CN112974730B - 用于大断面铸件的铸造装置及其铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法，装置包括沙箱、液压金属板、水冷金属板、液压千斤顶、水冷管路和液压油管路，液压金属板与位于下沙箱两端的薄壁矩形管的第一端固连，液压金属板的内部具有五条液压油路，液压千斤顶等距安装在铸件对应长度范围的液压金属板的上表面，液压千斤顶的第一端和液压油路连接，液压千斤顶的第二端和第一水冷金属板连接，水冷金属板的内部具有三条等距的水冷管路。自主补偿系统控制器根据液压千斤顶的压力值每增大20％时，自动补偿系统控制器驱动对应的液压千斤顶升高H＝1mm，以抵抗铸件的下凹变形。本发明采用内置水冷和自动气隙补偿技术，加快了铸件的冷却速度，提高了铸件的机械性能和生产效率。

Description

用于大断面铸件的铸造装置及其铸造方法

技术领域

本发明涉及铸造领域，特别涉及一种用于大断面铸件的铸造装置及其铸造方法。

背景技术

大断面铸件作为一种特种铸造的常见类型，例如轧辊、超厚壁方管和宽厚板等，在重工业、航空航天以及大型军事装备中具有广泛的应用，大断面铸件结构较为简单，但其壁厚和断面面积较大，在铸造过程中容易形成缩松、缩孔、偏析、卷气和裂纹等铸造缺陷。以超厚壁方管为例，超厚壁钢管广泛应用于桥梁、高层钢结构建筑、太阳能发电、风力发电、造船、石油钻井设备。对于超厚壁方管制造通常是依靠焊接和铸造制造工艺，通过焊接工艺制造超厚壁方管内表面质量、角部尺寸精度和边部平直度差，且在冷成型加工时负载荷增大，钢管角部的加工硬化明显，使生产不顺利。对于厚板焊接在焊接工艺上如果控制不当更容易出现一些焊接缺陷，从宏观上看厚壁钢板焊接焊缝缺陷的主要形式有：气孔、裂纹、固体夹杂、、未融合、未焊透等。且由于厚度大，焊缝集中，焊接热输入量高，势必在焊接结构件内产生大量的焊接残余应力，对构件的整体性能产生十分不利的影响。铸造工艺制造超厚壁方管，常存在气孔、缩松、缩孔等铸造缺陷，对于普通的砂型铸造，砂型导热性能差，且在铸件凝固冷却过程中铸件表面与砂型之间易形成气隙，使铸件冷却速度降低，并且气隙位置不可控，导致铸件冷却速度不一致，使铸件组织偏析严重，严重影响铸件性能。对于大断面铸件，水冷模技术是常用工艺。

申请号CN201520962852.9公开了一种钢锭铸造模具和铸造方法。该装置主要结构包括四个立板和封闭所述四个立板底部的浇注底盘，主要原理是通过立板驱动装置推动立板以调整铸造钢锭大小，并在四个立板和浇铸底盘外侧安装水冷冷凝器进行水冷。该发明保证了钢锭组织致密，无缩孔、缩松、裂纹、夹渣等缺陷，但钢锭内部存在一定程度的偏析，钢锭上半部分偏析明显，下半部分偏析较轻，且偏析成分不能通过简单工艺去除，导致铸件的性能降低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法，主要是通过自动气隙补偿，减少大断面铸件出现缩松、缩孔和偏析等铸造缺陷，也避免了铸件在凝固冷却过程中空气隙的产生，从而获得高致密性和高表面质量的大断面铸件。

本发明提供了一种用于大断面铸件的铸造装置，其包括沙箱、液压金属板、水冷金属板、液压千斤顶、水冷管路、液压油管路、右浇道、左冒口、耐热涂层、固定组件、控制器和铸件。所述沙箱，其包括上沙箱和下沙箱，所述下沙箱的底板和围合板形成向上开口的凹形箱体，所述下沙箱左右两端的围合板上分别设有矩形孔，所述矩形孔和薄壁矩形管固定连接，所述薄壁矩形管的每个侧面上均设有螺纹孔，所述上沙箱的底板和围合板形成向下开口的凹形箱体，所述上沙箱的顶部的两端分别设有右浇道和左冒口，所述上沙箱的底部和所述下沙箱的顶部连接。所述液压金属板的两端分别通过固定组件与位于下沙箱两端的薄壁矩形管的第一端的内表面固定连接，所述液压金属板的内部具有五条圆形截面的液压油路，其包括第一液压油路、第二液压油路、第三液压油路、第四液压油路和第五液压油路，所述液压千斤顶，其包括第一液压千斤顶、第二液压千斤顶、第三液压千斤顶、第四液压千斤顶和第五液压千斤顶，所述液压千斤顶和所述液压油路一一对应，所述液压千斤顶等距安装在所述铸件对应长度范围的液压金属板的上表面，所述液压千斤顶的第一端和所述液压油路连接，所述液压千斤顶的第二端和第一水冷金属板的第一端连接，所述第一水冷金属板的第二端通过耐热涂层和所述铸件连接，所述液压千斤顶的控制端和自动补偿系统控制器连接，所述水冷金属板，其包括第一水冷金属板、第二水冷金属板和第三水冷金属板，所述水冷金属板的内部具有三条等距圆形截面的水冷管路，所述水冷管路的控制端和所述水冷管路控制器连接，所述第一水冷金属板、所述第二水冷金属板和所述第三水冷金属板分别通过固定组件与所述薄壁矩形管的第二端、第三端和第四端的内表面固定连接。

可优选的是，所述上沙箱和所述下沙箱的凹形箱体大小结构相等。

可优选的是，所述下沙箱左右两端的矩形孔大小结构相同，且轴线在同一直线上，所述薄壁矩形管内截面尺寸与所述矩形孔的尺寸相等。

可优选的是，所述水冷金属板内部的水冷管路贯穿整个水冷金属板，所述第二水冷金属板和所述第三水冷金属板分别与所述第一水冷金属板的两端相互垂直，所述水冷金属板构成向下开口的凹槽；所述液压金属板的液压油管路贯穿整个液压金属板，所述液压金属板和所述第一水冷金属板互相平行，所述液压金属板和所述水冷金属板构成方管。

可优选的是，所述液压金属板、所述液压千斤顶和所述自动补偿系统控制器构成自动气隙补偿系统，贯穿于所述液压金属板的所述液压油管路和所述自动补偿系统控制器相连构成闭合回路。

本发明的另外一方面，提供一种用于大断面铸件的铸造方法，其具体操作步骤如下：

S1、按照用于所述铸件的铸造装置中各部件的位置关系组装模具本体，并将组装好的铸造装置横向水平放置，同时确定铸件的起模温度为T₀；

S2、打开液压油管路的进油口和出油口，同时启动自动补偿系统控制器，分别设置五个液压千斤顶的初始压力值为P₀＝{P₀₁，P₀₂，P₀₃，P₀₄，P₀₅}；

S3、将温度高于合金液相线温度80±30℃的金属液通过位于上沙箱顶部的右浇道浇铸到用于容纳铸件的模具本体内，浇筑速度控制在90～120Kg/s之间，待自下而上浇铸至距左冒口上端面100mm左右时，停止浇铸金属液；

S4、选取不与铸造金属液发生反应且耐火度高于1700℃，且厚度大于左冒口直径的1/6的覆盖剂，对左冒口进行铺展覆盖；

S5、在停止浇筑金属液后，通过自动补偿系统控制器测得当前五个液压千斤顶上升的压力值分别为P₁＝{P₁₁，P₁₂，P₁₃，P₁₄，P₁₅}，同时测得铸件的温度为T_i；

S6、启动水冷管路中出水管的阀门，同时启动水冷管路控制器，缓慢打开水冷管路中进水管的阀门，通过调整进水管压力和流量保证出水管水温保持在80～90℃间；

S7、实时监测铸件是否出现下凹变形，当铸件刚出现下凹变形时，根据铸件产生下凹变形的位置，测得对应位置的液压千斤顶的压力值，此时五个液压千斤顶上升的压力值分别为P₂＝{P₂₁，P₂₂，P₂₃，P₂₄，P₂₅}，同时确定五个液压千斤顶对应铸件的温度为T_i；

S8、随着铸件凝固冷却过程的进行，五个液压千斤顶上升的压力值分别变化为P₃＝{P₃₁，P₃₂，P₃₃，P₃₄，P₃₅}，同时测得铸件的温度为T_i；

S9、待铸件整体温度达到工艺起模温度后，即T_i≤T₀，关闭水冷管路控制器，停止对铸件的冷凝，随后关闭自动补偿系统控制器；

S10、进行脱模，取出铸造好的铸件。

可优选的是，所述自动补偿系统控制器根据液压千斤顶的压力值每增大20％时，即P_(i+1)1≥1.2P_i1或P_(i+1)2≥1.2P_i2或P_(i+1)3≥1.2P_i3或P_(i+1)4≥1.2P_i4或P_(i+1)5≥1.2P_i5，其中，i＝1，2，3，…，所述自动补偿系统控制器驱动对应的液压千斤顶升高H＝1mm。

可优选的是，所述覆盖剂采用ISO保温型覆盖剂。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明将铸件采用横卧式进行铸造，降低高宽比，缩短帽口的补缩距离，能完全消除铸件的二次缩孔，避免卷气的产生。

2.本发明采用内置水冷模技术，并可在线进行自动气隙补偿，加快了铸件的冷却速度，提高内表面质量和尺寸精度，可有效将铸造产生的缩松、缩孔和偏析等缺陷赶至铸件的外表面，便于后续的检测发现和去除，以获得内部组织致密且均匀的铸件，提高了铸件的机械性能和生产效率。

附图说明

图1为本发明用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法的整体结构示意图；

图2为本发明用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法中A-A剖视图；

图3为本发明用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法的整体结构侧视图；

图4为本发明用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法中液压金属板的位置侧视图；

图5为本发明用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法中液压金属板的固定示意图；

图6为本发明用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法中水冷金属板的固定示意图；

图7为本发明用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法中水冷系统冷却水的流向示意图；

图8为本发明用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法中耐热涂层的位置示意图；

图9为本发明用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法自动补偿组件示意图；

图10为本发明用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法的流程图。

主要附图标记：

下沙箱1，上沙箱2，液压金属板3，第一水冷金属板4，第二水冷金属板5，第三水冷金属板6，第一液压千斤顶71，第二液压千斤顶72，第三液压千斤顶73，第四液压千斤顶74，第五液压千斤顶75，水冷管路8，第一液压油路91，第二液压油路92，第三液压油路93，第四液压油路94，第五液压油路95，右浇道10，左冒口11，耐热涂层12，固定组件13，水冷管路控制器14，自动补偿系统控制器15，铸件16。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

用于大断面铸件的铸造装置，如图1和图2所示，其包括沙箱、液压金属板3、水冷金属板、液压千斤顶、水冷管路、液压油管路、右浇道10、左冒口11、耐热涂层12、固定组件13、控制器和铸件16。

如图1所示，沙箱，其包括上沙箱2和下沙箱1，由底板和围合板组成，下沙箱1的底板和围合板形成向上开口的凹形箱体，下沙箱1左右两端的围合板上分别设有矩形孔，矩形孔和薄壁矩形管固定连接，薄壁矩形管的每个侧面上均设有螺纹孔，上沙箱2的底板和围合板形成向下开口的凹形箱体，上沙箱2的顶部的两端分别设有右浇道10和左冒口11，上沙箱2的底部和下沙箱1的顶部配合连接。

如图4和图5所示，液压金属板3的两端分别通过固定组件13与位于下沙箱1两端的薄壁矩形管的第一端的内表面固定连接，液压金属板3的内部具有五条圆形截面的液压油路，由第一液压油路91、第二液压油路92、第三液压油路93、第四液压油路94和第五液压油路95组成。

如图2和图9所示，第一液压千斤顶71、第二液压千斤顶72、第三液压千斤顶73、第四液压千斤顶74和第五液压千斤顶75从左至右依次等距安装在铸件16对应长度范围的液压金属板3上表面，第一液压油路91、第二液压油路92、第三液压油路93、第四液压油路94和第五液压油路95分别与第一液压千斤顶71、第二液压千斤顶72、第三液压千斤顶73、第四液压千斤顶74和第五液压千斤顶75相连，且液压油路与自动补偿系统控制器15链接构成闭合油路，液压油的流向为由A指向B；液压千斤顶的第一端和液压油路连接，液压千斤顶的第二端和第一水冷金属板4的第一端连接，如图8所示，耐热涂层12位于第一水冷金属板4第二端的上面，耐火涂层12的长度与铸件16的长度对应一致，以提高型芯表面的耐火性，延长使用寿命，第一水冷金属板4的第二端通过耐热涂层12和铸件16连接，液压千斤顶的控制端和自动补偿系统控制器15连接。

水冷金属板，如图3所示，其包括第一水冷金属板4、第二水冷金属板5和第三水冷金属板6；水冷金属板的内部具有三条等距圆形截面的水冷管路，如图7所示，水冷管路的控制端8和水冷管路控制器14连接，冷却水的流向为从A端流向B端；如图6所示，第一水冷金属板4、第二水冷金属板5和第三水冷金属板6分别通过固定组件13与薄壁矩形管的第二端、第三端和第四端的内表面固定连接。

进一步，为了保证大断面铸件的铸造质量，上沙箱2和下沙箱1的凹形箱体大小结构相等。

下沙箱1左右两端的矩形孔大小结构相同，且轴线在同一直线上，如图5所示，薄壁矩形管内截面尺寸与矩形孔的尺寸相等。

水冷金属板内部的水冷管路贯穿整个水冷金属板，如图6所示，第二水冷金属板5和第三水冷金属板6分别与第一水冷金属板4的两端相互垂直，水冷金属板构成向下开口的凹槽；液压金属板3的液压油管路贯穿整个液压金属板，液压金属板3和第一水冷金属板4互相平行，液压金属板3和水冷金属板构成方管，方管结构的型芯的各外侧面与下沙箱1两侧的外伸薄壁结构相对应的内表面相贴合。

如图9所示，液压金属板3、液压千斤顶和自动补偿系统控制器15构成自动气隙补偿系统，贯穿于液压金属板3的液压油管路和自动补偿系统控制器15相连构成闭合回路。

用于大断面铸件的铸造方法，如图10所示，其包括以下步骤：

S1、按照用于铸件16的铸造装置中各部件的位置关系组装模具本体，并将组装好的铸造装置横向水平放置，同时确定铸件16的起模温度为T₀。

S2、打开液压油管路的进油口和出油口，同时启动自动补偿系统控制器15，并分别设置第一液压千斤顶71、第二液压千斤顶72、第三液压千斤顶73、第四液压千斤顶74和第五液压千斤顶75的初始压力值为P₀＝{P₀₁，P₀₂，P₀₃，P₀₄，P₀₅}。

S3、将温度高于合金液相线温度80±30℃的金属液通过位于上沙箱2顶部的右浇道10浇铸到用于容纳铸件16的模具本体内，浇筑速度控制在90～120Kg/s之间，待自下而上浇铸至距左冒口11上端面100mm左右时，停止浇铸金属液。

S4、选取不与铸造金属液发生反应且耐火度高于1700℃，且厚度大于左冒口11直径的1/6的覆盖剂，对左冒口11进行铺展覆盖，保证后续的补缩能力。

S5、在停止浇筑金属液后，通过自动补偿系统控制器15测得当前五个液压千斤顶上升的压力值分别为P₁＝{P₁₁，P₁₂，P₁₃，P₁₄，P₁₅}。

S6、启动水冷管路中出水管的阀门，同时启动水冷管路控制器14，缓慢打开水冷管路中进水管的阀门，通过调整进水管压力和流量保证出水管水温保持在80～90℃间。

S7、随着铸造金属液凝固冷却收缩，铸件16的上表面容易出现下凹变形，从而使铸件16的上表面与上砂型之间形成空气隙，影响冷却速度和冷却的均匀性，使铸件16的质量降低，因此需要实时监测铸件16是否出现下凹变形，当铸件16刚出现下凹变形时，根据铸件16产生下凹变形的位置，测得对应位置的液压千斤顶的压力值，此时五个液压千斤顶上升的压力值分别为P₂＝{P₂₁，P₂₂，P₂₃，P₂₄，P₂₅}，同时确定五个液压千斤顶对应铸件16的温度为T_i；

S8、随着铸件16凝固冷却过程的进行，五个液压千斤顶上升的压力值分别变化为P₃＝{P₃₁，P₃₂，P₃₃，P₃₄，P₃₅}，当对应位置的压力值增大20％时(即P₃₁≥1.2P₂₁或P₃₂≥1.2P₂₂或P₃₃≥1.2P₂₃或P₃₄≥1.2P₂₄或P₃₅≥1.2P₂₅)，自动补偿系统控制器15继续驱动对应的液压千斤顶升高H＝1mm，以此循环从而实现空气隙的自动补偿，提高了冷却速度，降低了偏析成分的产生，直至冷却结束。

S9、待铸件16整体温度达到工艺起模温度后，即T_i≤T₀，关闭水冷管路控制器14，停止对铸件16的冷凝，随后关闭自动补偿系统控制器15。

S10、进行脱模，取出铸造好的铸件16。

自动补偿系统控制器15根据液压千斤顶的压力值每增大20％时，即P₂₁≥1.2P₁₁或P₂₂≥1.2P₁₂或P₂₃≥1.2P₁₃或P₂₄≥1.2P₁₄或P₂₅≥1.2P₁₅，自动补偿系统控制器15驱动对应的液压千斤顶升高H＝1mm；自动补偿系统控制器15根据液压千斤顶压力值相对于上一次每增大20％时，即P₃₁≥1.2P₂₁或P₃₂≥1.2P₂₂或P₃₃≥1.2P₂₃或P₃₄≥1.2P₂₄或P₃₅≥1.2P₂₅，自动补偿系统控制器15驱动对应的液压千斤顶升高H＝1mm，以抵抗铸件16出现的下凹变形。

覆盖剂采用ISO保温型覆盖剂。液压千斤顶增大的压力值，根据液压千斤顶的压力差值和事先导入自动补偿系统控制器15的数据库而确定的，数据库是预先通过监测铸件16冷却凝固规律收集得到。

自动气隙补偿系统，通过液压油路控制五个液压千斤顶，使液压千斤顶拥有一定的初始压力值，由于铸造金属液在第一水冷金属板4上是均匀分布的，因此五个液压千斤顶的初始压力值可认为是相等的。

铸件中间位置变形最为显著，此时变形最大位置对应的液压千斤顶压力值增大最为明显，此液压千斤顶的压力值与其余液压千斤顶的压力值出现较大差距，此时自动补偿系统控制器通过此液压千斤顶的液压油管路使其增大一定的压力值，以抵抗铸件出现的下凹变形，从而实现空气隙的自动补偿，即保证了铸件内表面的质量和铸件的形状精度，降低了铸件内部偏析成分的产生，又提高了铸件的冷却速度和铸件的成品率。

以下结合实施例对本发明一种用于大断面铸件的铸造装置及工艺方法做进一步描述：

以超厚壁方管为例，超厚壁方管的规格为厚度在200mm，长度为5000mm，铸件内腔截面为600mm×400mm，铸件断面外廓截面为1000mm×800mm，材质为Q345B。

S1、按照超厚壁方管的铸造装置中各部件的位置关系组装模具本体，在水平面上，将下沙箱1横向水平放置，上沙箱2与下沙箱1的凹形箱体的开口按重合要求配合安放，同时确定超厚壁方管的起模温度为T₀。

S2、打开液压油管路的进油口和出油口，同时启动自动补偿系统控制器15，并分别设置第一液压千斤顶71、第二液压千斤顶72、第三液压千斤顶73、第四液压千斤顶74和第五液压千斤顶75的初始压力值为P₀＝{P₀₁，P₀₂，P₀₃，P₀₄，P₀₅}＝{0.1KN，0.1KN，0.1KN，0.1KN，0.1KN}。

S3、将温度为1500±30℃，重量为23550Kg的金属液通过位于上沙箱2顶部的右浇道10浇铸到用于容纳铸件16的模具本体内，浇筑时间为220s，浇筑速度控制在90～120Kg/s之间，待自下而上浇铸至距左冒口11上端面100mm左右时，停止浇铸金属液。

S4、选取不与铸造金属液发生反应且耐火度高于1700℃，且厚度大于左冒口11直径的1/6的覆盖剂，对左冒口11进行铺展覆盖，保证后续的补缩能力。

S5、在停止浇筑金属液后，通过自动补偿系统控制器15测得第一液压千斤顶71、第二液压千斤顶72、第三液压千斤顶73、第四液压千斤顶74和第五液压千斤顶75的上升压力值分别为：P₁＝{P₁₁，P₁₂，P₁₃，P₁₄，P₁₅}＝{267.5KN，235.0KN，235.0KN，235.0KN，267.5KN}。

S6、启动水冷管路中出水管的阀门，缓慢打开水冷管路中进水管的阀门，通过调整进水管压力和流量保证出水管水温保持在80～90℃间，同时启动水冷管路控制器14，将第一水冷金属板4、第二水冷金属板5和第三水冷金属板6内的水冷管路分别通入冷却水进行水冷，超厚壁方管由内向外逐渐凝固，即有利于补缩，又可以将铸造的缩松偏析等缺陷控制在超厚壁方管的外表面，便于后续加工去除超厚壁方管缺陷，以保证超厚壁方管本体的性能要求。

S7、随着铸造金属液凝固冷却收缩，超厚壁方管的上表面容易出现下凹变形，从而使超厚壁方管的上表面与上砂型之间形成空气隙，影响冷却速度和冷却的均匀性，使超厚壁方管的质量降低，因此需要实时监测超厚壁方管是否出现下凹变形，当超厚壁方管刚出现下凹变形时，根据超厚壁方管产生下凹变形的位置，测得对应位置的液压千斤顶的压力值，此时第一液压千斤顶71、第二液压千斤顶72、第三液压千斤顶73、第四液压千斤顶74和第五液压千斤顶75上升的压力值分别为P₂＝{P₂₁，P₂₂，P₂₃，P₂₄，P₂₅}，同时确定第一液压千斤顶71、第二液压千斤顶72、第三液压千斤顶73、第四液压千斤顶74和第五液压千斤顶75对应超厚壁方管的温度为Ti；

S8、随着超厚壁方管凝固冷却过程的进行，超厚壁方管的中间位置变形最为显著，此时第三液压千斤顶73的压力值增大的最为明显，第三液压千斤顶73的压力值与其余液压千斤顶的压力值出现较大差距，此时自动补偿系统控制器15通过第三液压油路93控制第三液压千斤顶73增大一定的压力值，此时第一液压千斤顶71、第二液压千斤顶72、第三液压千斤顶73、第四液压千斤顶74和第五液压千斤顶75上升的压力值分别变化为P₃＝{P₃₁，P₃₂，P₃₃，P₃₄，P₃₅}，当对应位置的压力值增大20％时，自动补偿系统控制器15继续驱动对应的液压千斤顶升高H＝1mm，以此循环从而实现空气隙的自动补偿，提高了冷却速度，降低了偏析成分的产生，直至冷却结束。

S9、待超厚壁方管整体温度达到工艺起模温度后，即T_i≤T₀，关闭水冷管路控制器14，停止对超厚壁方管的冷凝，随后关闭自动补偿系统控制器15。

S10、进行脱模，取出铸造好的超厚壁方管。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于大断面铸件的铸造装置，其包括沙箱、液压金属板、水冷金属板、液压千斤顶、水冷管路、液压油管路、右浇道、左冒口、耐热涂层、固定组件、控制器和铸件，其特征在于，

所述沙箱，其包括上沙箱和下沙箱，所述下沙箱的底板和围合板形成向上开口的凹形箱体，所述下沙箱左右两端的围合板上分别设有矩形孔，所述矩形孔和薄壁矩形管固定连接，所述薄壁矩形管的每个侧面上均设有螺纹孔，所述上沙箱的底板和围合板形成向下开口的凹形箱体，所述上沙箱的顶部的两端分别设有右浇道和左冒口，所述上沙箱的底部和所述下沙箱的顶部连接；

所述液压金属板的两端分别通过固定组件与位于下沙箱两端的薄壁矩形管的第一端的内表面固定连接，所述液压金属板的内部具有五条圆形截面的液压油路，其包括第一液压油路、第二液压油路、第三液压油路、第四液压油路和第五液压油路，所述液压千斤顶，其包括第一液压千斤顶、第二液压千斤顶、第三液压千斤顶、第四液压千斤顶和第五液压千斤顶，所述液压千斤顶和所述液压油路一一对应，所述液压千斤顶等距安装在所述铸件对应长度范围的液压金属板的上表面，所述液压千斤顶的第一端和所述液压油路连接，所述液压千斤顶的第二端和第一水冷金属板的第一端连接，所述第一水冷金属板的第二端通过耐热涂层和所述铸件连接，所述液压千斤顶的控制端和自动补偿系统控制器连接，水冷金属板，其包括第一水冷金属板、第二水冷金属板和第三水冷金属板，所述水冷金属板的内部具有三条等距圆形截面的水冷管路，所述水冷管路的控制端和所述水冷管路控制器连接，所述第一水冷金属板、所述第二水冷金属板和所述第三水冷金属板分别通过固定组件与所述薄壁矩形管的第二端、第三端和第四端的内表面固定连接；

所述液压金属板、所述液压千斤顶和所述自动补偿系统控制器构成自动气隙补偿系统，贯穿于所述液压金属板的所述液压油管路和所述自动补偿系统控制器相连构成闭合回路，自动补偿系统控制器通过液压千斤顶的液压油管路使液压千斤顶增大一定的压力值，以抵抗铸件出现的下凹变形，从而实现空气隙的自动补偿。

2.根据权利要求1所述的用于大断面铸件的铸造装置，其特征在于，所述上沙箱和所述下沙箱的凹形箱体大小结构相等。

3.根据权利要求1所述的用于大断面铸件的铸造装置，其特征在于，所述下沙箱左右两端的矩形孔大小结构相同，且轴线在同一直线上，所述薄壁矩形管内截面尺寸与所述矩形孔的尺寸相等。

4.根据权利要求1所述的用于大断面铸件的铸造装置，其特征在于，所述水冷金属板内部的水冷管路贯穿整个水冷金属板，所述第二水冷金属板和所述第三水冷金属板分别与所述第一水冷金属板的两端相互垂直，所述水冷金属板构成向下开口的凹槽；所述液压金属板的液压油管路贯穿整个液压金属板，所述液压金属板和所述第一水冷金属板互相平行，所述液压金属板和所述水冷金属板构成方管。

5.一种利用权利要求1-4中任一项所述的用于大断面铸件的铸造装置的铸造方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、按照用于所述铸件的铸造装置中各部件的位置关系组装模具本体，并将组装好的铸造装置横向水平放置，同时确定铸件的起模温度为

；

S2、打开液压油管路的进油口和出油口，同时启动自动补偿系统控制器，分别设置五个液压千斤顶的初始压力值为

；

S3、将温度高于合金液相线温度

的金属液通过位于上沙箱顶部的右浇道浇铸到用于容纳铸件的模具本体内，浇筑速度控制在90~120Kg/s之间，待自下而上浇铸至距左冒口上端面100mm左右时，停止浇铸金属液；

S4、选取不与铸造金属液发生反应且耐火度高于1700℃，且厚度大于左冒口直径的1/6的覆盖剂，对左冒口进行铺展覆盖；

S5、在停止浇筑金属液后，通过自动补偿系统控制器测得当前五个液压千斤顶上升的压力值分别为

，同时测得铸件的温度为

；

S6、启动水冷管路中出水管的阀门，同时启动水冷管路控制器，缓慢打开水冷管路中进水管的阀门，通过调整进水管压力和流量保证出水管水温保持在80～90℃间；

S7、实时监测铸件是否出现下凹变形，当铸件刚出现下凹变形时，根据铸件产生下凹变形的位置，测得对应位置的液压千斤顶的压力值，此时五个液压千斤顶上升的压力值分别为

，同时测得五个液压千斤顶对应铸件的温度为

；

S8、随着铸件凝固冷却过程的进行，五个液压千斤顶上升的压力值分别变化为

，同时测得铸件的温度为

；

所述自动补偿系统控制器根据液压千斤顶的压力值每增大20%时，即

，其中，i=1，2，3，…，所述自动补偿系统控制器驱动对应的液压千斤顶升高

，以此循环从而实现空气隙的自动补偿；

S9、待铸件整体温度达到工艺起模温度后，即

，关闭水冷管路控制器，停止对铸件的冷凝，随后关闭自动补偿系统控制器；

S10、进行脱模，取出铸造好的铸件。

6.根据权利要求5所述的铸造方法，其特征在于，所述覆盖剂采用ISO保温型覆盖剂。

Images