CN205074504U - 一种温控型金属铸造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种温控型金属铸造装置，包括盛料装置、均匀化装置、拉伸装置，其特征在于：所述盛料装置包括坩埚、坩埚顶盖、电磁搅拌器、导流管；所述均匀化装置包括螺旋型管道、内部保温层、冷却管道、外部保温层；所述拉伸装置包括加热装置和牵引机构；所述电磁搅拌器包覆盛料装置的周围；所述均匀化装置的上端连接盛料装置下方的导流管；所述拉伸装置连接均匀化装置的下端。本实用新型提供的温控型金属铸造装置，金属熔液各成分混合均匀，温度场分别均匀，制备的金属铸件表面光泽度高、内部结构致密、晶粒大小均一、无偏析和裂纹、可塑性高、质量高，而且利用该金属铸造装置可节约能源、简化工艺，生产效率高。

Description

一种温控型金属铸造装置

技术领域

本实用新型涉及金属铸造技术领域，特别是提供了一种温控型金属铸造装置。

背景技术

金属铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。它在金属的生产中具有举足轻重的地位。随着金属材料种类和产品品种的不断增加，应用领域的快速拓展，以及高新技术的迅猛发展和人们生活水平的日益提高，世界面临环境恶化、资源与能源短缺的现状，对金属铸造过程的节能降耗、短流程、高效率、低成本以及铸坯质量的要求越来越高。

目前金属铸造所采用的铸型主要有冷却铸型(简称“冷型”)、加热铸型(简称“热型”)和两相区铸型。大规模产业化多采用冷却铸型，即通过对铸型四周施加循环水进行强制冷却，使得铸型温度远低于金属的固相线温度以下，金属熔体首先在铸型的急冷作用下凝固，并逐渐向中心生长，最终获得从铸坯表面往芯部的微观组织分别为细小等轴晶、垂直于表面的柱状晶和粗大等轴晶的铸坯。这种工艺易形成树枝状晶，产生偏析、缩孔和疏松等缺陷，影响铸件质量。加热铸型是在铸型出口附近对已凝固金属进行强制冷却，在凝固金属与未凝固熔体间建立起沿拉坯方向的高温度梯度，使其具备定向凝固条件，从而连续获得具有单向凝固的连续柱状晶或单晶组织的无限长铸坯。利用热型连铸方法可获得表面光洁度好、具有连续柱状晶，但能耗大、生产效率低。两相区铸造方法是将铸型温度控制在金属的固液两相区温度范围内，并在两相区铸型出口附近对已凝固金属进行强制冷却，获得铸坯。该工艺能活动优良铸坯，但不能用于纯金属和共晶合金的铸造成形，且存在着铸型加热温度高、能耗大、拉坯速度不能太快等不足。可见，开发一种节约能源、生产效率和成材率高的铸造设备和铸造方法，提高金属铸坯表面光洁度、内部致密度，具有十分重要的意义。

中国专利201210434167.X提供了一种金属铸造装置，所述的金属铸造装置具有的熔铸室内设置有坩埚和铸模；熔铸室为在驱动装置作用下可摆动一定角度的结构；位于熔铸室内的坩埚和铸模随熔铸室摆动一定角度；使熔化的金属在随熔铸室摆动的过程中由坩埚流入铸模的储留腔内；熔铸室通过转轴中心的进气孔(25)通入压力气体，将流入铸模储留腔内的熔化的金属压入铸模的铸件成型空腔(10)，形成铸件。该现有技术解决了浇注过程中各部件之间的相对移动问题，避免了现有技术中在浇注过程中的起弧现象，但没有解决如何高效、节能地生产出表面光泽好、组织致密的铸件这一技术问题。

中国专利201310140939.3提供了一种温型铸造方法，其特征为：铸型通过加热器进行加热，或者利用进入铸型之前的金属熔体传导的热量加热铸型，使铸型温度保持在低于金属的固相线温度且高于冷却铸型温度的范围内；通过铸型出口附近设置的冷却器对金属进行强制冷却；用牵引机构对金属铸坯进行拉制。虽然该现有技术中提供了该温型铸造方法的装置，但该装置在铸造过程中金属液体中间和周边的温度不一样，造成晶粒大小不均，最终会影响铸件的强度。可见，该技术也没有彻底解决金属铸件质量的问题。

实用新型内容

为克服现有技术中存在的铸造中能耗高、铸件内部组织不致密、晶粒大小不均匀等的问题，本实用新型提供了一种温控型金属铸造装置，采用本实用新型提供的装置，铸造出来的金属铸件表面光泽度高、内部结构致密、晶粒大小均一、可塑性高、质量高。

本实用新型的技术方案是：一种温控型金属铸造装置，包括盛料装置、均匀化装置、拉伸装置，其特征在于：所述盛料装置包括坩埚、坩埚顶盖、电磁搅拌器、导流管；所述均匀化装置包括螺旋型管道、内部保温层、冷却管道、外部保温层；所述拉伸装置包括加热装置和牵引机构；所述电磁搅拌器包覆盛料装置的周围；所述均匀化装置的上端连接盛料装置下方的导流管；所述拉伸装置连接均匀化装置的下端。

进一步，所述盛料装置还包括导热棒，所述导热棒的下端为圆球面，所述导热棒竖直插于坩埚的中心位置。

作为本实用新型可选的一种实施方式，所述导热棒为石墨棒，且外部包覆有耐火材料层；

作为本实用新型可选的一种实施方式，所述导热棒为碳化硅棒，且外部包覆有耐火材料层；

作为本实用新型可选的一种实施方式，所述导热棒为高熔点金属棒，如钨棒、钼棒、铱棒等，金属棒外部包覆有耐火材料层，如氧化铝纤维布；所述金属棒内部为中空结构。在所述金属棒的中间设有隔板，隔板将金属棒的内部中空管道分为两部分，分隔开的两部分通道只在金属棒下端的圆球端连通，从中空管道的一半通道通入高速循环水，从另一半通道流出；

或，所述金属棒为双层套管，外层套管为高熔点金属管，内层套管可为其他低熔点金属管，如钢管、铜管等，内层金属管外壁与外层金属管内壁用三个支架固定相连，三个支架互成120度角度，内、外层金属管只在金属管下端的圆球端连通，从内层金属管道中通入高速循环水，从外层金属管道中流出。

进一步，所述加热装置包覆牵引机构的上半部，所述加热装置采用电磁感应加热。

进一步，所述均匀化装置与水平面具有倾斜夹角，且夹角为15-45度，优选为30度。

进一步，所述均匀化装置的螺旋型管道内壁设有螺旋纹，使其管道为螺旋通道，其螺旋通道可以为单螺旋结构，也可为多螺旋结构，如双螺旋结构，三螺旋结构等。

进一步，所述盛料装置的坩埚、坩埚顶盖为氧化钙材质或氧化镁材质。

进一步，所述内部保温层为氧化铝陶瓷纤维层；所述外部保温层为耐火材料。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型提供的温控型金属铸造装置，制备的金属铸件表面光泽度高、内部结构致密、晶粒大小均一、无偏析和裂纹而且，可塑性高、质量高，而且节约能源，简化工艺、生产效率高。

(2)本实用新型提供的温控型金属铸造装置，几乎可以应用于所有的金属铸造成形，如纯金属、合金(如铝合金、铜合金、钛合金、镁合金等)，不仅能用于金属铸件的成型，而且也能生产金属线材、棒材、带材、管材、板材等产品。

(3)本实用新型提供的温控型金属铸造装置，采用电磁搅拌，使得坩埚内的金属熔液各成分混合均匀，上下温度场分布均匀，可以提高金属铸件晶粒的均匀化。

(4)本实用新型提供的温控型金属铸造装置，在坩埚的中心区域设计了导热棒，可以加强金属熔液内部的散热，提高温度场分布的均度，更利用金属晶粒的细化。

(5)本实用新型提供的温控型金属铸造装置，均匀化装置的内部采用螺旋管道，有利于金属液体内部产生强烈的湍流，从而避免形成层流，进一步达到细化晶粒的目的，并且实现温度场和成分场的均匀化分布。

(6)本实用新型提供的温控型金属铸造装置，在牵引机构的上部设置有加热装置，可在进行牵引时使金属铸件处于最佳塑性的温度区间，避免牵引时内部出现微裂纹而影响铸件的整体性能。

附图说明

图1是本实用新型的温控型金属铸造装置的结构示意图；

图2是实用新型实施例3的温控型金属铸造装置的导热棒的结构示意图；

图3是实用新型实施例3的温控型金属铸造装置的导热棒的截面示意图；

图4是实用新型实施例4的温控型金属铸造装置的导热棒的结构示意图；

图5是实用新型实施例4的温控型金属铸造装置的导热棒的截面示意图；

图1中附图标记说明：

盛料装置100、均匀化装置200、拉伸装置300；坩埚1、坩埚顶盖2、电磁搅拌器3、导热棒4、金属液体5、导流管6、螺旋型管道7、内部保温层8、冷却管道9、外部保温层10、加热装置11、牵引机构12；

图2-5中附图标记说明：

箭头表示流体方向，×表示流体进入方向，·表示流体出来方向。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1所示，一种温控型金属铸造装置，包括盛料装置100、均匀化装置200、拉伸装置300；其中，盛料装置100包括坩埚1、坩埚顶盖2、电磁搅拌器3、导流管6；均匀化装置200包括螺旋型管道7、内部保温层8、冷却管道9、外部保温层10；拉伸装置200包括加热装置11和牵引机构12；电磁搅拌器3包覆盛料装置的周围。此外，盛料装置100、均匀化装置200、拉伸装置300的连接关系为：均匀化装置200的上端连接盛料装置100下方的导流管6，拉伸装置300连接均匀化装置200的下端。

上述温控型金属铸造装置的盛料装置100还可以包括导热棒4，导热棒4的下端为圆球面，其竖直插于坩埚2的中心位置。在本实施例中，导热棒4为石墨棒，且外部包覆耐火材料层。

加热装置11包覆牵引机构12的上半部，所述加热装置11采用电磁感应加热。

均匀化装置200与水平面具有倾斜夹角，夹角为15-45度，具体可以为15、20、25、30、40、45等。均匀化装置200的螺旋型管道7内壁设有螺旋纹，使其管道为螺旋通道，其螺旋通道可以为单螺旋结构。坩埚1、坩埚顶盖2为氧化钙材质或氧化镁材质。内部保温层8为氧化铝陶瓷纤维层，外部保温层10为耐火材料。

本实用新型提供的温控型金属铸造装置，制备的金属铸件表面光泽度高、内部结构致密、晶粒大小均一、无偏析和裂纹而且，可塑性高、质量高，而且节约能源，简化工艺、生产效率高。

实施例2

参考图1，一种温控型金属铸造装置，包括盛料装置100、均匀化装置200、拉伸装置300；其中，盛料装置100包括坩埚1、坩埚顶盖2、电磁搅拌器3、导流管6；均匀化装置200包括螺旋型管道7、内部保温层8、冷却管道9、外部保温层10；拉伸装置200包括加热装置11和牵引机构12；电磁搅拌器3包覆盛料装置的周围。此外，盛料装置100、均匀化装置200、拉伸装置300的连接关系为：均匀化装置200的上端连接盛料装置100下方的导流管6，拉伸装置300连接均匀化装置200的下端。该温控型金属铸造装置的盛料装置100还包括导热棒4，导热棒4的下端为圆球面，其竖直插于坩埚2的中心位置。导热棒4为碳化硅棒，且外部包覆耐火材料层。

均匀化装置200的螺旋型管道7为双螺旋结构。

其他部件结构和功能同实施例1。

本实用新型提供的温控型金属铸造装置，几乎可以应用于所有的金属铸造成形，如纯金属、合金(如铝合金、铜合金、钛合金、镁合金等)，不仅能用于金属铸件的成型，而且也能生产金属线材、棒材、带材、管材、板材等产品。

实施例3

参考图1，一种温控型金属铸造装置，包括盛料装置100、均匀化装置200、拉伸装置300；其中，盛料装置100包括坩埚1、坩埚顶盖2、电磁搅拌器3、导流管6；均匀化装置200包括螺旋型管道7、内部保温层8、冷却管道9、外部保温层10；拉伸装置200包括加热装置11和牵引机构12；电磁搅拌器3包覆盛料装置的周围。此外，盛料装置100、均匀化装置200、拉伸装置300的连接关系为：均匀化装置200的上端连接盛料装置100下方的导流管6，拉伸装置300连接均匀化装置200的下端。该温控型金属铸造装置的盛料装置100还包括导热棒4，导热棒4的下端为圆球面，其竖直插于坩埚2的中心位置。均匀化装置200的螺旋型管道7为双螺旋结构。

与实例1的区别之处在于：

导热棒4为高熔点金属棒，如钨棒、钼棒、铱棒等，导热棒4外部包覆耐火材料层，如氧化铝纤维布；导热棒4内部为中空结构，如图2、图3所示，中间设有隔板，隔板将内部中空管道分为两部分，分隔开的两部分通道只在金属棒下端的圆球端连通，从中空管道的一半通道通入高速循环水，从另一半通道流出。

其他部件结构和功能同实施例1。

本实用新型提供的温控型金属铸造装置，采用电磁搅拌，使得坩埚内的金属熔液各成分混合均匀，上下温度场分布均匀，可以提高金属铸件晶粒的均匀化。而且，在坩埚的中心区域设计了导热棒，可以加强金属熔液内部的散热，提高温度场分布的均度，更利用金属晶粒的细化。

实施例4

参考图1，一种温控型金属铸造装置，包括盛料装置100、均匀化装置200、拉伸装置300；其中，盛料装置100包括坩埚1、坩埚顶盖2、电磁搅拌器3、导流管6；均匀化装置200包括螺旋型管道7、内部保温层8、冷却管道9、外部保温层10；拉伸装置200包括加热装置11和牵引机构12；电磁搅拌器3包覆盛料装置的周围。此外，盛料装置100、均匀化装置200、拉伸装置300的连接关系为：均匀化装置200的上端连接盛料装置100下方的导流管6，拉伸装置300连接均匀化装置200的下端。该温控型金属铸造装置的盛料装置100还包括导热棒4，导热棒4的下端为圆球面，其竖直插于坩埚2的中心位置。均匀化装置200的螺旋型管道7为双螺旋结构。

与实例1的区别之处在于：

导热棒4为高熔点金属棒，如钨棒、钼棒、铱棒等，导热棒4外部包覆由耐火材料层，如氧化铝纤维布；如图4、图5所示，导热棒4分为内外双层套管，外层套管为高熔点金属，内层套管可为其他低熔点金属管，如钢管、铜管等，内层金属管外壁与外层金属管内壁通过三个支架固定相连，三个支架互成120度角度，内、外层金属管只在金属管下端的圆球端连通，从内层金属管道中通入高速循环水，从外层金属管道中流出。

其他部件结构和功能同实施例1。

本实用新型提供的温控型金属铸造装置，均匀化装置的内部采用螺旋管道，有利于金属液体内部产生强烈的湍流，从而避免形成层流，进一步达到细化晶粒的目的，并且实现温度场和成分场的均匀化分布。而且，在牵引机构的上部设置有加热装置，可在进行牵引时使金属铸件处于最佳塑性的温度区间，避免牵引时内部出现微裂纹而影响铸件的整体性能。

上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种温控型金属铸造装置，包括盛料装置(100)、均匀化装置(200)、拉伸装置(300)，其特征在于：所述盛料装置(100)包括坩埚(1)、坩埚顶盖(2)、电磁搅拌器(3)、导流管(6)；所述均匀化装置(200)包括螺旋型管道(7)、内部保温层(8)、冷却管道(9)、外部保温层(10)；所述拉伸装置(200)包括加热装置(11)和牵引机构(12)；所述电磁搅拌器(3)包覆盛料装置(100)的周围；所述均匀化装置(200)的上端连接盛料装置(100)下方的导流管(6)；所述拉伸装置(300)连接均匀化装置(200)的下端。

2.根据权利要求1所述的一种温控型金属铸造装置，其特征在于：所述盛料装置(100)还包括导热棒(4)，所述导热棒(4)的下端为圆球面，所述导热棒(4)竖直插于坩埚(2)的中心位置。

3.根据权利要求2所述的一种温控型金属铸造装置，其特征在于：所述导热棒(4)为石墨棒，且外部包覆耐火材料层。

4.根据权利要求2所述的一种温控型金属铸造装置，其特征在于：所述导热棒(4)为碳化硅棒，且外部包覆耐火材料层。

5.根据权利要求2所述的一种温控型金属铸造装置，其特征在于：所述导热棒(4)为高熔点金属棒，内部为中空结构，通有循环水；金属棒外部包覆耐火材料层。

6.根据权利要求1所述的一种温控型金属铸造装置，其特征在于：所述加热装置(11)包覆牵引机构(12)的上半部，所述加热装置(11)采用电磁感应加热。

7.根据权利要求1所述的一种温控型金属铸造装置，其特征在于：所述均匀化装置(200)与水平面具有倾斜夹角，所述夹角为15-45度。

8.根据权利要求1所述的一种温控型金属铸造装置，其特征在于：所述螺旋型管道(7)为单螺旋结构或双螺旋结构或三螺旋结构。

9.根据权利要求1所述的一种温控型金属铸造装置，其特征在于：所述坩埚(1)、坩埚顶盖(2)为氧化钙材质或氧化镁材质。

10.根据权利要求1所述的一种温控型金属铸造装置，其特征在于：所述内部保温层(8)为氧化铝陶瓷纤维层；所述外部保温层(10)为耐火材料。