CN115365468A - 一种用于铸锭铸造的半连续铸造系统及铸造方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及金属材料加工技术领域的一种用于铸锭铸造的半连续铸造系统及铸造方法，包括：炉体，炉体包括炉腔和炉盖；熔炼装置，熔炼装置设于封闭结构内；真空及供气装置，真空及供气装置连通封闭结构与外界并连通封闭结构与保护气体源端；加料及搅拌装置，加料及搅拌装置架设于熔炼装置上方，加料及搅拌装置用于向熔炼装置内加入至少一部分的用于铸造铸锭的原料以及用于对熔炼装置内的熔体进行搅拌；热顶，热顶设于封闭结构内并适于接收熔炼装置中的熔体；结晶及引锭装置，结晶及引锭装置安设于炉腔外底部并与热顶之间形成导流通道。本申请提高了合金铸锭的铸造品质，以此获得高纯净度的细晶均质合金铸锭。

Description

一种用于铸锭铸造的半连续铸造系统及铸造方法

技术领域

本申请涉及金属材料加工技术领域，尤其是涉及一种用于铸锭铸造的半连续铸造系统及铸造方法。

背景技术

目前国内外在工业生产中常用的铸锭铸造技术主要有以下几种，即直接水冷铸造技术(DC铸造技术)，热顶铸造技术和气滑(油滑)铸造技术；但这些铸锭技术均是在大气下进行的，不可避免的存在熔体的吸气、氧化、合金成分的烧损等，造成铸锭存在气孔、夹杂等铸造缺陷和成分波动，尤其是对于铸造一些易挥发合金元素含量高、易烧损、易吸气、易氧化的铸锭而言，铸造质量更为难以控制，获得铸锭组织晶粒较为粗大，导致铸锭的质量较低。

发明内容

为了提高合金铸锭的铸造品质，获得高纯净度的细晶均质合金铸锭，本申请提供一种用于铸锭铸造的半连续铸造系统及铸造方法。

根据本发明的一个方面，提供一种用于铸锭铸造的半连续铸造系统，包括：炉体，所述炉体包括炉腔和炉盖，所述炉腔和所述炉盖形成封闭结构；熔炼装置，所述熔炼装置设于所述封闭结构内并用于对铸造铸锭的原料进行熔化形成熔体；真空及供气装置，所述真空及供气装置设于所述封闭结构外，所述真空及供气装置连通所述封闭结构与外界并连通所述封闭结构与保护气体源端，气态类物质由封闭结构至外界或者由保护气体源端向封闭结构均单向流通并能够随时封闭；加料及搅拌装置，所述加料及搅拌装置架设于所述熔炼装置上方，所述加料及搅拌装置用于向所述熔炼装置内加入至少一部分的用于铸造铸锭的原料以及用于对所述熔炼装置内的熔体进行搅拌；热顶，所述热顶设于所述封闭结构内并适于接收所述熔炼装置中的熔体；结晶及引锭装置，所述结晶及引锭装置安设于所述炉腔外底部并与所述热顶之间形成导流通道。

通过使用本技术方案中的用于铸锭铸造的半连续铸造系统，利用真空及供气装置对炉体抽真空，在真空环境下将用于铸造铸锭的原料加热，利用真空及供气装置向炉体内充入保护气体，在气氛保护条件下对用于铸造铸锭的原料进行熔化，并在气氛保护条件下，进行引锭的操作，减少了熔体中的氢含量和渣含量，获得高纯净的熔体，提高了合金铸锭的铸造品质，获得高纯净度的细晶均质合金铸锭。

另外，根据本申请的用于铸锭铸造的半连续铸造系统，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施方式中，所述真空及供气装置包括：真空泵，所述真空泵连通封闭结构与外界形成由封闭结构至外界的单向流通通路；充气阀，所述充气阀连通保护气体源端与封闭结构形成由保护气体源端向封闭结构的单向流通通路。

在本发明的一些实施方式中，所述加料及搅拌装置包括：加料斗，所述加料斗架设于所述熔炼装置上方，加料斗连通封闭结构与外界并能够随时封闭；机械搅拌器，所述机械搅拌器架设于所述加料斗一侧，所述机械搅拌器底端形成搅拌头，所述搅拌头适于对熔炼装置内熔体进行搅拌。

在本发明的一些实施方式中，所述熔炼装置包括：坩埚，所述坩埚设于所述热顶一侧并与所述炉腔底壁之间留有间隔；加热器，所述加热器连接于所述坩埚外周，且所述加热器和坩埚形成的整体结构与所述炉腔内壁转动连接，所述坩埚顶部开口能够向热顶上部敞口转动设定的角度；并且，所述炉盖上安设有升降结构以用于所述搅拌头上升或下降设定的距离。

在本发明的一些实施方式中，所述结晶及引锭装置包括：结晶器，所述结晶器一端与所述炉腔底壁连接并与所述导流通道连通；水箱，所述水箱置于所述结晶器外周，所述水箱内周环绕结晶器形成有多个与结晶器内周远离导流通道一端连通的出水端，所述水箱上还形成有至少一个的进水端；石墨环，所述石墨环设于所述结晶器内周靠近导流通道一端；电磁搅拌器，所述电磁搅拌器设于所述结晶器外周并与石墨环相对；引锭座，所述引锭座一端与所述结晶器远离导流通道一端适配；牵引机，所述牵引机连接于所述引锭座远离结晶器一端。

在本发明的一些实施方式中，所述结晶器与所述炉腔底壁之间设有第一密封环，所述结晶器与所述引锭座之间设有第二密封环。

根据本发明的另一方面，提供一种铸造方法，该铸造方法利用上述用于铸锭铸造的半连续铸造系统铸造铸锭，该铸造方法包括以下步骤：配置铸锭的原料，将至少一部分用于铸造铸锭的原料放置于坩埚中；对密封结构抽真空，密封结构的真空度维持在第一压强，将坩埚内的用于铸造铸锭的原料加热到第一温度；对密封结构抽真空，密封结构的真空度下降到第二压强时，向密封结构内充入保护气体，保护气体压力维持在第三压强，对坩埚内的用于铸造铸锭的原料进行熔化形成熔体并维持在第二温度；开启加料及搅拌装置对坩埚内熔体进行设定程度的搅拌并静置设定的时间；向密封结构内充入保护气体，保护气体压力维持在第四压强，将坩埚内的熔体缓缓浇入热顶，在热顶内熔体液面到达设定高度时，开启结晶及引锭装置将铸锭连续拉出。

另外，根据本申请的铸造方法，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施方式中，所述第一压强为10-3000Pa，第二压强为0.01-10Pa，第三压强为1000-10000Pa，第四压强为0.10-0.12Mpa；至少对于铝合金、钢铁和铜合金，所述第一温度分别为400-550℃、1200-1400℃和800-950℃，所述第二温度分别为680-800℃、1600-1800℃和1100-1300℃。

在本发明的一些实施方式中，所述加料及搅拌装置对坩埚内熔体的搅拌时间为3-10min，搅拌速度为300-800r/min，搅拌后熔体静置时间为10-40min。

在本发明的一些实施方式中，所述用于铸造铸锭的原料分为主原料和微原料或易挥发元素，待主原料在坩埚内完全熔化后，再将微原料或易挥发元素经过加料及搅拌装置加入坩埚内进行熔化。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本申请实施方式用于铸锭铸造的半连续铸造系统的整体结构示意图；

图2是体现结晶及引锭装置的结构示意图。

附图中各标号表示如下：1、炉体；2、坩埚；3、加热器；4、热顶；5、熔体；6、导流通道；7、真空泵；8、充气阀；9、加热器电源；10、结晶器；11、水箱；12、出水端；13、进水端；14、石墨环；15、电磁搅拌器；16、第一密封环；17、引锭座；18、牵引机；19、进水管；20、出水管；21、凹槽；22、插入部；23、第二密封环；24、加料斗；25、机械搅拌器。

具体实施方式

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请实施例公开一种用于铸锭铸造的半连续铸造系统。如图1和图2所示，用于铸锭铸造的半连续铸造系统包括炉体1、熔炼装置、热顶4、真空及供气装置和结晶及引锭装置；其中，炉体1包括炉腔和炉盖，炉腔和炉盖形成封闭结构，熔炼装置设于封闭结构内并用于对铸造铸锭的原料进行熔化形成熔体，熔炼装置包括坩埚2和加热器3，坩埚2、加热器3和热顶4置于炉体1内，加热器3设置在坩埚2外周，热顶4适于接收熔炼装置中的熔体，真空及供气装置设于封闭结构外，真空及供气装置连通封闭结构与外界并连通封闭结构与保护气体源端，气态类物质由封闭结构至外界或者由保护气体源端向封闭结构单向流通并能够随时封闭，结晶及引锭装置连接于炉体1外底部并与热顶4之间形成有熔体流通的导流通道6。

通过使用本技术方案中的用于铸锭铸造的半连续铸造系统，在对用于铸造铸锭的原料熔化前，利用真空及供气装置对炉体1抽真空，在真空环境下将用于铸造铸锭的原料加热到一定温度时，再利用真空及供气装置向炉体1内充入保护气体，在气氛保护条件下对用于铸造铸锭的原料进行熔化，并在气氛保护条件下，使用结晶及引锭装置将熔体5由坩埚2经热顶4和导流通道6拉出，并在结晶及引锭装置内使熔体5按规定断面形状凝固成坚固铸锭，由此尽可能减少熔体5中的氢含量和渣含量，获得高纯净的熔体5，进而提高合金铸锭的铸造品质，获得高纯净度的细晶均质合金铸锭。

具体的，本实施方式中的热顶4安放于炉体1底部并与炉体1内底相接，加热器3固定在坩埚2外周，且坩埚2与加热器3形成的整体位于热顶4一侧，结晶及引锭装置连接于炉体1外底上，导流通道6由上至下连通热顶4与结晶及引锭装置，且导流通道6为开设于热顶4和炉体1上的通孔；在其他实施方式中，导流通道6还可以为连接在热顶4与结晶及引锭装置之间的耐热管道。

在本发明的一些实施方式中，如图1所示，真空及供气装置包括真空泵7和充气阀8，真空泵7和充气阀8上分别形成进气端和出气端，真空泵7进气端和充气阀8出气端分别连接在炉体1上。在需要对炉体1抽真空时，只需将充气阀8关闭，然后打开真空泵7，将炉体1内部分气体排出，使炉体1腔内压强小于一个标准大气压，从而实现炉体1腔内空间的真空状态；相反的，在需要对炉体1充入保护气体时，只需关闭真空泵7，打开充气阀8，经充气阀8将保护气体充入炉体1内即可。

具体的，本实施方式中的炉体1一侧与炉体1间隔的布置有加热器电源9，加热器电源9与加热器3以及真空泵7电连接，以用于为加热器3和真空泵7提供稳定电能。

在本发明的一些实施方式中，如图1和图2所示，结晶及引锭装置包括结晶器10和置于结晶器10外周的水箱11，结晶器10一端与导流通道6连通，水箱11内周环绕结晶器10轴线形成有多个出水端12，出水端12与结晶器10内侧远离炉体1一端连通，水箱11上至少还形成有一个进水端13。熔体5在结晶器10内凝固成坚固坯壳的过程中，由进水端13可向水箱11内通入冷却水，冷却水再经过出水端12喷洒在坯壳上，从而对坯壳进行降温，加快坯壳内液体合金溶液的凝固。

在本发明的一些实施方式中，如图2所示，结晶器10与水箱11均为管状结构，结晶器10和水箱11的一端分别与炉体1密封连接，水箱11和结晶器10的另一端相互密封连接，水箱11和结晶器10之间形成存水的空腔，出水端12设于结晶器10上。通过密封连接工艺，在结晶器10和水箱11之间形成空腔，使冷却水在进入空腔后，可首先与结晶器10外周进行热交换，从而提高熔体5在结晶器10内凝固成坚固坯壳的效率。

具体的，本实施方式中的出水端12为开设在结晶器10上的通孔，该通孔连通结晶器10内周与水箱11和结晶器10之间的空腔；管状结构的结晶器10和水箱11朝向炉体1的一端通过焊接的方式与炉体1下表面密封连接，结晶器10和水箱11远离炉体1的一端通过焊接的方式相互密封连接，从而在结晶器10、水箱11和炉体1围设区域形成结构稳定、密封可靠的空腔；相比于在结晶器10内开设水路或者在结晶器10上缠绕冷却水管，该空腔进行冷却的布置方式既加工简单、又保证较高的冷却效率。

在其他实施方式中，管状结构的结晶器10和水箱11还可通过法兰相互密封连接或者与炉体1密封连接，任何用于管状结构的结晶器10和水箱11相互密封连接或与炉体1密封连接的结构均属于本发明的保护范围。

在本发明的一些实施方式中，如图2所示，进水端13为连接在水箱11外侧的水管，水管上连接有阀门。根据铸锭种类的不同或者结晶及引锭装置对坯壳和其内液体合金溶液牵拉速率的不同，通过该阀门可以对冷却水流量进行控制，以更好的满足铸锭的形成条件。

在本发明的一些实施方式中，如图2所示，结晶器10内周靠近导流通道6一端设有石墨环14，结晶器10外周靠近导流通道6一端设置有电磁搅拌器15。通过真空熔炼，辅以半连续铸造过程中对坯壳中的液体合金溶液进行电磁搅拌，进一步的提高合金铸锭的品质，而且将电磁搅拌器15和石墨环14在结晶器10上与出水端12间隔设置，使得坯壳内液体合金溶液可以在结晶器10内依次经过搅拌和凝固的过程，降低两者之间的相互影响。

在本发明的一些实施方式中，如图2所示，电磁搅拌器15位于水箱11内。在保证电磁搅拌器15在水箱11内有效防水的前提下，冷却水在进入水箱11后，即可用于铸锭的冷却，又可用于电磁搅拌器15的保温，从而提高了空间利用率，使冷却结构更加简单便捷。

具体的，本实施方式中的电磁搅拌器15置于管状结构的水箱11与结晶器10之间的空腔内，并连接在结晶器10的外周，且电磁搅拌器15与管状结构的水箱11内周之间留有间隔，进水端13正对于电磁搅拌器15，使冷却水能够更全面的与电磁搅拌器15接触。

在本发明的一些实施方式中，如图2所示，结晶器10与炉体1之间设有第一密封环16。在对炉体1抽真空时，结晶器10经导流通道6与炉体1内空间连通，通过第一密封环16的密封作用，减少了结晶器10与炉体1处发生漏气的可能性，提高了炉体1抽真空的效果和稳定性。

具体的，在本实施方式中，结晶器10靠近炉体1的一端开设有一个环形的槽，第一密封环16嵌入该槽并部分凸出于该槽，当结晶器10与炉体1紧密连接时，第一密封环16弹性挤压，对结晶器10与炉体1之间形成稳定的密封结构。

在本发明的一些实施方式中，如图2所示，结晶及引锭装置还包括引锭座17，结晶器10内周远离炉体1的一端为外大内小的喇叭状结构，引锭座17一端与喇叭状结构适配，引锭座17远离结晶器10的一端设有牵引机18。在引锭座17对坯壳进行引锭操作前，通过牵引机18上下移动带动引锭座17上下移动，使引锭座17与结晶器10紧密抵接，从而方便对炉体1抽真空以及向炉体1内充入保护气体。

具体的，本实施方式中结晶器10上的出水端12开设于喇叭状结构上。当牵引机18向下运动而带动引锭座17及坯壳向远离结晶器10的方向移动一定距离后，引锭座17与结晶器10之间形成间隙，此时可开启水箱11水管上的阀门，使冷却水由外向内呈一定角度的喷洒在坯壳上。

在本发明的一些实施方式中，如图2所示，引锭座17内形成有空腔，引锭座17上连接有与引锭座17内空间连通的进水管19和出水管20；进水管19上连接有阀门。引锭座17内冷却水的流通，配合水箱11内暂存但未流动的冷却水，使在结晶器10内特别是靠近引锭座17处，初步形成稳定结构的坯壳，从而方便之后的铸锭拉出的操作。

具体的，在其他实施方式中，还可在水箱11上再接一个可自由打开或关闭的水管，使引锭座17在进行引锭操作之前，配合用于向水箱11内送水的水管，使水箱11在该时间段也可形成流动的冷却水，有助于坯壳的形成，并且提高对电磁搅拌器15的保护。

在本发明的一些实施方式中，如图2所示，结晶器10内靠近炉体1一端为结晶槽，引锭座17靠近结晶槽的一端位于引锭座17中部形成有凹槽21；具体的，本实施方式中的引锭座17靠近结晶槽的一端一体成型有用于插入结晶槽内的插入部22，插入部22的长度小于结晶槽的长度，凹槽21开设于插入部22上。凹槽21的布置，不仅便于坯壳的形成，而且便于对铸锭进行牵引，插入部22与结晶槽的插接配合，增加了结晶器10与引锭座17之间的接触面积，提高了结晶器10与引锭座17之间的密封性。

在本发明的一些实施方式中，如图2所示，结晶器10远离炉体1的一端与引锭座17之间设置有第二密封环23。在对炉体1抽真空时，结晶器10远离炉体1一端经导流通道6与炉体1内空间连通，通过第二密封环23的密封作用，减少了结晶器10与引锭座17之间发生漏气的可能性，提高了炉体1抽真空的效果和稳定性。

具体的，在本实施方式中，结晶器10远离炉体1的一端开设有一个环形的槽，第二密封环23嵌入该槽并部分凸出于该槽，当引锭座17与结晶器10紧密抵接时，第二密封环23弹性挤压，对引锭座17与结晶器10之间形成稳定的密封结构；进一步的，第二密封环23可通过卡接或粘接等方式与结晶器10底部的槽连接。

在本发明的一些实施方式中，如图1所示，炉体1上还安设有加料及搅拌装置，加料及搅拌装置包括加料斗24和机械搅拌器25，加料斗24架设于熔炼装置上方，加料斗24连通封闭结构与外界并能够随时封闭，加料斗24用于向坩埚2内加入至少一部分的用于铸造铸锭的原料，机械搅拌器25架设于加料斗24一侧，机械搅拌器25底端形成搅拌头，搅拌头适于对熔炼装置内熔体进行搅拌。

加料斗24与炉体1之间的通路可进行关闭或打开，在用于铸造铸锭的原料熔炼过程中，可将微合金化原料或易挥发的元素放入加料斗24中，将主合金原料先放入坩埚2内，当主合金原料在坩埚2内完全熔化后，再打开加料斗24将微合金化原料或易挥发的元素经加料斗24加入坩埚2内进行熔化，以减少微合金化原料或易挥发的元素的损耗；当全部合金原料在坩埚2内完全熔化后，使用机械搅拌器25对坩埚2内的熔体5进行搅拌，然后静置，使熔体5温度和成分均匀。

在本发明的一些实施方式中，如图1所示，炉体1上安设有用于机械搅拌器25搅拌头上升或下降的升降结构，加热器3和坩埚2形成的整体结构与炉腔内壁转动连接，坩埚2顶部开口能够向热顶4上部敞口转动设定的角度。当需要将坩埚2中的熔体转移至热顶4中时，只需使用升降结构将机械搅拌器25搅拌头提升至炉体1顶部，使机械搅拌器25搅拌头与坩埚2完全分离，之后即可转动加热器3与坩埚2所形成的整体，将坩埚2中的熔体以倾倒的方式倒入热顶4中即可；相反的，当需要对坩埚2中的熔体进行搅拌时，只需使用升降结构将机械搅拌器25搅拌头下降至坩埚2内即可。

本实施方式还提出了一种铸造方法，该铸造方法利用上述的用于铸锭铸造的半连续铸造系统铸造铸锭，该铸造方法包括以下步骤：

S1、配料和炉体抽真空。

首先配置铸锭的合金原料，并将至少一部分合金原料放置于坩埚2中；然后将引锭座17与结晶器18抵接，保证引锭座17与结晶器18之间的密封性，同时也保证炉腔与炉盖所形成封闭结构的密封性；之后使用真空泵7对封闭结构抽真空，炉体1内封闭结构的真空度维持在第一压强。

S2、合金原料的熔化。

在完成步骤(S1)的准备工作后，开启加热器3，将坩埚2内的合金原料加热到第一温度，然后继续对炉体1抽真空，炉体1的真空度下降到第二压强时，关闭真空泵7并关闭封闭结构经真空泵与外界的连通，之后打开充气阀8，由保护气体源端向炉体1内充入保护气体，使炉体1内保护气体压力维持在第三压强，此后，对坩埚2内的合金原料进行熔化形成熔体并维持在第二温度。

S3、铸锭铸造。

在步骤(S2)的合金原料完全熔化后，开启机械搅拌器25对坩埚2内熔体进行设定程度的搅拌并在完成搅拌后静置设定的时间；之后继续向炉体1内充入保护气体，使炉体1内保护气体压力维持在第四压强，此后，将坩埚2内的熔体5浇入热顶4内，使用牵引机18及引锭座17将结晶器10内初凝的铸锭连续拉出，获得高品质的细晶合金铸锭。

在本发明的一些实施方式中，第一压强为10-3000Pa，例如第一压强为20Pa、50Pa、200Pa或1000Pa等；第二压强为0.01-10Pa，例如第二压强为0.02Pa、0.1Pa、2Pa或5Pa等；第三压强为1000-10000Pa，例如第三压强为2000Pa、4000Pa、6000Pa或8000Pa等；第四压强为0.10-0.12Mpa，例如第一压强为0.105Mpa、0.11Mpa、0.115Mpa或0.117Mpa等。

在本发明的一些实施方式中，至少对于铝合金而言，第一温度为400-550℃，例如为420℃、450℃或510℃等，第二温度为680-800℃，例如第二温度为700℃、740℃或780℃等。

对于钢铁而言，第一温度为1200-1400℃，例如为1250℃、1300℃或1350℃等，第二温度为1600-1800℃，例如第二温度为1650℃、1700℃或1750℃等。

对于铜合金而言，第一温度为800-950℃，例如为850℃、870℃或900℃等，第二温度为1100-1300℃，例如第二温度为1150℃、1200℃或1250℃等。

在本发明的一些实施方式中，机械搅拌器25对坩埚2内熔体的搅拌时间为3-10min，搅拌速度为300-800r/min，搅拌后熔体静置时间为10-40min。

在本发明的一些实施方式中，合金原料分为主合金原料和微合金化原料或易挥发元素，待主合金原料在坩埚内完全熔化后，再将微合金化原料或易挥发元素经过加料斗24加入坩埚2内进行熔化。

在本发明的一些实施方式中，保护气体为氩气。

在本发明的一些实施方式中，牵引机18对引锭座17和铸锭的牵引速度为50-400mm/min。

下面将结合具体实施例对本申请中利用上述的用于铸锭铸造的半连续铸造系统铸造铸锭的方法进行进一步的说明。

实施例1：

5356铝合金铸棒的铸造

(1)首先配置5356铝合金铸棒的合金原料，将合金原料分为主合金原料和微合金化原料或易挥发元素，将牵引机18升起，使引锭座17通过第二密封环23与结晶器10密封接触，关闭充气阀8，保证炉体1处于密封状态，然后将配置完毕的高纯铝、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金的主合金原料放置于坩埚2中，将纯镁的微合金化原料或易挥发元素放入加料斗24中，打开真空泵7对炉体1抽真空。

(2)当炉体1内的真空度下降到1000Pa时，打开加热器电源9，对坩埚2内的主合金原料进行加热，当原料温度到达500℃，炉体1真空度继续下降到0.02Pa时，关闭真空泵7，打开充气阀8，充入氩气，使炉体1内氩气压力达到5000Pa，炉体1在密闭状态下对熔体5进行熔炼，当主合金原料熔化完毕后，打开加料斗24加入纯镁，继续升温到720℃保温，对5356铝熔体进行5min的搅拌，搅拌速度500r/min，然后静置20min，使5356铝熔体温度和成分均匀。

(3)5356铝熔体静置完毕后，继续向炉体1内充入氩气，炉体1内氩气压力达到0.11Mpa，向引锭座17内注入循环冷却水，旋转加热器3和坩埚2，将坩埚2内的5356铝熔体缓缓浇入热顶4内，待热顶4内液面达到一定高度时，开启牵引机18，牵引速度200mm/min，开启电磁搅拌器15，对石墨环14内的5356铝熔体进行搅拌，搅拌电流40A，搅拌频率20Hz，待牵引机18下降到一定高度后，打开水箱11进水的水管阀门，对制备的铸锭进行冷却。

待坩埚2内的熔体浇注完毕后，坩埚2恢复到原来位置；待热顶4内的熔体铸造完毕后，关闭电磁搅拌器15，关闭水箱的冷却水，待铸锭完全从结晶器10内脱开后，关闭牵引机18，将铸锭取出，获得高品质和高纯净度的5356铝合金铸棒。

(4)重复上述步骤，可连续获得高品质和高纯净度的5356铝合金铸棒。

实施例2：

钢铁铸棒的铸造

(1)首先配置钢铁的合金原料，将合金原料分为主合金原料和微合金化原料或易挥发元素，将牵引机18升起，使引锭座17通过第二密封环23与结晶器10密封接触，关闭充气阀8，保证炉体1处于密封状态，然后将配置完毕的钢铁的主合金原料放置于坩埚2中，将微合金化原料或易挥发元素放入加料斗24中，打开真空泵7对炉体1抽真空。

(2)当炉体1内的真空度下降到1000Pa时，打开加热器电源9，对坩埚2内的主合金原料进行加热，当原料温度到达1350℃，炉体1真空度继续下降到0.02Pa时，关闭真空泵7，打开充气阀8，充入氩气，使炉体1内氩气压力达到5000Pa，炉体1在密闭状态下对熔体5进行熔炼，当主合金原料熔化完毕后，打开加料斗24加入微合金化原料或易挥发元素，继续升温到1720℃保温，对钢铁熔体进行5min的搅拌，搅拌速度500r/min，然后静置20min，使钢铁熔体温度和成分均匀。

(3)钢铁熔体静置完毕后，继续向炉体1内充入氩气，炉体1内氩气压力达到0.11Mpa，向引锭座17内注入循环冷却水，旋转加热器3和坩埚2，将坩埚2内的钢铁熔体缓缓浇入热顶4内，待热顶4内液面达到一定高度时，开启牵引机18，牵引速度70mm/min，开启电磁搅拌器15，对石墨环14内的钢铁熔体进行搅拌，搅拌电流40A，搅拌频率20Hz，待牵引机18下降到一定高度后，打开水箱11进水的水管阀门，对制备的铸锭进行冷却。

待坩埚2内的熔体浇注完毕后，坩埚2恢复到原来位置；待热顶4内的熔体铸造完毕后，关闭电磁搅拌器15，关闭水箱的冷却水，待铸锭完全从结晶器10内脱开后，关闭牵引机18，将铸锭取出，获得高品质和高纯净度的钢铁铸棒。

(4)重复上述步骤，可连续获得高品质和高纯净度的钢铁铸棒。

实施例3：

铜合金铸棒的铸造

(1)首先配置铜合金的合金原料，将合金原料分为主合金原料和微合金化原料或易挥发元素，将牵引机18升起，使引锭座17通过第二密封环23与结晶器10密封接触，关闭充气阀8，保证炉体1处于密封状态，然后将配置完毕的铜合金的主合金原料放置于坩埚2中，将微合金化原料或易挥发元素放入加料斗24中，打开真空泵7对炉体1抽真空。

(2)当炉体1内的真空度下降到1000Pa时，打开加热器电源9，对坩埚2内的主合金原料进行加热，当原料温度到达1350℃，炉体1真空度继续下降到0.02Pa时，关闭真空泵7，打开充气阀8，充入氩气，使炉体1内氩气压力达到5000Pa，炉体1在密闭状态下对熔体5进行熔炼，当主合金原料熔化完毕后，打开加料斗24加入微合金化原料或易挥发元素，继续升温到1720℃保温，对铜合金熔体进行5min的搅拌，搅拌速度500r/min，然后静置20min，使铜合金熔体温度和成分均匀。

(3)铜合金熔体静置完毕后，继续向炉体1内充入氩气，炉体1内氩气压力达到0.11Mpa，向引锭座17内注入循环冷却水，旋转加热器3和坩埚2，将坩埚2内的铜合金熔体缓缓浇入热顶4内，待热顶4内液面达到一定高度时，开启牵引机18，牵引速度130mm/min，开启电磁搅拌器15，对石墨环14内的铜合金熔体进行搅拌，搅拌电流40A，搅拌频率20Hz，待牵引机18下降到一定高度后，打开水箱11进水的水管阀门，对制备的铸锭进行冷却。

待坩埚2内的熔体浇注完毕后，坩埚2恢复到原来位置；待热顶4内的熔体铸造完毕后，关闭电磁搅拌器15，关闭水箱的冷却水，待铸锭完全从结晶器10内脱开后，关闭牵引机18，将铸锭取出，获得高品质和高纯净度的铜合金铸棒。

(4)重复上述步骤，可连续获得高品质和高纯净度的铜合金铸棒。

同样的，上述系铸造系统及铸造方法也适合于铝基复合材料铸锭、镁基复合材料铸锭、铜基复合材料、钛及钛基复合材料铸锭。

本发明的铸造系统及铸造方法可以克服传统的半连续铸造铸锭铸造过程中存在的氧化、夹渣导致的氢含量和渣含量高的铸造缺陷；此外，通过真空熔炼，辅以半连续铸造过程中对凝固的熔体进行电磁搅拌，可以获得高纯净度的细晶均质合金铸锭。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于铸锭铸造的半连续铸造系统，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体包括炉腔和炉盖，所述炉腔和所述炉盖形成封闭结构；

熔炼装置，所述熔炼装置设于所述封闭结构内并用于对铸造铸锭的原料进行熔化形成熔体；

真空及供气装置，所述真空及供气装置设于所述封闭结构外，所述真空及供气装置连通所述封闭结构与外界并连通所述封闭结构与保护气体源端，气态类物质由封闭结构至外界或者由保护气体源端向封闭结构均单向流通并能够随时封闭；

加料及搅拌装置，所述加料及搅拌装置架设于所述熔炼装置上方，所述加料及搅拌装置用于向所述熔炼装置内加入至少一部分的用于铸造铸锭的原料以及用于对所述熔炼装置内的熔体进行搅拌；

热顶，所述热顶设于所述封闭结构内并适于接收所述熔炼装置中的熔体；

结晶及引锭装置，所述结晶及引锭装置安设于所述炉腔外底部并与所述热顶之间形成导流通道。

2.根据权利要求1所述的用于铸锭铸造的半连续铸造系统，其特征在于，所述真空及供气装置包括：

真空泵，所述真空泵连通封闭结构与外界形成所述由封闭结构至外界的单向流通通路；

充气阀，所述充气阀连通保护气体源端与封闭结构形成所述由保护气体源端向封闭结构的单向流通通路。

3.根据权利要求1所述的用于铸锭铸造的半连续铸造系统，其特征在于，所述加料及搅拌装置包括：

加料斗，所述加料斗架设于所述熔炼装置上方，加料斗连通封闭结构与外界并能够随时封闭；

机械搅拌器，所述机械搅拌器架设于所述加料斗一侧，所述机械搅拌器底端形成搅拌头，所述搅拌头适于对熔炼装置内熔体进行搅拌。

4.根据权利要求3所述的用于铸锭铸造的半连续铸造系统，其特征在于，所述熔炼装置包括：

坩埚，所述坩埚设于所述热顶一侧并与所述炉腔底壁之间留有间隔；

加热器，所述加热器连接于所述坩埚外周，且所述加热器和坩埚形成的整体结构与所述炉腔内壁转动连接，所述坩埚顶部开口能够向热顶上部敞口转动设定的角度；并且，

所述炉盖上安设有升降结构以用于所述搅拌头上升或下降设定的距离。

5.根据权利要求1所述的用于铸锭铸造的半连续铸造系统，其特征在于，所述结晶及引锭装置包括：

结晶器，所述结晶器一端与所述炉腔底壁连接并与所述导流通道连通；

水箱，所述水箱置于所述结晶器外周，所述水箱内周环绕结晶器形成有多个与结晶器内周远离导流通道一端连通的出水端，所述水箱上还形成有至少一个的进水端；

石墨环，所述石墨环设于所述结晶器内周靠近导流通道一端；

电磁搅拌器，所述电磁搅拌器设于所述结晶器外周并与石墨环相对；

引锭座，所述引锭座一端与所述结晶器远离导流通道一端适配；

牵引机，所述牵引机连接于所述引锭座远离结晶器一端。

6.根据权利要求5所述的用于铸锭铸造的半连续铸造系统，其特征在于，所述结晶器与所述炉腔底壁之间设有第一密封环，所述结晶器与所述引锭座之间设有第二密封环。

7.一种铸造方法，利用如权利要求1至6任一项所述的用于铸锭铸造的半连续铸造系统铸造铸锭，其特征在于，包括以下步骤：

配置铸锭的原料，将至少一部分用于铸造铸锭的原料放置于坩埚中；

对密封结构抽真空，密封结构的真空度维持在第一压强，将坩埚内的用于铸造铸锭的原料加热到第一温度；

对密封结构抽真空，密封结构的真空度下降到第二压强时，向密封结构内充入保护气体，保护气体压力维持在第三压强，对坩埚内的用于铸造铸锭的原料进行熔化形成熔体并维持在第二温度；

开启加料及搅拌装置对坩埚内熔体进行设定程度的搅拌并静置设定的时间；

向密封结构内充入保护气体，保护气体压力维持在第四压强，将坩埚内的熔体缓缓浇入热顶，在热顶内熔体液面到达设定高度时，开启结晶及引锭装置将铸锭连续拉出。

8.根据权利要求7所述的铸造方法，其特征在于，所述第一压强为10-3000Pa，第二压强为0.01-10Pa，第三压强为1000-10000Pa，第四压强为0.10-0.12Mpa；至少对于铝合金、钢铁和铜合金，所述第一温度分别为400-550℃、1200-1400℃和800-950℃，所述第二温度分别为680-800℃、1600-1800℃和1100-1300℃。

9.根据权利要求7所述的铸造方法，其特征在于，所述加料及搅拌装置对坩埚内熔体的搅拌时间为3-10min，搅拌速度为300-800r/min，搅拌后熔体静置时间为10-40min。

10.根据权利要求7所述的铸造方法，其特征在于，所述用于铸造铸锭的原料分为主原料和微原料或易挥发元素，待主原料在坩埚内完全熔化后，再将微原料或易挥发元素经过加料及搅拌装置加入坩埚内进行熔化。

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