專(zhuān)利名稱(chēng)：非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及易氧化金屬及合金的熔煉鑄造設(shè)備，尤其涉及易氧化金屬及合金非真空條件下熔煉與連續(xù)鑄造相結(jié)合的設(shè)備，屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
易氧化金屬及合金一般采用真空熔煉和錠模鑄錠(非連續(xù)鑄錠)，其主要過(guò)程先將合金元素按比例配好，裝入真空爐中，同時(shí)將模具也放入真空爐內(nèi)，抽真空至10-3Pa以下開(kāi)始加熱熔煉，熔煉結(jié)束之后直接在真空爐內(nèi)澆鑄。這種熔煉和鑄造方法，由于爐內(nèi)具有很高的真空度，氧的氣體分壓極低，從動(dòng)力學(xué)上阻止了熔煉金屬的氧化燒損。熔煉過(guò)程中，熔體中含有一定量的氧和氫，熔體內(nèi)部與熔煉環(huán)境之間因濃度梯度產(chǎn)生很大的化學(xué)位，使得熔體中的氧和氫能夠快速向熔煉環(huán)境擴(kuò)散，可以有效脫氧脫氫。
真空熔煉和錠模鑄錠方法存在以下問(wèn)題①由于真空爐在熔煉過(guò)程中需要較高的真空度，對(duì)爐體的密封性要求很高，熔煉時(shí)不能進(jìn)行成分測(cè)量、成分調(diào)整和拔渣等操作，因此對(duì)原料的成分和雜質(zhì)含量要求很高；②真空爐中一般采用生鐵模鑄錠而不用水冷，鑄錠易發(fā)生晶體粗化，在變形工藝中很容易出現(xiàn)裂紋，降低了板帶成品率；③真空爐熔煉和錠模鑄錠本身都是不連續(xù)操作，使其只能進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)，不能進(jìn)行連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)，限制了其產(chǎn)業(yè)化前景。
因此，人們嘗試研究開(kāi)發(fā)非真空條件下熔煉和鑄造易氧化金屬及合金的技術(shù)，以取代真空熔煉和錠模鑄錠法；而非真空熔煉技術(shù)的開(kāi)發(fā)，非真空爐和鑄造設(shè)備的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種易氧化金屬及合金非真空條件下熔煉與連續(xù)鑄造相結(jié)合的設(shè)備，使得熔煉燒損率低、脫氧脫氫效果好，并能在線及時(shí)測(cè)量和調(diào)整合金成分，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，包括爐體、爐蓋、坩堝、塞棒、結(jié)晶器，爐體帶有加熱裝置，給熔煉過(guò)程提供能量，爐體內(nèi)部設(shè)有坩堝，易氧化金屬及合金在坩堝中進(jìn)行熔煉，爐蓋帶有一個(gè)進(jìn)氣口、一個(gè)觀察窗和一個(gè)加料口、并配有冷卻機(jī)構(gòu)，爐體的爐膛底部設(shè)置有下澆口，其特征在于坩堝底部配有底碗，底碗上的澆口與一根豎直方向的塞棒相接觸，塞棒的底部與引錠頭相連，引錠頭對(duì)塞棒的上下位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，阻止或限制熔煉過(guò)程中金屬熔體下流；底碗的下方與結(jié)晶器相連，結(jié)晶器與爐體底板的冷卻機(jī)構(gòu)相固定，結(jié)晶器內(nèi)配有石墨內(nèi)套，石墨內(nèi)套的上部嵌入底碗中并與底碗內(nèi)壁緊密配合，石墨內(nèi)套下部與結(jié)晶器緊密配合；結(jié)晶器中帶有冷卻水槽，以便在鑄造過(guò)程中快速降低鑄錠溫度；引錠頭上設(shè)有燕尾槽，澆鑄時(shí)熔體凝固在燕尾槽中起到牽引作用，引錠頭與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)引錠頭上下運(yùn)動(dòng)。
進(jìn)一步地，上述的非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，底碗與坩堝之間采用超高溫修補(bǔ)劑粘結(jié)；塞棒的底部通過(guò)燕尾槽與引錠頭相連；所述底碗的材質(zhì)為石墨；所述坩堝、塞棒和下澆口的材質(zhì)為石墨或氧化鋯或氧化鎂。
再進(jìn)一步地，上述的非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，所述爐蓋和爐體底板的冷卻機(jī)構(gòu)均為水冷機(jī)構(gòu)。
更進(jìn)一步地，上述的非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為螺旋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括平臺(tái)、絲桿、導(dǎo)杠和底座，導(dǎo)杠連接固定在底座上，引錠頭固定在平臺(tái)上，絲桿帶動(dòng)平臺(tái)上下移動(dòng)，導(dǎo)杠引導(dǎo)平臺(tái)上下移動(dòng)并控制垂直度。
于是，本發(fā)明便提供出一種易氧化金屬及合金非真空條件下熔煉與連續(xù)鑄造相結(jié)合的設(shè)備，該設(shè)備在保護(hù)氣體存在的非真空狀態(tài)下操作，熔煉爐底部直接與結(jié)晶器相連，采用下澆方式鑄錠，澆鑄時(shí)，底碗充滿熔體之后就不在與空氣接觸，從而減少氧化，并且鑄錠表面質(zhì)量較好。由于保護(hù)氣體采用高純度的氮?dú)?、氬氣等惰性氣體，其中氧和氫的分壓很低，可以顯著降低氧化燒損，加速熔體內(nèi)部氧和氫的擴(kuò)散，起到良好的熔煉與澆鑄效果。本發(fā)明可采用感應(yīng)加熱方式供給熱量，所有接觸件都采用石棉繩密封，有很好的保溫性；爐蓋上面設(shè)置有觀察窗，通過(guò)觀察窗可以全程監(jiān)控熔煉過(guò)程；也可在熔煉過(guò)程中將惰性氣體通入熔體進(jìn)行脫氣，根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)從加料口向設(shè)備內(nèi)部加入原料，調(diào)節(jié)合金的成分配比；石墨塞棒不僅在熔煉過(guò)程中起到密封作用，而且在鑄錠時(shí)具有一定的牽引作用；此外，下澆的鑄錠方式對(duì)于拔渣操作非常方便，使得該設(shè)備易于實(shí)行大規(guī)模連續(xù)化作業(yè)，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明圖1是本發(fā)明非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中各附圖標(biāo)記的含義見(jiàn)下表

具體實(shí)施例方式
如圖1，非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，包括爐體和水冷爐蓋3，爐體帶有感應(yīng)線圈加熱裝置6，給熔煉過(guò)程提供熱量，爐體內(nèi)部設(shè)有坩堝8，易氧化金屬及合金在坩堝8中進(jìn)行熔煉；爐蓋3帶有一個(gè)進(jìn)氣口1、一個(gè)觀察窗2和一個(gè)加料口4，并且配有水冷機(jī)構(gòu)；坩堝8底部配有石墨底碗12，石墨底碗的上部有一澆口并與一根豎直方向的塞棒13相接觸，塞棒13的底部通過(guò)燕尾槽與引錠頭11相連，調(diào)節(jié)引錠頭11來(lái)牽引塞棒13上下運(yùn)動(dòng)，阻止或限制熔煉過(guò)程中金屬熔體下流；爐體底部設(shè)有水冷底板7，結(jié)晶器9固定在水冷底板7上，結(jié)晶器9內(nèi)設(shè)有石墨內(nèi)套10；石墨內(nèi)套10與底碗12之間經(jīng)過(guò)打磨后剛好緊密接觸，石墨內(nèi)套10下部與結(jié)晶器9緊密配合；結(jié)晶器9中帶有冷卻水槽，以便鑄造過(guò)程快速降低鑄錠溫度；引錠頭11上設(shè)有燕尾槽，澆鑄時(shí)熔體凝固在燕尾槽中可以起到牽引作用；引錠頭11固定在鑄造平臺(tái)14上，鑄造平臺(tái)14的上下移動(dòng)帶動(dòng)引錠頭11運(yùn)動(dòng)，鑄造平臺(tái)14由絲杠16牽引，導(dǎo)杠15引導(dǎo)上下移動(dòng)并控制垂直度，導(dǎo)杠15與設(shè)備底座連接固定。坩堝8、塞棒13和下澆口的材質(zhì)為石墨或氧化鋯或氧化鎂等，根據(jù)熔煉合金成分而定；底碗12的材質(zhì)為石墨，石墨底碗12與坩堝8之間采用超高溫修補(bǔ)劑粘結(jié)；爐蓋和爐體底板的冷卻機(jī)構(gòu)均為水冷機(jī)構(gòu)，避免了感應(yīng)發(fā)熱而帶來(lái)爐蓋和爐體底板溫度的升高。
應(yīng)用本發(fā)明提供的設(shè)備操作時(shí)，以高純度的氮?dú)狻鍤獾榷栊詺怏w作為保護(hù)氣體，將熔煉原料裝入爐膛5，打開(kāi)氣閥從進(jìn)氣口1通入保護(hù)氣體，直至保護(hù)氣體充滿爐膛5，多余氣體經(jīng)由加料口4排出。然后關(guān)小保護(hù)氣體閥門(mén)，維持爐內(nèi)保護(hù)氣體壓力大于1.015×105Pa，在0～30KW功率下預(yù)熱爐膛至100℃以上，進(jìn)而增大功率將原料加熱熔化，在熔煉金屬熔點(diǎn)以上100～500℃，加入其它親氧性較強(qiáng)的合金元素、脫氧劑和細(xì)化晶粒劑，保溫一定時(shí)間，進(jìn)行成分測(cè)定和脫氧脫氫。熔煉完畢，打開(kāi)水冷閥，控制引錠頭11快速下降，下降速度為7～8m/h，使熔體充滿底碗12，之后減緩引錠的下降速度至3～4m/h，同時(shí)加大冷卻水流量，直到鑄錠過(guò)程結(jié)束。
下面結(jié)合圖1以熔煉和澆鑄Cu-Cr-Zr合金和Cu-Ti合金為例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
實(shí)施例1分別取原料電解銅、銅鉻中間合金和鋅，取料量見(jiàn)表1，從加料口4投入爐膛5，使其盛于坩堝8當(dāng)中，也可以打開(kāi)爐蓋3直接加入原料；蓋好蓋子和觀察窗2，打開(kāi)保護(hù)氣閥，從上部進(jìn)氣孔1通入氬氣，直到空氣從上部加料口4排出、保護(hù)氣體充滿爐膛5、在上部加料口4處點(diǎn)燃火柴會(huì)立即熄滅為止。打開(kāi)感應(yīng)加熱裝置6對(duì)感應(yīng)爐體進(jìn)行加熱，功率10KW，時(shí)間10分鐘，調(diào)功率為50KW，加熱至熔化，整個(gè)加熱過(guò)程可通過(guò)觀察窗2進(jìn)行觀察。從加料口4加入銅包鋯和鎂，熔煉5分鐘。然后，降低功率至30KW，保溫10分鐘；關(guān)掉電源，下降引錠頭11進(jìn)行澆鑄。引錠頭開(kāi)始下降速度為7.2m/h，熔體充滿石墨底碗之后，調(diào)整引錠頭下降速度為3.3～3.5m/h，同時(shí)，加大結(jié)晶器的冷卻水量。
上述過(guò)程中，所述銅鋯中間合金主體成為Cu含量為0～90％，Cr含量為0～50％，Zr含量為0～50％。坩堝8、塞棒13和底碗12采用石墨。原料及鑄錠的化學(xué)含量見(jiàn)表1，熔煉過(guò)程各金屬損失率分別為Cu≤1.0％、Cr4.9％、Zr8.18％。鑄錠表面光滑，無(wú)裂紋，內(nèi)部氣孔和夾雜少，鑄錠晶粒度為0.5um左右。
表1

實(shí)施例2以電解銅和海綿鈦為原料，采用與實(shí)施例1相同的條件實(shí)施本發(fā)明。原料及鑄錠的化學(xué)含量見(jiàn)表2，熔煉過(guò)程各金屬損失率分別為Cu≤1.0％、Ti3.4％。鑄錠表面光滑，無(wú)裂紋，內(nèi)部氣孔和夾雜少，鑄錠晶粒度為0.1um左右。
表2

以上實(shí)施例表明，本發(fā)明采用非真空的方法即在保護(hù)氣體氣氛中對(duì)易氧化金屬及合金進(jìn)行熔煉及半連續(xù)鑄造，在保護(hù)氣層中，氧和氫氣的分壓很小，加速了熔體中氧和氫的擴(kuò)散，氧和氫氣的密度小，上浮至爐膛上部出氣口并及時(shí)排出，脫氧脫氫效果好。而且，該設(shè)備可以及時(shí)在線測(cè)量和調(diào)整合金成分；結(jié)晶器采用快速水冷，使鑄錠組織細(xì)化，氣孔和夾雜少，鑄錠表面光滑，無(wú)裂紋，徹底解決了真空熔煉和錠模鑄造成本昂貴和難以規(guī)模化生產(chǎn)等問(wèn)題。
以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作了進(jìn)一步說(shuō)明，給出的例子僅是應(yīng)用范例，不能理解為對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的一種限制。
權(quán)利要求
1.非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，包括爐體、爐蓋、坩堝、塞棒、結(jié)晶器，爐體帶有加熱裝置，給熔煉過(guò)程提供能量，爐體內(nèi)部設(shè)有坩堝，易氧化金屬及合金在坩堝中進(jìn)行熔煉，爐蓋帶有一個(gè)進(jìn)氣口、一個(gè)觀察窗和一個(gè)加料口、并配有冷卻機(jī)構(gòu)，爐體的爐膛底部設(shè)置有下澆口，其特征在于坩堝底部配有底碗，底碗上部有澆口并與一根豎直方向的塞棒相接觸，塞棒的底部與引錠頭相連，引錠頭對(duì)塞棒的上下位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，阻止或限制熔煉過(guò)程中金屬熔體下流；底碗的下方與結(jié)晶器相連，結(jié)晶器與爐體底板的冷卻機(jī)構(gòu)相固定，結(jié)晶器內(nèi)配有石墨內(nèi)套，石墨內(nèi)套的上部嵌入底碗中并與底碗內(nèi)壁緊密配合，石墨內(nèi)套下部與結(jié)晶器緊密配合；結(jié)晶器中帶有冷卻水槽，以便在鑄造過(guò)程中快速降低鑄錠溫度；引錠頭上設(shè)有燕尾槽，澆鑄時(shí)熔體凝固在燕尾槽中起到牽引作用，引錠頭與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)引錠頭上下運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，其特征在于底碗與坩堝之間采用超高溫修補(bǔ)劑粘結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，其特征在于塞棒的底部通過(guò)燕尾槽與引錠頭相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，其特征在于所述底碗的材質(zhì)為石墨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，其特征在于所述坩堝、塞棒和下澆口的材質(zhì)為石墨或氧化鋯或氧化鎂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，其特征在于所述爐蓋和爐體底板的冷卻機(jī)構(gòu)均為水冷機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，其特征在于所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為螺旋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括平臺(tái)、絲桿、導(dǎo)杠和底座，導(dǎo)杠連接固定在底座上，引錠頭固定在平臺(tái)上，絲桿帶動(dòng)平臺(tái)上下移動(dòng)，導(dǎo)杠引導(dǎo)平臺(tái)上下移動(dòng)并控制垂直度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非真空熔煉鑄造易氧化金屬及合金的設(shè)備，爐體帶有加熱裝置，爐體內(nèi)部設(shè)有坩堝，爐蓋帶有進(jìn)氣口和加料口、并配有冷卻機(jī)構(gòu)，爐膛底部設(shè)有下澆口，坩堝底部配有底碗，底碗上的澆口與一根豎直方向的塞棒相接觸，塞棒的底部與引錠頭相連，引錠頭對(duì)塞棒的上下位置進(jìn)行調(diào)節(jié)；底碗的下方與結(jié)晶器相連，結(jié)晶器與爐體底板的冷卻機(jī)構(gòu)相固定，結(jié)晶器內(nèi)配有石墨內(nèi)套；結(jié)晶器中帶有冷卻水槽，以便在鑄造過(guò)程中快速降低鑄錠溫度；引錠頭上設(shè)有燕尾槽，澆鑄時(shí)熔體凝固在燕尾槽中起到牽引作用，引錠頭與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連。該設(shè)備的整個(gè)熔煉與鑄造過(guò)程在保護(hù)氣體下進(jìn)行，燒損率低，脫氧脫氫效果好，易于實(shí)行大規(guī)模連續(xù)化作業(yè)，鑄錠質(zhì)量明顯提高。
文檔編號(hào)C22C1/02GK1923409SQ20061009632
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者慕思國(guó), 向朝建, 郭富安, 張躍杰, 曹興民, 楊春秀, 湯玉瓊 申請(qǐng)人:蘇州有色金屬加工研究院