專利名稱：紫銅結(jié)晶模上的正壓密封裝置及紫筒正壓鑄造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紫銅正壓鑄造工藝及專用于該工藝的正壓密封裝置。
紫銅(銅加工標(biāo)準(zhǔn)稱作T2銅)由于其在熔融狀態(tài)下極易吸氧，造成鑄件質(zhì)量差劣，所以熔煉鑄造過程都要采取特殊的保護性工藝。常規(guī)半連續(xù)鑄造(如圖3所示)，當(dāng)銅熔化到鑄造溫度時，石墨塞棒64由塞棒螺絲61在螺絲座62中旋升，螺絲座由連接螺栓63和爐頭65固連；銅液經(jīng)石墨底錐67由石墨澆管69流至結(jié)晶器10。石墨澆管69由澆管螺絲68連接在底板上，石墨澆管埋在結(jié)晶器內(nèi)的銅液面下。因為銅液面直接暴露在大氣中會造成嚴(yán)重吸氧污染，通常采取以下幾種保護方式圖3中是在銅液面上覆蓋一層煙灰(碳黑)611，煙灰呈細小顆粒，甚至是粉狀，覆蓋在銅液面上隔絕了熔融的銅液和大氣接觸，并且可將銅液中的氧部分地還原出來。煙灰保護是在中小銅加工廠最常用也是較有效的一種方式，其缺點是污染操作環(huán)境，使鑄造冷卻水變質(zhì)，煙灰保護也造成鑄錠表面的一些問題。
圖4是另一種保護方式，即用燃燒的煤氣做保護，在結(jié)晶器10上放有環(huán)狀的煤氣燒嘴73，鑄造時噴出的火焰可整體覆蓋銅液面，而一氧化碳及燃燒生成的二氧化碳都不污染熔融的銅液面，保證了銅液面不吸氧。
圖5所示是用保護性氣體，通常是以氮氣作保護，在結(jié)晶器10上裝有一保護罩84，只要將氮氣進出方向安排合理，銅液面上始終存在氮氣保護，不會吸氧，鑄錠質(zhì)量即可得到保證。
以上三種連續(xù)鑄造銅液面保護方式是國內(nèi)外通用的紫銅鑄造工藝，另有一種真空鑄造，則需在真空熔煉氣氛下進行，已不屬常規(guī)的銅熔鑄工藝。
現(xiàn)有的鑄造保護方式都是在環(huán)境氣氛(常壓)下進行的，其著眼點在保護銅液面不吸氧，本發(fā)明提供一種在非常壓下的鑄造工藝，采用正壓鑄造工藝及其所使用的鑄造設(shè)備，以使鑄錠質(zhì)量可得到更好的保證。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種紫銅結(jié)晶模上的正壓密封裝置，包括一結(jié)晶模，其安裝在一結(jié)晶模座上，結(jié)晶模座底部設(shè)有一噴水環(huán)，其特征在于還包括一密封組件及一升降裝置，所述密封組件包括一密封罩，一密封環(huán)和一安裝于密封罩上的觀察窗，該觀察窗上開設(shè)有可關(guān)閉的進氣孔；密封罩滑動地安裝在所述結(jié)晶模座上，在密封罩的頂端還開設(shè)有一環(huán)槽，所述密封環(huán)安裝在該環(huán)槽中；所述升降裝置為二個液壓裝置，它們對稱地安裝在所述結(jié)晶模座上。
一種紫銅正壓鑄造工藝，其特征在于，它包括以下步驟(1)當(dāng)銅液精煉結(jié)束準(zhǔn)備澆鑄時，啟動升降裝置，使所述正壓密封組件上的密封罩升到爐頭底面，并與之密封；(2)通過所述觀察窗上的進氣孔向結(jié)晶模內(nèi)充放壓力氮氣，將被封在密封罩內(nèi)的空氣盡可能地排除，建立正壓；(3)打開密封罩上的環(huán)形密封水槽兩端的進、出水孔，并通過液壓缸的上口提供連續(xù)循環(huán)的冷卻液；(4)當(dāng)澆鑄完畢，關(guān)閉氮氣，關(guān)閉密封罩上的環(huán)形密封水槽的出水孔，通過液壓缸的下口提供冷卻液，使液壓缸下降，同時使密封環(huán)脫離爐頭。
本鑄造工藝和現(xiàn)有的鑄造工藝相比具有以下優(yōu)點1.同樣對銅液面進行保護，碳黑(圖3所示)保護最簡便，但效果稍差且污染環(huán)境；一氧化碳燃燒氣體保護受保護氣體源的限制，用發(fā)生爐煤氣機構(gòu)復(fù)雜操作不便，也存在雜質(zhì)問題。正常的充氮保護因不采用正壓，也會漏進空氣使銅液面吸氧，在密封罩下的氮氣保護比上述幾種工藝保護更徹底。
2.常壓鑄造不可避免存在各種缺陷，氮氣正壓鑄造改變了結(jié)殼凝固模式，銅液由模壁傳來的一次冷卻降低溫度凝固結(jié)殼時，在常壓下，凝固的外殼脫離模壁時將拉著尚未脫離模壁的外殼往下，當(dāng)過渡帶較窄時(取決于鑄造時溫度，冷卻量，鑄造速度等諸因素)，就會造成高溫液流再一次侵入已成硬殼的部分并再次融化，反復(fù)不斷，由此形成冷隔，鑄坯表面的冷隔是最常見的問題。而在正壓下，尚未脫離模壁的銅液，被正壓力推著向下，模壁的摩擦力不再對在a點(

圖1所示)附近的結(jié)殼有影響，銅液由過渡帶到脫離模壁成硬殼其受力狀況不變，只在大小上有所區(qū)別，(脫離模壁后沒有模壁摩擦力)因而鑄坯表面非常光潔。
3.在正壓鑄造時，結(jié)晶器內(nèi)的銅液受到均勻垂直方向的壓力，鑄坯的密度相應(yīng)增大，液穴略微變平緩，錠坯內(nèi)部熱傳導(dǎo)加強，表層柱狀晶變細密，從而可明顯提高錠坯的質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述圖1為用于本發(fā)明紫銅正壓鑄造工藝的設(shè)備正壓密封設(shè)備；圖2為圖41液壓缸固連于密封罩外的俯視示意圖；圖3為已有的以煙灰為保護方式的紫銅鑄造工藝的設(shè)備；圖4為圖1已有設(shè)備中以煤氣為保護方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為已有的以保護性氣體為保護方式的紫銅鑄造工藝的設(shè)備。
圖1、2所示為用于本發(fā)明的紫銅正壓鑄造工藝的設(shè)備正壓密封裝置，包括一結(jié)晶模10安裝在一結(jié)晶模座11上；一密封組件20，包括一密封罩21，它是不銹鋼制作的一園形罩，在其一端焊有錐臺形觀察窗22，觀察窗上放置石英玻璃可讓操作手通過觀察窗看清鑄造時的銅液面情況。觀察窗22上開設(shè)有可關(guān)閉的進氣孔27。密封罩21滑動地安裝在所述結(jié)晶模座11上，在密封罩21的頂端還開設(shè)有一環(huán)槽24，一密封環(huán)23安裝在該環(huán)槽24中。
升降裝置30為二個液壓裝置，它們對稱地安裝在外壁光滑的結(jié)晶模座11上。每一液壓裝置包括一液壓缸32，液壓缸上設(shè)有上進液口33和下進液口34(簡稱上、下口)。在結(jié)晶模座11的一側(cè)設(shè)有一凸耳13，液壓裝置的活塞桿35的下部固定在該凸耳上。
液壓缸和密封罩由螺栓固連；結(jié)晶模10通過螺紋安裝在結(jié)晶模座11上，結(jié)合面裝有密封圈15，可保證冷卻水不從?？谕庖纭Ｃ芊庹?1的下部內(nèi)壁上設(shè)有一可容納密封圈26的密封凹槽25。
密封罩21在環(huán)槽24的近下方的外周壁上，設(shè)有一個環(huán)形密封水槽14，該環(huán)形密封水槽與液壓缸32的上口33相對壁上的孔(圖中未示出)相連通。
結(jié)晶模座為一圓形工件，中間開有一圈通水孔37，從外部水管送進的冷卻水通過模座下部環(huán)狀空間36，順20個φ16的通水孔37升至模座上部水口38噴出，均勻的水流直接噴在結(jié)晶模10上，通過模壁冷卻模內(nèi)的高溫銅液，形成一次冷卻。模底部裝有噴水環(huán)12，一次冷卻水通過噴水環(huán)直接噴到圓坯上，形成二次冷卻水。
觀察窗22上的玻璃由密封圈和壓蓋相連，玻璃為易損件，但更換方便。玻璃在罩內(nèi)松動，正壓建立時自會向外緊貼在橡膠密封圈上。因密封罩上的硅膠密封圈緊貼在爐底，受較高的傳導(dǎo)熱，為保證其使用壽命，在密封槽底部設(shè)一環(huán)形密封水槽14。當(dāng)液壓缸送進的乳液在頂升密封罩時從活塞桿上部進液下部回液，當(dāng)頂升到位緊貼爐底后，二個缸一個由活塞頂端進液，另一個由活塞頂端回液，也即一個缸的乳液通過和缸相連的冷卻孔進液，從另一個缸背壓回流。當(dāng)背壓力調(diào)至0.05Mpa左右時，保證密封罩仍可緊貼爐底，此時循環(huán)的乳液就起到冷卻作用，保證硅膠密封圈不過熱老化。
紫銅正壓鑄造工藝，包括以下步驟當(dāng)銅液精煉結(jié)束準(zhǔn)備澆鑄時，將爐頭傾翻至水平位，澆管正對著結(jié)晶器中心，啟動液壓裝置30，正壓密封組件上的密封罩21由液壓缸31的活塞桿35頂升至爐頭底平面，并與之密封。
通過觀察窗22上的進氣孔27向結(jié)晶器模10內(nèi)充放氮氣，將被封在密封罩內(nèi)的空氣盡可能排除，此時因引錠頭和結(jié)晶器有縫隙尚建立不起壓力；待塞棒開關(guān)打開，銅液通過澆管流放至引錠頭處，結(jié)晶器內(nèi)很快就充滿銅液，密封罩內(nèi)即建立起正壓。將正壓調(diào)至0.04～0.07MPa之間，即可正常進行鑄造。壓力大小的調(diào)整一是靠氮氣開關(guān)，二是靠密封罩裝置。若建立的壓力低于0.04MPa，則需重新更換密封墊。氮氣是通過流量計并加熱后進入密封罩，在鑄造全過程一直有加熱的氮氣充滿在銅液面上，形成了正壓鑄造工藝。
正常的半連續(xù)鑄造過程被建立起來后，打開密封罩21上的環(huán)形密封水槽14的進、出水孔，通過液壓缸32的上進液口33提供連續(xù)循環(huán)的冷卻壓力乳液。
隨著引錠桿下降，成形鑄坯也不斷被牽引出結(jié)晶器，爐內(nèi)銅液快澆完時，將塞棒開關(guān)關(guān)上，繼續(xù)保持正壓，當(dāng)從玻璃觀察孔22內(nèi)看到銅液表面已全部凝固時關(guān)上氮氣開關(guān)。待罩內(nèi)壓力表回至零時，傾翻爐頭至正常位，通過液壓缸的下進液口34提供壓力乳液，液壓缸32反向進液，使液壓缸下降，將密封罩退回到模座外，整個鑄造過程結(jié)束。
鑄造實施例在300kg工頻感應(yīng)爐上，用密封罩將結(jié)晶模和爐底密封，充進0.04Mpa的壓力，正常澆鑄。和只加煙灰保護的鑄坯相比，密度由8.90g/cm3提高到8.92g/cm3，鑄坯表面色澤由暗桔黃變成金黃，鑄坯表面冷隔紋基本消除，體現(xiàn)出正壓鑄造的生命力。紫銅常規(guī)鑄造密度都是8.90g/cm3左右，能將密度提高0.02g/cm3，說明鑄造過程保護很充分，結(jié)晶模式有所改變，在壓力狀態(tài)下銅液面平穩(wěn)，內(nèi)部結(jié)晶過程也平穩(wěn)，所以結(jié)晶組織更細潔。
本發(fā)明在同時完成銅液面氣氛保護的前提下，又開發(fā)出一種壓力鑄造工藝。
權(quán)利要求
1.一種紫銅結(jié)晶模上的正壓密封裝置，包括一結(jié)晶模(10)，其安裝在一結(jié)晶模座(11)上，結(jié)晶模座底部設(shè)有一噴水環(huán)(12)，其特征在于還包括一密封組件(20)及一升降裝置(30)，所述密封組件(20)包括一密封罩(21)，一密封環(huán)(23)和一安裝于密封罩(21)上的觀察窗(22)，該觀察窗上開設(shè)有可關(guān)閉的進氣孔(27)；所述密封罩(21)滑動地安裝在所述結(jié)晶模座(11)上，在密封罩(21)的頂端還開設(shè)有一環(huán)槽(24)，所述密封環(huán)(23)安裝在該環(huán)槽(24)中；所述升降裝置(30)為二個液壓裝置，它們對稱地安裝在所述結(jié)晶模座(11)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正壓密封裝置，其特征在于所述每一液壓裝置包括一液壓缸(32)，液壓缸上設(shè)有上、下進液口(33、34)，所述結(jié)晶模座(11)的一側(cè)設(shè)有一凸耳(13)，液壓裝置的活塞桿(35)的下部固定在該凸耳上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正壓密封裝置，其特征在于所述密封罩(21)的下部內(nèi)壁上還設(shè)有一可容納密封圈(26)的密封凹槽(25)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正壓密封裝置，其特征在于所述密封罩(21)在所述環(huán)槽(24)的近下方的外周壁上，設(shè)有一個環(huán)形密封水槽(14)，該環(huán)形密封水槽(14)與液壓缸(32)的上口(33)相對壁上的孔相連通。
5.一種紫銅正壓鑄造工藝，其特征在于，它包括以下步驟(1)當(dāng)銅液精煉結(jié)束準(zhǔn)備澆鑄時，啟動升降裝置(30)，使所述正壓密封組件上的密封罩(21)升到爐頭底面，并與之密封；(2)通過所述觀察窗(22)上的進氣孔(27)向結(jié)晶模(10)內(nèi)充放壓力氮氣，將被封在密封罩(21)內(nèi)的空氣盡可能地排除，建立正壓；(3)打開密封罩(21)上的環(huán)形密封水槽(14)兩端的進、出水孔，并通過液壓缸(32)的上口(33)提供連續(xù)循環(huán)的冷卻液；(4)當(dāng)澆鑄完畢，關(guān)閉氮氣，關(guān)閉密封罩(21)上的環(huán)形密封水槽(14)的出水孔，通過液壓缸(32)的下口(34)提供冷卻液，使液壓缸下降，同時使密封環(huán)(23)脫離爐頭(50)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫銅正壓鑄造工藝，其特征在于所述冷卻液為壓力乳液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫銅正壓鑄造工藝，其特征在于所述正壓壓力為0.04～0.07MPa。
全文摘要
紫銅結(jié)晶模上的正壓密封裝置,包括:結(jié)晶模,結(jié)晶模座,結(jié)晶模座底部設(shè)噴水環(huán),其中,還包括密封組件及升降裝置,密封組件包括密封罩,密封環(huán)和安裝于密封罩上的觀察窗,密封罩滑動地安裝在結(jié)晶模座上,二個液壓裝置也對稱地安裝在其上,密封環(huán)安裝在密封罩頂端的環(huán)槽中。紫銅正壓鑄造工藝,包括:澆鑄時先使密封罩與爐頭底面密封,再向結(jié)晶模內(nèi)充放壓力氮氣,建立正壓,提供循環(huán)的冷卻液;澆鑄完畢,關(guān)閉氮氣,使液壓缸下降,密封環(huán)脫離爐頭。
文檔編號B22D21/00GK1327893SQ0011639
公開日2001年12月26日 申請日期2000年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月8日
發(fā)明者王曉邦 申請人:王曉邦