CN1327893A - 紫铜结晶模上的正压密封装置及紫筒正压铸造工艺 - Google Patents

Abstract

紫铜结晶模上的正压密封装置,包括:结晶模,结晶模座,结晶模座底部设喷水环,其中,还包括密封组件及升降装置,密封组件包括密封罩,密封环和安装于密封罩上的观察窗,密封罩滑动地安装在结晶模座上,二个液压装置也对称地安装在其上,密封环安装在密封罩顶端的环槽中。紫铜正压铸造工艺,包括:浇铸时先使密封罩与炉头底面密封,再向结晶模内充放压力氮气,建立正压,提供循环的冷却液;浇铸完毕,关闭氮气,使液压缸下降,密封环脱离炉头。

Description

紫铜结晶模上的正压密封装置及紫铜正压铸造工艺

本发明涉及一种紫铜正压铸造工艺及专用于该工艺的正压密封装置。

紫铜(铜加工标准称作T2铜)由于其在熔融状态下极易吸氧，造成铸件质量差劣，所以熔炼铸造过程都要采取特殊的保护性工艺。常规半连续铸造(如图3所示)，当铜熔化到铸造温度时，石墨塞棒64由塞棒螺丝61在螺丝座62中旋升，螺丝座由连接螺栓63和炉头65固连；铜液经石墨底锥67由石墨浇管69流至结晶器10。石墨浇管69由浇管螺丝68连接在底板上，石墨浇管埋在结晶器内的铜液面下。因为铜液面直接暴露在大气中会造成严重吸氧污染，通常采取以下几种保护方式：

图3中是在铜液面上覆盖一层烟灰(碳黑)611，烟灰呈细小颗粒，甚至是粉状，覆盖在铜液面上隔绝了熔融的铜液和大气接触，并且可将铜液中的氧部分地还原出来。烟灰保护是在中小铜加工厂最常用也是较有效的一种方式，其缺点是污染操作环境，使铸造冷却水变质，烟灰保护也造成铸锭表面的一些问题。

图4是另一种保护方式，即用燃烧的煤气做保护，在结晶器10上放有环状的煤气烧嘴73，铸造时喷出的火焰可整体覆盖铜液面，而一氧化碳及燃烧生成的二氧化碳都不污染熔融的铜液面，保证了铜液面不吸氧。

图5所示是用保护性气体，通常是以氮气作保护，在结晶器10上装有一保护罩84，只要将氮气进出方向安排合理，铜液面上始终存在氮气保护，不会吸氧，铸锭质量即可得到保证。

以上三种连续铸造铜液面保护方式是国内外通用的紫铜铸造工艺，另有一种真空铸造，则需在真空熔炼气氛下进行，已不属常规的铜熔铸工艺。

现有的铸造保护方式都是在环境气氛(常压)下进行的，其着眼点在保护铜液面不吸氧，本发明提供一种在非常压下的铸造工艺，采用正压铸造工艺及其所使用的铸造设备，以使铸锭质量可得到更好的保证。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种紫铜结晶模上的正压密封装置，包括：一结晶模，其安装在一结晶模座上，结晶模座底部设有一喷水环，其特征在于：还包括一密封组件及一升降装置，所述密封组件包括一密封罩，一密封环和一安装于密封罩上的观察窗，该观察窗上开设有可关闭的进气孔；密封罩滑动地安装在所述结晶模座上，在密封罩的顶端还开设有一环槽，所述密封环安装在该环槽中；所述升降装置为二个液压装置，它们对称地安装在所述结晶模座上。

一种紫铜正压铸造工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)当铜液精炼结束准备浇铸时，启动升降装置，使所述正压密封组件上的密封罩升到炉头底面，并与之密封；

(2)通过所述观察窗上的进气孔向结晶模内充放压力氮气，将被封在密封罩内的空气尽可能地排除，建立正压；

(3)打开密封罩上的环形密封水槽两端的进、出水孔，并通过液压缸的上口提供连续循环的冷却液；

(4)当浇铸完毕，关闭氮气，关闭密封罩上的环形密封水槽的出水孔，通过液压缸的下口提供冷却液，使液压缸下降，同时使密封环脱离炉头。

本铸造工艺和现有的铸造工艺相比具有以下优点：

1.同样对铜液面进行保护，碳黑(图3所示)保护最简便，但效果稍差且污染环境；一氧化碳燃烧气体保护受保护气体源的限制，用发生炉煤气机构复杂操作不便，也存在杂质问题。正常的充氮保护因不采用正压，也会漏进空气使铜液面吸氧，在密封罩下的氮气保护比上述几种工艺保护更彻底。

2.常压铸造不可避免存在各种缺陷，氮气正压铸造改变了结壳凝固模式，铜液由模壁传来的一次冷却降低温度凝固结壳时，在常压下，凝固的外壳脱离模壁时将拉着尚未脱离模壁的外壳往下，当过渡带较窄时(取决于铸造时温度，冷却量，铸造速度等诸因素)，就会造成高温液流再一次侵入已成硬壳的部分并再次融化，反复不断，由此形成冷隔，铸坯表面的冷隔是最常见的问题。而在正压下，尚未脱离模壁的铜液，被正压力推着向下，模壁的摩擦力不再对在a点(图1所示)附近的结壳有影响，铜液由过渡带到脱离模壁成硬壳其受力状况不变，只在大小上有所区别，(脱离模壁后没有模壁摩擦力)因而铸坯表面非常光洁。

3.在正压铸造时，结晶器内的铜液受到均匀垂直方向的压力，铸坯的密度相应增大，液穴略微变平缓，锭坯内部热传导加强，表层柱状晶变细密，从而可明显提高锭坯的质量。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为用于本发明紫铜正压铸造工艺的设备正压密封设备；

图2为图41液压缸固连于密封罩外的俯视示意图；

图3为已有的以烟灰为保护方式的紫铜铸造工艺的设备；

图4为图1已有设备中以煤气为保护方式的结构示意图；

图5为已有的以保护性气体为保护方式的紫铜铸造工艺的设备。

图1、2所示为用于本发明的紫铜正压铸造工艺的设备正压密封装置，包括：一结晶模10安装在一结晶模座11上；一密封组件20，包括一密封罩21，它是不锈钢制作的一园形罩，在其一端焊有锥台形观察窗22，观察窗上放置石英玻璃可让操作手通过观察窗看清铸造时的铜液面情况。观察窗22上开设有可关闭的进气孔27。密封罩21滑动地安装在所述结晶模座11上，在密封罩21的顶端还开设有一环槽24，一密封环23安装在该环槽24中。

升降装置30为二个液压装置，它们对称地安装在外壁光滑的结晶模座11上。每一液压装置包括一液压缸32，液压缸上设有上进液口33和下进液口34(简称上、下口)。在结晶模座11的一侧设有一凸耳13，液压装置的活塞杆35的下部固定在该凸耳上。

液压缸和密封罩由螺栓固连；结晶模10通过螺纹安装在结晶模座11上，结合面装有密封圈15，可保证冷却水不从模口外溢。密封罩21的下部内壁上设有一可容纳密封圈26的密封凹槽25。

密封罩21在环槽24的近下方的外周壁上，设有一个环形密封水槽14，该环形密封水槽与液压缸32的上口33相对壁上的孔(图中未示出)相连通。

结晶模座为一圆形工件，中间开有一圈通水孔37，从外部水管送进的冷却水通过模座下部环状空间36，顺20个φ16的通水孔37升至模座上部水口38喷出，均匀的水流直接喷在结晶模10上，通过模壁冷却模内的高温铜液，形成一次冷却。模底部装有喷水环12，一次冷却水通过喷水环直接喷到圆坯上，形成二次冷却水。

观察窗22上的玻璃由密封圈和压盖相连，玻璃为易损件，但更换方便。玻璃在罩内松动，正压建立时自会向外紧贴在橡胶密封圈上。因密封罩上的硅胶密封圈紧贴在炉底，受较高的传导热，为保证其使用寿命，在密封槽底部设一环形密封水槽14。当液压缸送进的乳液在顶升密封罩时从活塞杆上部进液下部回液，当顶升到位紧贴炉底后，二个缸一个由活塞顶端进液，另一个由活塞顶端回液，也即一个缸的乳液通过和缸相连的冷却孔进液，从另一个缸背压回流。当背压力调至0.05Mpa左右时，保证密封罩仍可紧贴炉底，此时循环的乳液就起到冷却作用，保证硅胶密封圈不过热老化。

紫铜正压铸造工艺，包括以下步骤：

当铜液精炼结束准备浇铸时，将炉头倾翻至水平位，浇管正对着结晶器中心，启动液压装置30，正压密封组件上的密封罩21由液压缸31的活塞杆35顶升至炉头底平面，并与之密封。

通过观察窗22上的进气孔27向结晶器模10内充放氮气，将被封在密封罩内的空气尽可能排除，此时因引锭头和结晶器有缝隙尚建立不起压力；待塞棒开关打开，铜液通过浇管流放至引锭头处，结晶器内很快就充满铜液，密封罩内即建立起正压。将正压调至0.04～0.07MPa之间，即可正常进行铸造。压力大小的调整一是靠氮气开关，二是靠密封罩装置。若建立的压力低于0.04MPa，则需重新更换密封垫。氮气是通过流量计并加热后进入密封罩，在铸造全过程一直有加热的氮气充满在铜液面上，形成了正压铸造工艺。

正常的半连续铸造过程被建立起来后，打开密封罩21上的环形密封水槽14的进、出水孔，通过液压缸32的上进液口33提供连续循环的冷却压力乳液。

随着引锭杆下降，成形铸坯也不断被牵引出结晶器，炉内铜液快浇完时，将塞棒开关关上，继续保持正压，当从玻璃观察孔22内看到铜液表面已全部凝固时关上氮气开关。待罩内压力表回至零时，倾翻炉头至正常位，通过液压缸的下进液口34提供压力乳液，液压缸32反向进液，使液压缸下降，将密封罩退回到模座外，整个铸造过程结束。

铸造实施例：在300kg工频感应炉上，用密封罩将结晶模和炉底密封，充进0.04Mpa的压力，正常浇铸。和只加烟灰保护的铸坯相比，密度由8.90g/cm³提高到8.92g/cm³，铸坯表面色泽由暗桔黄变成金黄，铸坯表面冷隔纹基本消除，体现出正压铸造的生命力。紫铜常规铸造密度都是8.90g/cm³左右，能将密度提高0.02g/cm³，说明铸造过程保护很充分，结晶模式有所改变，在压力状态下铜液面平稳，内部结晶过程也平稳，所以结晶组织更细洁。

本发明在同时完成铜液面气氛保护的前提下，又开发出一种压力铸造工艺。

Claims (7)

1.一种紫铜结晶模上的正压密封装置，包括：一结晶模(10)，其安装在一结晶模座(11)上，结晶模座底部设有一喷水环(12)，其特征在于：还包括一密封组件(20)及一升降装置(30)，所述密封组件(20)包括一密封罩(21)，一密封环(23)和一安装于密封罩(21)上的观察窗(22)，该观察窗上开设有可关闭的进气孔(27)；

所述密封罩(21)滑动地安装在所述结晶模座(11)上，在密封罩(21)的顶端还开设有一环槽(24)，所述密封环(23)安装在该环槽(24)中；

所述升降装置(30)为二个液压装置，它们对称地安装在所述结晶模座(11)上。

2.根据权利要求1所述的正压密封装置，其特征在于：所述每一液压装置包括一液压缸(32)，液压缸上设有上、下进液口(33、34)，所述结晶模座(11)的一侧设有一凸耳(13)，液压装置的活塞杆(35)的下部固定在该凸耳上。

3.根据权利要求1所述的正压密封装置，其特征在于：所述密封罩(21)的下部内壁上还设有一可容纳密封圈(26)的密封凹槽(25)。

4.根据权利要求1所述的正压密封装置，其特征在于：所述密封罩(21)在所述环槽(24)的近下方的外周壁上，设有一个环形密封水槽(14)，该环形密封水槽(14)与液压缸(32)的上口(33)相对壁上的孔相连通。

5.一种紫铜正压铸造工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)当铜液精炼结束准备浇铸时，启动升降装置(30)，使所述正压密封组件上的密封罩(21)升到炉头底面，并与之密封；

(2)通过所述观察窗(22)上的进气孔(27)向结晶模(10)内充放压力氮气，将被封在密封罩(21)内的空气尽可能地排除，建立正压；

(3)打开密封罩(21)上的环形密封水槽(14)两端的进、出水孔，并通过液压缸(32)的上口(33)提供连续循环的冷却液；

(4)当浇铸完毕，关闭氮气，关闭密封罩(21)上的环形密封水槽(14)的出水孔，通过液压缸(32)的下口(34)提供冷却液，使液压缸下降，同时使密封环(23)脱离炉头(50)。

6.根据权利要求2所述的紫铜正压铸造工艺，其特征在于：所述冷却液为压力乳液。

7.根据权利要求1所述的紫铜正压铸造工艺，其特征在于：所述正压压力为0.04～0.07MPa。

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