CN109158554A - 一种底注式提纯净化冶炼装置和冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种底注式提纯净化冶炼装置和冶炼方法，属于铸造技术领域。该冶炼装置包括环形底吹氩装置和底部浇注装置；所述底吹氩装置设于浇包或坩埚底部，其上端与浇包或坩埚底部可拆卸连接，底吹氩装置的下端连接氩气进气管，氩气由氩气进气管经底吹氩装置进入到浇包或坩埚内合金液中，对合金液提纯净化；所述底部浇注装置为镶嵌于底吹氩装置的中间通孔内的棒状抽拉装置，或所述底部浇注装置为设于底吹氩装置下方的板状抽拉装置。该冶炼装置在使用时，将氩气通过底吹氩装置送入熔体内净化熔体；然后下移或抽除底部浇注装置进行底注式浇注。本发明可以同时实现底吹氩和底浇注功能，可以更好的提纯净化合金液，从而全面提升合金液的质量。

Description

一种底注式提纯净化冶炼装置和冶炼方法
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种底注式提纯净化冶炼装置和冶炼方法。
背景技术
在铸造过程中，会有少量有害气体附着在合金液中，常规铸造时有害气体会随着合金液一起进入到浇注的模具中，进而残留在铸件或合金锭中，从而导致铸件或合金锭的性能下降，与此同时，合金液表面在熔炼过程中也会产生一些浮渣或其他氧化物夹杂，普通铸造时也会一同进入铸件或合金锭，造成夹杂等缺陷，从而降低产品合格率。但现有的装置和工艺仅能单独实现底吹氩净化或底注式浇注。
当单独使用底吹氩工艺时，可以降低合金液中有害气体含量，但合金液表面的氧化物等会在浇注过程中混在合金液中一起进入铸件或合金锭，从而形成夹杂等缺陷。当单独使用底注技术时，可以通过底注避免合金液表面的氧化物进入铸件或合金锭，但合金液因未进行过净化所以有害气体含量较多，加上底注式一般采用从上方抽出塞棒的方式，其塞棒是浸泡在合金熔体中，可在一定程度上对合金液造成污染，导致合金熔体质量不高。
因此设计一种同时实现底吹氩与底注式浇注的装置和相应工艺来全面提升铸件或合金液的质量尤为重要。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种底注式提纯净化冶炼装置和冶炼方法，用于钢液浇注时，能够同时实现底吹氩与底注式浇注。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种底注式提纯净化冶炼装置，该冶炼装置包括底吹氩装置和底部浇注装置；其中：所述底吹氩装置设于浇包或坩埚底部并与浇包或坩埚内部空间相连通；所述底吹氩装置为环形结构，底吹氩装置的上端与浇包或坩埚底部可拆卸连接，底吹氩装置的下端连接氩气进气管，氩气由氩气进气管经底吹氩装置进入到浇包或坩埚内合金液中，对合金液进行提纯净化处理；所述底部浇注装置为棒状抽拉装置，其上部镶嵌于所述底吹氩装置中间的孔中，或者，所述底部浇注装置为设于底吹氩装置下方的板状抽拉装置，所述板状抽拉装置垂直于底吹氩装置的轴线；所述底部浇注装置在所述底吹氩装置的孔中为可拆卸连接。
所述底吹氩装置为环形结构透气砖，环形透气砖内居中区域设有与环形透气砖的中间通孔同轴的环形通气管，环形通气管与氩气进气管相连接。所述氩气进气管上设有进气阀。
该冶炼装置还包括底部支撑块，该底部支撑块设于浇包或坩埚的底部，并包覆所述底吹氩装置的外侧面和底面。
所述底注式装置为棒状抽拉装置时，所述棒状抽拉装置包括抽拉杆和陶瓷塞棒，所述抽拉杆和陶瓷塞棒通过圆形插销相连接，陶瓷塞棒能够镶嵌于底吹氩装置中间的通孔中；在所述底部支撑结构设有与底吹氩装置中间通孔相连通的内置侧浇道，当仅进行底吹氩时，将陶瓷塞棒镶嵌在底吹氩装置中，同时向底吹氩装置中通入氩气；当进行浇注时，将塞棒下移，使内置侧浇道与底吹氩装置的中间通孔相连通，此时合金液依次经底吹氩装置的中间和内置侧浇道后浇入模壳中；通过所述抽拉杆控制塞棒的固定位置。
所述底注式装置为板状抽拉装置时，所述板状抽拉装置包括限位板和隔离板，所述限位板和隔离板通过楔形插销相连接。
所述底注式装置为板状抽拉装置时，在合金熔化过程中该板状抽拉装置移至底吹氩装置中间孔的下方，起承接熔体作用；在熔体浇注时，通过抽拉板抽拉隔离板使熔体从底吹氩装置的中间孔流下并注入型腔或模壳，实现底部浇注。
所述圆柱状结构的塞棒或板状抽拉装置中的隔离板为陶瓷材质，能够避免与合金熔体反应；所述限位杆或抽拉板的材质为钢材。
所述底注式装置为板状抽拉装置时，该板状抽拉装置能够伸入底部支撑块中并覆盖所述底吹氩装置中间孔的下端，阻止合金液流下。
利用所述冶炼装置进行的底注式提纯净化冶炼方法，包括如下步骤：
(1)在进行合金熔炼前，在浇包或坩埚底部连接底吹氩装置，并将棒状抽拉装置中的陶瓷塞棒镶嵌在底吹氩装置中间，或者将板状抽拉装置移动至底吹氩装置中间孔的下方；
(2)待合金熔化后，先将合金液加热提温至合金熔点以上100-150℃进行熔体高温精炼，精炼时间为10-30min；
(3)合金精炼后，打开氩气进气管上的进气阀，将氩气通过底吹氩装置送入熔体内，使合金熔体从底部逐渐上升到液面，从而净化熔体；净化过程中，氩气压力调为0.05MPa-0.7MPa，净化时间为5-20min。
(4)合金熔体净化后，待熔体温度符合浇注要求时，将陶瓷塞棒从底吹氩装置的中间孔内下移或将板状抽拉装置移离底吹氩装置中间孔的下方，然后进行底注式浇注；
(5)浇注完毕待熔体在模具内凝固并降至室温后取出凝固的合金备用。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明装置和工艺与现有技术相比，将底吹氩装置设计为环形结构，能够实现多点同时通氩气对合金液进行全面提纯净化，更加彻底去除合金液中的有害气体含量，得到高质量的合金液，全面提升合金性能。
2、本发明中的底注式装置包括塞棒时，塞棒镶嵌在底吹氩环形装置中间，可以实现底部浇注，减小表面浮渣或其他氧化物对合金液的污染。
3、本发明中的底注式装置为在底吹氩环形装置下方设置抽拉装置时，在合金化料时该装置闭合，起承接熔体作用；在熔体浇注时，通过抽拉板抽拉隔离板使熔体从底部注入型腔或膜壳，实现底部浇注。与传统从上方抽出塞棒的方式相比，可以减少塞棒在合金液中浸泡时对合金液造成污染这一不利影响。底注式隔离板采用特殊的陶瓷材质(避免与合金熔体反应)，与其相连的抽拉板为普通钢材(可多次使用)，每次使用完直接更换隔离板即可，操作方便，降低成本。
4、本发明装置与工艺不仅可以根据实际情况单独使用底吹氩或底注式提纯净化功能，而且可以联合使用底吹氩与底注式浇注功能，从而全面降低合金液中的有害气体含量，减小夹杂缺陷的产生，实现对合金液的全过程提纯净化，大幅度提高铸件或合金锭的合格率。
5、本发明同时使用底吹氩与底注式浇注工艺，通过特定步骤和工艺参数的设计，可以更好的提纯净化合金液，从而全面提升合金液的质量。
附图说明
图1为本发明底注式提纯净化冶炼装置的结构示意图(底部浇注装置为棒状抽拉装置)。
图2为本发明底注式提纯净化冶炼装置的结构示意图(底部浇注装置为板状抽拉装置)。
图3为底吹氩装置结构示意图。
图4为图3中A-A剖面示意图。
图5为板状抽拉装置结构示意图(纵剖视图)。
图6为板状抽拉装置结构示意图(俯视图)。
图7为棒状抽拉装置结构示意图。
图8为棒状抽拉装置结构示意图(纵剖视图)。
图中：1-浇包或坩埚，2-底吹氩装置，201-中间通孔，202-环形通气管，3-底部浇注装置，301-抽拉板，302-隔离板，303-楔形插销，304-圆形插销，305-陶瓷塞棒，306-抽拉杆，4-氩气进气管，5-底部支撑块，6-限位装置，7-内置侧浇道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
本发明提供一种底注式提纯净化冶炼装置，如图1-2所示。该冶炼装置包括底吹氩装置2和底部浇注装置3；其中：所述底吹氩装置设于浇包或坩埚1底部并与浇包或坩埚内部空间相连通。所述底吹氩装置为环形结构，底吹氩装置的上端与浇包或坩埚底部可拆卸连接，底吹氩装置的下端连接氩气进气管4，氩气由氩气进气管经底吹氩装置进入到浇包或坩埚内合金液中，对合金液进行提纯净化处理。
如图3-4所示，所述底吹氩装置具体为环形结构透气砖，环形透气砖内居中区域设有与环形透气砖的中间通孔201同轴的环形通气管202，环形通气管202与氩气进气管4相连接，优选为在环形通气管上的三等均分位置上分别连接三个氩气进气管，保证氩气通入的均匀性，可根据工艺需求，对氩气进气管的数量、尺寸和位置作适当调整。所述氩气进气管上设有进气阀。
该冶炼装置还包括底部支撑块5，该底部支撑块5设于浇包或坩埚1的底部，并包覆所述底吹氩装置2的外侧面和底面，用于对冶炼装置的支撑和对氩气进气管、板状抽拉装置、内置侧浇道等的固定。
所述底部浇注装置设计为两种方式，第一种方式为棒状抽拉装置(图1、图7-8)，其包括抽拉杆和陶瓷塞棒，所述抽拉杆和陶瓷塞棒通过圆形插销相连接，陶瓷塞棒能够镶嵌于底吹氩装置中间的通孔中；在所述底部支撑块5中设有与底吹氩装置中间通孔201相连通的内置侧浇道7，可根据工艺需求，对内置浇道的尺寸、形状、位置作适当调整；当仅进行底吹氩时，将陶瓷塞棒镶嵌在底吹氩装置中，同时向底吹氩装置中通入氩气；当进行浇注时，将塞棒下移，使内置侧浇道7与底吹氩装置的中间通孔201相连通，此时合金液依次经底吹氩装置的中间和内置侧浇道后浇入模壳中；所述抽拉杆的下端与限位装置6相连接，通过限位装置控制塞棒的位置。所述塞棒为陶瓷材质，能够避免与合金熔体反应。
所述底部浇注装置的第二种方式设计为板状抽拉装置，如图2、图5-6所示。所述板状抽拉装置垂直于底吹氩装置的轴线，所述板状抽拉装置包括限位板301和隔离板302，所述抽拉板和隔离板通过楔形插销303相连接。所述隔离板为陶瓷材质，能够避免与合金熔体反应；所述抽拉板的材质为钢材。对抽拉板的形状无特殊要求，如长板状结构等。
在合金熔化过程中该板状抽拉装置移至底吹氩装置中间孔的下方，起承接熔体作用；在熔体浇注时，通过抽拉板来抽拉隔离板使熔体从底吹氩装置的中间孔流下并注入型腔或模壳，实现底部浇注。
所述底注式装置为板状抽拉装置时，该板状抽拉装置能够伸入底部支撑结构中并覆盖所述底吹氩装置中间孔的下端，阻止合金液流下。
实施例1：
利用所述冶炼装置进行底注式提纯净化冶炼方法，其中，本实施例底部浇注装置为图1所示的棒状抽拉装置，该方法包括如下步骤：
(1)在进行合金熔炼前，在浇包或坩埚底部连接底吹氩装置，并将棒状抽拉装置的陶瓷塞棒镶嵌在底吹氩装置中间；
(2)熔化后的合金熔体首先在浇包或坩埚1内进行高温精炼，温度为合金熔点以上100-150℃，精炼时间一般为10-30min，初步除去熔体内杂质及有害气体；
(3)合金精炼后，打开氩气进气管上的进气阀，将氩气由氩气进气管通入底吹氩装置并送入合金熔体内部，氩气在从底部逐渐上升至液面的过程中会带着附着在气泡上的有害气体一起逸出，从而实现净化熔体的功能；在净化过程中，氩气压力调为0.05MPa-0.7MPa，净化时间为5-20min。
(4)合金熔体净化后，待熔体温度符合浇注要求时，通过抽拉杆将塞棒从底吹氩装置中向下移动，使底吹氩装置的中间通孔与内置侧浇道连通，移至塞棒上端面到达内置侧浇道的下沿处停止，合金液由内置侧浇道浇至模壳中，完成底注式浇注；
(5)浇注完毕待熔体在型壳或模具内凝固后，取出凝固铸件空冷至室温或随炉冷却，随后进行后工序处理。
实施例2：
利用所述冶炼装置进行底注式提纯净化冶炼方法，其中，本实施例底部浇注装置为图2所示的抽拉装置，该方法包括如下步骤：
(1)在进行钢铁、高温合金或其他合金熔炼前，在浇包或坩埚底部连接底吹氩装置，并将抽拉装置的隔离板移至底吹氩装置的下方；
(2)待合金熔化后先加热提温至合金熔点以上100-150℃进行熔体高温精炼，精炼时间为10-30min。
(3)打开氩气进气阀，将氩气由底部通过透气砖送入熔体内，使其从底部逐渐上升到液面，氩气压力调为0.1MPa-0.6MPa，净化时间为10-20min。
(4)待熔体温度符合浇注要求时，通过抽拉板抽去隔离板进行底注式浇注。
(5)浇注完毕待熔体在型壳或模具内凝固后，取出凝固铸件空冷至室温或随炉冷却，随后进行后工序处理。
本发明装置和方法不仅可以根据实际情况单独使用底吹氩或底注式提纯净化功能，而且可以联合使用底吹氩与底注式浇注功能，从而实现降低合金液中的有害气体含量的同时减小夹杂缺陷的产生，实现对合金液的全过程提纯净化，大幅度提高铸件或合金锭的合格率。

Claims (10)

1.一种底注式提纯净化冶炼装置，其特征在于：该冶炼装置包括底吹氩装置和底部浇注装置；其中：所述底吹氩装置设于浇包或坩埚底部并与浇包或坩埚内部空间相连通；所述底吹氩装置为环形结构，底吹氩装置的上端与浇包或坩埚底部可拆卸连接，底吹氩装置的下端连接氩气进气管，氩气由氩气进气管经底吹氩装置进入到浇包或坩埚内合金液中，对合金液进行提纯净化处理；所述底部浇注装置为棒状抽拉装置，其上部镶嵌于所述底吹氩装置中间的孔中，或者，所述底部浇注装置为设于底吹氩装置下方的板状抽拉装置，所述板状抽拉装置垂直于底吹氩装置的轴线；所述底部浇注装置在所述底吹氩装置的孔中为可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的底注式提纯净化冶炼装置，其特征在于：所述底吹氩装置为环形结构透气砖，环形透气砖内居中区域设有与环形透气砖的中间通孔同轴的环形通气管，环形通气管与氩气进气管相连接。
3.根据权利要求1所述的底注式提纯净化冶炼装置，其特征在于：该冶炼装置还包括底部支撑块，该底部支撑块设于浇包或坩埚的底部，并包覆所述底吹氩装置的外侧面和底面。
4.根据权利要求3所述的底注式提纯净化冶炼装置，其特征在于：所述底注式装置为棒状抽拉装置时，所述棒状抽拉装置包括抽拉杆和陶瓷塞棒，所述抽拉杆和陶瓷塞棒通过圆形插销相连接，陶瓷塞棒能够镶嵌于底吹氩装置中间的通孔中；在所述底部支撑块中设有与底吹氩装置中间通孔相连通的内置侧浇道，当仅进行底吹氩时，将陶瓷塞棒镶嵌在底吹氩装置中，同时向底吹氩装置中通入氩气；当进行浇注时，将塞棒下移，使内置侧浇道与底吹氩装置的中间通孔相连通，此时合金液依次经底吹氩装置的中间和内置侧浇道后浇入模壳中；通过所述限位装置控制塞棒下方抽拉杆的固定位置。
5.根据权利要求3所述的底注式提纯净化冶炼装置，其特征在于：所述底注式装置为板状抽拉装置时，所述板状抽拉装置包括限位板和隔离板，所述限位板和隔离板通过楔形插销相连接。
6.根据权利要求5所述的底注式提纯净化冶炼装置，其特征在于：所述底注式装置为板状抽拉装置时，在合金熔化过程中该板状抽拉装置移至底吹氩装置中间孔的下方，起承接熔体作用；在熔体浇注时，通过抽拉板抽拉隔离板使熔体从底吹氩装置的中间孔流下并注入型腔或模壳，实现底部浇注。
7.根据权利要求5所述的底注式提纯净化冶炼装置，其特征在于：所述板状抽拉装置中的隔离板为陶瓷材质，能够避免与合金熔体反应；所述限位杆或抽拉板的材质为钢材。
8.根据权利要求5所述的底注式提纯净化冶炼装置，其特征在于：所述底注式装置为板状抽拉装置时，该板状抽拉装置能够伸入底部支撑块中并覆盖所述底吹氩装置中间孔的下端，阻止合金液流下。
9.一种利用权利要求1所述冶炼装置进行的底注式提纯净化冶炼方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)在进行合金熔炼前，在浇包或坩埚底部连接底吹氩装置，并将棒状抽拉装置中的陶瓷塞棒镶嵌在底吹氩装置中间，或者将板状抽拉装置移动至底吹氩装置中间孔的下方；
(2)待合金熔化后，先将合金液加热提温至合金熔点以上100-150℃进行熔体高温精炼，精炼时间为10-30min；
(3)合金精炼后，打开氩气进气管上的进气阀，将氩气通过底吹氩装置送入熔体内，使合金熔体从底部逐渐上升到液面，从而净化熔体；
(4)合金熔体净化后，待熔体温度符合浇注要求时，将陶瓷塞棒从底吹氩装置的中间孔中下移或将板状抽拉装置移离底吹氩装置中间孔的下方，然后进行底注式浇注；
(5)浇注完毕待熔体在型壳或模具内凝固后，取出凝固铸件空冷至室温或随炉冷却，随后进行后工序处理。
10.根据权利要求7所述的底注式提纯净化冶炼方法，其特征在于：步骤(3)中，净化过程中，氩气压力调为0.05MPa-0.7MPa，净化时间为5-20min。
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