專利名稱:復(fù)合物理場(chǎng)約束成形連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于冶金鑄造技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種鑄造鑄鐵空心型材的裝 置，具體涉及一種復(fù)合物理場(chǎng)約束成形連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材的裝置。
技術(shù)背景
水平連續(xù)鑄造生產(chǎn)鑄鐵實(shí)心型材，因其具有節(jié)能節(jié)材和清潔環(huán)保生產(chǎn)的 特點(diǎn)近年來取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。而對(duì)于鑄鐵空心型材，采用傳統(tǒng)的"下拉法"， 進(jìn)行生產(chǎn)，該方法中所用裝置的結(jié)晶器由內(nèi)、外兩層組成，并在兩層之間形 成環(huán)縫，鐵水注入該環(huán)縫中冷凝出管子，由拉拔機(jī)構(gòu)從下方拉出，得到鑄管。 但這種鑄管存在很多鑄造缺陷，不能作為"型材"使用，只能用于上下水管道。 目前主要利用離心裝置生產(chǎn)鑄鐵空心型材，但該裝置鑄造的鑄鐵空心型材存 在尺寸和成分均勻性的局限，同時(shí)型材管壁心部疏松。
專利《低塑性金屬空心型材的連鑄成形裝置》(申請(qǐng)?zhí)?007100118928.2， 公開號(hào)CN101134231A，
公開日2008.03.05)公開的一種連鑄成形裝置，很 好地解決了傳統(tǒng)的離心裝置生產(chǎn)空心型材所存在的問題，但該裝置在連續(xù)鑄 造過程中，鑄管心部的液柱表面因散熱結(jié)殼，導(dǎo)致有時(shí)會(huì)拉出實(shí)心型材，同 時(shí)澆注杯內(nèi)的鐵水因熱量散失而凝固，影響連續(xù)鑄造的順利進(jìn)行。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種復(fù)合物理場(chǎng)約束成形連續(xù)鑄造鑄鐵空心 型材的裝置，在連續(xù)拉拔鑄造鑄鐵空心型材過程中，鑄管心部液柱表面不會(huì)因散熱結(jié)殼導(dǎo)致拉出實(shí)心型材，同時(shí)，保持澆注杯內(nèi)鐵水的高溫，使其不發(fā) 生凝固，保證連續(xù)鑄造的順利進(jìn)行。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是， 一種復(fù)合物理場(chǎng)約束成形連續(xù)鑄造鑄 鐵空心型材的裝置，包括感應(yīng)保溫爐、密封爐蓋、感應(yīng)保溫爐內(nèi)放置的坩堝， 還包括穿過密封爐蓋插入坩堝內(nèi)的進(jìn)/排氣管、熱電偶、升液管和澆注管，升 液管的上端面豎直對(duì)接有結(jié)晶器，澆注管的上端面豎直對(duì)接有澆注杯，結(jié)晶 器的外圓周環(huán)繞設(shè)置有磁場(chǎng)發(fā)生器。
本實(shí)用新型的特征還在于，
磁場(chǎng)發(fā)生器與結(jié)晶器的同軸度小于0.5mm。 結(jié)晶器采用奧氏體不銹鋼制成，并在焊接加工后進(jìn)行退火處理。 磁場(chǎng)發(fā)生器下端面與結(jié)晶器下法蘭盤之間的距離為磁場(chǎng)發(fā)生器總高度 的1/4 1/3。
澆注杯的側(cè)壁中環(huán)繞設(shè)置有槽，該槽內(nèi)安裝有碳硅棒加熱器。 本實(shí)用新型裝置在水冷結(jié)晶器的外圍設(shè)置能夠產(chǎn)生螺旋磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā) 生器，使進(jìn)入結(jié)晶器的鐵水在螺旋磁場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，保證了鑄管心部 液柱表面不因散熱結(jié)殼，而拉出實(shí)心型材，同時(shí)，在燒注杯的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置碳 硅棒加熱器，可使?jié)沧⒈瓋?nèi)保持高溫，防止鐵水凝固，保證了拉拔連續(xù)鑄造 的順利進(jìn)行。


圖1是現(xiàn)有拉拔連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，l.感應(yīng)保溫爐，2.坩堝，3.澆注管，4.密封爐蓋，5.澆注杯，6.碳 硅棒加熱器，7.進(jìn)/排氣管，8.熱電偶，9.牽引輥，IO.空心型材，ll.磁場(chǎng)發(fā)生器，12.壓緊螺釘，13.結(jié)晶器，14.升液管，15.鐵水。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。 現(xiàn)有拉拔連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材裝置的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。包括感應(yīng)保 溫爐1、密封爐蓋4、機(jī)械牽引機(jī)構(gòu)和氣壓控制系統(tǒng)。感應(yīng)保溫爐1內(nèi)放置 有塒堝2，密封爐蓋4上加工有兩粗兩細(xì)四個(gè)孔，該兩細(xì)孔內(nèi)分別插入進(jìn)/ 排氣管7和熱電偶8，插入處作高溫密封；該兩粗孔帶有臺(tái)階，并分別豎直 插入用冶金工業(yè)水口材料制成的升液管14和澆注管3，升液管14和澆注管 3相平行，升液管14和澆注管3頂端的法蘭盤坐在粗孔的臺(tái)階上，并用高溫 耐火膠泥密封，升液管14和澆注管3的下端距坩堝2的底面50mm左右。 升液管14的法蘭上豎直對(duì)接有結(jié)晶器13，并用高溫耐火膠泥密封；澆注管 3的法蘭面上豎直對(duì)接有澆注杯5，也用高溫耐火膠泥密封。結(jié)晶器13和澆 注杯5均壓緊在密封爐蓋4上。密封爐蓋4坐在坩堝2上沿，用高溫耐火膠 泥密封，且用壓緊螺釘12固定在感應(yīng)保溫爐1的臺(tái)面上。這樣當(dāng)鐵水15澆 入坩堝2后，密封爐蓋4、坩堝2和鐵水15的液面共同構(gòu)成一個(gè)密閉室，當(dāng) 壓縮空氣進(jìn)入該密閉室后，迫使鐵水15液面下降，鐵水15從升液管14升 入結(jié)晶器13。
現(xiàn)有裝置在拉拔連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材的過程中，鐵水15進(jìn)入結(jié)晶器 13后，在結(jié)晶器13中石墨套的內(nèi)壁上凝固結(jié)殼，形成鑄管的最外層，在鐵 水15進(jìn)一步凝固的情況下，鑄管最外層中包裹的鐵水15液柱的表面因散熱 發(fā)生結(jié)殼，形成實(shí)心，導(dǎo)致拉拔出的不是空心型材。同時(shí)，澆注杯5內(nèi)的高 溫鐵水因熱量散失而凝固，影響拉拔鑄造的順利進(jìn)行。
本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。在現(xiàn)有拉拔連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材裝置的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。在澆注杯5的側(cè)壁中環(huán)繞設(shè)置有凹槽，該 凹槽內(nèi)安裝有碳硅棒加熱器6。結(jié)晶器13的外圍設(shè)置有環(huán)形的磁場(chǎng)發(fā)生器 11，結(jié)晶器13設(shè)置于磁場(chǎng)發(fā)生器11內(nèi)，磁場(chǎng)發(fā)生器11與結(jié)晶器13的同軸 度小于0.5mm。磁場(chǎng)發(fā)生器11下端面與結(jié)晶器13下法蘭盤之間的距離為磁 場(chǎng)發(fā)生器11總高度的1/4 1/3。
磁場(chǎng)發(fā)生器11能夠產(chǎn)生螺旋磁場(chǎng)。由于結(jié)晶器13設(shè)置于磁場(chǎng)發(fā)生器11 內(nèi)，為了解決磁屏蔽問題，結(jié)晶器11中的水冷套及其附件均采用奧氏體不 銹鋼制成，并在焊接加工后進(jìn)行退火處理，以保證奧氏體的順磁性特征。已 經(jīng)冷凝的溫度在IOO(TC左右的管殼，其金相組織仍然是奧氏體組織，具有順 磁性，而水冷套采用順磁性材質(zhì)，這樣，螺旋磁場(chǎng)就可以穿透水冷套作用于 鐵水15，使其旋轉(zhuǎn)。
磁場(chǎng)發(fā)生器11下端與結(jié)晶器13的下法蘭盤之間的距離使進(jìn)入結(jié)晶器13 石墨套內(nèi)的鐵水液柱的下部(約占液柱總長(zhǎng)度的1/4到1/3)不受磁場(chǎng)影響， 進(jìn)而導(dǎo)致鐵水15可以較快地在石墨套的內(nèi)壁結(jié)晶冷凝出一層薄殼。
只需將石墨套的內(nèi)孔加工成不同形狀，即可拉制矩形、多邊形或橢圓形 等等截面的空心型材。
澆注杯5環(huán)形外壁里面埋入碳硅棒加熱器6，可以補(bǔ)償鐵水15熱量的散 失，保證澆注杯5中鐵水15的高溫狀態(tài)，以防其凝固。
本實(shí)用新型裝置在連續(xù)鑄造空心型材10的過程中，鐵水15在壓縮空氣 作用下從升液管14底部進(jìn)入結(jié)晶器13，進(jìn)入結(jié)晶器13的鐵水15， 一方面 在磁場(chǎng)發(fā)生器11產(chǎn)生的螺旋磁場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，另一方面在結(jié)晶器B 石墨套的內(nèi)壁上冷凝結(jié)殼并逐漸增厚。螺旋磁場(chǎng)引致的鐵水15旋轉(zhuǎn)保證了 鐵水15在石墨套內(nèi)壁上結(jié)殼厚度的均勻一致，也保證了鑄管心部液柱表面不會(huì)因散熱結(jié)殼而導(dǎo)致拉出實(shí)心型材。
本實(shí)用新型裝置由磁場(chǎng)發(fā)生器11產(chǎn)生的螺旋磁場(chǎng)、結(jié)晶器13的冷卻作 用和鐵水15的重力共同構(gòu)成復(fù)合物理場(chǎng)，并通過該復(fù)合物理場(chǎng)作用于鐵水 15制備空心型材10，其優(yōu)勢(shì)在于首先，由于結(jié)晶器13中通入冷卻水，使 得鐵水15的冷卻速度很快，液柱心部的液體又可對(duì)冷凝結(jié)殼引起的體積收 縮進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充，故所拉制的空心型材10極其致密；其次，從升液管14底 部進(jìn)入結(jié)晶器13的鐵水15，沒有氣體和輕質(zhì)的浮渣裹挾進(jìn)來，故鑄造成的 空心型材10的內(nèi)部無夾渣、氣孔和疏松等缺陷；第三，螺旋磁場(chǎng)對(duì)凝固組 織有強(qiáng)烈的細(xì)化作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了空心型材10的強(qiáng)韌性。
本實(shí)用新型裝置采用氣壓補(bǔ)償法來維持結(jié)晶器13內(nèi)鐵水15液面高度的 恒定。通過氣壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)的氣壓補(bǔ)償。在連鑄過程中隨著鐵水15 的消耗，結(jié)晶器13中鐵水15的液面就會(huì)降低，此時(shí)，氣壓控制系統(tǒng)執(zhí)行進(jìn) 氣指令，將壓縮空氣通過進(jìn)/排氣管7通入坩堝2內(nèi)，壓縮空氣壓迫坩堝2 內(nèi)鐵水15的液面下降，維持結(jié)晶器13內(nèi)的鐵水15的液面始終位于與結(jié)晶 器13上法蘭盤相平的高度。結(jié)晶器13中的鐵水15液面的高度也是澆注杯5 中鐵水15液面的高度，只需目測(cè)即可確定。
運(yùn)用本實(shí)用新型裝置拉制空心型材10，按下述步驟進(jìn)行
1、 在感應(yīng)爐坩堝2內(nèi)預(yù)先放置少許生鐵；
2、 坩堝2的口沿抹一層耐火膠泥，壓上密封爐蓋4，用壓緊螺釘12壓緊。
3、 密封爐蓋4上兩個(gè)臺(tái)階孔的臺(tái)階上抹一層耐火膠泥，分別插入升液 管14和澆注管3，并坐于孔的臺(tái)階上，升液管14的法蘭上端面抹耐火膠泥， 將預(yù)先套好結(jié)晶器13對(duì)接其上，并壓緊固定在密封爐蓋4上。澆注管3法蘭上端面抹耐火膠泥，將澆注杯5對(duì)接其上，也壓緊固定于密封爐蓋4上。
4、 將進(jìn)/排氣管7和熱電偶8分別插入密封爐蓋4的兩個(gè)細(xì)孔，用耐火 棉塞緊密封，并分別與氣壓控制柜和溫控儀連接。
5、 啟動(dòng)感應(yīng)保溫爐l，加熱預(yù)先放置的生鐵對(duì)爐膛進(jìn)行烘烤，當(dāng)從澆注 杯5看到澆注管3下半截溫度達(dá)800°C以上時(shí)，停止加熱，再次將壓緊螺釘 12緊固一次，確保密封爐蓋4密封。
6、 牽引機(jī)構(gòu)夾持引錠桿下降，使引錠桿帶有倒錐形引晶頭的下端插入 結(jié)晶器13的l/3深處。
7、 根據(jù)所拉型材尺寸計(jì)算澆入鐵水15的重量，將溫度、成分合適并經(jīng) 過孕育處理的鐵水15從澆注杯5澆入坩堝2內(nèi)。氣壓控制系統(tǒng)進(jìn)氣，待澆 注杯5中的液面升至與結(jié)晶器13上沿相當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，停止加壓進(jìn)氣。
8、 通過引錠桿上的觀察槽窗并結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，待鐵水15在引錠桿引晶 頭的倒錐上凝固了 10mm以上厚度，啟動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)進(jìn)行拉拔。隨后恢復(fù)進(jìn)氣 過程，調(diào)整進(jìn)氣流量，讓澆注杯5中鐵水15液面保持恒定高度。根據(jù)空心 型材10剛出結(jié)晶器13后的溫度顏色，及時(shí)調(diào)整拉拔速度、步長(zhǎng)和間歇時(shí)間， 待穩(wěn)定后切換到自動(dòng)控制系統(tǒng)。
9、 根據(jù)熱電偶檢測(cè)的溫度調(diào)整感應(yīng)加熱功率，使感應(yīng)保溫爐1內(nèi)鐵水 15的溫度保持在共晶凝固點(diǎn)以上5(TC左右。
10、 根據(jù)所拉型材重量、爐膛尺寸和澆入鐵水量測(cè)算，待爐膛內(nèi)鐵水15 液面接近升液管14下端時(shí)，向澆注杯5中澆入第二包鐵水15，同時(shí)停止進(jìn) 氣，開動(dòng)電氣比例閥放氣，放氣流量同樣以保證澆口杯中液面恒定為準(zhǔn)。
11、 通過電壓調(diào)節(jié)碳硅棒加熱器6的功率，使其正好維持澆注杯5中所 盛鐵水15處在初始溫度(用紅外測(cè)溫儀測(cè)試)。12、 牽引機(jī)構(gòu)將所拉的空心型材10持續(xù)不斷地送至其上方的截K/卸料 機(jī)構(gòu)。
13、 拉拔結(jié)束后，卸走結(jié)晶器13和澆注杯5，拔出熱電偶8和進(jìn)/排氣 管7氣管，松開壓緊螺絲12，吊走密封爐蓋4，傾倒出坩堝2內(nèi)的剩余鐵水 15。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合物理場(chǎng)約束成形連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材的裝置，包括感應(yīng)保溫爐(1)、密封爐蓋(4)、感應(yīng)保溫爐(1)內(nèi)放置的坩堝(2)，還包括穿過密封爐蓋(4)插入坩堝(2)內(nèi)的進(jìn)/排氣管(7)、熱電偶(8)、升液管(14)和澆注管(3)，升液管(14)的上端面豎直對(duì)接有結(jié)晶器(13)，澆注管(3)的上端面豎直對(duì)接有澆注杯(5)，其特征在于，所述結(jié)晶器(13)的外圓周環(huán)繞設(shè)置有磁場(chǎng)發(fā)生器(11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材的裝置，其特征在于， 所述的磁場(chǎng)發(fā)生器(11)與結(jié)晶器(13)的同軸度小于0.5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求
l所述的連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材的裝置，其特征在于， 所述的結(jié)晶器(13)采用奧氏體不銹鋼制成，并在焊接加工后進(jìn)行退火處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材的裝置，其特征在于， 所述的磁場(chǎng)發(fā)生器(11)的下端面與結(jié)晶器(13)下法蘭盤之間的距離為磁 場(chǎng)發(fā)生器(11)總高度的1/4 1/3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求
l、 2、 3或4所述的連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材的裝置，其 特征在于，所述澆注杯(5)的側(cè)壁中環(huán)繞設(shè)置有槽，該槽內(nèi)安裝有碳硅棒 加熱器(6)。
專利摘要
本實(shí)用新型公開了一種復(fù)合物理場(chǎng)約束成形連續(xù)鑄造鑄鐵空心型材的裝置，包括感應(yīng)保溫爐、密封爐蓋、感應(yīng)保溫爐內(nèi)放置的坩堝，還包括穿過密封爐蓋插入坩堝內(nèi)的進(jìn)/排氣管、熱電偶、升液管和澆注管，升液管的上端面豎直對(duì)接有結(jié)晶器，澆注管上端面豎直對(duì)接有澆注杯，結(jié)晶器的外圓周環(huán)繞設(shè)置有磁場(chǎng)發(fā)生器，結(jié)晶器采用奧氏體不銹鋼制成，并在焊接加工后進(jìn)行退火處理。本實(shí)用新型裝置使結(jié)晶器中的鐵水在溫度場(chǎng)、螺旋磁場(chǎng)和重力場(chǎng)的復(fù)合作用下冷凝結(jié)殼，保證了鑄管心部液柱表面不因散熱結(jié)殼，而拉出實(shí)心型材，并使?jié)沧⒈瓋?nèi)保持高溫，防止鐵水凝固，保證了拉拔連續(xù)鑄造的順利進(jìn)行。
文檔編號(hào)B22D11/14GKCN201371225SQ200920032006
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年2月25日
發(fā)明者揚(yáng) 許 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan