CN218475985U - 一种用于铸锭铸造的半连续铸造系统 - 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，包括：炉体，炉体包括炉腔和炉盖，炉腔和炉盖形成封闭结构；熔炼装置，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；真空及供气装置，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均单向流通并能够随时封闭；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

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。

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。

实用新型内容

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。

根据本实用新型的一个方面，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；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，在真空环境下将合金加热，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合金进行熔化，并在气氛保护条件下，进行引锭的操作，减少了合金熔体中的氢含量和渣含量，获得高纯净的合金熔体，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：

在本实用新型的一些实施方式中，所述真空及供气装置包括真空泵和充气阀；其中，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；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。

在本实用新型的一些实施方式中，还包括加料斗，所述加料斗架设于所述熔炼装置上方，所述加料斗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，加料斗连通封闭结构与外界并能够随时封闭。

在本实用新型的一些实施方式中，还包括机械搅拌器，所述机械搅拌器架设于所述熔炼装置上，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。

在本实用新型的一些实施方式中，所述熔炼装置包括坩埚和加热器；其中，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；所述加热器连接于所述坩埚外周。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，所述结晶器与所述水箱均为管状结构，所述结晶器和所述水箱的一端分别与炉体密封连接，所述水箱和所述结晶器的另一端相互密封连接，所述水箱和所述结晶器之间形成存水的空腔，所述出水端设于所述结晶器上。

在本实用新型的一些实施方式中，所述引锭座内形成有空腔，所述引锭座上连接有与引锭座内空间连通的进水管和出水管，所述进水管上连接有阀门。

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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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实用新型的保护范围。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

在本实用新型的一些实施方式中，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。

上述系统适用于铝合金、钢铁、铜合金等铸锭的铸造，同样的，上述系统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。

本实用新型的铸造系统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，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型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；

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和充气阀；其中，

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；

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

4.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，还包括机械搅拌器，所述机械搅拌器架设于所述熔炼装置上，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。

5.根据权利要求4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和加热器；其中，

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；

所述加热器连接于所述坩埚外周。

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。

7.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。

8.根据权利要求7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。

9.根据权利要求7所述的用于铸锭铸造的半连续铸造系统，其特征在于，所述结晶器与所述水箱均为管状结构，所述结晶器和所述水箱的一端分别与炉体密封连接，所述水箱和所述结晶器的另一端相互密封连接，所述水箱和所述结晶器之间形成存水的空腔，所述出水端设于所述结晶器上。

10.根据权利要求7所述的用于铸锭铸造的半连续铸造系统，其特征在于，所述引锭座内形成有空腔，所述引锭座上连接有与引锭座内空间连通的进水管和出水管，所述进水管上连接有阀门。

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