專利名稱：金屬連鑄法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬連鑄法及設(shè)備，屬于連續(xù)鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
目前，冶金業(yè)的連鑄方法根據(jù)其機型設(shè)備，一般有這幾種生產(chǎn)板坯或方坯的機型第一類1、立式連鑄機；2、立彎式連鑄機；3、孤形連鑄機；4、水平連鑄機。
這幾種機型共同的基本要素是金屬形結(jié)晶器、二冷段拉坯機、矯直機、切割機及其附加設(shè)備，其設(shè)備高大復(fù)雜，鑄坯尺寸大。經(jīng)常發(fā)生拉斷、漏鋼、拉毛等不良情況。
第二類1、輪式連鑄機；2、帶式連鑄機。這類連鑄機的基本思想是旨在鑄造近終尺寸的坯料以簡化工序，優(yōu)點是坯料尺寸?。话踩煽?，缺點是用于金屬凝固的結(jié)晶器設(shè)施還是較復(fù)雜。
生產(chǎn)管坯或圓坯的機型生產(chǎn)管坯及圓坯的機型最有代表性的是旋轉(zhuǎn)連鑄機，這種連鑄機的主要特點是；其主體部分如結(jié)晶器；二冷段各導(dǎo)輥和拉坯機的拉輥，在澆鑄過程中都與鑄坯一起繞垂直中心線旋轉(zhuǎn)，鑄坯在旋轉(zhuǎn)中下行，這種方法，其鑄坯質(zhì)量好，但設(shè)備鑄坯都處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，構(gòu)造復(fù)雜，投資費用大，維修及處理事故困難。
總之，現(xiàn)有技術(shù)的基本特征是將金屬熔液注入各種容器式的結(jié)晶器中，對容器壁進行次冷卻，使金屬液形成硬殼液芯狀態(tài)，緩慢地從另一端拉出，再由二冷段冷卻，使其全部凝固。普遍存在的缺點是設(shè)備高大復(fù)雜，拉速慢，易出現(xiàn)拉斷拉漏現(xiàn)象。
在本明的目的就是為了克服上述方法的不足而提供的一種用液態(tài)結(jié)晶器對厚料金屬液進行懸浮成形，冷凝結(jié)晶成坯料的金屬連鑄法及設(shè)備。
本發(fā)明的原理是這樣的所謂液態(tài)結(jié)晶就是用比原料金屬比重大、熔點低且不與其發(fā)生混熔，而且高溫蒸氣壓低的物質(zhì)為材料制成，在工作狀態(tài)時，控制液態(tài)結(jié)晶器的溫度在其材料的熔點以上，原料金屬熔液凝固點以下，原料金屬液被懸浮在表面，而且原料金屬被冷凝成固態(tài)而液態(tài)結(jié)晶器仍呈液態(tài)，由于液態(tài)結(jié)晶器的液相懸浮作用，坯料被輕易地拉出。制造板坯時，在自然重力場中，使用水平板坯連鑄槽；制造圓坯時，使用內(nèi)襯液態(tài)結(jié)晶器的旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機，在離心力的作用下鑄造。連鑄管坯對，使用內(nèi)襯液態(tài)結(jié)晶器的旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機，在離心力的作用下連續(xù)鑄造。根據(jù)其連鑄的金屬不同而異，可以使用的材料，如銀或鉛或銀基合金或鉛基合金等。
本發(fā)明可以連鑄鋼鐵、鋁、銅及其他有色金屬。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的；在連鑄板坯時，將金屬液注入水平板坯連鑄槽內(nèi)，在重力的作用下，厚料金屬由于比重小而被懸浮于液態(tài)結(jié)晶器上，展開成板狀，用冷卻器對液態(tài)結(jié)晶器進行冷卻，控制液態(tài)結(jié)晶器的溫度，使其在原料金屬熔液的凝固點以下，在液態(tài)結(jié)晶器物質(zhì)熔點以上，使原料金屬液冷凝結(jié)晶成固態(tài)而液結(jié)晶器仍呈液態(tài)；同時在金屬液的上表面噴氣或噴水霧加速冷卻；凝固后的板坯由牽引機勻速拉出。隨著坯料的連續(xù)拉出，澆注也在連續(xù)進行，對液態(tài)結(jié)晶器的散熱也正連續(xù)進行，因此使?jié)沧ⅰ淠龅娜咚俣瓤刂圃谝黄胶鉅顟B(tài)，就可以實行板坯的連鑄。
為了實現(xiàn)懸浮法連鑄板坯，本發(fā)明設(shè)計了一種水平板坯連鑄槽，其構(gòu)成是澆注系統(tǒng)包括1、澆注口；2、澆注道；3、鑄嘴；4、供料槽；5、攔渣板；6、溢流槽；水平液態(tài)結(jié)晶器槽包括7、槽壁；8、液態(tài)結(jié)晶器；9冷卻器；10、熱電偶溫度計；11噴氣嘴；12、拉出口。槽壁電不易被液態(tài)結(jié)晶器及原料金屬液浸蝕的耐高溫、耐浸蝕材料制成；液態(tài)結(jié)晶器盛于其中，槽內(nèi)并裝有冷卻器，在槽一端設(shè)有供料槽，鋼水包中的鋼水澆入澆注口通過澆注道，由鑄嘴進入供料槽，供料槽的上面有攔渣板，用來阻攔保護渣，使其不能進入液態(tài)結(jié)晶器。板坯的厚度通過液態(tài)結(jié)晶器的液面與溢流槽頂端的高度差來控制，過剩的金屬液回流到溢流槽返回使用。噴氣嘴用于對金屬熔液上表面噴氣或噴霧冷卻。
在連鑄管坯時，將原料金屬液注入內(nèi)襯將原料金屬注入襯液態(tài)晶體器的旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機，在40—100倍重力的離心力的作用下，液態(tài)晶器首先被離心成緊貼的離心機內(nèi)壁的液態(tài)懸浮層，連續(xù)澆注的原料金屬液同樣被離心懸浮在液態(tài)結(jié)晶器的內(nèi)表面，形成管狀，由外冷卻對液態(tài)結(jié)晶器冷卻，同時由內(nèi)冷卻器對金屬液進行噴氣或噴水霧加速冷卻，控制溫度范圍在原料金屬熔液的凝固點以下，液態(tài)結(jié)晶物質(zhì)熔點以上，使液態(tài)結(jié)晶器呈液態(tài)而原料金屬被凝固成坯料，然后由牽引機勻速拉出。控制澆住——冷凝——拉出的速度在一平衡狀態(tài)同步進行，就實現(xiàn)了管坯的連續(xù)鑄造。
實現(xiàn)懸浮連續(xù)鑄管的關(guān)鍵設(shè)備是內(nèi)襯液態(tài)結(jié)晶的旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機，其主要構(gòu)成是動力源及支承機座；旋轉(zhuǎn)機體。
動力源及支承機座，動力源可使用調(diào)速電機，使轉(zhuǎn)速在一定范圍可調(diào)；支承機座的作用是支承旋轉(zhuǎn)機體，使其可以自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)制造的管坯外徑D＜60mm時，以使用軸承支承旋轉(zhuǎn)機體為宜，在機座的兩端用軸承支承機體；當(dāng)管坯的外徑D≥60mm時，在機座的兩端分別用2～3個滾子支承旋轉(zhuǎn)機體。
旋轉(zhuǎn)機體主要由1、機殼；2、液態(tài)結(jié)晶器套；3、液態(tài)結(jié)晶器；4、擋圈；5、供料渦輪；6、鎮(zhèn)靜槽；7、擋渣圈；8、內(nèi)冷卻器；9、外冷卻器10、熱電偶溫度計構(gòu)成。其備部件的結(jié)構(gòu)及功能簡述如下；1、機殼，是旋轉(zhuǎn)機體的主體，由傳動輪、除梯筒及托圈或軸肩組成，旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機通過托圈或軸肩安裝在機座的滾子或軸承上，其他備部件裝配在機殼上，依靠動力源的驅(qū)動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動；其中階梯筒呈柵格狀結(jié)轉(zhuǎn)，以利對液態(tài)結(jié)晶器冷卻及防止機殼溫度過高。
2、液態(tài)結(jié)晶器套，是薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，裝配在機殼內(nèi)，用導(dǎo)熱性能好，高溫強度好，不被液態(tài)結(jié)晶器物質(zhì)浸害的材料制成；3、液態(tài)結(jié)晶器，就是用比原料金屬熔點低、比重大、且不與其發(fā)生混熔，而且高溫蒸氣壓低的物質(zhì)為材料制成，由于離心力的作用，它形成一個緊貼在液態(tài)結(jié)晶器套內(nèi)壁的液態(tài)浮圈，因為它比原料金屬比重大，所以金屬液被懸浮在其內(nèi)表面；另外由于液態(tài)結(jié)晶器的物質(zhì)熔點比原料金屬熔點低，控制冷卻速度，使液態(tài)結(jié)晶器的溫度在液態(tài)結(jié)晶器物質(zhì)的熔點以上，原料金屬熔液凝固點以下，這樣原料金屬液被冷凝成固態(tài)而液態(tài)結(jié)晶器仍呈液態(tài)，由于液相懸浮作用，管坯能夠相對于旋轉(zhuǎn)運動徑向靜止而不旋轉(zhuǎn)地沿軸向拉出；4、擋圈，安裝在液態(tài)結(jié)晶器的拉出端，呈薄片環(huán)狀，它的內(nèi)徑與液態(tài)結(jié)晶器的內(nèi)徑相同，其作用是控制液態(tài)結(jié)晶器的內(nèi)徑，來實現(xiàn)對管坯外徑的控制，并阻擋液態(tài)結(jié)晶器液態(tài)物質(zhì)外溢；5、供料渦輪，安裝在機殼進料端，由渦殼、溢流圈、葉片組成，與機殼一起旋轉(zhuǎn)，用高溫陶瓷，尤其是以絕熱性能好，耐金屬熔體浸蝕，價格低廉的氧化物陶瓷為佳，如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯等；供料渦輪的作用是，在供料管將原料金屬熔液注入渦殼后，由葉片輸送到鎮(zhèn)靜槽；溢流圈固定在渦殼內(nèi)，其內(nèi)徑與管坯內(nèi)徑相同，它控制管坯的內(nèi)徑，鎮(zhèn)靜槽內(nèi)過剩的金屬液，在離心力的作用下，自動地向外溢流，回到渦殼內(nèi)；6、鎮(zhèn)靜槽，在供料渦輪與液態(tài)結(jié)晶器之間，其作用是，在鎮(zhèn)靜槽內(nèi)，原料金屬液在40～100倍重力的離心力作用下，溶解的氣體及其他雜質(zhì)原來在重力場下所處的平衡狀態(tài)被破壞，因而大量逸出，鎮(zhèn)靜槽的作用就是使原料金屬液在離心力場中進一步鎮(zhèn)靜脫氣除渣；7、擋渣圈，裝在鎮(zhèn)靜槽內(nèi)，其內(nèi)徑小于溢流圈，外經(jīng)大于擋圈，作用于是阻擋鎮(zhèn)靜槽內(nèi)浮起的渣質(zhì)，使其不能進入液態(tài)結(jié)晶器的內(nèi)表面。積累到一定數(shù)量的浮渣將會從溢流圈溢流到渦殼，用撈渣勺撈出；8、內(nèi)冷卻器，在液態(tài)結(jié)晶器內(nèi)，被離心成環(huán)狀的金屬液，如果外表面先凝固而內(nèi)表面還未凝固，金屬液由于外表而用內(nèi)冷卻器對其內(nèi)壁冷卻，使其與外表面同步凝固；內(nèi)冷卻器用多排垂直于徑向的噴氣嘴，分布于略小于管坯內(nèi)徑的圓周上，導(dǎo)入不與金屬液發(fā)生反應(yīng)和被吸收的氣體或水霧進行冷卻，金屬熔液保持環(huán)狀；內(nèi)冷卻器一端固定在機殼上，參與其旋轉(zhuǎn)，也可以固定在機座上，不參與其旋轉(zhuǎn)，并用管道與外部供水系統(tǒng)連通；9、外冷卻器是一個可調(diào)流量的噴水或吹風(fēng)器，安裝在機座上，對液態(tài)結(jié)晶器套進行噴水冷卻或吹風(fēng)冷卻；10、熟電偶溫度計安裝在液態(tài)結(jié)晶器內(nèi)，由導(dǎo)線引出并在機殼上用環(huán)狀接頭及電刷與溫度表及自動控制系統(tǒng)接通。
旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機可以采用立式及水平式結(jié)構(gòu)，水平式結(jié)構(gòu)可以降低設(shè)備高度、制造成本及使運行方便。
連鑄圓坯，連鑄圓坯的方法及設(shè)備與連鑄管坯基本相似，旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機與旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心相不同之處在于1、封板，由于棒坯是實心的，將旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機中的溢流圈換成檔板；2、出渣管，安裝在封板上，用來排出內(nèi)部的浮渣；3、出渣螺桿，安裝在機座上，穿過封板中心的出渣管，在軸心位置伸進離心機內(nèi)，直至液態(tài)結(jié)晶的1/3處，在螺桿的頂端是澎大的檔渣球，是水滴狀，出渣螺桿的螺旋槽方向與離心機旋轉(zhuǎn)方向相反。由于離心力場中，金屬液原來在重力場中，金屬液、溶解氣體、渣質(zhì)形成的平衡狀態(tài)被破破而又大量析出氣體及渣質(zhì)；另外，在液態(tài)結(jié)晶器中，金屬液的溫度降低，原來的高溫平衡狀態(tài)也被破壞，氣體及渣進一步析出，在離心力作用下，被懸浮聚積在中心，在離心機旋轉(zhuǎn)的渣質(zhì)、氣體不能越過檔渣球進入液態(tài)結(jié)晶器，就沿著渣螺桿螺旋槽從出渣管自動流出來；4、去掉旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機的內(nèi)冷卻器。
也就是說，旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機的主要構(gòu)成是動力源及支承機座；旋轉(zhuǎn)機體。
動力源及支承機座，動力源可使用調(diào)速電機，使轉(zhuǎn)速在一定范圍可調(diào)；支承機座的作用是支承旋轉(zhuǎn)機體，使其可以自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)制造的圓坯外徑D≤60mm時，以使用軸承支承旋轉(zhuǎn)機體為宜，在機座的兩端用軸承支承機體；當(dāng)圓坯的徑D＞60mm時，在機座的兩端分別用2—3個滾子支承旋轉(zhuǎn)機體。
旋轉(zhuǎn)機體主要由1、機殼；2、液態(tài)結(jié)晶器套；3、液態(tài)結(jié)晶器；4、擋圈；5、供料渦輪；6、鎮(zhèn)靜槽；7、出渣管；8、出渣螺桿；9、外冷卻器；10、熱電偶溫度計構(gòu)成。
如果旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機采用立式結(jié)構(gòu)，就可以去掉供料渦、出渣螺桿，在重力的作用下直接澆注，渣浮自然上浮，這樣旋轉(zhuǎn)機體結(jié)構(gòu)簡單，但整體設(shè)備卻復(fù)雜而且高大，運行配套作業(yè)不方便。
本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比有以下優(yōu)點1、由于采用臥式結(jié)構(gòu)，設(shè)備高度很小，結(jié)構(gòu)簡單，制造及維修費用??；2、連鑄板坯時可以快速拉出，坯料表面質(zhì)量好，可以連鑄超薄坯板；3、連鑄圓坯時，在離心力的作用下，聚渣、脫氣并自動輸出，內(nèi)部無氣孔、夾渣，組織密表，表面極為光潔；4、連鑄管坯時，內(nèi)外表面光潔，離心力的作用，使其組織密實；5、由于液相懸浮作用，拉力小，不會出現(xiàn)漏液、拉斷、拉毛等不良現(xiàn)象；6、由于液相懸浮下，可以連鑄超薄超寬板坯、超大超薄管坯。
本發(fā)明給出以下附圖附

圖1是板坯連鑄工藝及水平板坯連鑄槽結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是管坯連鑄工藝及旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3是圓坯連鑄工藝及旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖結(jié)出實施例，對本發(fā)明的工作原理及設(shè)備構(gòu)成作進一步描述。
實施例110×1500mm鋼板坯的連鑄1、用鉛基合金熔液作液態(tài)結(jié)晶器(1)，其比重9.8—11.0g/cm3；熔點為200—280℃；將其加熱熔化并升溫到350—500℃，其液面高度與拉出口(7)持平；2、將鋼水包(11)中的鋼水澆入澆注口(12)從澆注道(10)由鑄嘴(4)注入供料槽(3)，然后流到液態(tài)結(jié)晶器(1)的鉛基合金熔液的表面展開成板狀；3、啟動冷卻器(6)對鉛基合熔液冷卻，使其溫度控制在350—500℃，用水作冷卻介質(zhì)；同時打開噴氣嘴(8)對金屬液上表面噴水霧加速冷凝。
4、鋼水被冷凝成坯板，在850—1000℃時拉出，將板坯夾在牽引機(A)上以2米/分的勻速拉出；5、短時過剩的鋼水從供料槽(3)溢流利溢流槽(5)返回使用；6、在供料槽(3)的鋼水表面用保護渣，防止鋼水進一步氧化，用攔渣板(2)阻攔，使其不能進入液態(tài)結(jié)晶器(1)；7、鋼水包(11)以235kg/minr的澆注速度澆注鋼水。
如附圖1所示連鑄10×1500mm鋼板坯的關(guān)鍵設(shè)備是水平板坯連鑄槽，其結(jié)構(gòu)是由澆注系統(tǒng)及水平液態(tài)結(jié)晶器槽構(gòu)成。其中，澆注系統(tǒng)包括1、澆注口(12)；2、溢注道(10)；3、鑄嘴(4)；4、供料槽(3)；5、攔渣板(2)；6、溢流槽(5)；水平液態(tài)結(jié)晶器槽包括7、槽壁(14)；8、液態(tài)結(jié)晶器(1)；9、冷卻器(6)；10、熱電偶溫度計(13)；11、噴氣嘴(8)；12、拉出口(7)，其中部件的結(jié)構(gòu)如下1、溢流槽(5)的高度與原料金屬液相持平，用來控制板坯厚度，過量的金屬液溢流到溢流槽(5)返回使用；2、鑄嘴(4)，用高溫陶瓷制成，1500×5mm呈偏形開口狀；由澆注道(10)與澆注口(12)連通；3、供料槽(3)由槽壁(14)組成，在液態(tài)結(jié)晶器(1)與溢流槽(5)之間；4、槽壁(14)，由鋼板護層(15)與氧化鋁陶瓷襯板(16)構(gòu)成；5、液態(tài)結(jié)晶器(1)用鉛基合金為材料，其熔點為200—280℃；比重9.8—11.0g/cm3，其表面積1500×600mm(板寬×拉向長度)；6、冷卻器(6)、噴氣嘴(8)；冷卻器(6)是由浸在液態(tài)結(jié)晶器(1)中的冷卻排管及外部設(shè)備構(gòu)成，冷卻排管用導(dǎo)熱性能優(yōu)良并且不被鍋基合金熔體浸害的材料制造，內(nèi)用水作冷卻價質(zhì)。噴氣嘴(8)安裝在金屬液的上方，呈細縫狀開口，與金屬液面成人5—15℃的夾角，多排列置，其冷卻介質(zhì)是水，外部與供水系統(tǒng)接通；7、熱電偶溫度計(13)在液態(tài)結(jié)晶器(1)，外部與溫度表(9)接通；8、供料槽(3)上的鋼水保護渣，由攔渣板(2)阻攔，使其不能進入液態(tài)結(jié)晶器(1)。
實施例2 φ100×5mm鋼管坯連鑄。
1、啟動旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速在950—1250轉(zhuǎn)/分；2、用鉛基合金作液態(tài)結(jié)晶器(22)，其比重在9.8—11.0g/cm3，熔點200—280℃；旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機開始工作時，加熱使其熔化并升溫到350—500℃，由于離心力的作用，液態(tài)結(jié)晶器(22)就形成了；3、用澆注管(33)將保溫鋼水包(38)中的1450℃—1550℃的鋼水注入旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機的供料渦輪(24)的渦殼(30)中，在葉片(32)的作用下供入鎮(zhèn)靜槽(25)，再進入液態(tài)結(jié)晶器(22)，這時鋼水被懸浮在鉛基合金熔液的內(nèi)表面；4、從拉出口伸進一根直徑比管坯外徑小而又比內(nèi)經(jīng)大的引拉管；然后啟動內(nèi)冷卻器(27)對管坯內(nèi)壁噴水霧冷卻，同時啟動外冷卻器(28)對液態(tài)結(jié)晶器套(21)噴水冷卻，使液態(tài)結(jié)晶器(22)的鉛基合金熔液的溫度保持在350—500℃，使鋼水連續(xù)冷凝成固態(tài)而鉛基合金熔液始終呈液態(tài)；5、待鋼水凝固，并與引拉管粘接后拉出，夾在牽引機(B)上，以5米/分的速度勻速拉出；6、保溫鋼水包(38)以29.3kg/min的澆注速度由澆注管(33)向旋轉(zhuǎn)管坯離心機澆注鋼水；7、在離心力的作用下，鎮(zhèn)靜槽(25)內(nèi)的鋼水進一步脫氣析渣，并浮至鋼水環(huán)的內(nèi)壁，被擋渣圈(26)攔住不能進入液態(tài)結(jié)晶器(22)，只能從溢流圈(31)溢流至渦殼(30)內(nèi)，定時用撈渣勺撈出；8、管坯的外徑由擋圈(23)的內(nèi)徑?jīng)Q定；內(nèi)徑內(nèi)溢流圈(31)自動控制；短時間內(nèi)過量的鋼水從溢流圈(31)溢流回渦殼(30)；不足時由渦殼(3)內(nèi)儲存的金屬液迅速自動補充。
實現(xiàn)上述方法的關(guān)鍵設(shè)備是內(nèi)襯液態(tài)結(jié)晶器的旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機，其主要構(gòu)成是動力源及支承機座；旋轉(zhuǎn)機體。
動力源及支承機座，動力源使用調(diào)速電機(17)，使轉(zhuǎn)速在一定范圍可調(diào)；機座(18)的作用是支承旋轉(zhuǎn)機體，使其可以自由旋轉(zhuǎn)。在機座(18)的兩端分別用3個呈120。分布的滾子(19)支承旋轉(zhuǎn)機體。
旋轉(zhuǎn)機體主要由1、機殼(20)；2、液態(tài)結(jié)晶器套(21)；3、液態(tài)結(jié)晶器(22)；4、擋圈(23)；5、供料渦輪(24)；6、鎮(zhèn)靜槽(25)；7、擋渣圈(26)；8、內(nèi)冷卻器(27)；9、外冷卻器(28)；10、熱電偶溫度計(29)構(gòu)成。其各部件的結(jié)構(gòu)如下1、機殼(20)，是旋轉(zhuǎn)機體的主體，由傳動輪(35)、階梯簡(36)及托圈(37)組成；旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機通過托卷(3)安裝機座(18)的滾子(19)上，其他各部件裝配在機殼(20)上，依靠調(diào)速電機(17)的驅(qū)動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動；階梯筒(36)呈柵格狀結(jié)構(gòu)，以利對液態(tài)結(jié)晶器(22)的冷卻及防止機殼(20)溫度過高；2、液態(tài)結(jié)晶器套(21)，是薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，裝配在機殼(20)內(nèi)，用導(dǎo)熱性能好，高溫強度高，不被液態(tài)結(jié)晶器物質(zhì)浸害的鉬管或鋼管制成；3、液態(tài)結(jié)晶器(22)，用鉛基合金制成，其熔點200～280℃，比重9.8～11.0g/cm3由于離心力的作用，它形成一個緊貼在液態(tài)結(jié)晶器(21)內(nèi)壁的液態(tài)懸浮圈，其內(nèi)徑與擋圈(23)內(nèi)徑相同；4、擋圈(23)，安裝在液態(tài)結(jié)晶器(22)的拉出端，呈薄片環(huán)狀，它的內(nèi)徑與液態(tài)結(jié)晶器(22)的內(nèi)徑相同，用耐高溫、耐磨的碳化鎢陶瓷制成；5、供料渦輪(24)，安裝在機殼(20)進料端，由渦殼(30)、溢流圈(31)、葉片(32)組成，與機殼(20)一起旋轉(zhuǎn)，用絕熱性能好、耐金屬熔體浸蝕、價格低廉的氧化物氧化鋯陶瓷制成；供料渦輪(24)的作用是，在澆注管(33)將原料金屬熔液注入渦殼(30)內(nèi)，其內(nèi)徑與管坯內(nèi)徑相同，它控制管坯的內(nèi)徑，鎮(zhèn)靜槽(25)內(nèi)過剩的金屬液，在離心力的作用下，自動地向外溢流回到渦殼(30)內(nèi)；6、鎮(zhèn)靜槽(25)，在供料渦輪(24)與液態(tài)結(jié)晶器(22)之間，其作用是，使原料金屬液在離心力場中進一步鎮(zhèn)靜脫氣除渣，用絕熱耐高溫的陶瓷制成；7、擋渣圈(26)，裝在鎮(zhèn)靜槽(25)內(nèi)，其內(nèi)徑小于溢流圈(31)，外徑大于擋圈(23)，作用于是阻擋鎮(zhèn)靜槽(25)內(nèi)浮起的渣質(zhì)，使其不能進入液態(tài)結(jié)晶器(22)的內(nèi)表面。積累到一定數(shù)量的浮渣將會從溢流圈(31)溢流到渦殼(30)，用撈渣勺(34)撈出；8、內(nèi)冷卻器(27)，是多排垂直于徑向的噴氣嘴，分布于略小于管坯內(nèi)徑的圓周上，噴入水霧加速冷卻，其噴出方向與離心機旋轉(zhuǎn)方向相同，同時有助于尚未凝固的金屬溶液保持環(huán)狀；內(nèi)冷卻器(27)一端固定在機座(18)上；9、外冷卻器(28)是一個可調(diào)流量噴水器，安裝在機座(18)上，對液態(tài)結(jié)晶器套(21)進行噴水冷卻；10、熱電偶溫度計(29)安裝在液態(tài)結(jié)晶器(22)內(nèi)，由導(dǎo)線引出并在機殼20)上由環(huán)狀接頭及電刷與溫度表(34)接通。
旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機采用臥式結(jié)構(gòu)，以降低設(shè)備高度、制造成本及使運行方便。
實施例3 φ80mm圓鋼坯連鑄1、啟動旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄高心機，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速在1000～1500轉(zhuǎn)/分；2、用鉛基合金熔液作液態(tài)結(jié)晶器(43)，其比重在9.8～11g/cm3，熔點200～280℃，旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機開始工作時，加熱使其熔化，并升溫到350℃～500℃，由于離心力的作用，形成液態(tài)結(jié)晶器(43)；3、用澆注管(55)將鋼水包(54)中1450°～1550℃的鋼水注入旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機的供料渦輪(45)的渦殼(46)中，在葉片(48)的作用下供入鎮(zhèn)靜槽(49)，在離心力作用下，鋼水在鎮(zhèn)靜槽(49)內(nèi)進一步脫氣析渣后再進入液態(tài)結(jié)晶器(43)。
4、從拉出口伸進一根直徑比圓坯直徑略小并帶尖端的引拉棒；然后啟動外冷卻器(54)對液態(tài)結(jié)晶器套(42)噴水冷卻，使液態(tài)結(jié)晶器(43)的鉛基合金熔溶溫度保持在350～500℃，使鋼水連續(xù)冷凝成固態(tài)而鉛基合金熔液始終呈液態(tài)；
5、待鋼水凝固并與引拉棒粘接后拉出，夾在牽引機(C)上，以2米/分的速度勺速拉出；6、保溫鋼水包(54)以79.0kg/min的澆注速勻向旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機連續(xù)注鋼水；7、在鎮(zhèn)靜槽(49)中析出的浮渣及氣體被聚積中心，由于出渣螺桿(51)頂端有一個澎大的擋圈球(57)；使浮渣不能進入液態(tài)結(jié)晶器(43)的拉出端，在出渣螺桿(51)的反向螺旋槽的作用下，自動向出渣管(50)流動，然后從出渣管(50)流出。
實施例2 φ80mm圓鋼坯連鑄。
實現(xiàn)上述方法的關(guān)鍵設(shè)備是內(nèi)襯液態(tài)結(jié)晶器的旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機，其主要構(gòu)成是動力源及支承機座；旋轉(zhuǎn)機體。
動力源及支承機座，動力源使用調(diào)速電機(58)，使轉(zhuǎn)速在一定范圍可調(diào)；機座(59)的作用是支承旋轉(zhuǎn)機體，使其可以自由旋轉(zhuǎn)。在機座(59)的兩端分別用滾子(60)支承旋轉(zhuǎn)機體。
旋轉(zhuǎn)機體主要由1、機殼(61)；2、液態(tài)結(jié)晶器套(42)；3、液態(tài)結(jié)晶器(43)；4、擋圈(44)；5、供料渦輪(45)；6、鎮(zhèn)靜槽(49)；7、出渣管(50)；8、出渣螺桿(51)；9、外冷卻器(54)；10、熱電偶溫度計(52)構(gòu)成。其各部件的結(jié)構(gòu)如下1、機殼(61)，是旋轉(zhuǎn)機體的主體，由傳轉(zhuǎn)動輪(62)、除梯筒(63)及托圈(64)組成；旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機通過托圈(64)安裝在機座(59)的滾子(60)上，其他各部件裝配在機殼(61)上，依靠調(diào)速電機(58)的驅(qū)動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動；階梯筒(63)呈柵格狀，以利對液態(tài)結(jié)晶器(43)的冷卻及防止機殼(61)溫度過高；2、液態(tài)結(jié)晶器套(42)，是薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，裝配在機殼(61)內(nèi)，用導(dǎo)熱性能好，高溫強度高，不被液態(tài)結(jié)晶器物質(zhì)浸害的鉬管制成；
3、液態(tài)結(jié)晶器(43)，用鉛基合金制成，其熔點200～280℃，比重9.8～11.0g/cm3，由于離心力的作用，它形成一個緊貼在液態(tài)結(jié)晶器套(42)內(nèi)壁的液態(tài)懸浮圈，其內(nèi)徑與擋圈(44)內(nèi)徑相同；4、擋圈(44)，安裝在液態(tài)結(jié)晶器(43)的拉出端，呈薄片環(huán)狀，它的內(nèi)徑與液態(tài)結(jié)晶器的(43)內(nèi)徑相同；5、供料渦輪(45)，安裝在機殼(61)的進料端，由渦殼(46)、封板(47)、葉片(48)組成，與機殼(61)一起旋轉(zhuǎn)；用絕熱性能好、耐金屬熔體浸蝕氧化鋯陶瓷制成；供料渦輪(45)的作用是，在澆注管(55)將原料金屬熔液注入渦殼(46)后，由葉片(48)輸送到鎮(zhèn)靜槽(49)；封板(47)固定在渦殼(46)內(nèi)；6、鎮(zhèn)靜槽(49)，在供料渦輪(45)與液態(tài)結(jié)晶器(43)之間，茯作用是使原料金屬液在離心力場中進一步鎮(zhèn)靜脫氣除渣；用絕熱耐高溫的陶瓷制成；7、出渣管(50)裝在封板(47)中心，其作用是使浮渣及氣體從中排出；8、出渣螺桿(51)，安裝在機座(59)上，穿過封板(47)中心的出渣管(50)，在軸心位置伸進旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機內(nèi)，直至液態(tài)結(jié)晶器(43)的1/3處，在出渣螺桿(51)的頂端是澎大的擋渣球(57)，呈水滴狀，出渣螺桿(51)的螺旋槽方向與旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機旋轉(zhuǎn)方向相反。
9、外冷卻器(54)是一個可調(diào)流量噴水器，安裝在機座(59)上，對液態(tài)結(jié)晶器(42)進行噴水冷卻；10、熱電偶溫度計(52)安裝在液態(tài)結(jié)晶器(43)內(nèi)，由導(dǎo)線引出并在機殼(61)上電環(huán)狀接頭及電刷與溫度表(63)接通。
旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機采用臥式結(jié)構(gòu)，以降低設(shè)備高度、制造成本及使運行方便。
由于本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的基本特征在于，提出了“液態(tài)結(jié)晶器”這一新概念，用液態(tài)結(jié)晶器進行連鑄，并不僅限于上述所描述的實施例，對于冶金連續(xù)鑄造領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，閱讀了上述描述以后，對本發(fā)明范圍內(nèi)的某些工藝及設(shè)備構(gòu)成作出改進和替換是顯而易見。因此，對本發(fā)明所作的各種改進和替換仍被視為在附加的權(quán)力要求保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬板坯連鑄法，其特征在于，將原料金屬熔液連續(xù)注入內(nèi)裝用比該金屬比重大、熔點低且不與其發(fā)生混熔，而且高溫蒸氣壓低的物料為材料制成的液態(tài)結(jié)晶器(1)的水平板坯連鑄槽內(nèi)，控制液態(tài)結(jié)晶器(1)的溫度，使其在液態(tài)結(jié)晶器(1)物質(zhì)的熔點以上、原料金屬熔液凝固點以下，原料金屬熔液在重力的作用下，被懸浮在液態(tài)結(jié)晶器(1)表面，展開成板狀，并在原料金屬熔液上面噴氣或噴霧冷卻，冷凝成固態(tài)的板坯被連續(xù)勻速拉出。
2.一種金屬板坯連鑄設(shè)備，是水平板坯連鑄槽包括澆注系統(tǒng)和水平液態(tài)結(jié)晶器槽，其特征是水平液態(tài)結(jié)晶器槽由槽壁(14)、液態(tài)結(jié)晶器(1)、冷卻器(6)、噴氣嘴(8)、拉出口(7)、熱電偶溫度計(13)組成。
3.一種管坯連鑄法，其特征在于，將原料金屬熔液連續(xù)注入內(nèi)襯用比原料金屬比重大、熔點低且不與其發(fā)生混熔，而且高溫蒸氣壓低的物質(zhì)為材料制成的液態(tài)結(jié)晶器(22)的旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機內(nèi)，在離心力的作用下，液態(tài)結(jié)晶器(22)形成一個緊貼旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機內(nèi)壁的液相懸浮層，將原料金屬熔液懸浮在其內(nèi)表面?？刂埔簯B(tài)結(jié)晶器(22)的溫度，使其在液態(tài)結(jié)晶器(22)物質(zhì)的熔點以上，原料金屬熔液凝固點以下；在同時用內(nèi)冷卻器(27)對原料金屬熔液噴氣或噴霧冷卻；原料金屬熔液凝固成管坯而液態(tài)結(jié)晶器(22)呈液態(tài)，管坯被相對于旋轉(zhuǎn)運動徑向靜止而不旋轉(zhuǎn)地沿軸向連續(xù)勻速拉出。
4.一種金屬管坯連鑄設(shè)備，是旋轉(zhuǎn)管坯連鑄離心機，主要是由(一)動力源及支承機座及(二)旋轉(zhuǎn)機體構(gòu)成，其特征是旋轉(zhuǎn)機體，由機殼(20)、液態(tài)結(jié)晶器套(21)、液態(tài)結(jié)晶器(22)、擋圈(23)、供料渦輪(24)、鎮(zhèn)靜槽(25)、擋渣圈(26)、內(nèi)冷卻器(27)、外冷卻器(28)、熱電偶溫度計(29)構(gòu)成；
5.一種金屬圓坯連鑄法，基特征在于將原料金屬熔液連續(xù)注入內(nèi)襯用比原料金屬比重大、熔點，低且不與其發(fā)生混熔，而且高溫蒸氣壓低的物質(zhì)為材料制成的液態(tài)結(jié)晶器(43)的旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機內(nèi)，在離心力的作用下，液態(tài)結(jié)晶器(43)形成一個緊帖旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機內(nèi)壁的液相懸浮層，將原料金屬熔液懸浮在其內(nèi)表面，控制液態(tài)結(jié)晶器(43)的溫度，使其在液態(tài)結(jié)晶器(43)物質(zhì)的熔點以上，原料金屬熔液凝固點以下，原料金屬熔液被冷凝成固態(tài)圓坯而液態(tài)結(jié)晶器(43)呈液態(tài)，圓坯被相對于旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)向靜止而不旋轉(zhuǎn)地沿軸向連續(xù)勻速拉出。
6.一種屬圓坯連鑄設(shè)備，是旋轉(zhuǎn)圓坯連鑄離心機，主要由(一)動力源及克承機座與(二)旋轉(zhuǎn)機體構(gòu)成，其特征是園坯連鑄設(shè)備采用水平結(jié)構(gòu)時，旋轉(zhuǎn)機體，由機殼(61)，液態(tài)結(jié)晶器套(42)，液態(tài)結(jié)晶器(43)，供料渦輪(45)，鎮(zhèn)靜槽(49)出渣管(50)，出渣螺桿(81)，外冷卻器(54)，熱電偶溫度計(52)構(gòu)成；園坯連鑄設(shè)備采用立式結(jié)構(gòu)時，旋轉(zhuǎn)機體由機殼(61)，液態(tài)結(jié)晶器套(42)，液態(tài)結(jié)晶器(43)，鎮(zhèn)靜槽(49)，外冷卻器(54)，熱電偶溫度計(52)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種金屬連鑄法及設(shè)備，其特征在于將原料金屬液注入用比該金屬比重大、熔點低且不與其發(fā)生混熔，而且高溫蒸氣壓低的物質(zhì)為材料制成的液態(tài)結(jié)晶器內(nèi)被懸浮成型、冷凝結(jié)晶成固態(tài)坯料拉出。由于液態(tài)結(jié)晶器的液相懸浮作用，能快速凝固、鑄坯表面光潔，拉坯力小而且不出現(xiàn)拉斷、裂紋現(xiàn)象。使連鑄工藝更簡單、設(shè)備投資小、產(chǎn)品質(zhì)量好，可用于生產(chǎn)板坯、管坯、圓坯。
文檔編號B22D11/01GK1124681SQ94119460
公開日1996年6月19日 申請日期1994年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月13日
發(fā)明者潘代發(fā) 申請人:潘代發(fā)