的夹角为90˚，超声波振动器5与同一超声波发生器4连接，超声波发生器4输出的超声波通过超声波振动器5耦合到结晶器上；
所述外护套1、冷却护套2为焊接钢套，冷却护套2内部设置有冷却水流通管道7，冷却水流通管道7具有通过焊接固定并穿过外护套1与外部供水连接的进水口6和出水口8，通过水冷方式加快高温合金熔体热量散发速度，减少冷却凝固停留时间，提高连续铸造效率；
所述内衬套9内孔为锥面，有助于凝固成型后的高温合金管材从结晶器内拉出，锥面的锥顶角角度为3˚～4˚，圆度误差为±0.1，直线度为±0.05，表面光洁度不低于△8级，能保证拉出的高温合金管材表面光洁度不低于△6级；内衬套9的外表面为圆柱面，圆度误差为±0.2，直线度为±0.1，能顺利套装入缓冲护套内部；所述内衬套9上端设置有法兰结构，压板3通过法兰结构定位固定内衬套9、缓冲护套10、冷却护套2，内衬套9材料为99.9%的刚玉，刚玉材料在0～1800˚C范围内相对高温合金熔体化学性质非常稳定，不会发生浸蚀、粘连，且导热性能优良，高温合金熔体冷却凝固时间短；
所述缓冲护套10材料为高纯度石墨，厚度约为10mm，石墨具有良好润滑性能、导热性能和自适应性能，在结晶器装配过程中能防止刚玉内衬套被压碎，装配完成后缓冲护套与内衬套紧密接触无间隙，热传导效率高；
所述超声波发生器4振动幅度为微米级，功率为3000W，具有8个卡槽，结晶器在超声波振动器5耦合超声波带动下振动，在高频超声波的小幅振动下，凝固的高温合金管型材壳与结晶器内衬套顺利分离。
本发明的高温合金管型材连铸结晶器脱模方法，通过上述高温合金管型材连铸结晶器经过以下步骤实现，具体步骤包括：
a、组装好的结晶器装配至保温炉上，结晶器与保温炉之间的接触面采用耐火泥密封；
b、熔化的高温合金熔体从保温炉的浇口倒入保温炉，并经保温炉底部通道从结晶器底部进入结晶器内部，并开启外部冷却水进水口和出水口；
c、熔体进入结晶器停留一段时间，停留时间由高温合金管材的壁厚和管径确定，高温合金管材的厚度为8mm时，停留时间为80s；厚度为10mm时，停留时间100s；厚度12mm时，停留时间120s，厚度越小，停留时间越短；
d、启动超声波发生器，超声波发生器输出的超声波通过超声波振动器耦合到结晶器上，使得结晶器上产生超声波频率的振动，其振动幅度为微米级；在高频超声波的小幅振动下，实现凝固的高温合金管型材壳与结晶器内衬的分离；
e、启动拉拔机构，把凝固的高温合金管从结晶器中拉出；该过程持续到连铸结束；
f、连铸结束后，断开超声波发生器电源，关闭外部冷却水进水口和出水口。

Claims (9)

1.一种高温合金管型材连铸结晶器，主体为多层套管紧密配合套装成的管状结构，上端面设置有压板（3）；所述多层套管由外至内依次为外护套（1）、冷却护套（2）、缓冲护套（10）、内衬套（9），各层套管之间互相为过盈配合，上端通过压板（3）定位固定；其特征在于：所述主体上端面均匀设置有通过螺纹连接固定的若干超声波振动器(5)，相邻超声波振动器(5)在圆周位置上的夹角为90˚，超声波振动器(5)与同一超声波发生器(4)连接，超声波发生器(4)输出的超声波通过超声波振动器(5)耦合到结晶器上。
2.根据权利要求1所述的高温合金管型材连铸结晶器，其特征在于：所述外护套（1）、冷却护套（2）为焊接钢套，冷却护套（2）内部设置有冷却水流通管道(7)，冷却水流通管道(7)具有通过焊接固定并穿过外护套(1)与外部供水连接的进水口(6)和出水口(8)。
3.根据权利要求1所述的高温合金管型材连铸结晶器，其特征在于：所述内衬套(9)内孔为锥面，锥面的锥顶角角度为3˚～4˚，锥面圆度误差为±0.1，直线度为±0.05，表面光洁度不低于△8级；内衬套(9)的外表面为圆柱面，圆度误差为±0.2，直线度为±0.1。
4.根据权利要求1所述的高温合金管型材连铸结晶器，其特征在于：所述内衬套(9)上端设置有法兰结构，压板(3)通过法兰结构定位固定内衬套(9)、缓冲护套(10)、冷却护套(2)。
5.根据权利要求1所述的高温合金管型材连铸结晶器，其特征在于：所述内衬套(9)材料为99.9%的刚玉。
6.根据权利要求1所述的高温合金管型材连铸结晶器，其特征在于：所述缓冲护套(10)材料为高纯度石墨，厚度约为10mm。
7.根据权利要求1所述的高温合金管型材连铸结晶器，其特征在于：所述超声波发生器(4)振动幅度为微米级，功率为3000W，具有8个卡槽。
8.一种高温合金管型材连铸结晶器脱模方法，通过权利要求1～7之一的高温合金管型材连铸结晶器经过以下步骤实现，具体步骤包括：
a、组装好的结晶器装配至保温炉上，结晶器与保温炉之间的接触面采用耐火泥密封；
b、熔化的高温合金熔体从保温炉的浇口倒入保温炉，并经保温炉底部通道从结晶器底部进入结晶器内部，并开启外部冷却水进水口和出水口；
c、高温合金熔体进入结晶器内停留一段时间，停留时间由高温合金管材的壁厚和管径确定；
d、启动超声波发生器，超声波发生器输出的超声波通过超声波振动器耦合到结晶器上，使得结晶器上产生超声波频率的振动，其振动幅度为微米级；在高频超声波的小幅振动下，实现凝固的高温合金管型材壳与结晶器内衬的分离；
e、启动拉拔机构，把凝固的高温合金管从结晶器中拉出；该过程持续到连铸结束；
f、连铸结束后，断开超声波发生器电源，关闭外部冷却水进水口和出水口。
9.根据权利要求8所述的高温合金管型材连铸结晶器脱模方法，其特征在于：所述高温合金熔体在结晶器内停留时间根据高温合金管型材的厚度要求确定，高温合金管材的厚度为8mm时，停留时间为80s；厚度为10mm时，停留时间100s；厚度12mm时，停留时间120s，厚度越小，停留时间越短。
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