CN107635697A - 生产半制成的冶金产品和成形铸件的方法及实施该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金和铸造工业，可用于在气体压力下、在真空中、在大气条件中和在特定的气体介质中生产金属和合金。装置包括通过具有并入式气密闸(4)的切断装置(3)连接的熔炉高压釜(1)和浇注高压釜(2)。浇注高压釜(2)通过气密闸(5)断开连接。进料管(6)固定至模具(8)的托盘(7)的底部。在囊(9)中，在“高模式”下，进行双金属锭(板、成形铸件)和两种或三种合金等级的三层锭以及传统锭的铸造。熔炉高压釜(1)设置有感应炉(12)。本发明的特定特征是使用用于高强度冷却熔体的可更换装置，其提供了装置的输出量的大幅度增加。

Description

生产半制成的冶金产品和成形铸件的方法及实施该方法的 装置
技术领域
本发明涉及冶金和铸造工业，可用于在气体压力下、在真空中、在大气条件中和在特定的气体介质中生产金属和合金。
背景技术
已知一种用于在气体压力下、在真空中和在大气条件中或在特定的气体介质中生产和铸造金属和合金的装置(Rasheva I.A.，Petkanchin L.T.，Pat.2001/6887，2001年8月23日，Equipment for Production and Casting of Alloys,南非共和国)，该装置可以生产利用高的氮含量和易于蒸发的元素(诸如Cu、Pb、Mg、Zn等)合金化的钢的单块(单)锭、再熔电极和铸件。该装置包括熔炉高压釜和浇注高压釜、具有进料管的气密囊，进料管和气密囊可被密封地制成一体或通过它们之间的密封连接制成自主密封的。在熔炉高压釜中存在感应炉，在浇注高压釜中存在一套用于单锭、再熔电极或铸件模型的模具。熔炉高压釜和浇注高压釜可以具有公共的工作空间，并且当必要时，这两个高压釜可以通过两个气密闸自主地分开。具有冶金套件或铸造套件的密封囊在浇注高压釜中竖向地移动，并且囊可以具有自主的气体压力(独立于浇注高压釜中或通过熔炉高压釜和浇注高压釜形成的在压力下的公共容器中的总工作压力)。在浇注囊中存在模具(模型)，液体金属在该模具中被抗引力地浇注。进料管密封地固定至囊。上部移动平台和下部移动平台沿着水平轨道移动，熔炉高压釜和浇注高压釜通过升降机竖向移动。
该已知装置的缺点是：
-由于陶瓷进料管具有低的导热率，因此等待期是必需的，直到进料管中的液体金属(熔体)结晶，并且两个高压釜必须断开连接以便开始下一次熔化，故生产率是低的；
-有限的产品种类，排除了生产两层和三层锭和铸件的可能性；
-由于在填充模具(模型)后感应炉继续其操作，故电能、水、耐火材料和其它消耗品材料的消耗增加；
-由于在浇注腔室中的结晶制约了所有生产过程，故液体进料应用的有效性下降；
-由于在耐火管中形成固体合金堵塞物，故在每次熔化后需要更换昂贵的进料系统。
发明内容
通过所提出的用于生产半制成的冶金产品和成形铸件的方法及用于实施该方法的装置所达到的技术效果在于：增加生产率、降低能量消耗、和拓宽产品种类。
实现了实施该方法的技术效果，这是由于生产冶金产品和成形铸件的方法在于：将熔炉高压釜填充有液体或固体进料，该固体进料被熔化，并且由于压差通过进料管将熔体引入浇注高压釜的模具或模型中，并将用于强冷却熔体的可更换装置固定在进料管和模具的底部托盘之间，该可更换装置在填充模具或模型和随后的气体压缩之后用于熔体的局部结晶。
可将水或其它冷却剂引入用于强冷却的可更换装置中。
当生产多层合金时，在引入熔体之前，将预先放置在模具中的至少一种冶金产品加热。
为了获得具有各种性能的冶金产品和成形铸件，在气体(例如氮气)压力下处理熔炉高压釜中的熔体。
装置实施上的技术效果在用于生产冶金产品和成形铸件的装置中实现，该用于生产冶金产品和成形铸件的装置由以下构成：可移动的熔炉高压釜和具有至少一个模具或模型的浇注高压釜，熔炉高压釜和浇注高压釜通过相应的进料管和锁定系统连接，模具的底部托盘和进料管的端部被制成能够连接用于强冷却熔体的可更换装置。
用于强冷却的可更换装置可包括由高导热冷却套筒包围的高导热套筒。
模具的底部托盘可制成能够插入锥形耐火套筒，锥形耐火套筒与高导热套筒和高导热冷却套筒结合。
在能够替换的用于制造多层合金的浇注高压釜中，存在放置在冶金坯料的模具中的加热器和覆盖该模具的可透气的盖子。
熔炉高压釜和浇注高压釜的数量由生产量来确定。
附图说明
通过附图阐明本发明的实质。
图1-生产冶金产品和成形铸件的装置的总体视图；
图2-用于熔体的强冷却的可更换装置；
图3-用于生产双金属锭的方案；
图4-用于生产三层锭的方案；
图5-用于生产双金属板的方案。
具体实施方式
用于生产冶金产品和成形铸件的装置由移动部件、固定部件和自主部件构成：通过具有并入式气密闸4的静止切断装置3连接的熔炉高压釜1和浇注高压釜2。浇注高压釜2通过气密闸5断开连接。进料管6固定至模具8的底部托盘7的下部。浇注囊9通过机构10竖向地移动并且与滑架11上的浇注高压釜2一起水平地移动。
在囊9中，在抗引力的“高模式”下，进行双金属类型的锭(板、成形铸件)和两种或三种合金等级的三层锭以及传统锭的铸造。熔炉高压釜1连同感应炉12一起通过升降机13被竖向地移动至卡口式静止切断装置3，并且通过滑架14被水平地移动。静止切断装置3连接至熔炉高压釜1和浇注高压釜2，滑架11和滑架14沿着轨道16和轨道15移动。
在熔炉高压釜1中存在感应炉12，且在浇注高压釜2中存在一套用于锭的模具8(铸件模型)，用于生产单锭、再熔电极、成形铸件、两层或三层锭和铸件。浇注高压釜和囊9的铸件可以是低的或高的(在双金属锭-板和三层锭-板的情况下)。高压釜1和高压釜2可以具有公共的工作空间，但也可以具有独立气氛。在浇注高压釜2中的囊9与铸件模型、或与用于单锭、双金属锭、三种不同金属层的锭、或两种合金的三层的锭的浇注套件一起竖向地移动。囊9也以密封形式制造有独立气体介质，且具有加热器18以在填充模具8之前立即加热锭(板)19的内表面。在囊的底部(在托盘7中)，高导热套筒20安装成与铜水冷套筒21接触。在底部托盘7处进料管6密封地固定在高导热套筒20和铜水冷套筒21的下面。
熔炉高压釜1由通过卡口式连接件24联接的外壳22和盖子23构成。
浇注高压釜2由具有通过卡口式连接件27联接的下部25和上部26的外壳构成。囊9具有通过卡口式连接件30联接的下部28和上部29。
除了上文提到的套筒20和套筒21之外，用于熔体的强冷却的装置还包括塑料密封涂层31、用于水(冷却剂)的流量传感器、和在控制面板处的自动龙头，在填充模具8的信号之后该自动龙头立即开启最大冷却水(冷却剂)流量，但也考虑对于具有锭(板)19的稠密的缝用于按压液体金属的时间以及减少新铸造的锭的收缩下沉的时间。
可更换的耐火锥形套筒32(“石材”)被放置在底部托盘7中。
当在模具8中生产合金时，板(半-锭)19牢牢地固定并占据模具8的部分工作空间。加热器18通过操纵器下降到模具8的空闲的半空间中，加热器18用于加热锭(板)19的内表面。在达到设定温度(对于不同的金属和合金，设定温度是不同的)后，加热器18被提升，并且引入液体金属33以用于形成双金属合金的第二部分或三金属合金的第三部分。
上气密闸5安装在浇注高压釜2的底部中。下气密闸4安装在连接高压釜1和高压釜2的静止切断装置3中。感应炉12固定地安装在熔炉高压釜1的外壳22中，熔炉高压釜1通过耳轴34安装在移动滑架14上。
在生产三层锭(板)的情况下(图4)，操作顺序类似于双金属锭的生产。
当操作是基于固体进料时，感应炉12被填充有固体进料，该固体进料在大气条件下被熔化和处理。浇注高压釜2被准备用于在装置本身处或在轨道16上进行熔化。在底部托盘7的下表面处(图2)，安装“石材”(锥形套筒)32，该锥形套筒32与高导热套筒20(覆盖有塑料涂层31)接触，并且放置高导热冷却铜套筒21，然后安装进料管6。铜套筒21在控制面板处与两个具有热电偶的传感器连接，所述传感器插入模具8的盖子中，用于记录金属铸造过程。然后，板(部分锭)19被安装且牢牢地固定在模具8中，加热器18被降低靠近板(部分锭)19。在加热至板19的内表面的设定温度后，加热器18被提升，在这之后，放置可透气的盖子35，囊9的盖子29通过卡口式连接件27固定。浇注高压釜2的上部26被放置在下部25上，且通过卡口式连接件27固定。
感应炉12通过滑架14沿着轨道15移动，并在浇注高压釜2的下面居中设置，通过升降机36提升直至感应炉12停止在静止切断装置3处且通过卡口式连接件24固定。液体合金33在气体压力下被处理，然后以受控方式使囊9下降，直到进料管6的下端浸入液体金属中。以此方式，形成运输条件-在熔炉高压釜1和浇注高压釜2的公共工作空间中的压差(ΔP＝P2-P1)，液体金属开始抗引力地流经进料管6进入模具8中。在填充模具8的空闲空间后(图3)，开启最强冷却水流量(冷却剂)，通过受控结晶在单元(装置)中发生液体金属的局部结晶(图2)。在套筒20的区域中局部结晶之后，气密闸5关闭。压力P2变得高于压力P3，并且在熔炉高压釜1中的气体压力P1被降至大气压力。打开卡口式连接件24，通过升降机36使熔炉高压釜1降至下端位置，将熔炉高压釜1移动到左端位置，并准备感应炉12用于下一熔化的进料。
当利用液体进料操作时，感应炉12接收液体进料，熔炉高压釜1被移动且在浇注高压釜2的下方居中设置。其它操作的顺序类似于利用固体进料的操作的变型。
该装置的操作实施用于生产冶金产品和成形铸件的方法，并且获得下面的锭：
1.单块传统锭
将感应炉12加热至温度1580℃至1600℃。在20s的过程中使熔炉高压釜1中的压力P1和浇注高压釜2和囊9中的各个压力P2、P3平衡。在压力平衡之后，引入高氮铁铬合金，其在10min的过程中被吸入。在囊9中，形成负压差ΔP＝P1-P3＝0.05MPa。
在6s的过程中填充进料管6，压差增至0.25MPa，模具8填充有熔体，该熔体例如在10min后固化。然后，锭被压缩持续约6min，开启强冷却装置，2min后完成铸造。在囊9中的锭的上方的压力P3保持在0.45MPa的水平持续2min。然后在15s的过程中，熔炉高压釜1中的压力P1降低，然后移动装置1以承担新的熔化任务。
2.双金属锭(图3)
与在段落1中一样进行操作，但模具8不同-固体合金半锭19被更早地放置在模具8中并通过加热器18加热至100℃至150℃。
3.三层锭(图4)
与在段落2中一样进行操作，但在模具8中放置两个半锭19。
4.双金属板(片材)锭(图5)
与在段落1中一样进行操作，但固体半锭19具有平行六面体构造。
该装置和方法具有下面的优势：
-在进料通道的除了陶瓷进料管6外的部分外面的用于受控强冷却的装置允许减少浇注时间，并允许提高设备的生产率；
-用于受控强冷却的装置位于进料管6的外部，这使使用寿命增加数十倍；
-确保了能够多次应用昂贵的进料系统；
-更广泛的产品种类，包括以冶金方式焊接的双金属和三金属的高科技产品；
-由于较短的熔化时间，降低了电能、水、材料等的消耗；
-利用液体进料的操作的更高的有效性，这是整个生产过程的更高的竞争力的基础；
-减少了液体熔体的高温反映(1600℃至1700℃，辐射，灰尘，气体)对提升机构的抛光柱状物和抛光导向柱的有害影响的时间；
-由于进料系统的较长的服务区间，大幅度降低了工业事故的风险；
-该装置允许在压力和大气条件下并且包括在真空中进行熔化；
-用于生产冶金产品和成形铸件的方法和用于实施该方法的装置可被用于在气体压力下、在真空中或在大气条件中、以及在特定的气体介质中生产和铸造金属和合金，以获得传统的(单)锭(板)，单金属的、双金属的、利用两个或三个等级的金属或合金的三层的锭，再熔电极；利用易于蒸发的元素(诸如钙、铅、锌、镁、锰等)、以及有色金属和合金来合金化的传统的氮钢(NS)、高氮钢(HNS)的成形铸件。

Claims (11)

1.一种用于生产半制成的冶金产品和成形铸件的方法，根据所述方法，熔炉高压釜填充有液体进料或固体熔化进料，由于压差通过进料管将所述液体进料或固体熔化进料引入到浇注高压釜的模具或模型中，其中，在通过所述进料管引入熔体之前，将用于强冷却所述熔体的可更换装置放置在所述进料管和所述模具或模型的底部托盘之间，所述可更换装置用于在将所述模具或模型填充有所述熔体和随后的气体压缩之后的所述熔体的局部结晶。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述用于强冷却所述熔体的可更换装置中引入水或其它冷却剂。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在引入所述熔体之前，将预先放置在所述模具或模型中的至少一种冶金坯料加热。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在气体压力下，在所述熔炉高压釜中处理所述熔体。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，氮气被使用。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，在气体压力下，在所述熔炉高压釜中处理所述熔体。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，氮气被使用。
8.一种用于生产半制成的冶金产品和成形铸件的装置，所述装置由以下构成：可移动的熔炉高压釜和具有至少一个模具或模型的浇注高压釜，所述熔炉高压釜和所述浇注高压釜通过相应的进料管或锁定系统连接，其中，所述模具的底部托盘和所述进料管的端部能够联接用于强冷却熔体的可更换装置。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，用于强冷却所述熔体的装置是可更换的，所述用于强冷却所述熔体的装置包括由高导热冷却套筒包围的高导热套筒。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述模具或模型的底部托盘能够在其中插入可更换的锥形耐火套筒，所述可更换的锥形耐火套筒与高导热套筒和高导热冷却套筒连接。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置，其中，所述浇注高压釜能够替换，所述浇注高压釜具有定位在冶金坯料的所述模具或模型中的加热器和覆盖所述模具或模型的可透气的盖子。
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