TWI572426B

TWI572426B - 連續鑄造設備

Info

Publication number: TWI572426B
Application number: TW103135999A
Authority: TW
Inventors: 蔣承學
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2017-03-01
Also published as: TW201615304A; JP2016078117A; JP5927276B2

Description

連續鑄造設備

本發明是有關於一種鑄造設備，且特別是有關於一種連續鑄造設備。

傳統鑄造金屬或合金之製造流程中，大多包含下列步驟。首先，選定需要的材料種類及成分，利用加熱方式使所選定之材料加熱為液態，以形成均勻穩態相。之後，將液態金屬或合金傾倒至鑄模中，利用空冷或水冷等方式使液態金屬凝固為固態金屬胚。然後，再對固態金屬胚進行各種成型加工，以使固態金屬胚形成需要的形狀外觀。

然而，傳統鑄造金屬或合金之製造流程，是將上述各個的步驟一一分開，所以不僅增加了製造成本，也增加了製造時間。因此，開始有業者研發連續鑄造設備，藉以減少製造成本以及製造時間。一般之連續鑄造設備包含加熱裝置以及引拔裝置。加熱裝置主要是用來將所選定之金屬或合金加熱為液態。引拔裝置則是將液態金屬或合金凝固為固態金屬，並同時引導固態金屬離開連續鑄造設備。離開連續鑄造設備之固態金屬則可收線於捲收盤上，以便於進行後續之熱處理或加工作業。連續鑄造設備除了可減少製造成本以及製造時間之外，同時還具有固態金屬可依照需求的長度來進行製作之優點。

然而，連續鑄造設備所製造的固態金屬仍有一些缺點。例如，在增加生產效率以及節省成本時，通常會以階段性方式來控制固態金屬進行冷卻，以增加成型的線材或棒材強度，藉以減少或避免連續鑄造裝置因斷線所停滯的時間。但利用此種階段性方式來控制固態金屬進行冷卻時，反而造成固態金屬的冷卻時間不均，而使固態金屬之表面形成斑節紋。由於斑節紋的位置往往具有細小裂痕，而容易導致固態金屬在後續進行成型作業時發生斷裂之情況。

因此，本發明之一目的在於提供一種連續鑄造設備，其可避免所製得之固態金屬產生斑節紋之缺陷。

根據本發明之上述目的，提出一種連續鑄造設備。連續鑄造設備包含熔煉裝置、引拔裝置、至少一滾輪組以及驅動裝置。熔煉裝置具有熔煉空間以裝載金屬液。引拔裝置，設於熔煉裝置之一側且連通熔煉空間，其中金屬液係經由引拔裝置冷卻形成固態金屬。引拔裝置位於熔煉裝置及滾輪組之間，滾輪組包含第一滾輪以及第二滾輪。第二滾輪設於第一滾輪之一側，其中第一滾輪與第二滾輪之間形成通道。驅動裝置連接滾輪組以驅動第一滾輪及第二滾輪分別進行第一旋轉運動及第二旋轉運動，其中第一旋轉運動之旋轉方向及第二旋轉運動之旋轉方向係相反，藉以帶動固態金屬進行往復運動。

依據本發明一實施例，上述熔煉裝置係真空熔煉爐。

依據本發明一實施例，上述引拔裝置包含殼體以及模具。模具設於殼體內且具有模具通道，且模具通道與熔煉空間相互連通，其中金屬液可經由模具而冷卻固化形成固態金屬。

依據本發明一實施例，上述連續鑄造設備更包含壓力調整裝置。壓力調整裝置係用於熔煉裝置之熔煉空間內施予壓力。

依據本發明一實施例，上述壓力調整裝置包含蓋體以及馬達。蓋體設於熔煉裝置內且密封熔煉空間。馬達連接蓋體，藉以驅動蓋體朝熔煉裝置之軸向方向進行位移運動。

依據本發明一實施例，上述壓力調整裝置係為供氣系統連接熔煉裝置，藉以提供氣體至熔煉空間中。

依據本發明一實施例，上述氣體包含惰性氣體。

依據本發明一實施例，上述驅動裝置係可編程邏輯控制器(programmable logic controller)。

依據本發明一實施例，上述第一滾輪與第二滾輪的尺寸相同。

本發明之連續鑄造設備係利用第一滾輪與第二滾輪之旋轉運動來帶動固態金屬進行往復運動，以使固態金屬可依照預定之前進速度及後退速度進行鑄造作業，以避免在固態金屬之表面產生斑節紋。另一方面，可利用控制氣壓的方式來避免在固態金屬之表面產生斑節紋。

100‧‧‧連續鑄造設備

110‧‧‧熔煉裝置

111‧‧‧熔煉空間

120‧‧‧引拔裝置

121‧‧‧殼體

122‧‧‧模具

123‧‧‧模具通道

130‧‧‧滾輪組

131‧‧‧第一滾輪

132‧‧‧第二滾輪

133‧‧‧通道

140‧‧‧驅動裝置

150‧‧‧壓力調整裝置

151‧‧‧蓋體

152‧‧‧馬達

153‧‧‧供氣系統

210‧‧‧前進循環

211‧‧‧前進升速區

212‧‧‧前進等速區

213‧‧‧前進降速區

220‧‧‧後退循環

221‧‧‧後退升速區

222‧‧‧後退等速區

223‧‧‧後退降速區

300‧‧‧連續鑄造設備

900‧‧‧金屬液

910‧‧‧固態金屬

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A圖係繪示依照本發明一實施例之一種連續鑄造設備100的側視示意圖。

第1B及1C圖係繪示依照本發明一實施例之一種連續鑄造設備的使用示意圖。

第2圖係繪示依照本發明一實施例之一種連續鑄造設備之滾輪組的速度隨時間變化的示意圖。

第3圖係繪示依照本發明另一實施例之一種連續鑄造設備的使用示意圖。

以下配合本發明之實施例詳細說明本發明之技術內容、構造特徵、所達成目的及功效。

請參照第1A圖，第1A圖係繪示依照本發明一實施例之一種連續鑄造設備100的側視示意圖。連續鑄造設備100包含熔煉裝置110、引拔裝置120、至少一滾輪組130以及驅動裝置140。熔煉裝置110具有熔煉空間111，熔煉空間111可用來裝載金屬液(未繪示)。在一例子中，金屬液之材質可包含銅或金。在另一例子中，熔煉裝置110可以是真空熔煉爐或大氣熔煉爐。在一示範例子中，使用者可以將預定的金屬或合金材料種類及成分放入熔煉裝置110中，並且將這些材料加熱成金屬液。在另一示範例子中，也可以在其他熔煉爐將預定的金屬或合金材料種類及成分加熱成金屬液後，再將金屬液轉移至本發明之連續鑄造設備100之熔煉裝置110中，並利用熔煉裝置110維持金屬液之溫度。

引拔裝置120設於熔煉裝置110之一側且連通熔煉空間111。金屬液可經由引拔裝置120冷卻形成固態金屬。在一例子中，固態金屬包含線材、棒材或是管材。在另一例子中，引拔裝置120設於熔煉裝置110之下側，以利用金屬液自身之重量進行引拔作業。此處所述之引拔作業將在後面段落有詳細的描述。

在一例子中，引拔裝置120包含殼體121以及模具122。模具122設於殼體121內且具有模具通道123，模具通道123與熔煉空間111相互連通，其中金屬液可經由模具122冷卻固化形成固態金屬。引拔裝置120位於熔煉裝置110及滾輪組130之間。滾輪組130包含第一滾輪131以及第二滾輪132。在一例子中，第一滾輪131與第二滾輪132具有實質相同的尺寸。第二滾輪132設於第一滾輪131之一側，其中第一滾輪131與第二滾輪132之間形成通道133。

驅動裝置140連接滾輪組130，藉以驅動第一滾輪131及第二滾輪132進行旋轉運動。在一例子中，驅動裝置140係為可編程邏輯控制器(programmable logic controller)。在另一例子中，前述之通道133可供固態金屬通過，且第一滾輪131與第二滾輪132係略夾持固態金屬。當驅動裝置140驅動第一滾輪131及第二滾輪132進行旋轉運動時，固態金屬會受到第一滾輪131及第二滾輪132之帶動。在一示範例子中，請一併參照第1A至1C圖，第1B及1C圖係繪示依照本發明一實施例之一種連續鑄造設備100的使用示意圖。位於熔煉空間111中之金屬液900係透過引拔裝置120的引拔作業而形成固態金屬910。隨著引拔作業的進行，金屬液900不斷的形成固態金屬910，且隨著重力影響而朝下移動。當固態金屬910經過第一滾輪131與第二滾輪132之間的通道133時，若是第一滾輪131為順時針轉動且第二滾輪132為逆時針轉動時，固態金屬910會受到第一滾輪131與第二滾輪132的帶動而朝下繼續移動(即朝遠離熔煉裝置110的方向，如第1B圖所示)。反之，若是第一滾輪131為逆時針轉動且第二滾輪132為順時針轉動，則固態金屬910會朝上移動(即朝鄰近熔煉裝置110的方向，如第1C圖所示)。

請繼續參照第1A至1C圖。接下來詳細說明引拔作業，引拔裝置120的功能通常是將金屬液900冷卻為需要的固態形狀。一般而言，為了使連續鑄造製程達到較佳之效果，通常所選擇的形狀會是線材、棒材或管材。這些形狀的固態金屬910可先利用收捲盤捲收後，之後再進行熱處理或成型處理等等的後處理作業。在進行引拔作業時，通常主要會考慮的因素為固態金屬910是否容易斷線。實質上，固態金屬910是否容易斷線的因素主要是調整驅動裝置140驅動滾輪組130的速度。例如，當固態金屬910 容易斷線時，即表示滾輪組130的速度過快，而使得位於引拔裝置120內之金屬液900在凝固為固態金屬910之前，就被拉出引拔裝置120之外，故有斷線之情況產生。反之，雖然較慢的速度可使固態金屬910不容易斷線，卻會延遲生產速度。因此，在兼顧不斷線以及生產速度的考量下，驅動裝置140驅動滾輪組130的速度需要調整在適當的速度範圍中。

在一例子中，驅動裝置140驅動滾輪組130的速度不是等速狀態。請一併參照第1B及2圖，第2圖係繪示依照本發明一實施例之一種連續鑄造設備100之滾輪組130的速度隨時間變化的示意圖，其中正號係定義為固態金屬910朝遠離熔煉裝置110的方向，負號係定義為固態金屬910朝鄰近熔煉裝置110的方向。固態金屬910的速度是從停止(即速度為零)開始，依序經過前進升速區211、前進等速區212以及前進降速區213至停止，以形成一個前進循環210，藉以使固態金屬910朝下移動(即朝遠離熔煉裝置110的方向)。請再一併參照第1C及2圖，當固態金屬910經過一個前進循環210或多個前進循環210後，可進行一個後退循環220。後退循環220是指固態金屬910的速度是從停止(即速度為零)開始，依序經過後退升速區221、後退等速區222以及後退降速區223至停止，藉以使固態金屬910朝上移動(即朝鄰近熔煉裝置110的方向)。在一例子中，固態金屬910是透過驅動裝置140驅動滾輪組130，藉以帶動固態金屬910進行前進循環210或後退循環220。在一示範例子中，每當進行10秒至15秒之前進循環210後，可進行一次後退循環220，以使固態金屬910進行往復運動。

在一例子中，當固態金屬910進行往復運動時，可避免固態金屬910產生斑節紋之表面。詳述如下，當固態金屬910進行前進循環210時，位於引拔裝置120中的金屬液900會不斷的被冷卻為固態金屬910，並同時被滾輪組130帶動而出。然而，在進行多次前進循環210時，隨著熔煉空間111內的金屬液900的液面不斷下降，位於引拔裝置120中的金屬液900在凝固為固態金屬910時會受到不同液壓之影響，而使得固態金屬910之表面上形成斑節紋。因此，在進行前進循環210一段期間後，可進行後退循環220，以使具有斑節紋的固態金屬910的表面與金屬液900再度接觸並回熔為金屬液900，以消除斑節紋。之後，再進行前進循環210，以使位於引拔裝置120中的金屬液900再次凝固形成無斑節紋之固態金屬910。

請再參照第1A及1B圖，在一例子中，本發明實施例之連續鑄造設備100還可透過調整壓力的方式來避免固態金屬910產生斑節紋。在一示範例子中，連續鑄造設備100可包含壓力調整裝置150，用於熔煉裝置110之熔煉空間111內施予壓力。在一例子中，壓力調整裝置150包含蓋體151以及馬達152。蓋體151設於熔煉裝置110內且密封熔煉空間111。在一例子中，蓋體151設於熔煉空間111之上側，且蓋體151之長度及寬度係實質上地分別與熔煉空間111之長度及寬度相同。馬達152連接蓋體151藉以驅動蓋體151朝熔煉裝置110的軸向方向進行位移運動。當馬達152驅動蓋體151進行位移運動時，由於蓋體151之長寬尺寸與熔煉空間111之長寬尺寸相同，所以熔煉空間111的容量會改變，以使熔煉空間111的氣壓產生變化，並使引拔裝置120中的金屬液900的壓力產生變化。在一例子中，蓋體151的高度是隨著固態金屬910在不斷生成而下降，藉由增加氣壓的方式，以使位於引拔裝置120中的金屬液900的壓力維持不變，進而避免固態金屬910產生斑節紋。

前述調整壓力的方式是利用物理機械方式來調整熔煉空間111的氣壓。在另一例子中，請參照第3圖，第3圖係繪示依照本發明另一實施例之一種連續鑄造設備300的使用示意圖。連續鑄造設備300係類似於連續鑄造設備100，唯其不同之處在於連續鑄造設備300的壓力調整裝置150係為供氣系統153。供氣系統153連接熔煉裝置110，且可提供氣體至熔煉空間111中，藉以調整熔煉空間111的氣壓。與前面例子類似地，當固態金屬910不斷生成而導致引拔裝置120中的金屬液900的壓力減少時，可透過輸入氣體的方式來增加氣壓，以使位於引拔裝置120中的金屬液900的壓力維持不變，進而避免固態金屬910產生斑節紋。在一示範例子中，輸入的氣體可以是惰性氣體。

另外，要提到的是，前述避免固態金屬910產生斑節紋的方式可同時採用。例如，同時利用氣壓調整引拔裝置120中的金屬液900的壓力的方式以及使固態金屬910進行往復運動以消除斑節紋的方式。

綜上所述，本發明實施例之連續鑄造設備是利用第一滾輪與第二滾輪之旋轉運動來帶動固態金屬進行往復運動，以使固態金屬可依照預定之前進速度及後退速度進行鑄造作業，以避免在固態金屬之表面產生斑節紋。另一方面，本發明實施例亦可利用控制氣壓的方式來避免在固態金屬之表面產生斑節紋。藉此，所製得之固態金屬的表面不會產生斑節紋，故可避免固態金屬在後續進行成型作業時發生斷裂之情況。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。