高性能镁合金型坯连铸生产线制造技术

高性能镁合金型坯连铸生产线，涉及真空镁合金冶金技术领域和材料制备技术领域，用于全程真空保护生产高强变形镁合金型坯材料。设备配置２台立式熔化炉用于熔炼镁中间合金或工作合金，熔化炉在空间上为二部分，密闭熔化室和密闭炉体，炉体压力低于熔化室而形成真空屏障，组成双真空保护熔炼；熔化炉炉盖上方放置加料仓，仓门的启闭与仓内压力转换相配合，根除热炉加料时镁的氧化与燃烧；１台保温均化炉位于熔化炉中间，混合来自熔化炉的液体，配制达到目标成分的镁合金，而后静止保温；在过桥上设置孕育剂、变质剂随流加入机构，有效的增加核心和防止衰退；结晶过程磁力搅拌，牵引机压紧力与牵引速度实时控制。本设备结构紧凑，生产安全且无污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及真空镁合金冶金
和材料制备
，具体是一种高强变形镁合金型坯连铸生产的一体化成套设备。
技术介绍
在汽车摩托车等领域中使用高强度高延展性镁合金锻件已经受到广泛的重视，面对大批大量的镁合金锻件的型坯材料的需求，希望镁合金的熔化、液态改性、凝固中细化和连续铸造等过程一体化的先进技术。但由于镁的蒸气压高，导致镁合金熔化中易燃易爆易氧化的问题特别突出，因此镁合金熔体的保护一直受到人们高度的重视。 为解决镁合金的熔化问题，人们研究和发展了一系列新的技术措施，包括在熔池表面覆盖熔剂的保护技术、隔绝氧气的气体保护技术及加入合金材料到镁合金液体中形成致密氧化膜的界面技术等，有效的保护了镁熔体，但很多是以牺牲环境为代价。真空保护是合金材料冶金中最合理的技术措施，目前真空在镁合金熔炼实际应用中，只是一种置换空气的手段，而非真正真空冶金。 水平连续铸造在钢坯料和铝合金坯料中得到广泛的应用，近年来出现镁合金水平 连铸机和特种合金真空连铸的专利报告，中国专利CN1317383，CN1943911，CN101462156A。 CN1317383是传统的可实施的连铸方案，CN1943911则是同一单位的新版本，将熔化与 连铸集成在一起，系统简单化，潜流技术有效防止镁合金在铸造过程的氧化和燃烧问题， CN101462156A是真空冶炼特种合金的连铸方案。在以上专利报告中没有表明，热炉加料如 何防止镁合金氧化和燃烧；停炉后残余镁合金处置措施；如何解决单台熔化炉的熔炼作业 与连铸作业在时间上的冲突。
技术实现思路
本专利技术目的是开发一种生产高强变形镁合金型坯材料的连续铸造生产线，保证镁 合金材料熔化、配制及连续铸造生产全过程安全且无污染。 本专利技术另一 目的是最少的能源消耗获得最大生产效率。 技术方案及实施方式 为以上目的采取如下措施，即全程采用真空保护，包括热炉中原材料加入、镁合金 材料的熔化与配制、保温均化炉的缓冲保证熔化作业与连铸作业在时间上同步、液态材料 改性的孕育与变质、结晶过程中冷却与搅拌细化等各个环节，在无外界干扰的密闭环境下 工作，达到了全过程无污染的设计目标。另外，本专利技术用原材料不是指传统铸造用中间合 金和工作合金，而是尽量选用最低端的基本材料，如纯镁、少量和微量辅加纯金属或合金材 料，降低能源消耗，减少造成污染的各环节。 本专利技术的特征在于，①加料仓(图1-1)，原材料进入熔化炉的过渡空间，避开残存 镁合金熔体的热坩埚在加料时与大气直接相通，另外还完成脱水、去油、除浮尘及预热操作 任务。加料仓设置有3道密封门和加料小车，进仓门(图2-1. l)，出仓门(图2-1.2)，金属液取样或窥视门(图2-1. 3)，加料小车(图2-1. 4) 。 l\、Pl分别表示加料仓外的室温与大气 压力；T2、P2分别表示加料仓内的温度与压力；T3、P3分别表示熔化坩埚内的温度与压力。p2 水、油、除浮尘的蒸发压(通常l 100Pa，视外观污染)；P3镁合金的不蒸发压(5 80KPa， 视材料成分)。T3坩埚内温度，大于当前熔制的中间合金熔点，不小于纯镁的熔点。加料小 车在两个工位交替工作，即进料位和出料位。原材料进仓初始状况为，加料小车运动到进 料位，出仓门、窥视门、进仓门关闭，真空度^ = P3。加料操作过程为，释放真空P2 = Pp开 启进仓门，装入原材料到加料小车，关闭进仓门，建立真空度P2，保持P2，完成表面蒸发水、 油和除浮尘作业，建立真空度P2 = P3，开启出仓门，保持到T2，加料小车运动到出料位，加料 完毕，加料小车返回进料位，关闭出仓门，完成一个循环。金属液取样或窥视门，作窥视用时 不用操作，取样时用取样机构代替加料小车，其操作与加料相仿。②熔化炉(图1-2)，本发 明设备中配置2台立式感应熔化炉，分别用来熔化不同熔点的中间合金或工作合金；由感 应加热电源(图1-2. 1)、夹层坩埚(图l-2.2)、陶瓷隔热圈(图1-2.3)、水冷坩埚盖(图 1-2. 4)及密闭炉壳(图1-2. 5)组成。炉壳包括炉身和炉底，炉身顶部开口，开口尺寸小于夹 层坩埚法兰，炉身和炉底按照法兰标准密封，炉壳用无磁性不锈钢制造。夹层坩埚的法兰采 用了水冷，法兰上放置陶瓷隔热圈，法兰_陶瓷圈_炉壳之间采用端面密封标准密封，由此 炉壳内表面/陶瓷隔热圈外表面/夹层坩埚外表面组成密闭炉体，密闭炉体内放置有产生 热源的感应圈和屏蔽磁场的轭铁以及绝缘保温隔热用的筑炉材料。在密闭炉体的剩余空间 建立压力，要求低于夹层坩埚内的压力，组成真空屏障，增加了熔炼过程的安全性；另外，工 作在真空条件下的密闭炉体，可使夹层坩埚外表面的辐射热损失减少，节约了能量。感应加 热电源原理为三相(交)-单相(交)串联谐振，既可加热又可搅拌。夹层坩埚，内层为低碳 锅体，外层为无磁性的耐高温钢，中间抽真空。陶瓷隔热圈，设置在坩埚体与坩埚盖之间，减 少夹层坩埚体热传导损失，减轻坩埚盖的热负荷。水冷坩埚盖与炉壳开口处的外表面密封， 由水冷坩埚盖内表面/陶瓷隔热圈内表面/夹层坩埚内表面组成镁合金材料的熔炼空间。 水冷坩埚盖内表面为弧形顶，减少夹层坩埚和熔体热辐射损失；水冷安排在密封介质附近， 解决坩埚盖持久密封问题。密闭炉体内的压力小于P3，一方面减少夹层坩埚径向辐射，另一 方面组成真空屏障减少镁合金溶液的氧化与蒸发。夹层坩埚与感应圈之间采用纳米隔热材 料填充，热面温度800。C时导热系数为0.038W/(m.k)，可节能30-50%以上。③导流管(图 l-3)，将熔化炉中的金属液体导入到保温炉中，差压输送原理。包括金属液入口和金属液出 口，入口在熔化炉侧，深入到镁合金熔体中，出口在保温炉侧上方。在导流管两端建立压差， a p = y a h S卩p4-p3 = y (h3_h4)，金属液体就流动。式中为p3熔化坩埚内的压力，h4液 体出口高度，在实际生产中不会改变；P4保温炉内压力，是差压控制量；h3金属液面的高度， 随液体流出逐渐降低，是变化量；y镁合金比重，当材料成分和温度确定后是个常量。改写 上式得P4 = Y h3+C，可通过两种方式来控制导流。等速法，随金属液面的高度h3降低p4压 力减少；恒压法，指的是恒定压力P4，该压力与h3的最小值对应。恒压法控制简单，等速法 液体流动平稳。④保温均化炉(图1-4)，由金属液引入口、监视与操作口 (图1-4. 1)、金属 液导出口 (图1-4. 2)和电磁搅拌与保温装置(图1-4. 3)组成。自带独立的感应加热源， 保温坩埚与加热器之间采用纳米隔热材料填充，提高能源的利用率，在真空保护下完成均 化与保温，做到安全无污染。构造形式是，保温均化炉卧式放置在2台熔化炉轴对称面上， 保温均化炉的轴线与水平面3。倾角。保温均化炉任务是将来自2台熔化炉金属液混合配制到目标成分，经保温静置，通过过桥导出到结晶器，操作口用来取样分析和添加待补充的 合金材料。金属液引入口为导流管出口，在建立"压力后将熔化炉金属熔体引入保温均化 炉中；电磁搅拌与保温装置混合2个熔化炉的镁中间合金或工作合金，完成温度和成分均 匀化。保温均化炉采用双电磁搅拌，构成形式是将2个感应搅拌线圈分别设置在保温坩埚 前后部，保温坩埚的中部设有水冷装置，有本文档来自技高网...

【技术保护点】
高性能镁合金型坯连铸生产线，包括①加料仓（图１－１），②熔化炉（图１－２），③导流管（图１－３），④保温均化炉（图１－４），⑤过桥（图１－５），⑥结晶器（图１－６），⑦牵引机（图１－７）。其特征在于：２台立式感应加热熔化炉，用于熔炼镁中间合金，或熔炼镁的工作合金，每台熔化炉顶部炉盖上方放置有加料仓，加料仓门的启闭与仓内压力变换相配合，原材料装入热炉时没有了镁氧化燃烧，１台卧式保温均化炉，放置在２台熔化炉中间，三者的垂直中心面对齐，熔化炉中的液体通过导流管进入保温均化炉，保温均化炉出液口、过桥、结晶器及牵引对辊轴水平中心共线，保温均化炉出液口与过桥焊接连接，保温均化炉外壳与结晶器、过桥与结晶器采用可拆卸的机械连接，镁原材料进入本设备后全程真空保护。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王仁辉，
申请(专利权)人：王仁辉，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]