一種可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置，包括中空的熔化爐，熔化爐內(nèi)設(shè)置有中空的爐腔，爐腔的側(cè)壁上設(shè)置有加料口，爐腔內(nèi)設(shè)置有螺桿，螺桿的一端伸出爐腔外，爐腔下端內(nèi)連接有與其相連通的結(jié)晶器，結(jié)晶器的側(cè)壁上自下而上依次設(shè)置有出水口和進(jìn)水口，結(jié)晶器用于冷卻金屬鑄坯，結(jié)晶器的下方還設(shè)置有牽拉金屬鑄坯的牽引機(jī)，本發(fā)明還提供一種金屬鑄坯的連續(xù)制造方法，利用本裝置和方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的金屬鑄坯疏松、成分不均勻和晶粒粗大、質(zhì)量差的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬鑄坯【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制 造裝置，本發(fā)明還涉及一種金屬鑄坯的連續(xù)制造方法。 一種可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置和方法
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬的加工成型往往首先需要將金屬熔化后制成鑄錠，再對(duì)鑄錠進(jìn)行軋制、擠壓、 拉伸等塑性成型。鑄錠質(zhì)量的好壞對(duì)金屬的成型性能，以及成型后金屬材的性能起著非常 關(guān)鍵的作用，如成分均勻性、致密度、晶粒大小、表面質(zhì)量等。現(xiàn)有的金屬鑄錠生產(chǎn)方法有立 式連續(xù)（或半連續(xù)）鑄錠、水平連續(xù)鑄錠、上引連續(xù)鑄錠、連續(xù)鑄軋等等，均為常壓鑄錠。絕 大多數(shù)金屬?gòu)娜垠w凝固成鑄錠，體積減小的程度較大，在凝固過(guò)程中在晶粒中容易形成疏 松。另一方面，金屬熔體中往往能溶解較大比例的氣體（如氫），當(dāng)凝固時(shí)隨溶解度下降將 會(huì)釋放出來(lái)，在鑄錠中形成氣泡。顯然，這兩種缺陷將減小鑄錠的致密度，降低鑄錠質(zhì)量。在 實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高鑄錠的致密度，往往適當(dāng)增加鑄造時(shí)的液面高度，通過(guò)熔體自身靜壓 力達(dá)到一定的增壓效果。然而，這種壓力是有限的，一般不超過(guò)〇· 〇5MPa，鑄錠仍然存在疏松 等缺陷。
[0003] 再者，金屬在凝固過(guò)程中根據(jù)溫度梯度的情況，晶體呈柱狀晶或枝晶生長(zhǎng)，凝固后 的晶粒往往較為粗大，且容易發(fā)生成分不均勻的現(xiàn)象，這在合金的凝固當(dāng)中特別明顯。鑄錠 存在成分不均勻和晶粒粗大的缺陷，這會(huì)影響材料的加工和使用性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置，解決了現(xiàn)有 技術(shù)中存在的金屬鑄坯疏松、成分不均勻和晶粒粗大、質(zhì)量差的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供一種金屬鑄坯的連續(xù)制造方法。
[0006] 本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是，一種可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝 置，包括中空的熔化爐，熔化爐內(nèi)設(shè)置有中空的爐腔，爐腔的側(cè)壁上設(shè)置有加料口，爐腔內(nèi) 設(shè)置有螺桿，螺桿的一端伸出爐腔外，爐腔下端連接有與其相連通的結(jié)晶器，結(jié)晶器的側(cè)壁 上自下而上依次設(shè)置有出水口和進(jìn)水口，結(jié)晶器用于冷卻金屬鑄坯，結(jié)晶器的下方還設(shè)置 有牽拉金屬鑄坯的牽引機(jī)。
[0007] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0008] 熔化爐的底面上且對(duì)應(yīng)爐腔的位置處設(shè)置有密封墊，結(jié)晶器通過(guò)密封墊固定于熔 化爐上。
[0009] 爐腔和螺桿由氧化鋁陶瓷制成。
[0010] 本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是，一種金屬鑄坯的連續(xù)制造方法，采用可提供壓 力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置，具體按照以下步驟實(shí)施：
[0011] 步驟1、將可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置啟動(dòng)，將爐腔內(nèi)的溫度加熱， 啟動(dòng)螺桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并打開(kāi)結(jié)晶器的冷卻水；
[0012] 步驟2、將金屬原料持續(xù)加入可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置中；
[0013] 步驟3、調(diào)整螺桿的轉(zhuǎn)速，并結(jié)晶器的冷卻水量開(kāi)始鑄造，金屬原料在爐腔中形成 金屬熔體，金屬熔體經(jīng)過(guò)結(jié)晶器冷卻形成金屬鑄坯；
[0014] 步驟4、啟動(dòng)連續(xù)牽引機(jī)，將金屬鑄坯牽出。
[0015] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0016] 步驟1中爐腔的溫度加熱至金屬液相線以上50 - 200°C ;爐腔呈立式、臥式或者 斜式設(shè)置。
[0017] 金屬原料為熔融液體或者固體顆粒。
[0018] 步驟3中螺桿的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉绰菪欠较?，轉(zhuǎn)速為10 - 500轉(zhuǎn)/分鐘。
[0019] 步驟4中的連續(xù)牽引機(jī)的牽引方式為拉-停-拉式或者拉-停-反推-拉式，牽 弓 I 速度為 10mm/mi η - 200mm/min〇
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明裝置中，螺桿可在不進(jìn)行移動(dòng)的情況下為熔體提供 推力，并在螺桿的末端推力達(dá)到穩(wěn)定的最大值，螺桿轉(zhuǎn)速越大，提供的壓力也越大，最大可 達(dá)IMPa，從而實(shí)現(xiàn)壓力鑄造，有效提金屬鑄坯的致密度，達(dá)到或接近金屬密度的理論值。同 時(shí)，旋轉(zhuǎn)的螺桿還給熔體提供旋轉(zhuǎn)力，從而在結(jié)晶時(shí)不斷打斷先形核生長(zhǎng)的晶體，實(shí)現(xiàn)晶粒 細(xì)化，在相同鑄造條件下，晶粒度可細(xì)化半個(gè)至一個(gè)數(shù)量級(jí)。壓力鑄造通過(guò)提高金屬鑄坯的 致密度以及晶粒細(xì)化程度，有效改善鑄坯的韌性，利用該裝置制造的金屬鑄坯的延伸率可 提高2% - 8 %。隨著牽引的不斷進(jìn)行，原料不斷加入，該裝置可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)金屬鑄坯的連 續(xù)制備。通過(guò)改變結(jié)晶的結(jié)構(gòu)和形狀，利用該裝置可生產(chǎn)不同規(guī)格的金屬桿坯、板坯和管 坯。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是本發(fā)明可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖中，1.熔化爐，2.螺桿，3.結(jié)晶器，4.牽引機(jī)，5.爐腔，6.加料口，7.密封墊， 8.金屬熔體，9.金屬鑄坯，10.進(jìn)水口，11.出水口。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] 本發(fā)明提供一種可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置，包括中空的熔化爐1， 熔化爐1內(nèi)設(shè)置有中空的爐腔5,爐腔5的側(cè)壁上設(shè)置有加料口 6,爐腔5內(nèi)設(shè)置有螺桿2， 螺桿2的一端伸出爐腔5外，爐腔5下端內(nèi)連接有與其相連通的結(jié)晶器3,結(jié)晶器3的側(cè)壁 上自下而上依次設(shè)置有出水口 11和進(jìn)水口 10,結(jié)晶器3用于冷卻金屬鑄坯9,結(jié)晶器3的 下方還設(shè)置有牽拉金屬鑄坯9的牽引機(jī)4。
[0025] 熔化爐1的底面上且對(duì)應(yīng)爐腔5的位置處設(shè)置有密封墊7,結(jié)晶器3通過(guò)密封墊7 固定于熔化爐1上。
[0026] 本發(fā)明本提供一種金屬鑄坯的連續(xù)制造方法，采用可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連 續(xù)制造裝置，具體按照以下步驟實(shí)施：
[0027] 步驟1、將可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置啟動(dòng)，將爐腔5內(nèi)的溫度加 熱，啟動(dòng)螺桿2進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并打開(kāi)結(jié)晶器3的冷卻水；
[0028] 步驟2、將金屬原料持續(xù)加入可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置中；
[0029] 步驟3、調(diào)整螺桿2的轉(zhuǎn)速，并結(jié)晶器3的冷卻水量開(kāi)始鑄造，在爐腔5中形成金屬 烙體8,金屬烙體8經(jīng)過(guò)結(jié)晶器3冷卻形成金屬鑄述9 ;
[0030] 步驟4、啟動(dòng)連續(xù)牽引機(jī)，將金屬鑄坯牽出。
[0031] 步驟1中爐腔的溫度加熱至金屬液相線以上50 - 400°C，溫度過(guò)低時(shí)熔體粘度大， 同時(shí)影響新料添加時(shí)的熔化速度；溫度過(guò)高則影響鑄造穩(wěn)定性，同時(shí)浪費(fèi)能耗；爐腔5呈立 式、臥式或者斜式設(shè)置。金屬原料為熔融液體或者固體顆粒。步驟3中螺桿2的旋轉(zhuǎn)方向 為反螺旋角方向，轉(zhuǎn)速為10 - 500轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)速過(guò)小時(shí)，提供的壓力有限，不能滿足壓力 鑄造的要求；轉(zhuǎn)速過(guò)大時(shí)，結(jié)晶處液面不穩(wěn)，造成鑄造的不穩(wěn)定。步驟4中的連續(xù)牽引機(jī)的 牽引方式為拉 _停-拉式或者拉-停-反推-拉式，牽引速度為20mm/min - 200mm/min，過(guò) 慢容易拉斷，過(guò)快容易拉漏或拉出空心錠。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] -種Φ 16mm銅桿坯的連續(xù)制造方法，首先啟動(dòng)熔化爐1，將爐腔6加熱至1200°C， 將螺桿2啟動(dòng)并調(diào)速至20r/min，將結(jié)晶器3的進(jìn)水口 10和出水口 11打開(kāi)，使冷卻水開(kāi)始 流動(dòng)，將成分為99. 99%的純銅顆粒從加料口 6中緩慢加入，加入的純銅顆粒料快速熔化并 在螺桿的作用下向結(jié)晶器方向推進(jìn)，當(dāng)物料添加至螺桿的四分之三左右位置時(shí)，啟動(dòng)牽引 機(jī)4,以40mm/min的速度對(duì)純銅桿述9進(jìn)行牽引，同時(shí)將螺桿2的轉(zhuǎn)速提高至100r/min，調(diào) 節(jié)結(jié)晶器3中進(jìn)水口 10的大小，使?fàn)恳^(guò)程順利。適時(shí)從加料口 6中補(bǔ)充純銅顆粒料，實(shí) 現(xiàn)高品質(zhì)純銅桿坯的連續(xù)生產(chǎn)。以該法生產(chǎn)的銅桿坯，表面光潔，致密度達(dá)到8. 9g/cm3,平 均晶粒度為1mm，導(dǎo)電率101% IACS，延伸率達(dá)到42%。
[0034] 實(shí)施例2
[0035] -種Φ8πιπι鋁合金桿坯的連續(xù)制造方法，首先啟動(dòng)熔化爐1，將爐腔6加熱至 800°C，將螺桿2啟動(dòng)并調(diào)速至10r/min，將結(jié)晶器3的進(jìn)水口 10和出水口 11打開(kāi)，使冷卻 水開(kāi)始流動(dòng)，將牌號(hào)為3003的鋁合金熔體從加料口 6中緩慢加入，加入的鋁合金熔體在螺 桿的作用下向結(jié)晶器方向推進(jìn)，當(dāng)物料添加至螺桿的四分之三左右位置時(shí)，啟動(dòng)牽引機(jī)4， 以200mm/min的速度對(duì)錯(cuò)合金桿述9進(jìn)行牽引，同時(shí)將螺桿2的轉(zhuǎn)速提高至500r/min，調(diào) 節(jié)結(jié)晶器3中進(jìn)水口 10的大小，使?fàn)恳^(guò)程順利。適時(shí)從加料口 6中補(bǔ)充3003鋁合金熔 體，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)LY21鋁合金桿坯的連續(xù)生產(chǎn)。以該法生產(chǎn)的3003鋁合金桿坯的致密度達(dá) 到2. 71g/cm3,延伸率達(dá)到26%。
[0036] 實(shí)施例3
[0037] -種Φ 60 X 3mm黃銅管坯的連續(xù)制造方法，首先啟動(dòng)熔化爐1，將爐腔6加熱至 1050°C，將螺桿2啟動(dòng)并調(diào)速至20r/min，將結(jié)晶器3的進(jìn)水口 10和出水口 11打開(kāi)，使冷卻 水開(kāi)始流動(dòng)，將牌號(hào)為H65的黃銅顆粒從加料口 6中緩慢加入，加入的黃銅顆粒料快速熔化 并在螺桿的作用下向結(jié)晶器方向推進(jìn)，當(dāng)物料添加至螺桿的四分之三左右位置時(shí)啟動(dòng)牽引 機(jī)4,以20mm/min的速度對(duì)純銅桿述9進(jìn)行牽引，同時(shí)將螺桿2的轉(zhuǎn)速提高至100r/min，調(diào) 節(jié)結(jié)晶器3中進(jìn)水口 10的大小，使?fàn)恳^(guò)程順利。適時(shí)從加料口 6中補(bǔ)充黃銅顆粒料，實(shí) 現(xiàn)高品質(zhì)黃銅管坯的連續(xù)生產(chǎn)。該黃銅管坯晶粒度達(dá)到2mm，延伸率達(dá)35%，大大優(yōu)于傳統(tǒng) 水平連續(xù)鑄造水平。
【權(quán)利要求】
1. 一種可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置，其特征在于，包括中空的熔化爐 (1)，所述熔化爐（1)內(nèi)設(shè)置有中空的爐腔（5)，所述爐腔（5)的側(cè)壁上設(shè)置有加料口（6)， 所述爐腔（5)內(nèi)設(shè)置有螺桿（2)，所述螺桿（2)的一端伸出爐腔（5)外，所述爐腔（5)下端連 接有與其相連通的結(jié)晶器（3)，所述結(jié)晶器（3)的側(cè)壁上自下而上依次設(shè)置有出水口（11) 和進(jìn)水口（10)，所述結(jié)晶器（3)用于冷卻金屬鑄坯（9)，所述結(jié)晶器（3)的下方還設(shè)置有牽 拉金屬鑄坯（9)的牽引機(jī)（4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置，其特征在于，所 述熔化爐（1)的底面上且對(duì)應(yīng)爐腔（5)的位置處設(shè)置有密封墊（7)，所述結(jié)晶器（3)通過(guò)密 封墊（7)固定于熔化爐（1)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置，其特征在于，所 述爐腔（5)和螺桿（2)由氧化鋁陶瓷制成。
4. 一種金屬鑄坯的連續(xù)制造方法，其特征在于，采用可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù) 制造裝置，具體按照以下步驟實(shí)施： 步驟1、將可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置啟動(dòng)，將爐腔（5)內(nèi)的溫度加熱， 啟動(dòng)螺桿⑵進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并打開(kāi)結(jié)晶器⑶的冷卻水； 步驟2、將金屬原料持續(xù)加入可提供壓力鑄造的金屬鑄坯連續(xù)制造裝置中； 步驟3、調(diào)整螺桿（2)的轉(zhuǎn)速，并結(jié)晶器（3)的冷卻水量開(kāi)始鑄造，金屬原料在爐腔（5) 中形成金屬熔體（8)，金屬熔體（8)經(jīng)過(guò)結(jié)晶器（3)冷卻形成金屬鑄坯（9); 步驟4、啟動(dòng)連續(xù)牽引機(jī)，將金屬鑄坯（9)牽出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬鑄坯的連續(xù)制造方法，其特征在于，所述步驟1中爐腔的 溫度加熱至金屬液相線以上50 - 200°C ;爐腔（5)呈立式、臥式或者斜式設(shè)置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬鑄坯的連續(xù)制造方法，其特征在于，所述金屬原料為熔 融液體或者固體顆粒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬鑄坯的連續(xù)制造方法，其特征在于，所述所述步驟3中螺 桿（2)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉绰菪欠较?，轉(zhuǎn)速為10 - 500轉(zhuǎn)/分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬鑄坯的連續(xù)制造方法，其特征在于，所述步驟4中的連 續(xù)牽引機(jī)的牽引方式為拉-停 -拉式或者拉-停-反推-拉式，牽引速度為l〇mm/min - 200mm/min〇
【文檔編號(hào)】B22D11/11GK104117644SQ201410341270
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】楊斌, 李明茂, 梅軍 申請(qǐng)人:江西理工大學(xué)