CN108465790B - 用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置及使用方法，装置包括动力装置、控电箱、导液管、静置炉及坩埚，其中导液管为单体结构或T型结构；导液管的出料口上方设有一个固定吊钩，固定吊钩通过羊角挂钩悬挂在横梁上，横梁固定在支撑架上；控电箱的电源两极分别连接导液管的出料口上方以及电极板；使用方法为：开启控电箱控制对向电极板和导液管的出料口通电，对导液管进行加热；启动动力装置，将合金熔体经导液管输送到结晶器；开始铸造；当合金熔体的液面离开石墨碳棒时，关闭动力装置。本发明的装置和方法可满足生产制备不同规格镁合金铸锭，实现大体积熔体的连续供液。

Description

用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置及使用方法

技术领域

本发明属于镁合金铸造技术领域，特别涉及一种用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置及使用方法。

背景技术

DC(Direct Chilling)铸造即半连续铸造具有生产成本低、生产率高等一系列优点，是目前工业上生产制备镁合金圆锭与扁锭的主要方法；DC铸造主要通过水冷模具(结晶器)使熔体连续稳定凝固成锭坯；随着工业上对铸锭的质量要求不断提高，在DC铸造的基础上，人们开发了一系列改进型DC铸造方法，如为提高表面质量的热顶铸造，气膜铸造、汽滑铸造、低液位铸造等等。

为保证大尺寸变形材构件的尺寸与力学性能等的要求，往往需要大规格铸坯在变形材满足目标尺寸的前提下，以足够的变形量以获得足够的力学性能指标；对于用于宽幅板卷轧制的扁锭铸造，其宽度必须满足板宽的要求，同时厚度必须满足变形量的要求；另外，铸锭横截面尺寸的增加也提高了生产率和成材率(相关表面车铣量减小)；但是，铸造坯料的大型化也给铸造工艺的实现带来许多困难和挑战。这些困难包括铸造裂纹(包括热裂和冷裂)、晶粒粗大、横截面组织差别增加、宏观偏析严重等一系列问题。

另外，无论是传统的DC铸造方法还是改进型DC铸造方法，都不可避免地在铸造的开始阶段以及结束阶段存在非稳定状态下熔体的凝固，铸锭两端的冶金质量较差，一般在后续加工前要通过机加工等方式去除，随后只能当作废料处理，不仅大大降低了铸锭的成材率还浪费了资源；因此，延长铸锭的长度，可在头尾等量去除情况下显著提高合格产品的成材率；对宽幅板卷轧制用扁锭铸造，由于通过在线焊接实现板带接续存在困难，板卷大卷重轧制取决于扁锭坯的长度；对于熔炼炉容量(一般在20～50吨)较大的铝合金熔铸来说，完全可以满足大规格截面变形坯料的长铸锭铸造对连续供液的要求，但对于从工艺安全性着眼只能采用较小熔炼炉(容量均小于3吨)进行熔炼的镁合金半连续铸造来说，大规格长铸锭铸造的供液连续性与稳定性就是必须克服的主要技术障碍。

发明内容

针对现有镁合金大规格长扁锭铸造技术中存在的上述问题，本发明提供一种用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置及使用方法，通过改进供液装置，实现大体积熔体连续供液，进而改进供液方式，满足生产制备不同规格镁合金铸锭的安全性需要。

本发明的用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置包括动力装置、控电箱8、导液管7、静置炉4及静置炉4内部的坩埚10，所述的动力装置为加压式动力装置或泵式动力装置；导液管7通过坩埚10的盖板插入坩埚10内部，导液管7的进料口设有挡流槽9或连接到倒液泵的出口；导液管7的出料口5与结晶器6相对应；其中导液管7为单体结构或T型结构；当导液管7为T型结构时，导液管7有两个进料口各自插入到一个坩埚10内部；当导液管7为单体结构时，每个坩埚10内各自有一个导液管7插入，且各导液管7的出料口5均与同一个结晶器6相对。

上述装置中，导液管7的出料口5上方设有一个固定吊钩29，固定吊钩29通过羊角挂钩30悬挂在横梁32上，横梁32固定在支撑架31上。

上述装置中，导液管7的出料口5下方设有一个分流管，该分流管的进口通过连接法兰和紧固夹具与出料口5装配在一起，分流管的多个出口与结晶器6相对。

上述装置中，坩埚10的盖板与电极板12固定连接，还设有石墨碳棒16，石墨碳棒16外部套有陶瓷卡具15，陶瓷卡具15固定在盖板上并且外部套有钢套24，石墨碳棒16插入坩埚10内部用于液位检测；控电箱8的电源两极分别连接导液管7的出料口5上方以及电极板12，导液管7位于坩埚10以外的部分外表面包裹有硅酸铝保温棉14；控电箱8的液位检测装置与石墨碳棒16通过导线连接，同时控电箱8的电源与动力装置连接。

上述装置中，当导液管7进料口设有挡流槽9时，动力装置为加压式动力装置，挡流槽9焊接固定在导液管7进料口上；加压式动力装置的储气罐25连接的气管28穿过坩埚10的盖板插入坩埚10内。

上述装置中，当导液管7的进料口连接到倒液泵的出口时，动力装置为泵式动力装置，泵式动力装置的倒液泵设置在坩埚10内，倒液泵的进口设有过滤网23；导液管7的进料口以及倒液泵的出口外部包裹有陶瓷套。

上述装置中，当导液管7为单体结构时，动力装置优选为加压式动力装置；当导液管7为T型结构时，动力装置优选为泵式动力装置。

本发明的用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置的使用方法按以下步骤进行：

1、将合金原料经熔化、精炼和除气后，坩埚内形成合金熔体在静置炉内静置；

2、开启控电箱控制对向电极板和导液管的出料口通电，对导液管进行加热，控制导液管的温度与合金熔体的温度差为5～15℃，同时通过石墨碳棒和液位检测装置检测坩埚内合金熔体的液位；

3、启动动力装置，将坩埚内的合金熔体经导液管输送到结晶器；当动力装置为加压式动力装置时，将坩埚密封，通过储气罐向坩埚内通入氮气增加坩埚内气压，合金熔体在压力作用下被导入导液管，并进入结晶器，通过控制储气罐外气管的压力值来调控合金熔体的流量；当动力装置为泵式动力装置时，通过电控箱开启倒液泵，合金熔体在倒液泵作用下被导入导液管，并进入结晶器，通过控制导液泵调控合金熔体的流量；

4、合金熔体经出料口流入结晶器开始铸造；随着合金熔体的输送，坩埚内的合金熔体逐渐较少；当合金熔体的液面离开用于液位检测的石墨碳棒时，控电箱收到信号并关闭动力装置，停止向结晶器输送合金熔体。

上述方法结晶器铸造的产品为镁合金大规格长扁锭，其宽度200～1700mm，厚度100～450mm，长度1500～3600mm。

本发明的装置利用液位检测装置可清晰的判断坩埚内合金熔体的量，通过控电箱可以实现导液动力装置与液位检测装置的联合控制；导液管及相关装置可满足生产制备不同规格镁合金铸锭；导液管出口位置的支撑装置保障了稳定供液并可随时对出料口位置进行调整；通过电极板和出料口连接控电箱可以实现导液管加热时温度分布均匀，实现大体积熔体的连续供液条件下，制备出高质量的镁合金大规格长扁锭。

附图说明

图1为本发明实施例1中的用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置结构示意图；

图2为图1中的导液管部分结构示意图；

图3为本发明实施例2中的导液管及吊挂装置结构示意图；

图4为本发明实施例3中的导液管结构示意图；

图5为本发明实施例2中的静置炉部分结构示意图；

图6为本发明实施例1中的静置炉部分结构示意图；

图7为本发明实施例1中的联合控制液位检测及动力装置电路原理图；

图8为本发明实施例中的吊挂装置结构示意图；

图中，1、导液管1#段，2、导液管2#段，3、导液管3#段，4、静置炉，5、出料口，6、结晶器，7、导液管，8、控电箱，9、挡流槽，10、坩埚，11、夹具，12、电极板，13、密封石墨盘根，14、硅酸铝保温棉，15、陶瓷卡具，16、石墨碳棒，17、电机，18、减速器，19、叶轮上盖，20、叶轮，21、泵壳，22、泵轴，23、过滤网，24、钢套，25、储气罐，26、气管阀门，27、压力表，28、气管，29、固定吊钩，30、羊角挂钩，31、支撑架，32、横梁，33、横梁地脚；

图9为本发明实施例1制备的镁合金大规格长扁锭的外观形貌图；

图10为本发明实施例2制备的镁合金大规格长扁锭的外观形貌图。

具体实施方式

本发明实施例中过滤网23材质为耐高温不锈钢。

本发明实施例中硅酸铝保温棉厚度为20mm。

本发明实施例1中泵式动力装置包括盖板上方的电机17和减速器18，盖板下方的泵壳21、泵轴22、叶轮20、叶轮上盖29和过滤网23，过滤网23位于倒液泵的进口处，导液管7的进料口与倒液泵的出口连通，如图5所示。

本发明实施例1中电控箱8与电机17装配在一起。

本发明实施例2中加压式动力装置包括储气罐25和气管28，气管28上设有气压表27和气管阀门26，气管的出气口位于坩埚10内部，如图6所示。

本发明实施例2中电控箱8与气管阀门26装配在一起。

本发明实施例中，控电箱8的电源两极分别与电极板12和出料口上方连接，电源、电极板12、盖板、坩埚10、合金熔体、导液管7构成导电回路。

本发明实施例中坩埚10与盖板通过紧固夹具11固定在一起，盖板与坩埚10之间设有密封石墨盘根13。

本发明实施例中吊挂装置如图8所示，包括横梁32、羊角挂钩30和支撑架31，每个横梁32上设有至少1个羊角挂钩30，横梁32两端分别固定在一个支撑架31上；支撑架31为三角形，其底部设有地脚33。

本发明实施例中液位检测及动力装置电路原理如图7所示。

本发明实施例中制备的镁合金大规格长扁锭为AZ31镁合金。

实施例1

用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置如图1所示，包括动力装置、控电箱8、导液管7、静置炉4及静置炉4内部的坩埚10，所述的动力装置为泵式动力装置；导液管7通过坩埚10的盖板插入坩埚10内部，导液管7的进料口设有挡流槽9或连接到倒液泵的出口；导液管7的出料口5与结晶器6相对应；

导液管7为T型结构，结构如图2所示，由导液管1#段1、导液管2#段2和导液管3#段3组成，导液管1#段1和导液管2#段2通过法兰和夹具与导液管3#段3连通；导液管1#段1和导液管2#段2的进料口各自插入到一个静置炉4内的坩埚10内部；其中导液管1#段1和导液管2#段2的内径50mm，导液管3#段3内径100mm；

导液管7的出料口5上方设有一个固定吊钩29，固定吊钩29通过羊角挂钩30悬挂在横梁32上，横梁32固定在支撑架31上；

坩埚10的盖板与电极板12固定连接，还设有石墨碳棒16，石墨碳棒16外部套有陶瓷卡具15，陶瓷卡具15固定在盖板上并且外部套有钢套24，石墨碳棒16插入坩埚10内部用于液位检测；控电箱8的电源两极分别连接导液管7的出料口5上方以及电极板12，导液管7位于坩埚10以外的部分外表面包裹有硅酸铝保温棉14；控电箱8的液位检测装置与石墨碳棒16通过导线连接，同时控电箱8的电源与动力装置连接；

当导液管7进料口设有挡流槽9时，动力装置为加压式动力装置，挡流槽9焊接固定在导液管7进料口上；加压式动力装置的储气罐25连接的气管28穿过坩埚10的盖板插入坩埚10内；

使用方法按以下步骤进行：

合金原料在电阻熔炼炉中熔炼，纯镁熔化后添加Zn，然后添加Al-10％Mn中间合金，经熔剂精炼后，向炉内吹氩气精炼，在700～720℃保温、在静置炉内静置30～60分钟；

开启控电箱控制对向电极板和导液管的出料口通电，对导液管进行加热，控制导液管的温度高于合金熔体5～15℃，同时通过石墨碳棒和液位检测装置检测坩埚内合金熔体的液位；

结晶器通水，向针阀油杯中注入润滑油并确保油槽畅通。打开保护气阀，向气体保护喷管中通入保护气，启动连续供液装置，镁合金液经过导液管进入分流盘，采用不锈钢(304)扒渣板扒出分流盘内的夹杂，引导镁合金液均匀的从分流孔与分流口中流入结晶器。用扒渣板搅动镁合金液，使其尽量均匀铺到引锭头的底面。随着液面的逐渐增高，提升分流盘，减少镁合金熔体的流量，当镁合金液面达到与结晶器油盖板的距离70-120mm时，打开电源，向电磁线圈通入脉冲电流的同时启动铸造机，开始铸造，铸造机的速度要缓慢增加，从启动到稳定铸造速度需要5～8分钟。调整锥阀与导液管下端的间距，控制镁合金液流量，保持液面稳定；

启动动力装置，将坩埚内的合金熔体经导液管输送到结晶器；当动力装置为加压式动力装置时，将坩埚密封，通过储气罐向坩埚内通入氮气增加坩埚内气压，合金熔体在压力作用下被导入导液管，并进入结晶器，通过控制储气罐外气管的压力值来调控合金熔体的流量；当动力装置为泵式动力装置时，通过电控箱开启倒液泵，合金熔体在倒液泵作用下被导入导液管，并进入结晶器，通过控制导液泵调控合金熔体的流量；结晶器内合金熔体的流量为267.75cm³/min，合金熔体经出料口流入结晶器开始铸造；

铸造过程中，向结晶器通水，向针阀油杯中注入润滑油并确保油槽畅通；打开保护气阀，向气体保护喷管中通入保护气，启动连续供液装置，镁合金液经过导液管进入分流盘，采用不锈钢(304)扒渣板扒出分流盘内的夹杂，引导镁合金液均匀的从分流孔与分流口中流入结晶器。用扒渣板搅动镁合金液，随着液面的逐渐增高，提升分流盘，减少镁合金熔体的流量，当镁合金液面达到与结晶器油盖板的距离70～120mm时，打开电源，向结晶器电磁线圈通入脉冲电流的同时启动铸造机，开始铸造，铸造机的速度要缓慢增加，从启动到稳定铸造速度需要5～8分钟；调整锥阀与导液管下端的间距，控制镁合金液流量，保持液面稳定；

随着合金熔体的输送，坩埚内的合金熔体逐渐较少；当合金熔体的液面离开用于液位检测的石墨碳棒时，控电箱收到信号并关闭动力装置，停止向结晶器输送合金熔体；

铸造到预定长度后或达到液位警报器预设位置后，关闭连续供液装置以停止供应镁合金液，同时将铸造机速度为零，然后关闭油杯阀门；结晶器内的镁合金液逐渐凝固，待结晶器边部的镁合金液凝固壳厚度达到30～50mm时，关闭脉冲电流和结晶器的供水阀。镁合金液全部凝固后，移开结晶器，将镁合金扁锭吊出；

制备的镁合金大规格长扁锭的宽度1400mm，厚度400mm，长度1800mm，外观形貌如图9所示，表面质量完好，无裂纹。

实施例2

装置结构同实施例1，不同点在于：

(1)所述的动力装置为加压式动力装置；

(2)导液管7为单体结构；导液管7和吊挂装置结构如图3所示；每个坩埚10内各自有一个导液管7插入，且各导液管7的出料口5均与同一个结晶器6相对；

(3)当导液管7的进料口连接到倒液泵的出口时，动力装置为泵式动力装置，泵式动力装置的倒液泵设置在坩埚10内，倒液泵的进口设有过滤网23；导液管7的进料口以及倒液泵的出口外部包裹有陶瓷套；

方法同实施例1；

制备的镁合金大规格长扁锭的宽度1400mm，厚度400mm，长度3400mm，外观形貌如图10所示，表面质量完好，无裂纹。

实施例3

装置结构同实施例1，不同点在于：

导液管7的出料口5下方设有一个分流管，结构如图4所示，该分流管的进口通过连接法兰和紧固夹具与出料口5装配在一起，分流管的多个出口与结晶器6相对；其中分流管的每个出口内径35mm。

方法同实施例1；

制备的镁合金大规格长扁锭的宽度1400mm，厚度400mm，长度1800mm，表面质量完好，无裂纹。

Claims (1)

1.一种用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置的使用方法，其特征在于采用用于制备镁合金大规格长扁锭的连续供液装置，该装置包括动力装置、控电箱、导液管、静置炉及坩埚，所述的动力装置为泵式动力装置；导液管通过坩埚的盖板插入坩埚内部，导液管的进料口设有挡流槽或连接到倒液泵的出口；导液管的出料口与结晶器相对应；导液管为单体结构或T型结构；当导液管为T型结构时，导液管有两个进料口各自插入到一个坩埚内部，总共有两个坩埚，导液管有一个出料口，该出料口与结晶器相对应；当导液管为单体结构时，每个坩埚内各自有一个导液管插入，总共有两个坩埚，且各导液管的出料口均与同一个结晶器相对；所述的坩埚的盖板与电极板固定连接，还设有石墨碳棒，石墨碳棒外部套有陶瓷卡具，陶瓷卡具固定在盖板上并且外部套有钢套，石墨碳棒插入坩埚内部用于液位检测；控电箱的电源两极分别连接导液管的出料口上方以及电极板，导液管位于坩埚以外的部分外表面包裹有硅酸铝保温棉；控电箱的液位检测装置与石墨碳棒通过导线连接，同时控电箱的电源与动力装置连接；所述的导液管的出料口上方设有一个固定吊钩，固定吊钩通过羊角挂钩悬挂在横梁上，横梁固定在支撑架上；泵式动力装置包括盖板上方的电机和减速器，盖板下方的泵壳、泵轴、叶轮、叶轮上盖和过滤网，过滤网位于倒液泵的进口处，导液管的进料口与倒液泵的出口连通；

方法按以下步骤进行：

（1）将合金原料经熔化、精炼和除气后，坩埚内形成合金熔体在静置炉内静置；

（2）开启控电箱控制对向电极板和导液管的出料口通电，对导液管进行加热，控制导液管的温度与合金熔体的温度差为5~15℃，同时通过石墨碳棒和液位检测装置检测坩埚内合金熔体的液位；

（3）启动动力装置，将坩埚内的合金熔体经导液管输送到结晶器；通过电控箱开启倒液泵，合金熔体在倒液泵作用下被导入导液管，并进入结晶器，通过控制倒液泵调控合金熔体的流量；

（4）合金熔体经出料口流入结晶器开始铸造；随着合金熔体的输送，坩埚内的合金熔体逐渐减少；当合金熔体的液面离开用于液位检测的石墨碳棒时，控电箱收到信号并关闭动力装置，停止向结晶器输送合金熔体；所述的镁合金大规格长扁锭的宽度1400mm，厚度400mm，长度1800~3400mm。

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