專利名稱：鋁鋰合金熔鑄設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進的易氧化合金保護氣氛熔鑄設(shè)備及其方法，特別是適用于鋁鋰合金熔鑄設(shè)備與方法。
鋁鋰合金比重輕，在鋁中每加入1%的鋰，合金材料比重則降低3%彈性模量提高6%，現(xiàn)在鋁鋰合金一般含鋰2～3%，若在鋁中加入1%的鋰比普通鋁合金可減輕10%以上，是種極有前途的宇航結(jié)構(gòu)材料。由于鋰是種貴金屬，化學(xué)性能非常活潑，極易氧化燒損浪費，在熔鑄狀態(tài)下的鋁鋰合金極易與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會侵蝕爐壁，污染合金，這便使得合金的化學(xué)成分很難控制，而且在半連續(xù)鑄造中合金液若遇水會發(fā)生爆炸，因此易氧化合金的熔鑄必須采用特種設(shè)備及方法才行。
目前國際上只有為數(shù)不多的幾家掌握鋁鋰合金熔鑄技術(shù)，而且技術(shù)是嚴格保密的，現(xiàn)在有關(guān)資料報導(dǎo)中有①真空感應(yīng)熔煉，這種技術(shù)設(shè)備投資量大，不適用于工業(yè)生產(chǎn)和實現(xiàn)半連續(xù)鑄造，只適合實驗室中研究用。②熔劑保護熔煉，是采用適當(dāng)?shù)柠}類或其混合物熔化后置浮在鋁合金液的表面起保護作用，但易混入合金熔液中形成熔劑夾渣，造成合金缺陷。熔劑一般為氯化物或氟化物，其揮發(fā)物會嚴重污染環(huán)境。對人體有害。而且燒損量也大，③惰性氣體保護a、在一密閉的罩子內(nèi)設(shè)有一個熔鋁爐與一個熔鋰爐，罩內(nèi)通上氣體氦，將分別熔化的鋰和鋁按一定比例均勻混合注入錠模。這種方法占地面積大，操作不方便，不能實現(xiàn)半連續(xù)鑄造。b、兩個坩鍋分別熔化鋁與鋰，將其熔液分別通過管道按一定比例均勻混合進入澆鑄裝置中，全部過程都是采用計算機控制自動化，適于大規(guī)模生產(chǎn)，這種技術(shù)難度大投資量太大，一般實施困難不適于實驗室研究用或小批生產(chǎn)用。另外熔煉合金時存在對爐壁及接觸件侵蝕問題，澆鑄時使用一下鐵質(zhì)器皿、便使合金含鐵量達到0.9%～2.3%之多！有份資料建議使用坩鍋。另外有一份是使用成本高，工藝復(fù)雜的耐火材料與粘結(jié)劑，本發(fā)明的目的在于避免上述不足之處，而設(shè)制了一種能在鐵質(zhì)坩鍋中進行鋁鋰合金熔鑄的設(shè)備，用不污染合金不腐蝕工具的熔鑄方法進行連續(xù)熔鑄。
本發(fā)明以如下方式完成的首先設(shè)制一臺有熔煉系統(tǒng)與澆鑄系統(tǒng)的設(shè)備，熔煉系統(tǒng)由爐體(1)，普通鐵質(zhì)坩鍋(2)，通入惰性氣體管道(3)，帶有加料口的坩鍋蓋(4)，加料蓋(5)組成，管道(3)是在坩鍋蓋(4)上，坩鍋(2)下部側(cè)面開有澆口。澆鑄系統(tǒng)由流槽護護罩(6)，外防護罩(7)，流槽(8)，惰性氣體通道(9)，陶瓷過濾網(wǎng)(10)，啟閉澆口塞子(11)，觀察窗(12)，查看鑄造結(jié)晶孔(13)，操作孔(14)，進水冷卻管(15)，合金結(jié)晶器(16)，鑄造機(17)等組成。爐體(1)與鑄造機(17)也可以使用現(xiàn)成品。另外為了熔鑄不污染合金也不腐蝕工具，采用分部惰性氣體保護和兩步精煉法，以及有色金屬及其合金熔鑄用防護涂料。
以下結(jié)合本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖作進一步詳細說明參照

圖1，進行熔鑄工作時，首先將鐵質(zhì)坩鍋(2)及所使用的工具表面涂抹防護涂料，該涂料由氧化鎂等配制而成，具有附著力強，均勻致密，易于清理等特點，它既能保護工具不被侵蝕，又保障合金不被污染、組織結(jié)構(gòu)成分達到優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其次是在坩鍋(2)中加入鋁料，不用加蓋，按常規(guī)鋁合金熔煉工藝在大氣下熔煉，然后再用C2Cl6進行精煉，除去大部分氣體和夾渣后蓋上坩鍋蓋(4)與加料蓋(5)后，從管道(3)通入干燥氬氣，由于空氣比重輕于氬氣，故而便被排趕至上方到大氣中去。再打開加料蓋(5)加入鋰進行精煉，而后除去加鋰時帶入的氣體和雜質(zhì)，因坩鍋蓋(4)開口小，所以短時間打開不會造成嚴重氧化，氬的消耗量也不會多，這就解決了熔煉操作與防止氧化的矛盾，而且在加料蓋(5)蓋口尺寸不變情況下，可以根據(jù)需要增大坩鍋的容積，但不會影響惰性氣體耗損量與保護效果。外防護罩(7)將保證澆鑄在密封容器中進行，澆鑄時由通道(9)進入氬氣，然后打開塞子(11)，液態(tài)合金經(jīng)流槽(8)，穿過過濾網(wǎng)(10)到結(jié)晶器(6)，最后到鑄造機(17)中，這種鑄造形式避免了需要坩鍋(2)傾斜而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，澆口至坩鍋(2)底部有一定距離，這又可使比重較大的雜質(zhì)，沉積在坩鍋(2)的底部，避免隨金屬液流出造成合金缺陷，確保了冶金質(zhì)量。防護罩(6)為便于拆裝而設(shè)制成兩部分連接結(jié)構(gòu)形式。
經(jīng)過使用驗證鋁鋰合金的熔鑄設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉只有真空冶煉爐的1/5～1/6，操作方便，采用兩步精煉法有效地減少了鋰的燒損，加之良好的防護措施使鋰的燒損率降至3%以下，熔煉與澆鑄部分使用氬氣保護，使合金熔鑄過程中時處于惰性氣體保護氣氛中進行，防止熔煉金屬氧化并節(jié)約惰性氣體用量，30kg鋁鋰合金錠熔鑄消耗氬氣1/3～1/2瓶，而制造出來的鋁鋰合金質(zhì)量完全達到世界先進水平。
權(quán)利要求
1.一種鋁鋰合金熔鑄設(shè)備及方法，其特征在于a、設(shè)備是爐體(1)，坩鍋(2)，管道(3)，坩鍋蓋(4)，加料蓋(5)組成熔鑄系統(tǒng)，和由流槽防護罩(6)，外防護罩(7)，流槽(8)，管道(9)，濾網(wǎng)(10)，塞子(11)，觀察窗(12)，觀察鑄造結(jié)晶孔(13)，操作孔(14)，進水冷卻管(15)，結(jié)晶器(16)，鑄造機(17)組成澆鑄系統(tǒng)，b、在同一坩鍋(2)中使用兩步精煉法進行熔煉，熔煉與澆鑄分部通惰性氣體適時保護的方法，c、熔鑄中使用的器皿工具表面均涂抹有色金屬及其合金熔鑄用的防護涂料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鑄設(shè)備及方法，其特征在于坩鍋(2)加料蓋(5)中間開有下料口，口徑尺寸不變，容積可依需要加大，下部側(cè)面開有一澆口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鑄設(shè)備及方法，其特征在于坩鍋蓋(4)上設(shè)有通惰性氣體的管道(3)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種易氧化合金保護氣氫熔鑄及方法，采用了熔煉系統(tǒng)與熔煉系統(tǒng)分別用惰性氣體保護方式，使用在同一坩堝中完成兩步精煉法，可進行半連續(xù)鑄造，適合實驗室研究用或批生產(chǎn)用。研制成一種含氧化鎂防護涂料，涂抹在合金熔鑄過程中所接觸的器皿工具表面上，使合金不被污染，器皿工具不被腐蝕，打開熔鑄易氧化合金使用鋼鐵材料器皿的新的一頁。
文檔編號C22C1/03GK1036521SQ8910058
公開日1989年10月25日 申請日期1989年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月16日
發(fā)明者強俊, 朱德云, 吳一雷, 劉曉東, 劉伯操, 張宇, 潘明祥 申請人:航空航天工業(yè)部第621研究所