CN112517864A - 镁合金大尺寸板坯dc铸造双流浇注方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置，包括第一熔炼炉、第二熔炼炉和结晶器，所述第一熔炼炉和第二熔炼炉的结构相同，所述第一熔炼炉和第二熔炼炉均包括有镁合金液过滤钢丝网、坩埚、炉体及加热体、炉盖楔形压紧块、炉盖石墨盘根、炉盖楔形块压紧螺栓、吹气管、导液管楔形压紧块、导液管石墨盘根和导液管。本发明提出并联浇铸的加工工艺，采用两台或多台炉同时向一个结晶器浇注，这种生产方法没有炉次间的衔接问题，同时可以保证结晶器内的镁合金液温度均匀，对各炉间的温度差要求也低，生产率高，铸锭的缺陷也可以控制，铸锭冶金质量和表面质量高，提高了DC铸造的成品率和成材率。

Description

镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置

技术领域

本发明涉及材料加工成型制造技术领域，具体为镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置。

背景技术

镁合金由于密度低，是轻量化理想材料，变形镁合金由于强度高、塑性好是镁合金重点发展方向，变形镁合金生产的第一步是熔炼，制作生产变形镁合金加工材必须的锭坯，由于镁合金制品的尺寸增加，更重要的是为了提高镁合金加工材的生产率，镁合金铸锭的尺寸不断增大，目前可以生产的最大镁合金板坯可以达到400X1400X5000mm，质量可以达到4-5吨，但是目前全世界最大的镁合金熔炼炉为3吨，所以生产大尺寸板坯必须两炉或多炉浇注。

在现有的生产技术中多采用串联浇注法，即第一炉镁合金液先浇注，炉内的镁合金液即将浇尽时，第二炉接上，继续浇注，以此类推，可以实现多炉浇注，直到所有熔炼炉内的镁合金液浇注完为止，这种生产方法的弊病是炉次间浇注的衔接很困难，必须准确确定先一炉浇注的结束时间及实现下一炉浇注的快速开始，同时单流浇注很难保证大尺寸板坯结晶器内镁合金液温度的均匀，并且很难保证各炉镁合金液出炉温度相同，同时浇注时间长，生产率低，由于炉次间衔接不好和温度不均，因此铸锭易产生冷隔、跑流、裂纹、夹渣等缺陷，降低了DC铸造的成品率和成材率。

发明内容

本发明的目的在于提供镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置，本发明提出并联浇铸的加工工艺，采用两台或多台炉同时向一个结晶器浇注，这种生产方法没有炉次间的衔接问题，同时可以保证结晶器内的镁合金液温度均匀，对各炉间的温度差要求也低，生产率高，铸锭的缺陷也可以控制，铸锭冶金质量和表面质量高，提高了DC铸造的成品率和成材率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置，包括第一熔炼炉、第二熔炼炉和结晶器，所述第一熔炼炉和第二熔炼炉的结构相同，所述第一熔炼炉和第二熔炼炉均包括有镁合金液过滤钢丝网、坩埚、炉体及加热体、炉盖楔形压紧块、炉盖石墨盘根、炉盖楔形块压紧螺栓、吹气管、导液管楔形压紧块、导液管石墨盘根、导液管、热电偶压盖、密封石棉、熔炼炉热电偶、导液管热电偶紧固环、导液管热电偶、导液管石棉毡、和导液管出口热电偶、炉盖、导液管出口热电偶石棉毡、导液管热出口电偶紧固环、过滤网架和过滤网紧固钢丝，所述结晶器包括有水箱、油槽、油槽压盖、油槽压盖紧固螺栓、分流槽、控流压杆、控流锥、钢丝、油管、控流压杆座和保护气体喷洒管，所述第一熔炼炉的底部装有过滤网架，所述过滤网架外附有过滤钢丝网，所述过滤钢丝网为10-30目的不锈钢网，所述导液管为双层结构，层间充填硅酸铝棉，所述导液管上附设导液管热电偶，在浇注期间导液管由低压电源加热，并由热电偶控温，保证导液管温度在680-700℃，导液管的出口端，设有导液管出口热电偶，测定导液管出口镁合金液的温度，所述分流槽侧壁设有导流孔，导流孔直径从中心到边部依次增大，所述分流槽角部设有方形导流孔。

优选的，所述第一熔炼炉和第二熔炼炉的温差要≤5℃，两个导液管的温差要≤3℃。

优选的，所述结晶器内设六个测温点，各测温点的温度要高于合金液相线温度10-20℃，各点间温度差≤20℃。

优选的，为防止分流槽边部挂镁合金，底部设计成V型，侧边设计若干导流孔，导流孔的间距为60-100mm，中部导流孔的直径为分流槽边部到结晶器内壁间距的1/(5-7)，导流孔从分流槽的中心向外逐渐增大，相邻导流孔的直径比为1.1-1.2，分流槽四个角部设导流方孔，其宽度和长度为最外端导流孔直径。

优选的，所述坩埚由低合金钢铸造而成，导液管由304不锈钢制作，外壁和内壁间填充硅酸铝棉，其他金属部件由低碳钢制作，过滤网架由不锈钢304制作，过滤钢丝网可以根据镁合金的成分不同，采用10-30目的不锈钢丝网。

优选的，所述结晶器水箱和压盖由6061铝合金制作，分流槽和控流锥由304不锈钢制作，控流压杆和控流压杆座由低碳钢制作，油管和保护气体喷洒管由304不锈钢制造。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过两个熔炼炉的温差控制，能够使浇铸过程中溶液交合效果更好，便于材料的整体成型；

2、通过测温点的设置，能够更加方便使用者对设备作业时的温度进行实时监控，便于使用者的使用；

3、通过分流槽的设计，能够有效避免其底部挂料影响设备的长时间使用，避免设备在长时间的使用过程中粘附材料，影响设备的正常使用；

4、通过确定设备的使用材质，能够有效确保其使用寿命，便于使用者的长时间使用。

附图说明

图1为本发明镁合金大尺寸板坯双流浇注方法的装置框架图；

图2为本发明镁合金大尺寸板坯双流浇注方法的装置俯视图；

图3为本发明熔炼炉结构图；

图4为本发明结晶器的结构图；

图5为本发明结晶器的俯视图；

图6为本发明控流锥的结构图；

图7为本发明过滤架结构图；

图8为本发明压杆结构图；

图9为本发明分流槽侧视图；

图10为本发明分流槽主视图；

图11为本发明分流槽俯视图。

图中：A、第一熔炼炉；B、第二熔炼炉；C、结晶器；A1、过滤钢丝网；A2、坩埚；A3、炉体及加热体；A4、炉盖楔形压紧块；A5、炉盖石墨盘根；A6、炉盖楔形块压紧螺栓；A7、吹气管；A8、导液管楔形压紧块；A9、导液管石墨盘根；A10、导液管；A11、热电偶压盖；A12、密封石棉；A13、熔炼炉热电偶；A14、导液管热电偶紧固环；A15、导液管热电偶；A16、导液管石棉毡；A17、导液管出口热电偶；A18、炉盖；A19、导液管出口热电偶石棉毡；A20、导液管热出口电偶紧固环；A21、过滤网架；A22、过滤网紧固钢丝；C1、水箱；C2、油槽；C3、油槽压盖；C4、油槽压盖紧固螺栓；C5、分流槽；C6、控流压杆；C7、控流锥；C8、钢丝；C9、油管；C10、控流压杆座；C11、保护气体喷洒管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

1.安装方法

将导液管热电偶A15，通过导液管热电偶紧固环A14，导液管石棉毡A16，紧固到导液管A10上；然后导液管热电偶A15，通过导液管热电偶紧固环A14，导液管石棉毡A16，紧固到导液管A10上；然后，将导液管出口热电偶A17通过导液管出口热电偶石棉毡A19和导液管热出口电偶紧固环A20紧固到导液管A10上。

将不锈钢丝网A1用钢丝A22紧固到过滤网架A21上；

将水箱C1放平，与铸造机的引锭块对正，采用石棉绳堵塞水箱C1内壁与铸造机的引锭块的间隙，油管C9插入油槽压盖C3，通过油槽压盖紧固螺栓C4，将油槽压盖C3紧固到水箱C1上，将保护气体喷洒管C11装到水箱C1上，将控流压杆座C10放到水箱C1上，然后将控流压杆C6装到控流压杆座C10上，通过钢丝C8和控流压杆C6头部的孔，将控流锥C7吊到控流压杆C6上，调整钢丝C8的长度，控流锥C7能封闭导液管A10下端。

本发明按以下步骤实施：

先将第一熔炼炉A和第二熔炼炉B通电加热到400℃，添加镁锭，溶剂覆盖，然后继续加热，直至原镁全部融化，加入其他原料，全部融化到660℃-680℃，一次取样，光谱分析化学成分，然后进行一次精炼，成分调整，捞渣后进行二次精炼，降温除铁，二次取样，光谱分析化学成分，升温到700-720℃，保温20分钟，准备浇注；

将已组装好的导流管C10通过低压电流加热到680-700℃，除去内部水气，将炉盖石墨盘根A5放到熔炼炉坩埚A2上，炉盖A18放到炉盖石墨盘根A5上，装上炉盖楔形压紧块A4，用炉盖楔形块压紧螺栓A6压紧炉盖A18，实现密封，将导液管石墨盘根A9装到炉盖A18上，已加热的导液管A10装到导液管石墨盘根A9上，用导液管楔形压紧块A8紧固，实现到导液管A10和炉盖A18的密封，将熔炼炉热电偶A13插进炉盖A18，旋紧热电偶压盖A11，压缩密封石棉A12，实现熔炼炉热电偶A13的密封，将导液管热电偶A15和导液管出口热电偶A17接通温度表和温度记录仪，将低压电源接到导液管A10的接地点和S点，导液管A10继续加热，并通过导液管热电偶A15控制导液管A10的温度保持在680-700℃。

将结晶器水箱C1上的油管C9通铸造润滑油，保护气体喷洒管C11接通保护气体，导液管A10插入水箱C1中，引锭块与水箱C1对正，石棉绳堵塞水箱C1内壁与铸造机的引锭块的间隙后，水箱通水。

开通空压机，将储气罐的出气管同时接到熔炼炉A的吹气管A7和熔炼炉B的吹气管B7上，熔炼炉A和熔炼炉B中的镁合金液同时沿导液管A10和B10流到结晶器C中的分流槽C5中，搅动水箱C1与引锭块内的镁合金液，使其固相率在30-50％，镁合金液位达到预定高度，放入分流槽C5，和控流锥C7和压杆C6，铸造机启动铸造开始。

铸造过程中，为保证两个导液管A10和B10中的镁合金液流量和温度稳定，整个铸造过程中，熔炼炉A和B的温度差要保证为5℃，两个导液管A10和B10出口的镁合金液温度差为3℃，如果某个导流管出口温度过高，表明该导流管的流量过大，需要提高控流锥的高度，减少其流量，直到两个导流管出口镁合金液的温度差达到要求为止。

铸造过程中，不断检测图5中EFGHIJ各点的温度，保证各点温度高于合金液相线温度10-20℃，各点间温度差≤20℃，如果E，G，H，J点温度过低，表明该方向镁合金液流量低，易出现冷隔，要增加该方向分流盘的镁合金液出口尺寸或调整分流盘位置，增加该方向流量，如果某点温度过高，易形成裂纹，表明该方向镁合金液流量过高，要调整分流盘该方向分流盘的镁合金液出口尺寸或分流盘调整位置，减少该方向流量，如果各点的温度都偏低，表明熔炼炉镁合金液温度过低，二冷水过强或铸造速度偏低；如果各点的温度都偏高，表明熔炼炉镁合金液温度过高，二冷水过弱或铸造速度偏高；需要调整熔炼炉镁合金液温度，二冷水强度或铸造速度。

铸造过程中要严格监测点F和I的温度，保证该点的温度高于液相线温度10-20℃，当该店温度接近或低于合金的液相线温度，将沿结晶器壁形成弯月面，弯月面汇合不好时，将形成沿铸造方向的表面裂纹。

实施例一：

1.AZ31B合金

铸锭尺寸400X1400X5000mm

铸造速度：300mm/min，铸造温度：720℃

熔炼炉容量：3吨X2

熔炼炉A镁合金液温度724-721℃，熔炼炉B镁合金液温度720-723℃，

导液管A10出口镁合金液温度698-703℃，导流管B出口镁合金液688-702℃，不锈钢过滤网A1和B1为20目。

分流盘C5截面尺寸为200X1200mm，均布11个导流孔，从中心导流孔向外尺寸依次为15，17，19，21，23，25，角部方孔C55为25X25。

铸造过程中，E点温度为640-651℃，F点温度为645-653℃，G点温度为640-652℃。

H点温度为639-649℃，E点温度为642-653℃，E点温度为640-652℃。

铸锭尺寸，382X1375X4200mm，重5.05吨，表面清洁、无大偏析瘤，无裂纹，冷隔，探伤A级，盐雾实验8级。

实施例二：

1.AZ91合金

铸锭尺寸400X1200X5000mm

铸造速度：25mm/min，铸造温度：710℃

熔炼炉容量：3吨X2

熔炼炉A镁合金液温度698-703℃，熔炼炉B镁合金液温度700-708℃，

导液管A10出口镁合金液温度668-673℃，导流管B出口镁合金液666-672℃，不锈钢过滤网A1和B1为15目。

分流盘C5截面尺寸为200X1000mm，均布9个导流孔，从中心导流孔向外尺寸依次为16，18，20，22，24，角部方孔C55为24X24。

铸造过程中，E点温度为622-639℃，F点温度为631-643℃，G点温度为625-641℃。

H点温度为625-635℃，E点温度为632-646℃，E点温度为626-639℃。

铸锭尺寸，380X1170X4200mm，重4.35吨，表面清洁、无大偏析瘤，无裂纹，冷隔，探伤A级，盐雾实验7级。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置，包括第一熔炼炉(A)、第二熔炼炉(B)和结晶器(C)，其特征在于：所述第一熔炼炉(A)和第二熔炼炉(B)的结构相同，所述第一熔炼炉(A)和第二熔炼炉(B)均包括有镁合金液过滤钢丝网(A1)、坩埚(A2)、炉体及加热体(A3)、炉盖楔形压紧块(A4)、炉盖石墨盘根(A5)、炉盖楔形块压紧螺栓(A6)、吹气管(A7)、导液管楔形压紧块(A8)、导液管石墨盘根(A9)、导液管(A10)、热电偶压盖(A11)、密封石棉(A12)、熔炼炉热电偶(A13)、导液管热电偶紧固环(A14)、导液管热电偶(A15)、导液管石棉毡(A16)、和导液管出口热电偶(A17)、炉盖(A18)、导液管出口热电偶石棉毡(A19)、导液管热出口电偶紧固环(A20)、过滤网架(A21)和过滤网紧固钢丝(A22)，所述结晶器(C)包括有水箱(C1)、油槽(C2)、油槽压盖(C3)、油槽压盖紧固螺栓(C4)、分流槽(C5)、控流压杆(C6)、控流锥(C7)、钢丝(C8)、油管(C9)、控流压杆座(C10)和保护气体喷洒管(C11)，所述第一熔炼炉(A)的底部装有过滤网架(A21)，所述过滤网架(A21)外附有过滤钢丝网(A2)，所述过滤钢丝网(A2)为10-30目的不锈钢网，所述导液管(A10)为双层结构，层间充填硅酸铝棉，所述导液管(A10)上附设导液管热电偶(A15)，在浇注期间导液管(A10)由低压电源加热，并由热电偶控温，保证导液管(A10)温度在680-700℃，导液管(A10)的出口端，设有导液管出口热电偶(17)，测定导液管(A10)出口镁合金液的温度，所述分流槽(C5)侧壁设有导流孔，导流孔直径从中心到边部依次增大，所述分流槽(C25)角部设有方形导流孔。

2.根据权利要求1所述的镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置，其特征在于：所述第一熔炼炉(A)和第二熔炼炉(B)的温差要≤5℃，两个导液管(A10)的温差要≤3℃。

3.根据权利要求1所述的镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置，其特征在于：所述结晶器(C)内设六个测温点，各测温点的温度要高于合金液相线温度10-20℃，各点间温度差≤20℃。

4.根据权利要求1所述的镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置，其特征在于：为防止分流槽(C5)边部挂镁合金，底部设计成V型，侧边设计若干导流孔，导流孔的间距为60-100mm，中部导流孔的直径为分流槽(C5)边部到结晶器(C)内壁间距的1/(5-7)，导流孔从分流槽(C5)的中心向外逐渐增大，相邻导流孔的直径比为1.1-1.2，分流槽(C5)四个角部设导流方孔，其宽度和长度为最外端导流孔直径。

5.根据权利要求1所述的镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置，其特征在于：所述坩埚(A2)由低合金钢铸造而成，导液管(A10)由304不锈钢制作，外壁和内壁间填充硅酸铝棉，其他金属部件由低碳钢制作，过滤网架(A21)由不锈钢304制作，过滤钢丝网(A1)可以根据镁合金的成分不同，采用10-30目的不锈钢丝网。

6.根据权利要求1所述的镁合金大尺寸板坯DC铸造双流浇注方法与装置，其特征在于：所述结晶器水箱(C1)和压盖(C3)由6061铝合金制作，分流槽(C5)和控流锥(C7)由304不锈钢制作，控流压杆(C6)和控流压杆座(C10)由低碳钢制作，油管(C9)和保护气体喷洒管(C11)由304不锈钢制造。

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