CN109663892A - 一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置。该装置可将大型铸坯分区离散浇注，并逐渐凝固累积形成所要求的铸锭或铸坯，由多步包含浇包、结晶器和喷水装置的组合凝固装置完成。初始凝固装置使金属液在水冷结晶器内凝固后由拉坯杆将金属坯拉出，直至金属坯高度与目标铸锭高度相同；连续凝固装置将扩大结晶器尺寸，移动结晶器使结晶器底端停留在沿上步凝固铸锭的指定高度，再次注入金属液，随着金属液凝固，结晶器、喷水装置和支撑辊组慢慢沿铸坯向上移动，直至新凝固的金属坯高度达到目标要求高度；重复上述过程至最终获得目标铸锭或铸坯尺寸。本发明相对于现有其它装置具有凝固速度快，成分均匀，金属成材率高，铸锭中夹杂物含量低，生产灵活，产品多样，生产周期短，经济效益显著等特点。

Description

一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置

技术领域

本发明涉及一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，属于金属材料成型技术领域。

背景技术

传统大型铸坯制造是通过把金属液一次性浇注到钢模之中，再经过长时间冷却凝固而成，其铸态组织常常出现宏观缩孔疏松、宏观偏析、组织粗大等铸造缺陷。这些缺陷对最终组织有众多不利影响，往往需要通过热处理或者其他工艺来消除，如宏观偏析需要通过长时间的高温扩散退火来消除。因此，获得高质量的大型铸锻件势必会消耗很长的时间，正是由于长时间的凝固使得大型铸锭或铸坯不可避免的会出现质量缺陷，同时长时间的凝固过程和后续处理工艺会显著提高生产成本和生产周期，增加能耗。

为了满足钢材质量、特别是整个断面组织均匀性的要求，只能有意降低金属利用率。除此之外，对于重型钢锭，由于钢锭心部非金属夹杂物的局部集中，因而引起钢锭报废的危险性也特别大。然而，目前依靠电渣冶金和电磁搅拌技术改善这些铸坯的内部缺陷存在一定的局限性。故需要缩短大铸锭或铸坯的凝固时间，改进保护浇注措施，以提高大型铸锻件的质量。

为了弥补大型钢锭或钢坯一次浇注凝固成型装置的不足，本发明提出了一种大型钢锭或钢坯的渐进凝固成型装置。该装置将大型钢锭或钢坯分区离散浇注，并逐渐凝固累积形成所要求的形状和尺寸，达到消除偏析和疏松缺陷，均匀化成分和组织，提高钢锭质量的目的，是一种紧凑式短周期的钢锭或钢坯生产工艺。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于大型铸锭或铸坯渐进凝固成型的装置。使用该装置可以显著加快铸锭凝固速度，缩短凝固时间，从而有效减轻甚至避免大型铸锭内部质量问题如宏观疏松缩孔、宏观偏析、组织粗大等，为生产高质量大型铸锻件提供技术支持。

为实现上述目的，本发明基于将熔融的金属液分步用不同吨位的浇包注入不同尺寸的结晶器中凝固，上一步凝固的铸锭成为下一步开始凝固前的轴心，循环往复逐渐凝固累积形成目标尺寸铸锭的思想，采用以下技术方案：一种用于大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，包括浇包、结晶器盖、结晶器、喷头、支撑辊组和拉坯杆，所述浇包下面设有出水口，所述结晶器盖上设有入水口和排气孔且置于结晶器上；浇包出水口与结晶器入水口连接，其间设有密封垫圈；所述结晶器尺寸灵活，可沿径向扩大，在开浇前其内充满惰性气体，结晶器铜板外侧铺设水冷管；所述喷头和支撑辊组均固定在可移动金属架上，可与结晶器一起运动，喷嘴可独立控制，支撑辊组用于支撑并导向结晶器内拉出的金属坯；所述结晶器和可移动金属支架的运动均由电机驱动；所述拉坯杆与电机连接，最初置于结晶器下方，待结晶器内金属液初步凝固后，由电机驱动将金属坯从结晶器拉出。

本发明大型规则铸锭或铸坯采用渐进凝固成型装置的特点在于：由多步包含浇包、结晶器和喷水装置的组合凝固装置完成。初始凝固装置与连铸类似，金属液在水冷结晶器内凝固后由拉坯杆将金属坯拉出，直至金属坯高度与目标铸锭高度相同，结束此次浇注；扩大结晶器尺寸，移动结晶器使结晶器底端与上步凝固的铸坯底部平齐或停留在上步凝固的铸坯任一高度，再次注入金属液，随着金属液凝固，结晶器、喷水装置和支撑辊组慢慢从底部沿铸坯向上移动，直至新凝固的金属坯高度与上步凝固的铸坯高度相同或新凝固的金属锭高度与要求凝固高度相等，结束此次浇注；重复上述过程至最终获得目标铸锭或铸坯尺寸。

本发明还涉及一种用于大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，其特征在于：包括浇包1、结晶器盖5、结晶器6、喷头8、支撑辊组9和拉坯杆10，所述浇包1下面设有出水口2，所述结晶器盖5上设有入水口4和排气孔11，浇包出水口2与结晶器入水口4间设有密封垫圈3；所述结晶器6由铜板组成，结晶器铜板外侧铺设水冷管7，所述喷头8与支撑辊组9均固定在可移动金属架上，可与结晶器一起运动；所述拉坯杆10由电机驱动，最初置于结晶器6末端。

进一步地，结晶器盖与空气接触的外侧为金属层，材质一般为钢，内侧为铝-镁-碳材质耐材，耐材层厚度为3-8cm。

进一步地，开始浇注前，排气孔11与惰性气体输送装置连接，气体输送装置向内通入惰性气体，开浇后气体输送停止，多余气体从排气孔11溢出。

进一步地，结晶器6由多块铜板拼接组成，可沿径向扩大，尺寸灵活；结晶器安装在可移动支架12上，可实现结晶器的小幅度振动和大范围移动。

进一步地，喷头8和支撑组9均固定在可移动金属架13上，连续凝固过程中与结晶器一起沿铸锭向上缓慢移动。

进一步地，在初始锭芯凝固过程中，结晶器6、喷头8与支撑辊组9不发生位移，拉坯杆10将初始锭芯拉出结晶器，同时开启喷头8进行喷水冷却，直至初始锭芯高度与目标铸锭高度相同。

进一步地，用于锭芯包裹层的连续凝固，在每层锭芯包裹层的凝固初期，扩大结晶器6径向尺寸，移动结晶器6使结晶器底端与上步凝固的铸锭11底部平齐或移动结晶器6使结晶器底端停在上步凝固的铸锭14的任意高度；锭芯包裹层开始凝固后，结晶器6、喷头8和支撑辊组9同时沿铸锭向上缓慢移动，直至新凝固的包裹层高度与上步凝固的铸锭高度相同或新凝固的金属锭高度与达到要求的凝固高度。

进一步地，在连续凝固阶段，结晶器6通过结晶器盖5上的入水口4与浇包1相连，浇包1与结晶器6一起运动，可保证在移动结晶器时边浇注边凝固，加快铸锭成型速度。

本发明大型规则铸锭或铸坯采用渐进凝固成型装置的优势在于：结晶器上放置结晶器盖，且在结晶器内通入保护气体可以彻底避免空气进入金属液内，从而降低铸锭中夹杂物含量，提高铸锭的质量；结晶器尺寸、形状灵活，因此生产灵活，产品多样；结晶器盖上的入水口与浇包出水口相连接，可保证在移动结晶器时边浇注边凝固，同时本发明为分区域浇注凝固相对于现有其它装置具有凝固速度快，成分均匀，金属成材率高，生产周期短，经济效益显著。

附图说明

图1是本发明所述装置的初始凝固装置示意图；

图2是本发明所述装置的连续凝固装置示意图，(a)为开始状态，(b)为浇注状态；

图3是本发明所述装置的结晶器、喷头和支撑辊组的电机与金属架布置正视图，(a)为结晶器运动的电机与金属架布置正视图，(b)为喷嘴和支撑辊运动的电机与金属架布置正视图；

图4是本发明所述装置的结晶器、喷头和支撑辊组的电机与金属架布置俯视图。

具体实施方式

如图1～2所示，一种用于大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置的分步凝固装置示意图，包括浇包1、结晶器盖5、结晶器6、喷头8、支撑辊组9和拉坯杆10，所述浇包1下面设有出水口2，所述结晶器盖5上设有入水口4和排气孔，浇包出水口2与结晶器入水口4间设有密封垫圈3；所述结晶器6由多块铜板拼接组成，尺寸灵活，可沿径向扩大，结晶器铜板外侧铺设水冷管7，所述喷头8与支撑辊组9均固定在可移动金属架上，可与结晶器一起运动；所述拉坯杆10由电机驱动，最初置于结晶器6末端。

本发明所述装置的具体使用方法：

(1)开浇前将惰性气体通过排气孔5通入结晶器6内，直至充满；

(2)将熔融金属液用浇包1经浇包出水口2和结晶器入水口3浇注至结晶器6内，待金属液初步凝固后，用拉坯杆10将金属坯拉出结晶器，同时开启喷头8进行喷水冷却，直至金属锭高度与目标铸锭高度相同，结束此次浇注，如图1所示；

(3)扩大结晶器6径向尺寸，移动结晶器6使结晶器底端与上步凝固的铸锭11底部平齐或移动结晶器6使结晶器底端停在上步凝固的铸锭11的任意高度，同时移动喷头8和支撑辊组9，如图2(a)所示；

(4)再次用浇包1不断向结晶器6内注入金属液，随着金属液凝固，结晶器6、喷头8和支撑辊组9同时从底部沿铸坯向上缓慢移动，直至新凝固的金属锭高度与上步凝固的铸锭高度相同或新凝固的金属锭高度与要求凝固高度相等，结束此次浇注，如图2(b)所示；

(5)重复步骤(3)～(4)，直至最终获得目标铸锭或铸坯尺寸，结束。

本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，其特征在于：包括浇包(1)、结晶器盖(5)、结晶器(6)、喷头(8)、支撑辊组(9)和拉坯杆(10)，所述结晶器(6)由铜板组成，结晶器铜板外侧铺设水冷管(7)，所述喷头(8)与支撑辊组(9)均固定在可移动金属架上，可与结晶器一起运动。

2.根据权利要求1所述的一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，其特征在于结晶器盖与空气接触的外侧为金属层，材质一般为钢，内侧为铝-镁-碳材质耐材，耐材层厚度为3-8cm。

3.根据权利要求1所述的一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，其特征在于开始浇注前，排气孔(11)与惰性气体输送装置连接，气体输送装置向内通入惰性气体，开浇后气体输送停止，多余气体从排气孔(11)溢出。

4.根据权利要求1所述的一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，其特征在于结晶器(6)由多块铜板拼接组成，可沿径向扩大，尺寸灵活；结晶器安装在可移动支架(12)上，可实现结晶器的小幅度振动和大范围移动。

5.根据权利要求1所述的一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，其特征在于喷头(8)和支撑组(9)均固定在可移动金属架(13)上，连续凝固过程中与结晶器一起沿铸锭向上缓慢移动。

6.根据权利要求1～3任意一项所述的大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，其特征在于，在初始锭芯凝固过程中，结晶器(6)、喷头(8)与支撑辊组(9)不发生位移，拉坯杆(10)将初始锭芯拉出结晶器，同时开启喷头(8)进行喷水冷却，直至初始锭芯高度与目标铸锭高度相同。

7.根据权利要求1、4、5任意一项所述的大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，其特征在于用于锭芯包裹层的连续凝固时，在每层锭芯包裹层的凝固初期，扩大结晶器(6)径向尺寸，移动结晶器(6)使结晶器底端与上步凝固的铸锭(11)底部平齐或移动结晶器(6)使结晶器底端停在上步凝固的铸锭(14)的任意高度；锭芯包裹层开始凝固后，结晶器(6)、喷头(8)和支撑辊组(9)同时沿铸锭向上缓慢移动，直至新凝固的包裹层高度与上步凝固的铸锭高度相同或新凝固的金属锭高度与达到要求的凝固高度。

8.根据权利要求7所述的大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，其特征在于，在连续凝固阶段，结晶器(6)通过结晶器盖(5)上的入水口(4)与浇包(1)相连，浇包(1)与结晶器(6)一起运动，可保证在移动结晶器时边浇注边凝固，加快铸锭成型速度。

9.根据权利要求1所述的大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，其特征在于，所述浇包(1)下面设有出水口(2)，所述结晶器盖(5)上设有入水口(4)和排气孔(11)，浇包出水口(2)与结晶器入水口(4)间设有密封垫圈(3)；所述拉坯杆(10)由电机驱动，最初置于结晶器(6)末端。