專利名稱：電渣熔鑄小型導(dǎo)葉用鋁合金結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄造用模具，特別是涉及一種電渣熔鑄導(dǎo)葉用的鋁合金結(jié)晶器及其制備與使用方法。
背景技術(shù)：
電渣熔鑄是集金屬精煉與鑄造成型于一身的特殊鑄造方法，采用電渣熔鑄方法可以生產(chǎn)組織致密、尺寸精度高、非金屬夾雜物少的優(yōu)質(zhì)鑄件。
結(jié)晶器是電渣爐的重要部件，它一方面起著熔化、精煉的熔煉室作用；另一方面又起著鑄件模形成鑄件的作用。
電渣熔鑄用結(jié)晶器(相當(dāng)于普通鑄造的砂型)通常采用鋼制或銅-鋼制結(jié)構(gòu)，但均存在不同程度的缺點(diǎn)。鋼制結(jié)晶器中鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)小，造成鑄件成型質(zhì)量很差；在熔鑄過(guò)程中如果循環(huán)水冷卻強(qiáng)度不夠，就會(huì)出現(xiàn)鑄件與結(jié)晶器熔合(俗稱“粘箱”)、造成結(jié)晶器變形漏渣、漏水等情況，進(jìn)而造成廢品；另外鋼制結(jié)晶器使用壽命較短，通常不超過(guò)10爐次。在銅-鋼制結(jié)晶器中，全部?jī)?nèi)腔采用銅板，外腔及其余部位采用鋼板，能夠避免鋼制結(jié)晶器的導(dǎo)熱系數(shù)小之缺點(diǎn)，鑄件成型質(zhì)量較好，使用壽命長(zhǎng)。但是，銅-鋼制結(jié)晶器的最大缺點(diǎn)是銅鋼之間的焊接性很差，沒(méi)有很好的熔合區(qū)，因此銅-鋼結(jié)晶器的制造與維修都比較困難，而且成本也很高。另外，以上兩種傳統(tǒng)結(jié)晶器均采用的是結(jié)構(gòu)焊接成型方式，對(duì)于橫截面變化較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件只能采用簡(jiǎn)化型線的辦法，使加工余量增大，降低了金屬利用率，增加成本。因此傳統(tǒng)結(jié)晶器適合于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鑄件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種采用鑄-焊方式制造的鋁合金結(jié)晶器，用于生產(chǎn)小型導(dǎo)葉鑄件，不僅較好地解決了導(dǎo)葉生產(chǎn)操作和維修困難、使用壽命短等問(wèn)題，而且可用于生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸要求高的導(dǎo)葉。
采用的技術(shù)方案是電渣熔鑄小型導(dǎo)葉用鋁合金結(jié)晶器，包括制造方法的確定、材料的選擇以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1、制造方法的確定鑒于導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、型線準(zhǔn)確度要求高，本發(fā)明采用鑄-焊結(jié)構(gòu)。既結(jié)晶器用于成型的內(nèi)腔型板(含加強(qiáng)筋、上法蘭、下法蘭)采用鋁合金鑄造方式制造，可確保型線尺寸準(zhǔn)確；結(jié)晶器用于密封的外腔型板(含拉筋、水管)采用冷彎焊接或鑄造方法制造均可；內(nèi)腔型板與外腔型板采用焊接方式結(jié)合。
2、材料的選擇結(jié)晶器的本體結(jié)構(gòu)全部采用鋁合金材料制成。如果內(nèi)腔型板與外腔型板全部采用鑄造方式，需選擇鑄造性能好的鋁合金材料，例如合金牌號(hào)ZL101、ZL114A等鋁合金。如果外腔型板采用冷彎焊接方法，可選擇冷彎性能與焊接性能好的鋁合金型材LF21，同時(shí)需與內(nèi)腔型材料具有良好的可焊性。
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與使用方法鋁結(jié)晶器的本體結(jié)構(gòu)包括內(nèi)腔型板、外腔型板、加強(qiáng)筋、上法蘭、下法蘭、拉筋等。其中，加強(qiáng)筋和拉筋分別起到加固內(nèi)腔型板和外腔型板的作用。
內(nèi)腔型板、加強(qiáng)筋、上法蘭、下法蘭采用鑄造方法鑄成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)；外腔型板、拉筋采用冷彎焊接或鑄造方法均可，并且外腔型板的下部設(shè)有進(jìn)水管，上部設(shè)有出水管；為了適應(yīng)2個(gè)以上結(jié)晶器的組合使用需要，在結(jié)晶器上法蘭的端面加設(shè)一個(gè)8-10mm厚附加鋼板，通過(guò)多個(gè)螺栓結(jié)晶器上法蘭固定連接在一起。在法蘭的端面設(shè)置附加鋼板，可增加使用過(guò)程中耐磨損與抗沖擊能力。此外，用于組裝結(jié)晶器的定位裝置也可焊接在附加鋼板上。
經(jīng)過(guò)傳熱學(xué)與力學(xué)計(jì)算，上述內(nèi)腔型板厚度為10-25mm、外腔型板厚度為8-15mm，內(nèi)腔型板與外腔型板之間的水冷縫隙為15-25mm。
為了消除熔鑄過(guò)程產(chǎn)生的熱應(yīng)力，增加使用壽命，需定期對(duì)鋁合金結(jié)晶器進(jìn)行退火處理和固溶處理。
本發(fā)明采用的鋁合金材料，各項(xiàng)性能指標(biāo)介于銅和鋼之間，具備鑄造性較好、焊接性較好、價(jià)格較低、易加工等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)結(jié)晶器的缺點(diǎn)，較好地解決了導(dǎo)葉鑄件的結(jié)晶器制造與維修、生產(chǎn)操作、使用壽命等關(guān)鍵問(wèn)題。特別是本發(fā)明采用了鑄造成型的方法制造鋁結(jié)晶器內(nèi)腔型板，對(duì)確保鑄件的尺寸精度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本起到了關(guān)鍵作用。


圖1是本發(fā)明的電渣熔鑄小型導(dǎo)葉用鋁合金結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是電渣熔鑄導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是鋁結(jié)晶器的鑄造結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4-圖9分別是圖3的A-A、F-F、C-C、B-B、D-D、E-E視圖。
具體實(shí)施例方式
電渣熔鑄小型導(dǎo)葉用鋁合金結(jié)晶器，包括內(nèi)腔型板4、外腔型板6、加強(qiáng)筋7、拉筋8、上法蘭1和下法蘭10、進(jìn)水管9和出水管5、附加鋼板3。
內(nèi)腔型板、加強(qiáng)筋、上法蘭、下法蘭采用鑄造方法鑄成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)；外腔型板、拉筋、進(jìn)出水管采用冷彎焊接或鑄造方法制成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。內(nèi)腔型板(含加強(qiáng)筋、上法蘭、下法蘭)與外腔型板(含拉筋、水管)整體焊合后，形成結(jié)晶器本體。附加鋼板3通過(guò)螺栓2與上法蘭1固定連接在一起。其中內(nèi)腔型板厚10～15mm，加強(qiáng)筋厚10～15mm，上法蘭、下法蘭厚20mm、外腔型板厚8～12mm、拉筋厚8～12mm、進(jìn)水管和出水管厚3～5mm，附加鋼板厚8～10mm。
電渣熔鑄小型導(dǎo)葉用鋁合金結(jié)晶器的制備方法首先根據(jù)熔鑄產(chǎn)品的條件參數(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工藝，經(jīng)過(guò)傳熱學(xué)與力學(xué)計(jì)算，確定出結(jié)晶器的內(nèi)、外型板厚度及水縫寬度，進(jìn)而確定結(jié)晶器的幾何結(jié)構(gòu)；采用鑄造方法制造結(jié)晶器的內(nèi)腔型板(含加強(qiáng)筋、上法蘭、下法蘭)，采用冷彎焊接或鑄造方法制造外腔型板(含拉筋、水管)；采用焊接方法將內(nèi)腔型板與外腔型板焊接一體，并且在上法蘭端面通過(guò)螺栓連接方式安裝附加鋼板；最后對(duì)制作完的鋁結(jié)晶器進(jìn)行耐壓密封檢驗(yàn)，合格后可進(jìn)行熔鑄生產(chǎn)。
具體包括1、材質(zhì)確定內(nèi)腔型板、外腔型板、加強(qiáng)筋、拉筋、上法蘭和下法蘭、進(jìn)水管和出水管均由鋁合金材料制成。如合金牌號(hào)ZL101、ZL114A等鋁合金。附加鋼板3采用A3鋼板制成。
2、根據(jù)傳熱學(xué)計(jì)算，水縫寬度為15～25mm，以確保結(jié)晶器的水冷均勻性良好。
3、為了增加使用過(guò)程中耐磨損與抗沖擊能力，在結(jié)晶器上法蘭的端面加設(shè)一個(gè)8～10mm厚附加鋼板，通過(guò)多個(gè)螺栓與結(jié)晶器上法蘭固定連接在一起。同時(shí)，組裝結(jié)晶器用的定位裝置也可焊接在附加鋼板上。
4、鋁結(jié)晶器各部幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，例如把易出現(xiàn)應(yīng)力損傷的部位都設(shè)計(jì)成圓角過(guò)渡，在內(nèi)腔型板背面鑄出幾條加強(qiáng)筋來(lái)增加鋁結(jié)晶器的抗變形能力，加強(qiáng)筋的高度和寬度由砂型鑄造通用公式計(jì)算高10mm，寬6mm，沿結(jié)晶器瓣體易變形位置均布即可。
5、結(jié)晶器的制造內(nèi)腔型板、加強(qiáng)筋、上法蘭、下法蘭是通過(guò)鑄造方法，鑄造成一整體結(jié)構(gòu)。本次制作的結(jié)晶器，由于結(jié)構(gòu)型線相對(duì)簡(jiǎn)單，故外腔型板、拉筋、進(jìn)出水管采用冷彎焊接方法制成一整體結(jié)構(gòu)(對(duì)于結(jié)構(gòu)型線復(fù)雜的導(dǎo)葉，也可考慮鑄造方法)。將上述二個(gè)整體結(jié)構(gòu)焊合后，形成結(jié)晶器本體。附加鋼板通過(guò)螺栓與上法蘭固定連接在一起。
6、由于鑄造鋁合金的強(qiáng)度及熱疲勞強(qiáng)度均較低，在電渣熔鑄導(dǎo)葉環(huán)境中易造成應(yīng)力損傷。為此在鋁結(jié)晶器熔鑄過(guò)程中應(yīng)根據(jù)鋁結(jié)晶器的大小牌號(hào)對(duì)其進(jìn)行必要的熱處理以消除熔鑄過(guò)程產(chǎn)生的熱應(yīng)力。本次制作的鋁合金結(jié)晶器在熔鑄2爐后進(jìn)行一次300℃，5小時(shí)的退火處理，熔鑄10爐后對(duì)結(jié)晶器重做一次常規(guī)固溶處理，結(jié)晶器的使用壽命超過(guò)40爐次。
權(quán)利要求
1.電渣熔鑄小型導(dǎo)葉用鋁合金結(jié)晶器，包括內(nèi)腔型板(4)、外腔型板(6)、加強(qiáng)筋(7)、拉筋(8)、上法蘭(1)、下法蘭(10)、進(jìn)水管(9)和出水管(5)，其特征在于內(nèi)腔型板(4)、加強(qiáng)筋(7)、上法蘭(1)和下法蘭(10)采用鑄造方法鑄成一整體結(jié)構(gòu)；外腔型板(6)、拉筋(8)、進(jìn)水管(9)、出水管(5)采用冷彎焊接或鑄造方法連接成一整體結(jié)構(gòu)；內(nèi)腔型板(4)、加強(qiáng)筋(7)、上法蘭(1)和下法蘭(10)與外腔型板(6)、拉筋(7)整體焊合連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電渣熔鑄小型導(dǎo)葉用鋁合金結(jié)晶器，其特征是在上法蘭(1)的上端面上設(shè)置附加鋼板(3)，附加鋼板(3)通過(guò)螺栓(2)與上法蘭(1)固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電渣熔鑄小型導(dǎo)葉用鋁合金結(jié)晶器，其特征在于所述的內(nèi)腔型板(4)、外腔型板(6)、加強(qiáng)筋(7)、拉筋(8)、上法蘭(1)、下法蘭(10)、進(jìn)水管(9)和出水管(5)均由鋁合金材料制成。
全文摘要
電渣熔鑄小型導(dǎo)葉用鋁合金結(jié)晶器，包括內(nèi)腔型板、外腔型板、加強(qiáng)筋、拉筋、上法蘭、下法蘭、進(jìn)水管和出水管，內(nèi)腔型板、加強(qiáng)筋、上法蘭和下法蘭采用鑄造方法鑄成一整體結(jié)構(gòu)；外腔型板、拉筋、進(jìn)水管、出水管采用冷彎焊接或鑄造方法連接成一整體結(jié)構(gòu)；內(nèi)腔型板、加強(qiáng)筋、上法蘭和下法蘭與外腔型板、拉筋整體焊合連接。本發(fā)明采用的鋁合金材料，各項(xiàng)性能指標(biāo)介于銅和鋼之間，具備鑄造性較好、焊接性較好、價(jià)格較低、易加工等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)結(jié)晶器的缺點(diǎn)，較好地解決了導(dǎo)葉鑄件的結(jié)晶器制造與維修、生產(chǎn)操作、使用壽命等關(guān)鍵問(wèn)題。特別是采用了鑄造成型的方法制造鋁結(jié)晶器內(nèi)腔型板，對(duì)確保鑄件的尺寸精度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本起到了關(guān)鍵作用。
文檔編號(hào)B22D23/10GK1974073SQ20061013470
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者陳瑞, 李寶東, 王洪鋒, 姜云飛, 李旭東, 張家東, 于洪若, 王安國(guó) 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)鑄造研究所