專利名稱：：一種用于輕金屬的水平直接式冷硬鑄造的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于輕金屬的水平直接式冷硬鑄造(hdc)的裝置、結(jié)晶器和停止過(guò)程，該發(fā)明特別用于鎂或鎂合金。鎂或鎂合金被鑄成錠坯或方坯后供給用戶使用。通常鑄成的錠坯的表面質(zhì)量不好。而且這也不是一種有效的生產(chǎn)方法。方坯的垂直直接式冷硬鑄造給出一種具有高表面質(zhì)量的產(chǎn)品，但是因?yàn)殍T坯的數(shù)量受限制而不能連續(xù)生產(chǎn)。因此需要一種可給出高產(chǎn)品質(zhì)量，沒(méi)有裂紋和縮孔的產(chǎn)品生產(chǎn)方法，并且該方法可以一個(gè)高的澆鑄速度連續(xù)地生產(chǎn)。水平直接式冷硬鑄造方法可滿足這些要求。該方法能夠用于多種鑄坯的連續(xù)生產(chǎn)并可使產(chǎn)品的尺寸一致?？墒牵词乖摲椒橛糜阡X和鋁合金的鑄造技術(shù)所證明，今天也沒(méi)有用于鎂錠坯的生產(chǎn)。幾年來(lái)，已做了許多嘗試，但在尋找可用的裝置，特別是結(jié)晶器的方面存在問(wèn)題。另外，當(dāng)操作如鎂的活潑金屬時(shí)，安全方面很重要，因而必須尋找一種安全的生產(chǎn)方法。英國(guó)專利No.1194224描述了一種用于鋁和鎂或它們的合金的錠坯的水平連續(xù)鑄造方法。該裝置包括一個(gè)熔融金屬熔池，該熔池利用一個(gè)不激冷結(jié)晶器的單獨(dú)的擋板(頂板)與結(jié)晶器分開(kāi)。該頂板具有一個(gè)用作通過(guò)液體金屬的通道的開(kāi)口，液體金屬通過(guò)該開(kāi)口直接進(jìn)入激冷的結(jié)晶器，在該結(jié)晶器中金屬凝固并在一個(gè)水平方向上連續(xù)地牽引。冷卻水通過(guò)通道從在結(jié)晶器壁中的一個(gè)室中排出以直接冷卻所形成的錠坯。該結(jié)晶器還具有用于為結(jié)晶器壁的內(nèi)壁表面提供潤(rùn)滑劑的通道。該裝置可用于鑄鋁，但不能用于安全生產(chǎn)具有好的表面光潔度的鎂及鎂合金。因?yàn)樵撗b置具有一個(gè)很寬的進(jìn)液口，而該進(jìn)液口對(duì)于凝固過(guò)程的控制產(chǎn)生困難。該結(jié)晶器深度太大并且在跑火的情況下該冷卻系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于獲得這樣一種用于鎂和鎂合金的水平DC-鑄造的方法和裝置，該方法和裝置能在一個(gè)高的澆鑄速度下給出高的產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于獲得一種安全的生產(chǎn)方法并且減少因熔融鎂與水的反應(yīng)而導(dǎo)致的可能發(fā)生的跑火問(wèn)題。如下面所描述的，本發(fā)明的這些和其它目的可通過(guò)該方法及該裝置來(lái)獲得。本發(fā)明涉及一種用于輕金屬的水平直接式冷硬鑄造的裝置，該發(fā)明特別用于鎂或鎂合金的鑄造。該裝置包括一個(gè)用于裝熔融金屬的中間包和一個(gè)與所述的中間包聯(lián)系的水平設(shè)置的結(jié)晶器。該結(jié)晶器具有一個(gè)結(jié)晶器壁的第一冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)以熔融金屬不與水接觸的方式使熔融金屬激冷；該結(jié)晶器還具有一個(gè)鑄造金屬的第二直接冷卻系統(tǒng)。該結(jié)晶器對(duì)于第一冷卻水和第二冷卻水具有分開(kāi)的回路。一個(gè)絕熱過(guò)渡圈安裝在該結(jié)晶器的入口。結(jié)晶器的總深度短是重要的，最好在25毫米和45毫米之間。為了獲得好的表面質(zhì)量以及避免金屬的褪色，最好該結(jié)晶器具有一個(gè)為該過(guò)渡圈提供保護(hù)性氣體的一個(gè)進(jìn)氣口。上述向著結(jié)晶器的進(jìn)液口開(kāi)口應(yīng)該不對(duì)稱地安裝在該結(jié)晶器底部附近。最好使用這樣一種裝置，在該裝置中，通過(guò)一個(gè)加熱的嵌入一個(gè)鋼套的絕熱材料進(jìn)液口將該中間包與結(jié)晶器分開(kāi)，該鋼套與熔融鎂接觸。該中間包應(yīng)該具有一個(gè)可遠(yuǎn)距離控制的排放裝置。本發(fā)明還涉及一種用于鎂和鎂合金鑄造的一個(gè)結(jié)晶器，該結(jié)晶器具有一個(gè)結(jié)晶器壁的第一冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)在以熔融金屬不與水接觸的方式使熔融金屬激冷；該結(jié)晶器還具有一個(gè)鑄造金屬的第二直接冷卻系統(tǒng)。該結(jié)晶器對(duì)于第一冷卻水和第二冷卻水必需具有分開(kāi)的回路。該結(jié)晶器具有一個(gè)由陶瓷材料形成的進(jìn)液口，該進(jìn)液口到該結(jié)晶器的開(kāi)口不對(duì)稱地位于底部附近，該結(jié)晶器裝有一個(gè)為該過(guò)渡圈提供保護(hù)性氣體的一個(gè)進(jìn)氣口。結(jié)晶器的總深度最好在25毫米和45毫米之間。本發(fā)明還包括一個(gè)用于金屬冷硬鑄造的停止程序，特別是鎂和鎂合金，該程序使用一種設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)放置在一個(gè)升降臺(tái)上的熔化爐，一個(gè)用于為與一個(gè)激冷的結(jié)晶器相聯(lián)系的中間包提供熔融金屬的加熱虹吸管。該結(jié)晶器具有分開(kāi)的第一和第二冷卻系統(tǒng)以及用于鑄造產(chǎn)品的一個(gè)牽引系統(tǒng)，其中，當(dāng)使用一個(gè)緊急按鈕時(shí)，下列步驟自動(dòng)地完成以停止該澆鑄過(guò)程a.產(chǎn)品的牽引停止。b.到該結(jié)晶器的第二冷卻水停住。c.由壓縮空氣操作的排放系統(tǒng)發(fā)生作用，中間包上的堵塞裝置移開(kāi)，金屬流進(jìn)預(yù)熱的排放容器。d.虹吸管中的閥關(guān)閉。e.該虹吸管從熔化爐移開(kāi)以停住金屬的供應(yīng)。f.該熔化爐下降。權(quán)利要求書(shū)表示本發(fā)明的特征并限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。參照附圖1-2進(jìn)一步描述本發(fā)明。圖1表示整個(gè)澆鑄系統(tǒng)的視圖。圖2表示中間包、進(jìn)液口和結(jié)晶器的部分。在圖1中，一個(gè)用于鎂或鎂合金的熔化爐1放置在一個(gè)用于升高和降低該熔化爐的升降臺(tái)2上。熔融金屬通過(guò)一個(gè)加熱的虹吸管4被輸送到一個(gè)加熱的中間包3。該虹吸管也可升高或降低。這里所用的中間包是一鋼包。該中間包3具有一個(gè)堵塞裝置5，該堵塞裝置用于一個(gè)由壓縮空氣操作的排放系統(tǒng)6。中間包內(nèi)的液面由一個(gè)激光液面調(diào)節(jié)器7控制。在該中間包的排放孔8下面放置一個(gè)排放容器。具有第一冷卻水循環(huán)系統(tǒng)11和第二冷卻水循環(huán)系統(tǒng)12的結(jié)晶器10安裝在中間包的另一側(cè)。在被一個(gè)鋸15切割成合適的坯料之前，鑄造金屬被輥13支撐并且再通過(guò)一個(gè)牽引輥裝置14。一個(gè)用于冷卻水的容器放置在該結(jié)晶器下面。萬(wàn)一跑火，鎂將流進(jìn)該用于冷卻水的容器。圖2中的標(biāo)號(hào)17表示一個(gè)鑄坯的錠頭。在圖2中更加詳細(xì)地表示了結(jié)晶器、澆口和中間包部分。結(jié)晶器如圖2所述的結(jié)晶器10是由例如象銅或鋁的由金屬制成。該結(jié)晶器具有兩個(gè)分開(kāi)的冷卻系統(tǒng)。在第一冷卻系統(tǒng)11中，冷卻水以不與鎂接觸的方式通過(guò)結(jié)晶器。第一冷卻系統(tǒng)11中的冷卻水通過(guò)該結(jié)晶器下面的容器16(圖1)。為了有效地冷卻，第二冷卻系統(tǒng)12中的冷卻水通過(guò)槽或噴嘴18噴于鎂上。該冷卻水以大約30-35℃的角度沖擊金屬。該結(jié)晶器具有一個(gè)帶有通道20的金屬護(hù)油圈19，該通道用于供給用來(lái)潤(rùn)滑結(jié)晶器的潤(rùn)滑油。標(biāo)號(hào)21表示一個(gè)由多孔絕熱耐火材料制成的過(guò)渡圈。通道22用于供給一種如SF6的保護(hù)性氣體。由于在該過(guò)渡圈后利用導(dǎo)入的保持性氣體阻止空氣的進(jìn)入，因此通過(guò)這種方式能夠得到?jīng)]有表面褪色的光滑鑄坯。在過(guò)渡圈上安裝絕熱片23。到該結(jié)晶器的進(jìn)液口24不對(duì)稱地位于靠近底部的結(jié)晶器中以避免可能引起該金屬的跑火的鑄坯上表面的熱對(duì)流。當(dāng)熔融金屬M(fèi)進(jìn)入該結(jié)晶器時(shí)，熔融金屬M(fèi)將在標(biāo)號(hào)25所示的位置凝固并且在結(jié)晶器內(nèi)具有一個(gè)薄凝固層。字母S表示固體金屬。液池(在結(jié)晶器中的熔融金屬)在結(jié)晶器內(nèi)的總液池和進(jìn)液口24的中心應(yīng)該有其最深點(diǎn)。這可通過(guò)一種近似對(duì)稱冷卻來(lái)獲得。該進(jìn)液口/進(jìn)液孔的尺寸不是關(guān)鍵的?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，為了獲得具有好的表面質(zhì)量和足夠澆鑄速度的錠坯，需要使用短的結(jié)晶器。在發(fā)現(xiàn)最佳解決方案之前，實(shí)驗(yàn)具有不同結(jié)晶器深度的數(shù)個(gè)結(jié)晶器。如圖2所示，主結(jié)晶器深度L1是凝固點(diǎn)與主要冷卻表面邊緣之間的距離?？偨Y(jié)晶器深度L2是從凝固點(diǎn)到用于第二冷卻水的沖擊點(diǎn)之間的距離。表1表示用于五種不同的結(jié)晶器的不同參數(shù)。表1<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="780">結(jié)晶器號(hào)碼結(jié)晶器尺寸(毫米)主結(jié)晶器深度，L1(毫米)結(jié)晶器總深度，L2(毫米)12345140×64140×64140×64104×81.5＝758080693526150115753828</table></tables>對(duì)于1號(hào)結(jié)晶器，第二冷卻水從距離金屬進(jìn)入結(jié)晶器并凝固的點(diǎn)大約150毫米的位置噴射沖擊錠坯。澆鑄實(shí)驗(yàn)揭示了如果總結(jié)晶器深度太大，則澆鑄速度降低。將出現(xiàn)在結(jié)晶器內(nèi)的金屬重復(fù)熔化和跑火。同樣發(fā)現(xiàn)2號(hào)和3號(hào)結(jié)晶器以獲得最佳澆鑄速度的結(jié)晶器深度太大，而4號(hào)和5號(hào)結(jié)晶器給出了好的結(jié)果。因此，結(jié)晶器以這樣一種方式設(shè)計(jì)是重要的，即，第二冷卻水噴射沖擊錠坯的點(diǎn)與凝固點(diǎn)之間的距離短。結(jié)晶器深度L2在25毫米和45毫米之間的結(jié)晶器是合適的。為了獲得這樣短的距離，用于第二冷卻水的排液口18位于一個(gè)在結(jié)晶器內(nèi)的錐形凹槽的底部。進(jìn)一步地，重要的是，距離L3＝L2－L1極短并且最好在5毫米以下。進(jìn)液口該裝置的一個(gè)關(guān)鍵部分是進(jìn)液口，其距離在中間包3的內(nèi)部與結(jié)晶器10之間。在該進(jìn)液口中必須避免金屬的熱量損失和凝固。流經(jīng)該進(jìn)液口的液體鎂的熱量是唯一的熱源，并且中間包裝置的鋼制部分容易從熔融金屬中吸取熱量。因此需要一個(gè)好的絕熱體26。然而，發(fā)現(xiàn)可保持與該材料直接接觸的合適的絕熱材料是困難的。在澆鑄短時(shí)間后，因金屬滲入纖維材料、鎂的氧化以及絕熱材料的分解而導(dǎo)致鑄造問(wèn)題。該解決方案是在將一根薄壁鋼管28嵌入絕熱材料中以防止絕熱材料與鎂之間的接觸。當(dāng)使用該鋼管時(shí)，由于該鋼管從液體金屬中吸取熱量，因此發(fā)現(xiàn)必須為進(jìn)液口設(shè)置加熱元件27。因此，能夠在進(jìn)液口中控制溫度是重要的。中間包該中間包3是由鋼制成的。它具有一個(gè)堵塞裝置5，該堵塞裝置用于一個(gè)由壓縮空氣操作的排放系統(tǒng)6。加熱元件(未表示)和絕熱材料28放置在襯套與該中間包壁之間以補(bǔ)償和防止熱量損失。該中間包在所有方向上是可調(diào)節(jié)的，以使結(jié)晶器相對(duì)固定的牽引輥容易定位。為了使準(zhǔn)備的時(shí)間減至最小，在開(kāi)始澆鑄前利用氣體對(duì)該中間包加熱。啟動(dòng)與結(jié)束程序當(dāng)操作如鎂的活潑金屬時(shí)安全是很重要的。因此該裝置在設(shè)計(jì)時(shí)也注意這方面。在該過(guò)程開(kāi)始前，錠頭17在結(jié)晶器10內(nèi)。第一冷卻水接通。熔融金屬導(dǎo)入結(jié)晶器并將在錠頭的孔中凝固。牽引錠頭并且當(dāng)外表面凝固以及達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，第二冷卻水首次接通。因此在熔融金屬和水之間沒(méi)有任何接觸。開(kāi)始時(shí)使用低的澆鑄速度(大約100毫米/分鐘)，以后逐漸增加。可能發(fā)生跑火時(shí)對(duì)金屬進(jìn)行限制也是重要的。因此該中間包具有一個(gè)用于容納熔融金屬的限制容器。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將第一冷卻水與第二冷卻水分開(kāi)是必需的，以能夠封閉與金屬接觸的第二冷卻水，而萬(wàn)一跑火，第二冷卻水還具有冷卻結(jié)晶器的可能。該鑄造設(shè)備還包括一個(gè)緊急按鈕和示警系統(tǒng)。這是用于控制該鑄造過(guò)程的停止程序或在一個(gè)極限位置時(shí)發(fā)生作用。該緊急按鈕以正確的順序迅速地起作用，該金屬的所有動(dòng)力停止，第二冷卻水停住。第一冷卻水繼續(xù)流動(dòng)并通過(guò)管道從結(jié)晶器流到該盛裝冷卻水的容器。因此沒(méi)有與鎂接觸，而結(jié)晶器仍然被冷卻。由壓縮空氣操作的排放系統(tǒng)6發(fā)生作用，中間包上的堵塞裝置移開(kāi)，金屬流進(jìn)預(yù)熱的排放容器。虹吸管中的閥關(guān)閉，該虹吸管從熔化爐移開(kāi)以停住金屬的供應(yīng)，該爐下降。純鎂及鎂合金(AZ91)錠坯的水平DC-鑄造通過(guò)使用不同的結(jié)晶器完成。結(jié)晶器的類(lèi)型和澆鑄條件在下面的表2中給出。表2</tables>從該表可看出最短的結(jié)晶器給出最高的澆鑄速度，并能夠以安全的方式生產(chǎn)好的表面光潔度的錠坯。在最短的結(jié)晶器中的錠坯與在其它中的相比也具有更好的表面質(zhì)量。權(quán)利要求1.本發(fā)明涉及一種用于輕金屬的水平直接式冷硬鑄造的裝置，特別用于鎂或鎂合金的鑄造。該裝置包括，一個(gè)用于裝熔融金屬的中間包(3)和一個(gè)與所述的中間包聯(lián)系的水平設(shè)置的結(jié)晶器(10)，所述的結(jié)晶器具有一個(gè)結(jié)晶器壁的第一冷卻系統(tǒng)，所述的第一冷卻系統(tǒng)以熔融金屬不與水接觸的方式使熔融金屬激冷；該結(jié)晶器還具有一個(gè)鑄造金屬的第二直接冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述的結(jié)晶器(10)對(duì)于第一冷卻水(11)和第二冷卻水(12)具有分開(kāi)的回路。2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的結(jié)晶器的總深度(L2)在25毫米和45毫米之間。3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的結(jié)晶器(10)具有一個(gè)安裝在所述的結(jié)晶器入口的絕熱過(guò)渡圈(21)。4.如權(quán)利要求1和3所述的裝置，其特征在于，所述的結(jié)晶器(10)具有一個(gè)為所述的過(guò)渡圈(21)提供保護(hù)性氣體的進(jìn)氣口(22)。5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的結(jié)晶器的進(jìn)液口開(kāi)口(24)不對(duì)稱地安裝在所述的結(jié)晶器底部附近。6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，通過(guò)一個(gè)嵌入一個(gè)鋼套(28)中的絕熱材料(26)的加熱進(jìn)液口將所述的中間包(3)與結(jié)晶器(10)分開(kāi)。7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的中間包(3)具有一個(gè)可遠(yuǎn)距離控制的排放裝置(6)。8.一種用于鎂和鎂合金鑄造的結(jié)晶器，該結(jié)晶器具有一個(gè)結(jié)晶器壁的第一冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)在以熔融金屬不與水接觸的方式使熔融金屬激冷，該結(jié)晶器還具有一個(gè)鑄造金屬的第二直接冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述的結(jié)晶器對(duì)于第一冷卻水(11)和第二冷卻水(12)具有分開(kāi)的回路，并且所述的結(jié)晶器具有一個(gè)由陶瓷材料形成的進(jìn)液口(21)，所述的進(jìn)液口到所述的結(jié)晶器的開(kāi)口(23)不對(duì)稱地位于底部附近，所述的結(jié)晶器裝有一個(gè)為所述的過(guò)渡圈(21)提供保護(hù)性氣體的一個(gè)進(jìn)氣口(22)。9.如權(quán)利要求7所述的結(jié)晶器，其特征在于，所述的結(jié)晶器的總深度(L2)在25毫米和45毫米之間。10.一個(gè)用于金屬冷硬鑄造的停止程序，特別是鎂和鎂合金，該程序使用一種設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)放置在一個(gè)升降臺(tái)(2)上的熔化爐(1)，一個(gè)用于為與一個(gè)激冷的結(jié)晶器(10)相聯(lián)系的中間包(3)提供熔融金屬的加熱虹吸管(4)，所述的結(jié)晶器(10)具有分開(kāi)的第一(11)和第二(12)冷卻系統(tǒng)以及用于鑄造產(chǎn)品的一個(gè)牽引系統(tǒng)(14)，其特征在于，當(dāng)使用一個(gè)緊急按鈕時(shí)，下列步驟自動(dòng)地完成以停止該澆鑄過(guò)程a.產(chǎn)品的牽引停止，b.到該結(jié)晶器的第二冷卻水停住，c.由壓縮空氣操作的排放系統(tǒng)發(fā)生作用，中間包上的堵塞裝置移開(kāi)，金屬流進(jìn)預(yù)熱的排放容器，d.虹吸管中的閥關(guān)閉，e.該虹吸管從熔化爐移開(kāi)以停住金屬的供應(yīng)，f.該熔化爐下降。全文摘要用于輕金屬的水平直接式冷硬鑄造的裝置和方法，包括一個(gè)用于裝熔融金屬的中間包(3)和一個(gè)與所述的中間包聯(lián)系的水平設(shè)置的結(jié)晶器(10)。該結(jié)晶器具有一個(gè)結(jié)晶器壁的第一冷卻系統(tǒng)(11)，該系統(tǒng)以熔融金屬不與水接觸的方式使熔融金屬激冷；該結(jié)晶器還具有一個(gè)鑄造金屬的第二直接冷卻系統(tǒng)(12)。該結(jié)晶器對(duì)于第一冷卻水和第二冷卻水具有分開(kāi)的回路。一個(gè)絕熱過(guò)渡圈(21)安裝在該結(jié)晶器的入口。文檔編號(hào)B22D11/045GK1157763SQ96113348公開(kāi)日1997年8月27日申請(qǐng)日期1996年9月7日優(yōu)先權(quán)日1995年9月8日發(fā)明者B·基蒂爾森,B·奧伊斯塔申請(qǐng)人:挪威海德羅公司