CN113399635A - 一种铁铬铝合金熔铸一体化装置及方法 - Google Patents

一种铁铬铝合金熔铸一体化装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种铁铬铝合金熔铸一体化装置，包括水冷结晶器、底水箱、丝杆升降台、感应炉和PLC控制器，感应炉底部设有滑动水口，滑动水口下水口连接有长水口，长水口底部伸入水冷结晶器，底水箱设置在丝杆升降台上，丝杆升降台与PLC控制器连接，水冷结晶器设置在底水箱上；其中：滑动水口包括驱动机构、滑板砖、上水口座砖、下水口砖和滑动框，PLC控制器连接并控制驱动机构，驱动机构与滑板砖连接，滑板砖以滑动连接设置在滑动框上，上水口座砖环绕滑动水口的上水口设置，上水口座砖内设有用于加热的水口感应线圈，下水口砖环绕滑动水口的下水口设置，本发明还公开了铁铬铝合金熔铸的方法。

Description

一种铁铬铝合金熔铸一体化装置及方法
技术领域
本发明涉合金熔铸技术领域，具体涉及一种铁铬铝合金熔铸一体化装置及方法。
背景技术
铁铬铝高温合金热膨胀系数相对较低、高温抗氧化性强、生产成本较为低廉，从加工性能和经济价值等综合考虑是内燃机尾气净化器载体用的最佳材料。目前国内外内燃机尾气净化器金属载体用高温合金典型成分为C≤0.05％、Si≤0.40％、Al：3.50～6.00％、Cr：17.0～20.0％、RE：0.02～0.12％，余量为Fe。
但由于合金中Al含量高和稀土的应用，铁铬铝合金在浇铸过程中极易氧化导致水口结瘤，且合金的洁净度显著降低，影响到合金的抗高温氧化性能和生产成本，常规的铁铬铝合金均采用感应炉冶炼，炉外敞口浇铸，存在合金洁净度差、生产成本高等问题。
发明内容
为解决感应炉冶炼铁铬铝合金浇铸过程中洁净度低、连铸结瘤的技术问题，本发明提供一种铁铬铝合金熔铸一体化装置及方法。
本发明采用如下的技术方案：
一种铁铬铝合金熔铸一体化装置，包括水冷结晶器、底水箱、丝杆升降台、感应炉和PLC控制器，所述感应炉底部设有滑动水口，所述滑动水口下水口连接有长水口，所述长水口底部伸入所述水冷结晶器，所述水冷结晶器设置在所述底水箱上，所述底水箱设置在所述丝杆升降台上，所述丝杆升降台与所述PLC控制器连接；其中：
滑动水口包括驱动机构、滑板砖、上水口座砖、下水口砖和滑动框，所述PLC控制器连接并控制所述驱动机构，所述驱动机构与所述滑板砖连接，所述滑板砖以滑动连接设置在所述滑动框上，所述上水口座砖环绕滑动水口的上水口设置，所述上水口座砖内设有用于加热的水口感应线圈，所述下水口砖环绕滑动水口的下水口设置。
进一步地，所述驱动机构包括油缸、曲柄和推拉杆，所述PLC控制器和所述油缸的控制部连接，所述油缸通过所述曲柄与所述推拉杆连接，所述推拉杆与所述滑板砖连接。
一种使用一体化装置的铁铬铝合金熔铸方法，步骤包括：
S1.在水冷结晶器内熔化高度不低于50mm的精炼渣；
S2.将铁铬铝合金粉末作为填料加入滑动水口内滑板砖与上水口座砖形成的空间中，并通过水口感应线圈加热所述铁铬铝合金粉末使其熔化为合金液体；
S3.将冶炼合格的合金熔体加入至感应炉，感应炉通过其内部的感应线圈加热合金熔体使其成为合金液体；
S4.PLC控制系统通过驱动机构控制滑板砖的打开或关闭，并根据需要控制开口度进而控制经过滑动水口的流量，使感应炉中的合金液体以预设流量经过滑动水口后进入长水口，之后进入水冷结晶器中进行精炼和凝固，其中长水口伸入精炼渣内，且长水口的底端出水口距离精炼渣的液面20-120mm；
S5.随着感应炉中的合金液体持续进入水冷结晶器，水冷结晶器内的合金液体增加，通过PLC控制器控制丝杆升降台下降，使水冷结晶器和底水箱随着丝杆升降台逐渐下移，以保证水冷结晶器中长水口底端出水口位置与精炼渣液面之间的距离相对稳定。
进一步地，步骤S1将合金熔体加入至感应炉后，还在合金熔体上表面覆盖一层炉渣。
进一步地，步骤S1使用石墨电极进行熔化得到精炼渣。
进一步地，步骤S4中通过减小水冷结晶器冷却强度，加强底水箱的冷却强度得到单向凝固组织。
进一步地，步骤S4所述长水口的底端出水口距离精炼渣的液面为20-60mm。
更进一步地，步骤S4所述长水口的底端出水口距离精炼渣的液面为60-120mm。
本发明的有益效果是：本发明解决高铝合金在浇注过程的由于铝的氧化导致的洁净度降低和连铸过程水口结瘤，实现熔炼和浇注的一体化；本发明从提高合金的洁净度出发，开发了感应炉底部采用滑动水口浇铸技术，水口填料采用铁铬铝合金粉末，设计了水口加热技术防止填料冻结，实现无氧化浇铸，解决了高铝合金浇铸过程的氧化问题，实现了熔炼及浇铸凝固的一体化。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图；
图2是一个实施例中滑动水口的结构示意图；
图3是使用石墨电极进行熔化得到精炼渣的示意图。
附图标记说明：1、水冷结晶器；11、精炼渣；2、底水箱；3、丝杆升降台；4、感应炉；41、炉渣；5、滑动水口；51、驱动机构；511、油缸；512、曲柄；513、推拉杆；52、滑板砖；53、上水口座砖；54、下水口砖；55、滑动框；56、水口感应线圈；6、PLC控制器；7、石墨电极；8、长水口。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
如图1所示，一种铁铬铝合金熔铸一体化装置，包括水冷结晶器1、底水箱2、丝杆升降台3、感应炉4和PLC控制器6，所述感应炉4底部设有滑动水口5，合金液体能够从感应炉4进入滑动水口5，滑动水口5下水口连接有长水口8，合金液体能够依次经过滑动水口5和长水口8，并且长水口8为密封状态，防止空气渗入，防止合金液体从感应炉4进入水冷结晶器1时与外部接触，避免了杂质的进入，可以对合金流体起到良好的保护作用，所述长水口8底部伸入所述水冷结晶器1，所述水冷结晶器1设置在所述底水箱2上，所述底水箱3设置在所述丝杆升降台3上，所述丝杆升降台3与所述PLC控制器6连接；其中：
如图2所示，滑动水口5包括驱动机构51、滑板砖52、上水口座砖53、下水口砖54和滑动框55，所述PLC控制器6连接并控制所述驱动机构51，所述驱动机构51与所述滑板砖52连接，所述滑板砖52以滑动连接设置在所述滑动框55上，所述上水口座砖53环绕滑动水口5的上水口设置，所述上水口座砖53内设有用于加热的水口感应线圈56，所述下水口砖54环绕滑动水口5的下水口设置，在使用时通过水口感应线圈56加热和熔化上水口中的铁铬铝粉末填料。
所述驱动机构51包括油缸511、曲柄512和推拉杆513，所述PLC控制器6和所述油缸511的控制部连接，所述油缸511通过所述曲柄512与所述推拉杆513连接，所述推拉杆513与所述滑板砖52连接，PLC控制器6控制油缸511，油缸511通过曲柄512对推拉杆513产生作用，进而由推拉杆513来控制滑板砖52在滑动框55上的移动，达到打开下水口或关闭下水口的目的。
一种上述一体化装置的铁铬铝合金熔铸方法，步骤包括：
S1.在水冷结晶器1内熔化高度不低于50mm的精炼渣11，精炼渣11的主要作用是对水冷结晶器1壁的润滑、隔绝液态合金与空气的接触以保护浇铸和精炼、吸附合金中的杂质。
S2.将铁铬铝合金粉末作为填料加入滑动水口5内滑板砖52与上水口座砖52形成的空间中，并通过水口感应线圈56加热所述铁铬铝合金粉末使其熔化为合金液体，当电流通入水口感应线圈56时，水口感应线圈56产生磁场，在磁场作用下铁铬铝填料粉末熔化变成液体合金；常规炼钢滑动水口5出钢采用锆质或铬质引流砂，但这些无机物用在铁铬铝合金的浇注时，引流砂会严重污染合金，导致合金洁净度的降低，因此本发明采用铁铬铝合金粉末作为引流剂。此外，通过提前添加铁铬铝粉末并熔化后，能够使滑动水口5内光滑，有效避免水口直径小、合金粉末熔点高，合金在滑动水口5上水口壁粘结影响浇铸的问题。
S3.将冶炼合格的合金熔体加入至感应炉4，感应炉4通过其内部的感应线圈加热合金熔体使其成为合金液体；
S4.PLC控制系统6通过驱动机构51控制滑板砖52的打开或关闭，并根据需要控制开口度进而控制经过滑动水口5的流量，使感应炉4中的合金液体以预设流量经过滑动水口5后进入长水口8，之后进入水冷结晶器1中，通过水冷结晶器1的渣洗，夹杂物在结晶器内上浮，排除夹杂物后进一步提高洁净度，同时通过水冷结晶器的定向凝固成合金锭，其中长水口8伸入精炼渣11内，且长水口8的底端出水口距离精炼渣11的液面20-60mm；
S5.随着感应炉4中的合金液体持续进入水冷结晶器1，水冷结晶器1内的合金液体增加，通过PLC控制器6控制丝杆升降台3下降，使水冷结晶器1和底水箱2随着丝杆升降台3逐渐下移，以保证水冷结晶器1中长水口8底端出水口位置与精炼渣11液面之间的距离相对稳定，以确保夹杂物上浮和凝固组织的稳定。
步骤S1将合金熔体加入至感应炉4后，为防止合金熔体与空气接触发生氧化变质，影响成品质量，在合金熔体表面覆盖一层炉渣41，炉渣41的存在能够将合金熔体与氧气隔绝开来，有效避免与氧气接触影响质量，并且对炉渣进行再次利用，减少损耗，降低生产成本。
步骤S1使用石墨电极7进行熔化得到精炼渣11，在使用时，如图3所示，石墨电极7与水冷结晶器1内部的合金熔体、底水箱2形成闭合回路，对合金熔体进行熔化得到精炼渣11。
为了控制铁铬铝合金的凝固组织，可以对水冷结晶器1和底水箱2冷却强度进行合理控制，以实现对凝固组织的控制，如需要得到单向凝固组织，通过减小水冷结晶器1冷却强度，加强底水箱2的冷却强度得到单向凝固组织。
实施例2
如图1所示，一种铁铬铝合金熔铸一体化装置，包括水冷结晶器1、底水箱2、丝杆升降台3、感应炉4和PLC控制器6，所述感应炉4底部设有滑动水口5，合金液体能够从感应炉4进入滑动水口5，滑动水口5下水口连接有长水口8，合金液体能够依次经过滑动水口5和长水口8，并且长水口8为密封状态，防止空气渗入，防止合金液体从感应炉4进入水冷结晶器1时与外部接触，避免了杂质的进入，可以对合金流体起到良好的保护作用，所述长水口8底部伸入所述水冷结晶器1，所述水冷结晶器1设置在所述底水箱2上，所述底水箱3设置在所述丝杆升降台3上，所述丝杆升降台3与所述PLC控制器6连接；其中：
如图2所示，滑动水口5包括驱动机构51、滑板砖52、上水口座砖53、下水口砖54和滑动框55，所述PLC控制器6连接并控制所述驱动机构51，所述驱动机构51与所述滑板砖52连接，所述滑板砖52以滑动连接设置在所述滑动框55上，所述上水口座砖53环绕滑动水口5的上水口设置，所述上水口座砖53内设有用于加热的水口感应线圈56，所述下水口砖54环绕滑动水口5的下水口设置，在使用时通过水口感应线圈56加热和熔化上水口中的铁铬铝粉末填料。
所述驱动机构51包括油缸511、曲柄512和推拉杆513，所述PLC控制器6和所述油缸511的控制部连接，所述油缸511通过所述曲柄512与所述推拉杆513连接，所述推拉杆513与所述滑板砖52连接，PLC控制器6控制油缸511，油缸511通过曲柄512对推拉杆513产生作用，进而由推拉杆513来控制滑板砖52在滑动框55上的移动，达到打开下水口或关闭下水口的目的。
一种上述一体化装置的铁铬铝合金熔铸方法，步骤包括：
S1.在水冷结晶器1内熔化高度不低于50mm的精炼渣11，精炼渣11的主要作用是对水冷结晶器1壁的润滑、隔绝液态合金与空气的接触以保护浇铸和精炼、吸附合金中的杂质。
S2.将铁铬铝合金粉末作为填料加入滑动水口5内滑板砖52与上水口座砖52形成的空间中，并通过水口感应线圈56加热所述铁铬铝合金粉末使其熔化为合金液体，当电流通入水口感应线圈56时，水口感应线圈56产生磁场，在磁场作用下铁铬铝填料粉末熔化变成液体合金；常规炼钢滑动水口5出钢采用锆质或铬质引流砂，但这些无机物用在铁铬铝合金的浇注时，引流砂会严重污染合金，导致合金洁净度的降低，因此本发明采用铁铬铝合金粉末作为引流剂。此外，通过提前添加铁铬铝粉末并熔化后，能够使滑动水口5内光滑，有效避免水口直径小、合金粉末熔点高，合金在滑动水口5上水口壁粘结影响浇铸的问题。
S3.将冶炼合格的合金熔体加入至感应炉4，感应炉4通过其内部的感应线圈加热合金熔体使其成为合金液体；
S4.PLC控制系统6通过驱动机构51控制滑板砖52的打开或关闭，并根据需要控制开口度进而控制经过滑动水口5的流量，使感应炉4中的合金液体以预设流量经过滑动水口5后进入长水口8，之后进入水冷结晶器1中，通过水冷结晶器1的渣洗，夹杂物在结晶器内上浮，排除夹杂物后进一步提高洁净度，同时通过水冷结晶器的定向凝固成合金锭，其中长水口8伸入精炼渣11内，且长水口8的底端出水口距离精炼渣11的液面为60-120mm；
S5.随着感应炉4中的合金液体持续进入水冷结晶器1，水冷结晶器1内的合金液体增加，通过PLC控制器6控制丝杆升降台3下降，使水冷结晶器1和底水箱2随着丝杆升降台3逐渐下移，以保证水冷结晶器1中长水口8底端出水口位置与精炼渣11液面之间的距离相对稳定，以确保夹杂物上浮和凝固组织的稳定。
步骤S1将合金熔体加入至感应炉4后，为防止合金熔体与空气接触发生氧化变质，影响成品质量，在合金熔体表面覆盖一层炉渣41，炉渣41的存在能够将合金熔体与氧气隔绝开来，有效避免与氧气接触影响质量，并且对炉渣进行再次利用，减少损耗，降低生产成本。
步骤S1使用石墨电极7进行熔化得到精炼渣11，在使用时，如图3所示，石墨电极7与水冷结晶器1内部的合金熔体、底水箱2形成闭合回路，对合金熔体进行熔化得到精炼渣11。
为了控制铁铬铝合金的凝固组织，可以对水冷结晶器1和底水箱2冷却强度进行合理控制，以实现对凝固组织的控制，如需要得到单向凝固组织，通过减小水冷结晶器1冷却强度，加强底水箱2的冷却强度得到单向凝固组织。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种铁铬铝合金熔铸一体化装置，其特征在于：包括水冷结晶器(1)、底水箱(2)、丝杆升降台(3)、感应炉(4)和PLC控制器(6)，所述感应炉(4)底部设有滑动水口(5)，所述滑动水口(5)下水口连接有长水口(8)，所述长水口(8)底部伸入所述水冷结晶器(1)，所述水冷结晶器(1)设置在所述底水箱(2)上，所述底水箱(3)设置在所述丝杆升降台(3)上，所述丝杆升降台(3)与所述PLC控制器(6)连接；其中：
滑动水口(5)包括驱动机构(51)、滑板砖(52)、上水口座砖(53)、下水口砖(54)和滑动框(55)，所述PLC控制器(6)连接并控制所述驱动机构(51)，所述驱动机构(51)与所述滑板砖(52)连接，所述滑板砖(52)以滑动连接设置在所述滑动框(55)上，所述上水口座砖(53)环绕滑动水口(5)的上水口设置，所述上水口座砖(53)内设有用于加热的水口感应线圈(56)，所述下水口砖(54)环绕滑动水口(5)的下水口设置。
2.根据权利要求1所述的铁铬铝合金熔铸一体化装置，其特征在于：所述驱动机构(51)包括油缸(511)、曲柄(512)和推拉杆(513)，所述PLC控制器(6)和所述油缸(511)的控制部连接，所述油缸(511)通过所述曲柄(512)与所述推拉杆(513)连接，所述推拉杆(513)与所述滑板砖(52)连接。
3.一种使用权利要求1或2所述一体化装置的铁铬铝合金熔铸方法，其特征在于：步骤包括：
S1.在水冷结晶器(1)内熔化高度不低于50mm的精炼渣(11)；
S2.将铁铬铝合金粉末作为填料加入滑动水口(5)内滑板砖(52)与上水口座砖(52)形成的空间中，并通过水口感应线圈(56)加热所述铁铬铝合金粉末使其熔化为合金液体；
S3.将冶炼合格的合金熔体加入至感应炉(4)，感应炉(4)通过其内部的感应线圈加热合金熔体使其成为合金液体；
S4.PLC控制系统(6)通过驱动机构(51)控制滑板砖(52)的打开或关闭，并根据需要控制开口度进而控制经过滑动水口(5)的流量，使感应炉(4)中的合金液体以预设流量经过滑动水口(5)后进入长水口(8)，之后进入水冷结晶器(1)中进行精炼和凝固，其中长水口(8)伸入精炼渣(11)内，且长水口(8)的底端出水口距离精炼渣(11)的液面20-120mm；
S5.随着感应炉(4)中的合金液体持续进入水冷结晶器(1)，水冷结晶器(1)内的合金液体增加，通过PLC控制器(6)控制丝杆升降台(3)下降，使水冷结晶器(1)和底水箱(2)随着丝杆升降台(3)逐渐下移，以保证水冷结晶器(1)中长水口(8)底端出水口位置与精炼渣(11)液面之间的距离相对稳定。
4.根据权利要求3所述的一体化装置的铁铬铝合金熔铸方法，其特征在于：步骤S1将合金熔体加入至感应炉(4)后，还在合金熔体上表面覆盖一层炉渣(41)。
5.根据权利要求3所述的一体化装置的铁铬铝合金熔铸方法，其特征在于：步骤S1使用石墨电极(7)进行熔化得到精炼渣(11)。
6.根据权利要求3所述的一体化装置的铁铬铝合金熔铸方法，其特征在于：步骤S4中通过减小水冷结晶器(1)冷却强度，加强底水箱(2)的冷却强度得到单向凝固组织。
7.根据权利要求3所述的一体化装置的铁铬铝合金熔铸方法，其特征在于：步骤S4所述长水口(8)的底端出水口距离精炼渣(11)的液面为20-60mm。
8.根据权利要求7所述的一体化装置的铁铬铝合金熔铸方法，其特征在于：步骤S4所述长水口(8)的底端出水口距离精炼渣(11)的液面为60-120mm。
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