CN212419553U - 一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，包括主供流保护组件、环壁弥散保护组件和气体保护罩，通过上述各组件的配合使用，将其置于结晶器上金属液可能与空气接触的部位，可充分保证对镁合金金属液的保护，使保护气体在结晶器内形成类封闭空间，避免了燃烧点或氧化夹渣物的产生，采用上述装置后，极大提升了镁合金铸锭产品的内部质量，减少了保护气体的消耗量，所生产产品内部质量和探伤合格率均优于现有镁合金制品，相应产品可广泛应用于航空、航天等领域。
Description
技术领域
本实用新型属于有色金属加工技术领域，尤其涉及到一种应用于镁合金半连续铸造用的熔体气氛保护装置。
背景技术
镁合金在熔炼、铸造过程中，由于组分金属中的镁、钠、铝等具有较为活泼的化学性质，在混配熔炼过程中，易与空气中的氧接触，并急剧发生反应，使镁合金熔体发生燃烧氧化，造成成品镁合金机械性质较差、合格率不高，同时还存在较大的安全隐患。
目前，现有技术在镁合金铸锭半连续铸造的生产过程中，对结晶器内熔体的保护方式为：采用单根或双根直管向结晶器内的液面上方持续不断的通入惰性保护气体，以避免合金中组分的氧化。在实际操作时，为了配合不同部位的保护需要，操作人员不得不手动改变单根或双根直管的出气口位置，来进行结晶器上方的气氛保护。还有个别的熔体保护装置会在结晶器的顶部使用金属板或耐火岩棉板进行结晶器上表面的部分封堵，以提高气体的保护效果，降低气体使用量。
但这种现有的熔体保护方式存在以下几点显著缺陷：1、结晶器上方对于保护气体的容置空间有限，造成气体的保护效果较差，结晶器内熔体仍有较多空气氧化和氧化夹渣的产生；2、结晶器上方不被封堵时，保护气体的使用量较大，造成极大的浪费；3、结晶器上方被盖板封堵时，结晶器内部金属熔体的状况不易被观察、造成结晶过程不可控，存在较大的安全隐患，且结晶器内产生的氧化夹渣不易被滤出，影响操作；4、保护气体在高温熔体产生的热空气的作用下向上部逸散，不仅保护效果差，而且增加了保护气体的用量。
因此，如何对现有的熔体气氛保护装置进行结构改进，使其能够在尽量较少保护气体使用量的前提下，方便、有效、安全、可靠的对结晶器内的镁合金熔体进行气氛保护，对于镁合金铸锭的制备来说实为必要。
实用新型内容
本实用新型的技术目的为：提供一种结构简单、使用方便，气氛保护位点多、且全面，多重保护结构协同配合，能够最大限度的避免镁合金铸锭在生产过程中产生氧化夹渣，保护气体使用量较少，保护效果好，且成品镁合金内部质量优良的镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置。
为实现上述技术目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，包括主供流保护组件、环壁弥散保护组件和气体保护罩，所述的主供流保护组件由进气管Ⅰ和连接在进气管Ⅰ末端的环形释气管构成，该环形释气管绕用于输送金属液的主供流管设置，且环形释气管上均匀开设有多个出气孔，所述的主供流保护组件将进气管Ⅰ供给的保护气体经由环形释气管上的出气孔释出，用于对主供流管末端的金属液出口进行气氛保护；
所述的环壁弥散保护组件包括进气管Ⅱ和连接在进气管Ⅱ末端的环壁释气管，该环壁释气管绕熔体结晶器上端部的内壁面设置，在环壁释气管上均匀开设有多个放气孔，所述的环壁弥散保护组件将进气管Ⅱ供给的保护气体经由环壁释气管上的放气孔释出，用于对熔体结晶器的顶部进行气氛保护；所述的气体保护罩由左右对称设置的两个罩体构成，每个罩体均包括耐热玻璃顶板和金属围板，金属围板设置在耐热玻璃顶板的下方，在金属围板的外侧还设置有方便对两个罩体进行配合拼接的操作手柄，两个罩体左右对接拼合后，能够组构成一个罩盖于熔体结晶器上表面的保护气体防溢出组件，且在气体保护罩的顶部中心处，还开设有用于供主供流管穿过的通孔。
优选的，所述的出气孔设置在环形释气管的底部，且多个出气孔沿环形释气管的周向均匀设置。
优选的，所述进气管Ⅰ和环形释气管的内径为6-10mm，出气孔的直径为1-2mm，且环形释气管上每相邻两个出气孔之间的间隔为8-15mm。
优选的，所述的放气孔设置在环壁释气管的底部，且多个放气孔沿环壁释气管的周向均匀设置。
优选的，所述进气管Ⅱ和环壁释气管的内径为6-10mm，放气孔的直径为1-2mm，且环壁释气管上每相邻两个放气孔之间的间隔为8-15mm。
优选的，所述环壁释气管的下表面与熔体结晶器中金属液面之间的间距为20-25mm。
优选的，所述的环形释气管和环壁释气管均水平设置。
优选的，所述耐热玻璃顶板的厚度为8-15mm，金属围板的高度为80-150mm，厚度为1-2mm。
优选的，所述气体保护罩顶部通孔的直径为60-120mm。
优选的，所述熔体结晶器的顶部外圆周上还设置有用于架设气体保护罩的支撑耳板。
有益效果：
1、本实用新型的一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，结构简单、使用方便，与现有技术中的保护装置相比，极大加强了熔体保护效果。在结晶器上装配使用后，可大大减少镁合金铸锭氧化夹渣物的产生，进而有效避免铸锭生产过程中产生的氧化夹渣进入成品金属铸锭中，同时减轻了保护气体对环境的影响，气氛保护效果优异。利用本实用新型的装置生产的高性能镁合金产品坯料，内部质量优良，经超声探伤后基本可达到B级以上标准，A级探伤合格率达90%以上，经后续正常加工工艺加工后，相应产品可广泛应用于航空、航天等军工领域，产品稳定性得到较大的提升。
2、本实用新型的一种镁合金半连续铸造用的熔体气氛保护装置，多个组件综合作用，可有效提升保护气体的利用效率，降低保护气体的用量。并大幅提升对金属熔体的保护效果，有效防止镁液的燃烧和氧化夹渣物的产生，同时降低对操作人员的影响，最核心的是可以很大程度减少镁合金铸锭中氧化夹渣物的产生，该装置在结晶器中装配使用后，操作便捷、使用方便，实用效果较好。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的结构示意图；
图3为图1中主供流保护组件的结构示意图；
图4为图1中环壁弥散保护组件的结构示意图；
图5为图1中气体保护罩的结构示意图；
图中标记：1、主供流保护组件，101、进气管Ⅰ，102、环形释气管，103、出气孔，2、环壁弥散保护组件，201、进气管Ⅱ，202、环壁释气管，203、放气孔，3、气体保护罩，301、耐热玻璃顶板，302、金属围板，303、操作手柄，4、主供流管，5、熔体结晶器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明：
如图所示，一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其解决了高性能镁合金大规格坯料生产过程中镁液保护困难易产生燃烧点和氧化夹渣的问题，进一步提升了金属熔体保护的可靠性，减少了保护气体的使用量。气氛保护装置由主供流保护组件1、环壁弥散保护组件2和气体保护罩3三部分构成，三部分结构分述如下：
Ⅰ、主供流保护组件
包括进气管Ⅰ101和连接在进气管Ⅰ101末端的环形释气管102，进气管Ⅰ101和环形释气管102均由φ6mm-φ10mm的铜管制作而成，沿主供流管4绕制成环形，环形释气管102底部根据实际需要每间隔8mm-15mm加工φ1.5mm直径的出气孔103，保护气体经进气管Ⅰ101进入后通过环形释气管102上均匀分布的出气孔103导出，对主供流管4末端的金属液出口流出的镁合金液进行气氛保护。
Ⅱ、环壁弥散保护组件
环壁弥散保护组件2包括进气管Ⅱ201和连接在进气管Ⅱ201末端的环壁释气管202。如图1所示，针对圆锭的半连续铸造生产，由于结晶器圆周壁与中心主供流管之间的间距较大，为有效提升气体保护效果，进气管Ⅱ201和环壁释气管202采用一根由φ6mm-φ10mm的铜管沿结晶器的内圆周壁绕制成环形制作而成，环壁释气管202的底部根据实际需要每间隔8mm-15mm加工φ1.5mm直径的放气孔203，保护气体经进气管Ⅱ201进入后通过环壁释气管202上均匀分布的放气孔203导出，用于对熔体结晶器5内的顶部进行气氛保护。保护绕制环壁释气管202的直径大小略小于结晶器内径，实际使用时将环壁释气管202置于结晶器内壁腔内，环壁释气管202下表面与熔体结晶器5内金属液面之间间距控制在20-25mm之间。
如图2所示，针对扁铸锭的半连续铸造生产，进气管Ⅱ201和环壁释气管202采用一根由φ6mm-φ10mm的铜管沿扁锭结晶器的内壁四边绕制而成，环壁释气管202的底部根据实际需要每间隔8mm-15mm加工φ1.5mm直径的放气孔203，保护气体经进气管Ⅱ201进入后通过环壁释气管202上均匀分布的放气孔203导出，用于对熔体结晶器5内的顶部进行气氛保护。保护绕制环壁释气管202的直径大小略小于结晶器内径，实际使用时将环壁释气管202置于结晶器内壁腔内，环壁释气管202下表面与熔体结晶器5内金属液面之间间距控制在20-25mm之间。
Ⅲ、气体保护罩
单独保护气路在敞开环境下受底部热空气的影响，大量的保护气体从上部自然逸散排出，保护效果极差，为提升综合保护效果，在结晶器上平面80-150mm区间采用四周钢制件制成金属围板302，金属围板302上部设置耐热玻璃顶板301，共同组构成一个耐热玻璃保护罩（圆锭生产保护罩为圆形耐热玻璃，扁铸锭时保护罩为矩形耐热玻璃）。保护罩分两半在安装时对拼而成，圆形中间开φ60-120mm直径的通孔以避开圆形主供流管4。由于顶板采用耐热玻璃，使受热空气影响向上逸散的保护气体遇保护罩后进入下部，在整个保护罩内形成了一个不含或含少量空气的相对密闭空间，极大的提升了保护效果，且由于采用了透明的耐热玻璃，使得操作过程中便于观察结晶器内液面高度，有效防范了铸造风险。
优选的，所述熔体结晶器5的顶部外圆周上还设置有用于架设气体保护罩3的支撑耳板。
围绕上述装置，其组装顺序为：主供流保护组件（与主供流管配套）→环壁弥散保护组件（与结晶器内壁配套固定）→气体保护罩（与结晶器上表面固定）。
通过使用本实用新型的气氛保护装置，可大幅提升镁合金半连续铸造过程中的安全性，有效改善镁合金铸锭的内部质量。基于该系统的基本构成，上述系统的核心参数为：主供流保护组件由塑性好的紫铜管制作而成，紫铜管规格一般为φ（6-10）×（1-1.5）mm，长度根据主供流管长度和固定位置可随时调整，下部弯曲的环形根据主供流管的大小确定，弯曲完成后在管底部钻φ1-2mm出气孔，各气孔间距8mm-15mm，使用时与主供流管组合规定使用；环壁弥散保护组件由塑性好的紫铜管制作而成，紫铜管规格一般为φ（6-10）×（1-1.5）mm，长度根据结晶器内壁周长尺寸确定，同时根据圆锭或扁铸锭结晶器不同结构将紫铜管弯曲成结晶器内壁的形状（具体圆锭时气管弯曲成圆形，扁锭是气管弯曲成矩形），弯曲完成后在管底部钻φ1-2mm出气孔，各个弥散分布气孔间距为8mm-15mm，使用时与结晶器组合，利用结晶器固定保护气管；气体保护罩在结晶器上平面80-150mm区间采用四周钢制件组合，钢板厚度1-2mm为宜，圆铸锭生产时上部耐热玻璃为圆形保护罩，扁铸锭生产时上部耐热玻璃为矩形保护罩，耐热玻璃厚度一般在8-15mm之间，保护罩分两半在安装时对拼成圆形或矩形（根据生产圆锭或扁锭区分），对拼连接中间处开φ60-120mm直径的孔以避开主供流管，气体保护罩由结晶器上平面支撑放置于结晶器上方。
上述装置中主供流保护组件依附于主供流管进行固定，环壁弥散保护组件依附于结晶器圆周壁固定，气体保护罩依附于结晶器上表面平面进行固定，个别缝隙处可填充耐热棉以提高保护效果。
主供流保护组件、环壁弥散保护组件与气体保护罩既可以单独使用，也可以两两组合或三部分共同组合使用，根据保护效果要求或操作便利要求灵活搭配。
多手段保护综合统筹协调，在三部分共同组合使用后，再辅以最优的工艺操作参数，可最大程度改善镁合金铸锭内部质量，提高探伤合格率。
实施例1
以生产VW63镁合金直径为φ450mm规格的半连续铸造棒材生产为例
首先按照正常的VW63镁合金熔炼生产工艺进行合金熔炼精炼，在此期间进行铸造前准备，首先保证主供流管至结晶器合适的标高，确定竖管的长度（既前述主供流管），将主供流管套入图1所示的主供流保护组件圆环内，调整上下高度防止保护气管接触金属液，调整到位后，将圆锭用环壁弥散保护组件置入结晶器内，置入高度以金属液面聚环形气管20-25mm为宜，主供流气管与环壁弥散保护组件另一端与保护气体供应段连接，单独设开关和流量控制。上述准备工作完成后即可按照正常的操作程序启动铸造，因初始铸造需要打渣和稳定液面，因此圆锭用气体保护罩放置一边备用，待铸造速度、铸造控制液面等均调整至稳定铸造后，迅速将气体保护罩放置于结晶器上方即可，放置完成后直至铸造结束。由于将保护气体控制在气体保护罩内，因此保护效果良好，金属液面可充分观察到银白色的金属色，无氧化夹渣或燃烧点出现，所生产铸锭内部质量良好。
上述实施例中：
主供流保护组件、环壁弥散保护组件均由紫铜管制作而成，管材壁上根据需要钻孔，紫铜管具有良好的塑性，以便于安装过程中的随时调整。主供流保护组件位置需单独予以固定，环壁弥散保护组件由结晶器壁提供支撑，同时在对向附以辅助支撑。
气体保护罩上盖由10mm耐热玻璃制成，防止在高温下炸裂，四周壁由普通钢材卷曲焊接而成。气体保护罩固定制成由结晶器上平面提供。
实施例2
以生产AZ31B镁合金300×800mm规格的半连续铸造扁锭生产为例
首先按照正常的AZ31B镁合金熔炼生产工艺进行合金熔炼精炼，在此期间进行铸造前准备，首先保证供流管至结晶器合适的标高，确定竖管的长度（既前述主供流管）和分配器，将主供流管套入主供流保护组件圆环内，调整上下高度防止保护气管接触金属液，调整到位后，将扁锭用环壁弥散保护组件置入结晶器内，置入高度以金属液面聚环形气管20-25mm为宜，主供流气管与扁锭用环壁弥散保护组件另一端与保护气体供应段连接，单独设开关和流量控制。上述准备工作完成后即可按照正常的操作程序启动铸造，因初始铸造需要打渣和稳定液面，因此扁锭用气体保护罩放置一边备用，待铸造速度、铸造控制液面等均调整至稳定铸造后，迅速将扁锭用气体保护罩放置于结晶器上方即可，放置完成后直至铸造结束。由于将保护气体控制在气体保护罩内，因此保护效果良好，金属液面可充分观察到银白色的金属色，无氧化夹渣或燃烧点出现，所生产铸锭内部质量良好。
上述实施例中：
主供流保护组件、扁锭用环壁弥散保护组件均由紫铜管制作而成，管材壁上根据需要钻孔，紫铜管具有良好的塑性，以便于安装过程中的随时调整。主供流保护组件位置需单独予以固定，扁锭用环壁弥散保护组件由结晶器壁提供支撑，同时在对向附以辅助支撑。
气体保护罩上盖由10mm耐热玻璃制成，防止在高温下炸裂，四周壁由普通钢材卷曲焊接而成。气体保护罩固定制成由结晶器上平面提供。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但并非用于限定本实用新型的保护范围。任何熟悉本领域的技术人员，在本实用新型的基础上所做的改动与润饰，都应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其特征在于：包括主供流保护组件（1）、环壁弥散保护组件（2）和气体保护罩（3），所述的主供流保护组件（1）由进气管Ⅰ（101）和连接在进气管Ⅰ（101）末端的环形释气管（102）构成，该环形释气管（102）绕用于输送金属液的主供流管（4）设置，且环形释气管（102）上均匀开设有多个出气孔（103），所述的主供流保护组件（1）将进气管Ⅰ（101）供给的保护气体经由环形释气管（102）上的出气孔（103）释出，用于对主供流管（4）末端的金属液出口进行气氛保护；
所述的环壁弥散保护组件（2）包括进气管Ⅱ（201）和连接在进气管Ⅱ（201）末端的环壁释气管（202），该环壁释气管（202）绕熔体结晶器（5）上端部的内壁面设置，在环壁释气管（202）上均匀开设有多个放气孔（203），所述的环壁弥散保护组件（2）将进气管Ⅱ（201）供给的保护气体经由环壁释气管（202）上的放气孔（203）释出，用于对熔体结晶器（5）的顶部进行气氛保护；所述的气体保护罩（3）由左右对称设置的两个罩体构成，每个罩体均包括耐热玻璃顶板（301）和金属围板（302），金属围板（302）设置在耐热玻璃顶板（301）的下方，在金属围板（302）的外侧还设置有方便对两个罩体进行配合拼接的操作手柄（303），两个罩体左右对接拼合后，能够组构成一个罩盖于熔体结晶器（5）上表面的保护气体防溢出组件，且在气体保护罩（3）的顶部中心处，还开设有用于供主供流管（4）穿过的通孔。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其特征在于：所述的出气孔（103）设置在环形释气管（102）的底部，且多个出气孔（103）沿环形释气管（102）的周向均匀设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其特征在于：所述进气管Ⅰ（101）和环形释气管（102）的内径为6-10mm，出气孔（103）的直径为1-2mm，且环形释气管（102）上每相邻两个出气孔（103）之间的间隔为8-15mm。
4.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其特征在于：所述的放气孔（203）设置在环壁释气管（202）的底部，且多个放气孔（203）沿环壁释气管（202）的周向均匀设置。
5.根据权利要求1或4所述的一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其特征在于：所述进气管Ⅱ（201）和环壁释气管（202）的内径为6-10mm，放气孔（203）的直径为1-2mm，且环壁释气管（202）上每相邻两个放气孔（203）之间的间隔为8-15mm。
6.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其特征在于：所述环壁释气管（202）的下表面与熔体结晶器（5）中金属液面之间的间距为20-25mm。
7.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其特征在于：所述的环形释气管（102）和环壁释气管（202）均水平设置。
8.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其特征在于：所述耐热玻璃顶板（301）的厚度为8-15mm，金属围板（302）的高度为80-150mm，厚度为1-2mm。
9.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其特征在于：所述气体保护罩（3）顶部通孔的直径为60-120mm。
10.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造用熔体气氛保护装置，其特征在于：所述熔体结晶器（5）的顶部外圆周上还设置有用于架设气体保护罩（3）的支撑耳板。
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| CN113089027A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-07-09 | 河北大有镁业有限责任公司 | 一种含无水氯化镁和/或无水稀土氯化物熔体的保护方法 |
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| CN113089027B (zh) * | 2021-04-09 | 2022-04-22 | 河北大有镁业有限责任公司 | 一种含无水氯化镁和/或无水稀土氯化物熔体的保护方法 |
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