本发明公开了一种可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,包括中空的熔化炉,熔化炉内设置有中空的炉腔,炉腔的侧壁上设置有加料口,炉腔内设置有螺杆,螺杆的一端伸出炉腔外,炉腔下端内连接有与其相连通的结晶器,结晶器的侧壁上自下而上依次设置有出水口和进水口,结晶器用于冷却金属铸坯,结晶器的下方还设置有牵拉金属铸坯的牵引机,本发明还提供一种金属铸坯的连续制造方法,利用本装置和方法解决了现有技术中存在的金属铸坯疏松、成分不均匀和晶粒粗大、质量差的问题。
1.一种可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,其特征在于,包括中空的熔化炉(1),所述熔化炉(1)内设置有中空的炉腔(5),所述炉腔(5)的侧壁上设置有加料口(6),所述炉腔(5)内设置有螺杆(2),所述螺杆(2)的一端伸出炉腔(5)外,所述炉腔(5)下端连接有与其相连通的结晶器(3),所述结晶器(3)的侧壁上自下而上依次设置有出水口(11)和进水口(10),所述结晶器(3)用于冷却金属铸坯(9),所述结晶器(3)的下方还设置有牵拉金属铸坯(9)的牵引机(4)。
2.根据权利要求1所述的可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,其特征在于,所述熔化炉(1)的底面上且对应炉腔(5)的位置处设置有密封垫(7),所述结晶器(3)通过密封垫(7)固定于熔化炉(1)上。
3.根据权利要求1所述的可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,其特征在于,所述炉腔(5)和螺杆(2)由氧化铝陶瓷制成。
4.一种金属铸坯的连续制造方法,其特征在于,采用可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,具体按照以下步骤实施:步骤1、将可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置启动,将炉腔(5)内的温度加热,启动螺杆(2)进行旋转,并打开结晶器(3)的冷却水;步骤2、将金属原料持续加入可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置中;步骤3、调整螺杆(2)的转速,并结晶器(3)的冷却水量开始铸造,金属原料在炉腔(5)中形成金属熔体(8),金属熔体(8)经过结晶器(3)冷却形成金属铸坯(9);步骤4、启动连续牵引机,将金属铸坯(9)牵出。
5.根据权利要求4所述的金属铸坯的连续制造方法,其特征在于,所述步骤1中炉腔的温度加热至金属液相线以上50-200°C;炉腔(5)呈立式、卧式或者斜式设置。
6.根据权利要求4所述的金属铸坯的连续制造方法,其特征在于,所述金属原料为熔融液体或者固体颗粒。
7.根据权利要求4所述的金属铸坯的连续制造方法,其特征在于,所述所述步骤3中螺杆(2)的旋转方向为反螺旋角方向,转速为10-500转/分钟。
8.根据权利要求4所述的金属铸坯的连续制造方法,其特征在于,所述步骤4中的连续牵引机的牵引方式为拉-停-拉式或者拉-停-反推-拉式,牵引速度为10mm/min-200mm/min。技术领域
本发明属于金属铸坯技术领域,具体涉及一种可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,本发明还涉及一种金属铸坯的连续制造方法。
背景技术
金属的加工成型往往首先需要将金属熔化后制成铸锭,再对铸锭进行轧制、挤压、拉伸等塑性成型。铸锭质量的好坏对金属的成型性能,以及成型后金属材的性能起着非常关键的作用,如成分均匀性、致密度、晶粒大小、表面质量等。现有的金属铸锭生产方法有立式连续(或半连续)铸锭、水平连续铸锭、上引连续铸锭、连续铸轧等等,均为常压铸锭。绝大多数金属从熔体凝固成铸锭,体积减小的程度较大,在凝固过程中在晶粒中容易形成疏松。另一方面,金属熔体中往往能溶解较大比例的气体(如氢),当凝固时随溶解度下降将会释放出来,在铸锭中形成气泡。显然,这两种缺陷将减小铸锭的致密度,降低铸锭质量。在实际生产中,为了提高铸锭的致密度,往往适当增加铸造时的液面高度,通过熔体自身静压力达到一定的增压效果。然而,这种压力是有限的,一般不超过0.05MPa,铸锭仍然存在疏松等缺陷。再者,金属在凝固过程中根据温度梯度的情况,晶体呈柱状晶或枝晶生长,凝固后的晶粒往往较为粗大,且容易发生成分不均匀的现象,这在合金的凝固当中特别明显。铸锭存在成分不均匀和晶粒粗大的缺陷,这会影响材料的加工和使用性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,解决了现有技术中存在的金属铸坯疏松、成分不均匀和晶粒粗大、质量差的问题。本发明的另一目的是提供一种金属铸坯的连续制造方法。本发明所采用的第一技术方案是,一种可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,包括中空的熔化炉,熔化炉内设置有中空的炉腔,炉腔的侧壁上设置有加料口,炉腔内设置有螺杆,螺杆的一端伸出炉腔外,炉腔下端连接有与其相连通的结晶器,结晶器的侧壁上自下而上依次设置有出水口和进水口,结晶器用于冷却金属铸坯,结晶器的下方还设置有牵拉金属铸坯的牵引机。本发明的特点还在于,熔化炉的底面上且对应炉腔的位置处设置有密封垫,结晶器通过密封垫固定于熔化炉上。炉腔和螺杆由氧化铝陶瓷制成。本发明所采用的第二技术方案是,一种金属铸坯的连续制造方法,采用可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,具体按照以下步骤实施:步骤1、将可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置启动,将炉腔内的温度加热,启动螺杆进行旋转,并打开结晶器的冷却水;步骤2、将金属原料持续加入可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置中;步骤3、调整螺杆的转速,并结晶器的冷却水量开始铸造,金属原料在炉腔中形成金属熔体,金属熔体经过结晶器冷却形成金属铸坯;步骤4、启动连续牵引机,将金属铸坯牵出。本发明的特点还在于,步骤1中炉腔的温度加热至金属液相线以上50-200°C;炉腔呈立式、卧式或者斜式设置。金属原料为熔融液体或者固体颗粒。步骤3中螺杆的旋转方向为反螺旋角方向,转速为10-500转/分钟。步骤4中的连续牵引机的牵引方式为拉-停-拉式或者拉-停-反推-拉式,牵引速度为10mm/min-200mm/min。本发明的有益效果是:本发明装置中,螺杆可在不进行移动的情况下为熔体提供推力,并在螺杆的末端推力达到稳定的最大值,螺杆转速越大,提供的压力也越大,最大可达1MPa,从而实现压力铸造,有效提金属铸坯的致密度,达到或接近金属密度的理论值。同时,旋转的螺杆还给熔体提供旋转力,从而在结晶时不断打断先形核生长的晶体,实现晶粒细化,在相同铸造条件下,晶粒度可细化半个至一个数量级。压力铸造通过提高金属铸坯的致密度以及晶粒细化程度,有效改善铸坯的韧性,利用该装置制造的金属铸坯的延伸率可提高2%-8%。随着牵引的不断进行,原料不断加入,该装置可实现高品质金属铸坯的连续制备。通过改变结晶的结构和形状,利用该装置可生产不同规格的金属杆坯、板坯和管坯。
附图说明
图1是本发明可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置的结构示意图。图中,1.熔化炉,2.螺杆,3.结晶器,4.牵引机,5.炉腔,6.加料口,7.密封垫,8.金属熔体,9.金属铸坯,10.进水口,11.出水口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明提供一种可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,包括中空的熔化炉1,熔化炉1内设置有中空的炉腔5,炉腔5的侧壁上设置有加料口6,炉腔5内设置有螺杆2,螺杆2的一端伸出炉腔5外,炉腔5下端内连接有与其相连通的结晶器3,结晶器3的侧壁上自下而上依次设置有出水口11和进水口10,结晶器3用于冷却金属铸坯9,结晶器3的下方还设置有牵拉金属铸坯9的牵引机4。熔化炉1的底面上且对应炉腔5的位置处设置有密封垫7,结晶器3通过密封垫7固定于熔化炉1上。本发明本提供一种金属铸坯的连续制造方法,采用可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置,具体按照以下步骤实施:步骤1、将可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置启动,将炉腔5内的温度加热,启动螺杆2进行旋转,并打开结晶器3的冷却水;步骤2、将金属原料持续加入可提供压力铸造的金属铸坯连续制造装置中;步骤3、调整螺杆2的转速,并结晶器3的冷却水量开始铸造,在炉腔5中形成金属熔体8,金属熔体8经过结晶器3冷却形成金属铸坯9;步骤4、启动连续牵引机,将金属铸坯牵出。步骤1中炉腔的温度加热至金属液相线以上50-400°C,温度过低时熔体粘度大,同时影响新料添加时的熔化速度;温度过高则影响铸造稳定性,同时浪费能耗;炉腔5呈立式、卧式或者斜式设置。金属原料为熔融液体或者固体颗粒。步骤3中螺杆2的旋转方向为反螺旋角方向,转速为10-500转/分钟,转速过小时,提供的压力有限,不能满足压力铸造的要求;转速过大时,结晶处液面不稳,造成铸造的不稳定。步骤4中的连续牵引机的牵引方式为拉-停-拉式或者拉-停-反推-拉式,牵引速度为20mm/min-200mm/min,过慢容易拉断,过快容易拉漏或拉出空心锭。实施例1一种Φ16mm铜杆坯的连续制造方法,首先启动熔化炉1,将炉腔6加热至1200°C,将螺杆2启动并调速至20r/min,将结晶器3的进水口10和出水口11打开,使冷却水开始流动,将成分为99.99%的纯铜颗粒从加料口6中缓慢加入,加入的纯铜颗粒料快速熔化并在螺杆的作用下向结晶器方向推进,当物料添加至螺杆的四分之三左右位置时,启动牵引机4,以40mm/min的速度对纯铜杆坯9进行牵引,同时将螺杆2的转速提高至100r/min,调节结晶器3中进水口10的大小,使牵引过程顺利。适时从加料口6中补充纯铜颗粒料,实现高品质纯铜杆坯的连续生产。以该法生产的铜杆坯,表面光洁,致密度达到8.9g/cm³,平均晶粒度为1mm,导电率101%IACS,延伸率达到42%。实施例2一种Φ8mm铝合金杆坯的连续制造方法,首先启动熔化炉1,将炉腔6加热至800°C,将螺杆2启动并调速至10r/min,将结晶器3的进水口10和出水口11打开,使冷却水开始流动,将牌号为3003的铝合金熔体从加料口6中缓慢加入,加入的铝合金熔体在螺杆的作用下向结晶器方向推进,当物料添加至螺杆的四分之三左右位置时,启动牵引机4,以200mm/min的速度对铝合金杆坯9进行牵引,同时将螺杆2的转速提高至500r/min,调节结晶器3中进水口10的大小,使牵引过程顺利。适时从加料口6中补充3003铝合金熔体,实现高品质LY21铝合金杆坯的连续生产。以该法生产的3003铝合金杆坯的致密度达到2.71g/cm³,延伸率达到26%。实施例3一种Φ60×3mm黄铜管坯的连续制造方法,首先启动熔化炉1,将炉腔6加热至1050°C,将螺杆2启动并调速至20r/min,将结晶器3的进水口10和出水口11打开,使冷却水开始流动,将牌号为H65的黄铜颗粒从加料口6中缓慢加入,加入的黄铜颗粒料快速熔化并在螺杆的作用下向结晶器方向推进,当物料添加至螺杆的四分之三左右位置时启动牵引机4,以20mm/min的速度对纯铜杆坯9进行牵引,同时将螺杆2的转速提高至100r/min,调节结晶器3中进水口10的大小,使牵引过程顺利。适时从加料口6中补充黄铜颗粒料,实现高品质黄铜管坯的连续生产。该黄铜管坯晶粒度达到2mm,延伸率达35%,大大优于传统水平连续铸造水平。