專利名稱：一種連續鑄造工藝及連鑄機的制作方法
技術領域：
本發明公開了一種連續鑄造工藝及連鑄機，屬于冶金鑄造技術領域。
普通的連續鑄造是在大氣中進行的，這種普通的連續鑄造技術不適應貴金屬、精密合金的連續鑄造要求，因為有些貴金屬容易吸氣，有些精密合金容易氧化等，在大氣中連鑄這些貴金屬、精密合金時，會與大氣中的有害氣體接觸反應，使鑄造后的金屬中存在氣孔、氧化物等雜質、缺陷，影響金屬的質量。另外，貴金屬、精密合金對成分要求比較嚴格，大氣中存在許多污染物，在大氣中連鑄時，這些污染物會對貴金屬、精密合金造成污染，使金屬質量下降。此外，用普通連續鑄造所得鑄坯表面質量較差，常常帶有氧化皮，表面裂紋等缺陷，一般需要去除鑄坯的表皮后，才能進行后續加工，這樣做降低了材料利用率，增加了制造成本，對貴金屬、精密合金等這些價格較高的金屬影響就更大。
本發明的目的是設計一種連續鑄造工藝和實現這種工藝所用的連鑄機，使連續鑄造過程不暴露在大氣中，提高鑄坯的內在質量和表面質量。
本發明所設計的一種連續鑄造工藝包括下述工序(1)向熔化保溫爐中加入原料；(2)將安裝有熔化保溫爐和結晶器的罐體抽真空，真空度為500-10-2Pa；(3)熔化，熔化溫度為500-2100℃，熔化時保持真空；(4)保溫溫度為500-2100℃，保溫時間為20-50分鐘，保溫時保持真空；(5)經過結晶器進行連續鑄造，連續鑄造時保持真空。
在熔化爐中進行熔化工序，然后將熔化的金屬液體裝入熔化保溫爐中進行保溫，熔化爐裝在罐體中。
在熔化工序前或熔化工序后，或在保溫工序完成后，向罐體內充入保護氣體，充氣壓力為0.001-1MPa。
在結晶器出口之后裝有冷卻器，對鑄坯進行冷卻采用中頻感應爐或高頻感應爐作熔化爐或/和熔化保溫爐，在感應線圈的中部或下部帶有開口，在開口中安裝出爐口。
所述罐體內的真空度為200～10-2Pa。
所述熔化溫度為800℃～1600℃，所述保溫溫度為800℃～1600℃。
所述充氣壓力為0.01-0.2MPa。
一種實現上述連續鑄造工藝的連鑄機主要由熔化保溫爐、結晶器和牽引機組成，結晶器安裝在熔化保溫爐出口上，熔化保溫爐和結晶器安裝在密封的罐體中，罐體上有真空抽氣管接口、加料口、出料口、電器接頭和冷卻水管接口，出料口處裝有密封圈，牽引機安裝在罐體的出料口外。
所述連鑄機帶有熔化爐，熔化爐裝在密封罐體中，安裝熔化爐的罐體上有真空抽氣管接口，加料口、出料口、電器接頭和冷卻水管接口，出料口處裝有閥門，閥門的一端與裝有熔化保溫爐的罐體上的加料口相聯接。
所述熔化爐安裝在裝有熔化保溫爐的罐體內，熔化爐安裝在熔化保溫爐之前，熔化爐與熔化保溫爐之間的罐體上裝有隔板和閥門。
所述罐體上裝有充氣管接口。
所述熔化爐或/和熔化保溫爐為中頻感應爐或高頻感應爐，其感應線圈的中部或下部帶有開口，開口處的線圈間距大于線圈上其它處的線圈間距，開口處的線圈上帶有凹形段，凹形段的線圈組成開口。
在線圈的開口處裝有補償線圈。
所述熔化保溫爐的出口上帶有感應線圈。
所述結晶器安裝在可調支架上，可調支架由底架、滑板和螺桿組成，在滑板和底架之間裝有縱向調節螺桿、橫向調節螺桿和豎向調節螺桿，結晶器裝在滑板上。
在結晶器出口處裝有冷卻器，冷卻器由至少一對輥輪和支架組成，輥輪裝在支架上，輥輪中間是空心的，輥輪兩端裝有進出水管。
在結晶出口處裝有冷卻器，冷卻器由至少一對壓板和支架組成，壓板是中空的，壓板上帶有進出水管，壓板安裝在支架上，支架上帶有彈簧，彈簧壓在壓板上。
所述壓板表面帶有石墨板。
所述熔化爐或/和熔化保溫爐帶有測溫傳感器和溫度控制儀。
所述出料口的密封是由填料密封組成的組合式密封。
所述連鑄機帶有真空泵和閥門，真空泵通過閥門與安裝熔化爐或/和熔化保溫爐的罐體上的真空抽氣管接口相聯。
所述連鑄機帶有卷取機。
使用本發明所設計的連續鑄造工藝及其連鑄機時，有如下優點1.連鑄工藝中有抽真空工序，使貴金屬、精密合金的熔化、保溫、連鑄過程都在真空狀態下進行，可以防止貴金屬、精密合金與大氣中的有害氣體接觸，避免大氣中污染物的污染，使貴金屬、精密合金的成分準確，減少氣孔、氧化物等雜質、缺陷，消除鑄坯的表面氧化和裂紋，提高了貴金屬、精密合金鑄坯的內在質量和表面質量。
2.連鑄工藝中可以增加在保護氣體下熔化、保溫、連鑄的工序，使貴金屬、精密合金的連鑄在保護氣體的氣氛下進行，可以使連鑄速度加快，使鑄坯冷卻速度加快，從而提高連鑄的生產效率。同時在一定壓力下連鑄，可使金屬內組織致密，提高鑄造金屬質量。
3.連鑄工藝中可以增加對鑄坯的冷卻工序，使鑄坯冷卻速度更快，材料組織致密。
4.連鑄工藝中采用中頻感應爐或高頻感應爐作熔化爐或/和熔化保溫爐，熔化速度快，并可利用電磁攪拌作用攪拌金屬液體，使金屬成份均勻。
5.連鑄工藝適用范圍廣，可滿足多種貴金屬、精密合金連鑄要求，能得到高質量的貴金屬、精密合金連鑄坯。
6.根據本發明所設計的連續鑄造工藝要求而設計的連鑄機，有如下優點①熔化保溫爐、結晶器安裝在密封的罐體中，連鑄時，罐體內的空氣從真空抽氣管中被真空泵抽走，罐體內形成真空狀態，從而實現在真空狀態下進行熔化、保溫、連鑄的工藝要求，避免了在大氣中進行連鑄的缺點，保證了連鑄坯的內在質量和表面質量。
②罐體上帶有充氣管接口，從這個接口可以向罐內充入保護氣體，實現在保護氣體保護下的連鑄工藝。所用保護氣體或是氮氣、或是氬氣或是二氧化碳氣等氣體。
③連鑄機可以帶有熔化爐，在熔化爐與熔化保溫爐的罐體之間設有閥門或在同一罐體內的熔化爐與熔化保溫爐之間設有隔板和閥門，使熔化爐和熔化保溫爐的罐體可以互相分隔或連通，這樣可以使熔化工序和保溫工序分別在兩臺爐上進行，在熔化保溫爐進行連鑄工作時，熔化爐在進行下一爐的金屬熔化，當熔化保溫爐中金屬液體將用完時，熔化爐中熔化完的金屬液體及時補充到熔化保溫爐中，這樣可以實現連續不間斷的連鑄工作，提高連鑄機工作效率。
④連鑄機中的熔化爐或/和熔化保溫爐可以采用中頻感應爐或高頻感應爐，使金屬熔化速度加快，并利用電磁攪拌作用攪拌金屬液體，提高金屬的均勻性。
在熔化保溫爐的出口上帶有感應線圈時，可以保持出口處的溫度，使金屬液體流動順利。
⑤結晶器安裝在可調支架上，可調支架由底架、滑板和螺桿組成，滑板上帶有調整三個方向的螺桿，可以使滑板相對底座進行前后、左右、上下三個方向調整，結晶器安裝在滑板上，通過調整滑板的位置，就可以使滑板上的結晶器位置隨之調整，使結晶器與熔化保溫爐的出爐口正確聯接，以保證連鑄順利進行。
⑥在結晶器之后可以安裝冷卻器，冷卻器有兩種形式，輥輪式和夾板式，輥輪式是由一對輥輪夾住金屬鑄坯，輥輪中通水冷卻，進而冷卻鑄坯；夾板式是由兩塊壓板夾住金屬鑄坯，金屬鑄坯在壓板中滑動，壓板上帶有冷卻水管，對壓板進行冷卻，進而冷卻鑄坯。使用冷卻器，可使鑄坯迅速冷卻，提高鑄坯質量，還可以避免熱的鑄坯損壞出料口處的密封圈。
⑦熔化爐或/和熔化保溫爐上帶有測溫傳感器，可以與溫度控制儀相聯，對熔化溫度、保溫溫度進行自動控制。
⑧連鑄機還可以帶有卷取機，卷取機安裝在牽引機之后，使鑄坯自動卷成卷，便于運輸和存放。
圖1是第一種連鑄機的結構示意圖。
圖2是第二種連鑄機的結構示意圖。
圖3是第三種連鑄機的結構示意圖。
下面結合實施例和附圖對本發明作詳細的說明。
實施例1一種Ag-28Cu合金的連續鑄造，使用本發明所設計的連鑄機，其工藝如下(1)將原料放入熔化保溫爐中；(2)將裝有熔化保溫爐和結晶器的罐體封閉后抽真空，真空度為80～10Pa；
(3)熔化，采用電阻爐作熔化保溫爐，升溫至900±60℃，并保持罐內真空；(4)保溫，在900±60℃溫度下保溫20分鐘，并保持罐內真空；(5)通過結晶器進行連續鑄造，并保持罐內真空。
在連鑄時，由牽引機對鑄坯進行牽引拉出。
Ag-28Cu合金一般隨Ag的含量增加，其液態合金吸氣傾向逐漸嚴重，用普通連續鑄造工藝連鑄時，合金內含有氣孔，影響鑄坯質量。采用本發明所設計的連鑄工藝后，合金內氣孔減少，并消除了鑄坯表面的氧化層與裂紋，使Ag-28Cu合金質量達到要求，并提高了合金的利用率。
實施例2一種鋁鋰-1420合金焊絲的連續鑄造工藝如下(1)將原料放入熔化保溫爐中；(2)將裝有熔化保溫爐和結晶器的罐體抽真空，真空度為230-70Pa；(3)熔化，熔化用中頻感應爐進行，熔化溫度為800±50℃，并保持罐內真空；(4)保溫，保溫溫度為800±50℃，保溫約30分鐘；(5)充氣，向罐內充入氬氣，充氣壓力為0.1±0.02MPa；(6)通過結晶器進行連續鑄造，并保持罐內充氣；(7)用冷卻器對鑄坯進行冷卻。
在連鑄時，用牽引機對鑄坯進行牽引拉出。
鋁鋰合金在熔化連鑄時，容易吸氫，產生偏析，用普通連鑄工藝無法控制質量，采用本發明所設計的連鑄工藝后，可以嚴格控制合金的含氫量，消除偏析，并防止易揮發元素的燒損，使鋁鋰合金順利連鑄。
實施例3一種蒙乃爾合金連續鑄造工藝如下(1)將原料放入熔化爐中；(2)將裝有熔化爐、結晶器和熔化保溫爐的罐體抽真空，真空度為120-60Pa；(3)充氣，向罐內充入氮氣，充氣壓力為0.1±0.02Mpa；(4)熔化，采用中頻爐熔化合金，熔化溫度為1340±30℃，并保持罐內充氣；
(5)保溫，將熔化爐中的合金液體放入熔化保溫爐中，在熔化保溫爐中保溫40分鐘，保溫溫度為1520±40℃，并保持罐內充氣；(6)通過結晶器進行連續鑄造，并保持罐內充氣；(7)用冷卻器對鑄坯進行冷卻。
在連鑄時，用牽引機對鑄坯進行牽引拉出。
蒙乃爾合金在普通的熔化、鑄造過程中，吸氣多，易產生氣孔，鑄坯表面氧化嚴重，鑄坯的材料需去除表皮后才能進行后續加工，材料的利用率較低。采用本發明所設計的連鑄工藝后，消除了合金內的氣孔，鑄坯內組織致密，鑄坯表面無氧化皮，提高了材料內在質量和表面質量。
實施例4一種Pb-Ag-Cu合金的連續鑄造工藝如下(1)將原料放入熔化保溫爐中；(2)將裝有熔化保溫爐和結晶器的罐體抽真空，真空度為10.3-13.3×10-1Pa；(3)熔化，熔化采用高頻感應爐，熔化溫度為1000±50℃，并保持罐體內的真空；(4)保溫，保溫溫度為950±15℃，保溫50分鐘，并保持罐體內的真空；(5)向罐內充入氦氣，充氣壓力為0.005±0.003MPa；(6)通過結晶器進行連鑄，并保持罐體內的真空。
在連鑄時，用牽引機對鑄坯進行牽引拉出。
Pb-Ag-Cu合金在熔化時吸氣現象比較嚴重，采用普通連鑄工藝時，合金內部存在氣孔，影響鑄坯質量。采用本發明所設計的連鑄工藝后，消除了鑄坯內部氣孔，提高了鑄坯質量實施例5本實施例所述連鑄機的結構示意見圖1所示。
連鑄機主要由熔化保溫爐1、結晶器2和牽引機3組成，熔化保溫爐1采用電阻爐，電阻爐由坩堝5和電阻絲6組成，結晶器2安裝在熔化保溫爐1的出爐口上。熔化保溫爐1和結晶器2都安裝在密封的罐體7中，罐體7上有真空抽氣管接口8，其上有密封圈9，接口8用管道和閥門與真空泵相連(在圖中真空泵、閥門未畫出)。罐體7上還有加料口10，其上裝有罐體7的上蓋11，兩者之間有密封圈12。罐體7上有電器接頭13，電器接頭13將罐內的電阻爐與罐外的電源相聯接。罐體7上還有冷卻水接口14，用以冷卻結晶器、爐體等部件。罐體7上還有出料口15，出料口15上裝有密封圈16，可以將連鑄出的鑄坯17與罐體7之間密封。在出料口15之外裝有牽引機3，由牽引機3將鑄坯17拉出。
連鑄機工作時，先將原料放入熔化保溫爐1的坩堝5中，將上蓋11與罐體7連接密封，然后對罐體7內抽真空，接通熔化保溫爐1的加熱電源，熔化保溫爐1加熱升溫，將原料熔化，熔化工作完成后，在熔化保溫爐1中進行保溫，再通過結晶器2進行連鑄，連鑄出的鑄坯17通過出料口15送出罐體7，并進入牽引機3中，由牽引機3將鑄坯連續拉出。
實施例6本實施例所述連鑄機的結構示意見圖2所示本實施例所述連鑄機的結構與實施例5的基本相同，不同之處一是熔化保溫爐1采用中頻感應爐，中頻感應爐由感應線圈4和坩堝5組成，感應線圈4的下部有開口，開口處的線圈上帶有凹形段18(見圖2和圖3所示)，凹形段18線圈形成開口，開口中裝有坩堝5的出爐口；二是結晶器2安裝在可調支架19的滑板上，滑板上有調節前后方向、左右方向和上下方向的縱向調節螺桿20、橫向調節螺桿21和豎向調節螺桿22，利用這些調節螺桿可以調節結晶器2相對坩堝5的出爐口位置，使結晶器2與出爐口緊密結合；三是罐體7上有充氣管接口23，其上有密封圈24，充氣管接口23通過管子和閥門與保護氣體源相聯接(在圖中保護氣體源、閥門未畫出)；四是在結晶器2之后裝有兩個冷卻器25，冷卻器25中有上下兩層冷卻板26，冷卻板26中通冷卻水，在冷卻板26的表面裝有石墨板27，上層冷卻板26與支架28之間裝有彈簧29；五是出料口15的密封是由填料密封和密封圈16組成的組合密封30。
本實施例所述連鑄機的工作原理與實施例5所述基本相同，不同之處一是由于采用中頻感應爐作熔化保溫爐1，加熱升溫快，熔化時間短，由于電磁攪拌作用，合金成份均勻；二是罐體7上帶有充氣管接口23，通過這個接口23可向罐體7內充入保護氣體，可實現在保護氣體保護下的熔化、保溫、連鑄工作，連鑄速度快，鑄坯冷卻快，鑄坯內部組織致密，質量好；三是帶有冷卻器25，對鑄坯17進行強制冷卻，冷卻效果好；四是出料口15處使用組合密封30，增強罐體7的密封性能。
實施例7本實施例所述連鑄機的結構示意見圖3所示。
本實施例所述連鑄機的結構與實施例6所述的基本相同，不同之處一是增加了熔化爐31，將熔化爐31安裝在熔化保溫爐1的上面，結晶器2安裝在熔化保溫爐1的出爐口處，熔化爐31和熔化保溫爐1均采用高頻感應爐；二是熔化爐31與熔化保溫爐1之間的罐體7中有隔板32，隔板32的上面裝有閥門33，在熔化爐31的出爐口與閥門33之間有流槽34，用于將熔化爐31中熔化的金屬液體導流到熔化保溫爐1中，當閥門33打開時，熔化的金屬液體可以通過閥門33流入熔化保溫爐1中，當閥門33關閉時，可以將罐體7分為互相隔離的上下兩部分，這兩個部分可以分別通過各自的真空抽氣管接口8抽真空，也可以分別通過各自的充氣管接口23向各自部分的罐體充氣；三是冷卻器25是由一對滾輪35組成，滾輪35安裝在支架28上，滾輪35中通冷卻水，滾輪35壓在鑄坯17上，對鑄坯17進行強制冷卻；四是在牽引機3之后裝有卷取機36，卷取機36將鑄坯17彎曲并盤成卷，以便于搬運；五是在熔化爐31和熔化保溫爐1上裝測溫傳感器37，測溫傳感器37與溫度控制儀相聯；六是在感應線圈4的開口處裝有補償線圈38；七是熔化保溫爐的出爐口帶有感應線圈39。
本實施例所述連鑄機的工作原理與實施例6所述基本相同，不同之處一是連鑄機中增加了熔化爐31，熔化爐31熔化完金屬后，可以將熔化的金屬液體送到熔化保溫爐1中進行保溫，再通過結晶器2進行連鑄，而熔化爐31可以熔化另一爐金屬，熔化爐31與熔化保溫爐1配合使用，可以實現連續不間斷地連鑄，提高連鑄機的生產效率；二是熔化爐31和熔化保溫爐1上裝有測溫傳感器37，可以與溫度控制儀相聯，自動測量并控制爐溫；三是在感應線圈4的開口處裝有補償線圈38，可以對感應線圈4的開口處因線圈距離加大而減少的磁場進行補償；四是熔化保溫爐的出爐口處的感應線圈可以對出爐口加溫，維持出爐口處的溫度，使金屬液體流動順利。
權利要求
1.一種連續鑄造工藝，其特征是包括下述工序(1)向熔化保溫爐中加入原料；(2)將安裝有熔化保溫爐和結晶器的罐體抽真空，真空度為500-10-2Pa；(3)熔化，熔化溫度為500-2100℃，熔化時保持真空；(4)保溫溫度為500-2100℃，保溫時間為20-50分鐘，保溫時保持真空；(5)經過結晶器進行連續鑄造，連續鑄造時保持真空。
2.根據權利要求1所述的一種連續鑄造工藝，其特征是在熔化爐中進行熔化工序，然后將熔化的金屬液體裝入熔化保溫爐中進行保溫，熔化爐裝在罐體中。
3.根據權利要求1或2所述的一種連續鑄造工藝，其特征是在熔化工序前或熔化工序后，或在保溫工序完成后，向罐體內充入保護氣體，充氣壓力為0.001-1MPa。
4.根據權利要求1或2所述的一種連續鑄造工藝，其特征是在結晶器出口之后裝有冷卻器，對鑄坯進行冷卻。
5.根據權利要求1或2所述的一種連續鑄造工藝，其特征是采用中頻感應爐或高頻感應爐作熔化爐或/和熔化保溫爐，在感應線圈的中部或下部帶有開口，在開口中安裝出爐口。
6.根據權利要求1或2所述的一種連續鑄造工藝，其特征是所述罐體內的真空度為200～10-2Pa。
7.根據權利要求1或2所述的一種連續鑄造工藝，其特征是所述熔化溫度為800℃～1600℃。
8.根據權利要求1或2所述的一種連續鑄造工藝，其特征是所述保溫溫度為800℃～1600℃。
9.根據權利要求3所述的一種連續鑄造工藝，其特征是所述充氣壓力為0.01-0.2MPa。
10.一種實現權利要求1所述連續鑄造工藝的連鑄機，主要由熔化保溫爐、結晶器和牽引機組成，結晶器安裝在熔化保溫爐出口上，其特征是熔化保溫爐和結晶器安裝在密封的罐體中，罐體上有真空抽氣管接口、加料口、出料口、電器接頭和冷卻水管接口，出料口處裝有密封圈，牽引機安裝在罐體的出料口外。
11.根據權利要求10所述的連鑄機，其特征是所述連鑄機帶有熔化爐，熔化爐裝在密封罐體中，安裝熔化爐的罐體上有真空抽氣管接口，加料口、出料口、電器接頭和冷卻水管接口，出料口處裝有閥門，閥門的一端與裝有熔化保溫爐的罐體上的加料口相聯接。
12.根據權利要求11所述的連鑄機，其特征是熔化爐安裝在裝有熔化保溫爐的罐體內，熔化爐安裝在熔化保溫爐之前，熔化爐與熔化保溫爐之間的罐體上裝有隔板和閥門。
13.根據權利要求10或11所述的連鑄機，其特征是罐體上裝有充氣管接口。
14.根據權利要求10或11所述的連鑄機，其特征是所述熔化爐或/和熔化保溫爐為中頻感應爐或高頻感應爐，其感應線圈的中部或下部帶有開口，開口處的線圈間距大于線圈上其它處的線圈間距，開口處的線圈上帶有凹形段，凹形段的線圈組成開口。
15.根據權利要求14所述的連鑄機，其特征是在線圈的開口處裝有補償線圈。
16.根據權利要求14所述的連鑄機，其特征是在熔化保溫爐的出口上帶有感應線圈。
17.根據權利要求10或11所述的連鑄機，其特征是結晶器安裝在可調支架上，可調支架由底架、滑板和螺桿組成，在滑板和底架之間裝有縱向調節螺桿、橫向調節螺桿和豎向調節螺桿，結晶器裝在滑板上。
18.根據權利要求10或11所述的連鑄機，其特征是在結晶器出口處裝有冷卻器，冷卻器由至少一對輥輪和支架組成，輥輪裝在支架上，輥輪中間是空心的，輥輪兩端裝有進出水管
19.根據權利要求10或11所述的連鑄機，其特征是在結晶出口處裝有冷卻器，冷卻器由至少一對壓板和支架組成，壓板是中空的，壓板上帶有進出水管，壓板安裝在支架上，支架上帶有彈簧，彈簧壓在壓板上。
20.根據權利要求19所述的連鑄機，其特征是所述壓板表面帶有石墨板。
21.根據權利要求10或11所述的連鑄機，其特征是所述熔化爐或/和熔化保溫爐帶有測溫傳感器和溫度控制儀。
22.根據權利要求10或11所述的連鑄機，其特征是所述出料口的密封是由填料密封組成的組合式密封。
23.根據權利要求10或11所述的連鑄機，其特征是所述連鑄機帶有真空泵和閥門，真空泵通過閥門與安裝熔化爐或/和熔化保溫爐的罐體上的真空抽氣管接口相聯。
24.根據權利要求10或11所述的連鑄機，其特征是所述連鑄機帶有卷取機。
全文摘要
本發明公開了一種連續鑄造工藝及連鑄機,屬于冶金鑄造技術領域。該連鑄工藝含有下述幾個主要步驟:將原料裝入熔化保溫爐,把裝有熔化保溫爐和結晶器的罐體抽真空,在真空狀態下進行熔化、保溫、連鑄工序。根據上述連鑄工藝要求設計的連鑄機,將熔化保溫爐、結晶器安裝在一個罐體中,可以實現在真空狀態下或充保護氣體狀態下的連鑄工作。該連鑄工藝及連鑄機可以有效地提高貴金屬、精密合金的鑄坯的內在質量和表面質量,提高材料的利用率。
文檔編號B22D27/00GK1258577SQ98126369
公開日2000年7月5日 申請日期1998年12月30日 優先權日1998年12月30日
發明者李德富, 胡捷, 章萍芝, 石瑛, 盧曉軍, 李慧, 陳劍秋, 李彥利 申請人:北京有色金屬研究總院