一種輕金屬合金高速澆鑄凝固成形裝置及方法與流程

2023-06-24 13:46:06

本發明屬於輕金屬合金鑄造技術領域，涉及一種輕金屬合金高速澆鑄凝固成形裝置及方法。

背景技術：

目前國內外採用半連續或模鑄的方法鑄造輕金屬合金鑄坯，拉速很慢；以鎂合金為例，目前國內外輕金屬合金半連鑄速度基本在1.3～6m/h之間，而鋼鐵鑄坯的連鑄速度起步拉速都在18m/h，提高輕金屬合金連續鑄造的拉速是解決制約輕金屬合金材料應用推廣的主要因素之一。

技術實現要素：

本發明解決的問題在於提供一種輕金屬合金高速澆鑄凝固成形裝置及方法，以提升輕金屬合金鑄坯的生產效率。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種輕金屬合金高速澆鑄凝固成形裝置，其特徵在於，包括設有液面檢測器的結晶器，熔體輸送管經浸入式水口與結晶器相連通，熔體輸送管上設有流量控制機構；

液面檢測器檢測結晶器內的熔體液面高度，並將檢測到的信息輸送給計算處理單元；計算處理單元將檢測數據處理後將流量控制信息發送給流量控制單元，流量控制單元向流量控制機構發出流量調控指令，調節合金熔體經浸入式水口流入結晶器的熔體流量，維持結晶器內的液面高度；

結晶器的底部設有拉坯裝置，將凝固的鑄坯連續向下拉送。

所述的浸入式水口內部設有電加熱裝置，對水口進行加熱，同時對流入結晶器內部的合金熔體進行補熱。

所述的結晶器還設有結晶器蓋，結晶器蓋內設置有結晶器內壁潤滑裝置，能向結晶器的內壁噴灑潤滑劑。

所述的結晶器與基礎相之間還設有結晶器振動裝置，結晶器振動裝置規律性的上下往復移動，帶動結晶器以同樣的運動規律上下運動。

所述的結晶器採用長結晶內壁，內壁外側面設有連通冷卻水的水箱，通過水箱的水量控制以控制冷卻強度。

一種輕金屬合金高速澆鑄凝固成形方法，包括以下操作：

1)熔體輸送管輸送的合金熔體經浸入式水口與結晶器相連通，在熔體輸送管上設置流量控制機構；

2)檢測器檢測結晶器內熔體液面的高度位置，將檢測到的信息輸送給計算處理單元；

所述計算處理單元對檢測數據進行分析、整理和判斷後，向流量控制單元發出流量增加還是減小的指令；

3)流量控制單元對輸入的指令進行參數化運算，向與熔體輸送管相連接的流量控制機構發出流量開度調節參數，指示流量控制機構進行閥門開度的調節；

4)流量控制機構接到流量控制單元發出的信息指令後，調節合金熔體經浸入式水口流入結晶器的熔體流量大小，以穩定結晶器液面高度；

5)結晶器蓋將結晶器內熔體與空氣隔離保護，其內設置有結晶器內壁潤滑裝置，能向結晶器內壁噴灑潤滑劑；

6)結晶器採用長結晶內壁，增加熔體在結晶器內的冷卻凝固長度；結晶器內壁外側面設有連通冷卻水的水箱，通過水箱的水量控制以控制冷卻強度；

7)結晶器內凝固的鑄坯在拉坯裝置的作用下將鑄坯連續向下拉送。

所述的浸入式水口內部設有電加熱裝置，對水口進行加熱，同時對流入結晶器內部的合金熔體進行補熱；

澆鑄過程中，合金熔體從結晶器液面下方流入，有效避免與空氣直接接觸發生氧化，同時藉助流入結晶器的熔體流暢衝刷力，攪動結晶器液面下方熔體。

所述的結晶器內壁潤滑裝置，所噴的潤滑劑順著結晶器內壁下流到熔體液面與結晶器內壁接觸縫隙後，接觸到高溫結晶器內壁發生碳化，在鑄坯外表面和結晶器內壁間形成碳膜。

所述的水箱根據上下冷卻強度需要分段給水冷卻；內壁通過增加縫隙或採用滲透油介質來潤滑結晶器內壁。

所述的結晶器與基礎相之間還設有結晶器振動裝置，結晶器振動裝置規律性的上下往復移動，帶動結晶器以同樣的運動規律上下運動，使鑄坯外表面與結晶器內壁間相對發生上下往復運動，增強鑄坯坯殼與結晶器內壁間的脫殼能力。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

1)計算處理單元、流量控制單元、熔體輸送管、流量控制機構、浸入式水口、液位檢測器構成結晶器閉環液面控制系統，能有效控制結晶器液面的高度。

2)浸入式水口內部帶有電加熱裝置，對水口進行加熱，同時對流入結晶器內部的合金熔體進行補熱，能提高鑄坯內部質量。

3)正常澆鑄過程中，浸入式水口浸入結晶器液面下方，合金熔體從結晶器液面下方流入，一方面有效避免與空氣直接接觸發生氧化，另一方面藉助流入結晶器的熔體流暢衝刷力，攪動結晶器液面下方熔體，使熔體溫度梯度減少，打碎凝固邊緣初始結晶組織結構，降低心部凝固縮孔和裂紋的出現機率，提高鑄坯內部質量。

4)結晶器蓋設置有結晶器內壁潤滑裝置，能自動向結晶器內壁噴灑潤滑劑，減少鑄坯下移過程與結晶器內壁間的摩擦力，起到潤滑作用。

5)結晶器振動帶動結晶器也以同樣的運動規律上下運動，增強鑄坯坯殼與結晶器內壁間的脫殼能力，改善鑄坯表面質量，改善鑄坯凝固傳熱效果，提高鑄坯澆鑄速度。

附圖說明

圖1為本發明的裝置結構示意圖；

其中，1為計算處理單元，2為流量控制單元，3為熔體輸送管，4為流量控制機構，5為浸入式水口，6為液位檢測器，7為結晶器蓋，8為結晶器，9為結晶器振動裝置。

具體實施方式

下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。

參見圖1，一種輕金屬合金高速澆鑄凝固成形裝置，包括設有液面檢測器6的結晶器8，熔體輸送管3經浸入式水口5與結晶器8相連通，熔體輸送管3上設有流量控制機構4；

液面檢測器6檢測結晶器8內的熔體液面高度，並將檢測到的信息輸送給計算處理單元1；計算處理單元1將檢測數據處理後將流量控制信息發送給流量控制單元2，流量控制單元2向流量控制機構4發出流量調控指令，調節合金熔體經浸入式水口5流入結晶器8的熔體流量，維持結晶器8內的液面高度；

結晶器8的底部設有拉坯裝置，將凝固的鑄坯連續向下拉送。

進一步的所述的浸入式水口5內部設有電加熱裝置，對水口進行加熱，同時對流入結晶器內部的合金熔體進行補熱。

所述的結晶器8還設有結晶器蓋7，結晶器蓋7內設置有結晶器內壁潤滑裝置，能向結晶器8的內壁噴灑潤滑劑。

所述的結晶器8與基礎相之間還設有結晶器振動裝置9，結晶器振動裝置9規律性的上下往復移動，帶動結晶器8以同樣的運動規律上下運動。

下面給出輕金屬合金高速澆鑄凝固成形方法，包括以下操作：

1)熔體輸送管輸送的合金熔體經浸入式水口與結晶器相連通，在熔體輸送管上設置流量控制機構；

2)檢測器檢測結晶器內熔體液面的高度位置，將檢測到的信息輸送給計算處理單元；

所述計算處理單元對檢測數據進行分析、整理和判斷後，向流量控制單元發出流量增加還是減小的指令；

3)流量控制單元對輸入的指令進行參數化運算，向與熔體輸送管相連接的流量控制機構發出流量開度調節參數，指示流量控制機構進行閥門開度的調節；

4)流量控制機構接到流量控制單元發出的信息指令後，調節合金熔體經浸入式水口流入結晶器的熔體流量大小，以穩定結晶器液面高度；

5)結晶器蓋將結晶器內熔體與空氣隔離保護，其內設置有結晶器內壁潤滑裝置，能向結晶器內壁噴灑潤滑劑；

6)結晶器採用長結晶內壁，增加熔體在結晶器內的冷卻凝固長度；結晶器內壁外側面設有連通冷卻水的水箱，通過水箱的水量控制以控制冷卻強度；

7)結晶器內凝固的鑄坯在拉坯裝置的作用下將鑄坯連續向下拉送。

進一步的，浸入式水口內部帶有電加熱裝置，對水口進行加熱，同時對流入結晶器內部的合金熔體進行補熱，正常澆鑄過程中，合金熔體從結晶器液面下方流入，一方面有效避免與空氣直接接觸發生氧化，另一方面藉助流入結晶器的熔體流暢衝刷力，攪動結晶器液面下方熔體，使熔體溫度梯度減少，打碎凝固邊緣初始結晶組織結構，降低心部凝固縮孔和裂紋的出現機率，提高鑄坯內部質量。

結晶器採用長結晶內壁，增加熔體在結晶器內的冷卻凝固長度，結晶器內壁外側面有通水冷卻的水箱相結合，通過水量控制，可控制冷卻強度，改善鑄坯凝固冷卻效果。水箱可根據上下冷卻強度需要分段給水冷卻；內壁可通過增加縫隙，或採用即能滲透油介質、又能滿足金屬熔體凝固結晶需要的材料，以便通過滲透油介質潤滑結晶器內壁。

結晶器蓋除了將結晶器內熔體與空氣隔離保護外，還設置有結晶器內壁潤滑裝置，能自動向結晶器內壁噴灑潤滑劑，潤滑劑順著結晶器內壁下流到熔體液面與結晶器內壁接觸縫隙後，因接觸到高溫結晶器內壁發生碳化，形成碳膜，在鑄坯外表面和結晶器內壁間形成碳膜，減少鑄坯下移過程與結晶器內壁間的摩擦力，起到潤滑作用。

在澆鑄過程中，結晶器振動裝置按照特定的上下振動參數進行往復移動，帶動結晶器也以同樣的運動規律上下運動，使鑄坯外表面與結晶器內壁間相對發生上下往復運動，增強鑄坯坯殼與結晶器內壁間的脫殼能力，改善鑄坯表面質量，改善鑄坯凝固傳熱效果，提高鑄坯澆鑄速度。

以上給出的實施例是實現本發明較優的例子，本發明不限於上述實施例。本領域的技術人員根據本發明技術方案的技術特徵所做出的任何非本質的添加、替換，均屬於本發明的保護範圍。