專利名稱：用于鎂合金板的水平連鑄的設(shè)備和該鎂合金板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通常用于連鑄鎂合金板的水平連鑄設(shè)備和使用該設(shè)備制造鎂合金板的方法。更特別地，本發(fā)明涉及一種用于連鑄具有等于或小于熔體入口的橫截面積的鎂合金板的設(shè)備，以及使用該設(shè)備制造鎂合金板的方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于市場(chǎng)上可買到的結(jié)構(gòu)材料，鎂合金具有最小的密度和優(yōu)良的單位強(qiáng)度和單位剛度，因此不僅已廣泛地應(yīng)用到飛機(jī)或汽車的部件，而且還應(yīng)用到電子或休閑產(chǎn)品的部件。目前，幾乎所有的鎂合金產(chǎn)品都主要通過(guò)模鑄過(guò)程制造。但是，隨著對(duì)于具有各種形狀和優(yōu)良特性的鎂合金產(chǎn)品的需求急速增大，近年來(lái)已研究使用塑性加工過(guò)程，例如擠壓、軋制、板成型、鍛造等工藝來(lái)制造半成品或最終產(chǎn)品的新技術(shù)的開發(fā)。
就鑄造過(guò)程而言，合金被熔化，供應(yīng)到具有預(yù)定形狀的模子中，然后凝固成期望的產(chǎn)品。另一方面，在可鍛合金的情況下，制備中間材料，例如薄板坯板料、板材或板，并使所述中間材料塑性變形成半成品或最終產(chǎn)品。制備用于塑性加工過(guò)程的中間材料的技術(shù)的實(shí)例包括但不限于在分批式鑄造中制備薄板坯板料或板材的方法；用于將熔體供應(yīng)到垂直設(shè)置的模子中并凝固該熔體的垂直連鑄方法；和用于將熔體供應(yīng)到水平設(shè)置的模子中并凝固該熔體的水連鑄方法。
但是，因?yàn)槟淌湛s、分離和顯微結(jié)構(gòu)的非均勻性所引起的表面缺陷的出現(xiàn)，所以分批式地制備薄板坯板料或板材的方法受到損害。此外，中間材料的特性不好并且熔體損失高。而且，降低生產(chǎn)率。
同時(shí)，在垂直連鑄方法的情況下，難以制備具有各種形狀和小橫截面積的中間材料。此外，垂直連鑄方法是半連鑄工藝。因此，在鑄造過(guò)程具有預(yù)定長(zhǎng)度之后應(yīng)中斷該鑄造過(guò)程。相比之下，因?yàn)樗竭B鑄工藝能夠連續(xù)制備具有優(yōu)良品質(zhì)的中間材料，并且可容易地制備具有各種形狀，例如板狀、桿狀或管狀的產(chǎn)品，所以水平連鑄工藝是有利的。
盡管水平連鑄技術(shù)可商業(yè)地應(yīng)用于鋁合金和銅合金，但與鋁合金或銅合金的特性相比，由于鎂合金較低的流動(dòng)性和與氧較高的反應(yīng)性，這種技術(shù)難以實(shí)際應(yīng)用于鎂合金。特別地，當(dāng)鎂合金熔體接觸水時(shí)，可能出現(xiàn)突然的爆炸。因此，考慮到安全危險(xiǎn)性必須改良連鑄過(guò)程。
在這方面，已提出由Norsk Hydro研制的水平鑄造設(shè)備(美國(guó)專利No.5915455)，在該設(shè)備中鎂在熔融爐中熔化，被饋送到保溫爐中，然后通過(guò)設(shè)置在保溫爐下部的熔體入口而供應(yīng)到模子中，并通過(guò)冷卻系統(tǒng)凝固成薄板坯板料。該水平連續(xù)設(shè)備適于制備鑄造材料的橫截面積大于熔體入口的橫截面積的薄板坯板料或板材。此外，為了冷卻熔體，已采用包括間接第一冷卻和直接第二冷卻過(guò)程的冷卻過(guò)程。
但是，因?yàn)閲娚涞奖“迮靼辶媳砻嫔系睦鋮s水沿著薄板坯板料的表面向后流動(dòng)到模子中，從而可能會(huì)不希望地與鎂合金熔體起化學(xué)反應(yīng)，或者濺射熔體可能會(huì)在水浴中與冷卻水起化學(xué)反應(yīng)，從而可產(chǎn)生突然的爆炸，所以用于增加鑄造速度的直接冷卻過(guò)程是不利的。在實(shí)踐中，已報(bào)道過(guò)這樣的事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)任務(wù)因此，本發(fā)明已設(shè)計(jì)成用以解決如上所述的垂直連鑄的問(wèn)題并經(jīng)濟(jì)地制備中間材料，并且本發(fā)明的目的是提供一種水平連鑄設(shè)備，在該設(shè)備中不僅應(yīng)用直接冷卻噴水工藝，而且還將利用冷卻套的間接水冷卻工藝應(yīng)來(lái)用于具有等于或小于熔體入口的橫截面積的鎂板的連鑄，以便連鑄出具有小橫截面積的板，從而能夠安全連續(xù)地鑄造具有各種尺寸的鎂合金板。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用這種設(shè)備制造鎂合金板的方法。
技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于水平連鑄鎂合金板的設(shè)備，包括密封熔融爐和具有坩堝的保溫爐，將鎂錠裝載到該坩堝中以被加熱和熔化；呈板狀的模子，該板狀模被直接或間接地連接到保溫爐中的坩堝；插入模子的引錠桿；冷卻單元，該冷卻單元用于冷卻供應(yīng)到模子中的鎂合金熔體；和牽引單元，該牽引單元利用驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，用于牽引通過(guò)模子加工且具有預(yù)定形狀的連鑄材料。
此外，本發(fā)明的設(shè)備的特征在于還包括進(jìn)氣管，以輸送用于保護(hù)鎂合金熔體的保護(hù)氣體；熱電偶，以測(cè)量在坩堝中的熔體的溫度；和葉輪，以精煉在坩堝中的熔體并均勻地控制該熔體的溫度。
此外，本發(fā)明的設(shè)備的特征在于冷卻單元包括附著在模子外壁上的冷卻套。
此外，本發(fā)明的設(shè)備的特征在于牽引單元包括上下牽引輥，連鑄材料通過(guò)所述上下牽引輥之間；用于驅(qū)動(dòng)上下牽引輥的驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；和用于控制上下牽引輥的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明提供一種通過(guò)水平連鑄制造鎂合金板的方法，包括將鎂合金裝載到熔融爐和保溫爐的坩堝中，將鎂合金加熱并熔化到其熔點(diǎn)或更高的溫度下，以制備鎂合金熔體，和使用葉輪均勻控制鎂合金熔體的溫度；通過(guò)間接和/或直接冷卻系統(tǒng)冷卻鎂合金熔體，同時(shí)將熔體供應(yīng)到模子中以接觸插入到模子中的引錠桿，以便使熔體凝固為具有與模子的內(nèi)部形狀相同的板尺寸；和利用牽引單元、通過(guò)引錠桿的運(yùn)動(dòng)連續(xù)牽引凝固在模子中的鎂合金板。
此外，本發(fā)明的方法的特征在于鎂合金板的連續(xù)牽引通過(guò)利用兩步牽引循環(huán)、三步牽引循環(huán)或四步牽引循環(huán)進(jìn)行，所述兩步牽引循環(huán)包括前進(jìn)和停止，所述三步牽引循環(huán)包括前進(jìn)、停止和后退運(yùn)動(dòng)，所述四步牽引循環(huán)包括前進(jìn)、停止、后退運(yùn)動(dòng)和停止。
此外，本發(fā)明的設(shè)備的特征在于鎂合金板的連續(xù)牽引利用自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)兩步牽引循環(huán)、三步牽引循環(huán)或四步牽引循環(huán)的自動(dòng)操作進(jìn)行。


圖1是示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明，用于通過(guò)水平連鑄制造鎂合金板的設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)；圖2是剖視圖，顯示出用于制備鎂合金板的模子；圖3是正視圖，顯示出圍繞用于制備鎂合金板的模子的間接冷卻套；和圖4是顯示出水平連續(xù)鑄件AZ31鎂合金板的外觀的視圖。
具體實(shí)施例方式
此后，將參考附圖，給出本發(fā)明的詳細(xì)描述。
圖1所示視圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明用于通過(guò)水平連鑄制造鎂合金板的設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)。如該圖所示，本發(fā)明的設(shè)備包括單獨(dú)的熔融爐(未示出)；保溫爐1；延伸到保溫爐和坩堝的模子6；縱向地插入模子中心的引錠桿8；位于模子上側(cè)和下側(cè)的冷卻單元7；和靠近保溫爐設(shè)置、用于牽引板的牽引單元9，該板通過(guò)延伸到保溫爐外部的模子而連續(xù)地鑄造。該牽引單元包括位于板的上方和下方的兩對(duì)上下牽引輥9a。此外，排出室10在外部延伸的模子的下方被連接到保溫爐外側(cè)表面。
保溫爐1利用加熱體(例如加熱器或感應(yīng)爐)被制造為電爐的形式，其中包括由無(wú)鎳鋼制成的坩堝2。坩堝以密封形式設(shè)置，以抑制鎂熔體與空氣反應(yīng)。
進(jìn)氣管3從保溫爐1上端的預(yù)定部分延伸到坩堝2，以便輸送用于保護(hù)該熔體的保護(hù)氣體。因此，通過(guò)進(jìn)氣管饋送的保護(hù)氣體可防止鎂合金熔體的氧化和燃燒(ignition)。
熱電偶溫度計(jì)4從保溫爐1的上端的另一部分垂直地延伸到坩堝2的內(nèi)部，以便連續(xù)地測(cè)量坩堝中鎂合金熔體的溫度。
葉輪5從保溫爐1的上端垂直地延伸到坩堝2的底部，以精煉熔體。也就是，葉輪以某一速度旋轉(zhuǎn)以形成氣泡，以便去除熔體中的雜質(zhì)并均勻地控制坩堝中鎂合金熔體的溫度。同樣地，用于形成氣泡的氣體優(yōu)選地包括惰性氣體，例如氬氣(Ar)。
坩堝2下端的側(cè)面連接至延伸于保溫爐外部的模子6的一端，以連續(xù)地鑄造鎂合金板。坩堝2和模子6之間的連接部分由絕熱材料所覆蓋，以便完全密封。
圖2是示意性示出用于制備鎂板的模子的剖視圖。如該圖所示，模子6連接到保溫爐的坩堝2，以連續(xù)地鑄造鎂合金板，該模子6的橫截面根據(jù)待鑄造產(chǎn)品的形狀而形成為板形。特別地，以制造所期望的板為目標(biāo)，將模子6設(shè)計(jì)成使得凝固在模子6中的板的橫截面積等于或小于由鋼鐵制成的坩堝2的熔體入口的橫截面積。
在連續(xù)鑄造的板的橫截面積大于熔體入口的情況下，由于絕熱材料的應(yīng)用，可充分地預(yù)計(jì)到熔體的凝固點(diǎn)，所以模子6可由金屬(例如鋼、銅合金)等等制成。但是，在本發(fā)明中，模子6的橫截面積小于或等于熔體入口的橫截面積，則使用由例如石墨或BN(氮化硼)這樣的非金屬材料制成的模子6。
將熔化在保溫爐1的坩堝2中的鎂合金供應(yīng)到模子6中，接觸插入到模子中的引錠桿8，然后通過(guò)冷卻單元7和/或輔助的冷卻水(未示出)，鎂合金根據(jù)模子的內(nèi)部形狀而凝固。
圖3是示意性示出環(huán)繞用于制備板的模子的冷卻套的正視圖。如該圖所示，冷卻單元7包括圍繞模子6的外壁的冷卻套，從而適當(dāng)溫度的冷卻水在套中循環(huán)，以間接地冷卻模子6中的鎂合金熔體。
與鋁合金不同，鎂合金活躍地與水起化學(xué)反應(yīng)，放出大量氫，從而導(dǎo)致爆炸。因此，就安全危險(xiǎn)性而言，利用冷卻單元7，用水間接冷卻鎂合金熔體的方法是優(yōu)選的，而不是用水直接冷卻這種熔體。作為輔助冷卻的直接冷卻可在離開模子的鎂板表面凝固之后應(yīng)用。
當(dāng)供應(yīng)到模子6中的熔體通過(guò)與插入到模子中的引錠桿8相接觸而凝固時(shí)，凝固板結(jié)合至引錠桿8，并且在該凝固板連接到引錠桿8時(shí)，該凝固板沿著利用牽引單元9而移動(dòng)至模子外部的引錠桿8移動(dòng)，從而獲得具有預(yù)定形狀的連鑄板。
牽引單元9由并排設(shè)置的兩對(duì)上下牽引輥9a、控制系統(tǒng)和用于操作上下牽引輥的驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)組成。當(dāng)引錠桿8通過(guò)兩對(duì)牽引輥的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的操作，牽引連鑄板。
控制連鑄板的牽引速度，從而對(duì)模子6中處于部分或完全凝固狀態(tài)的鎂合金熔體進(jìn)行牽引。此外，為了防止板的斷開并連續(xù)地制造具有優(yōu)良表面品質(zhì)的板，應(yīng)用兩步牽引循環(huán)、三步牽引循環(huán)或四步牽引循環(huán)，所述兩步牽引循環(huán)包括前進(jìn)和停止，所述三步牽引循環(huán)包括前進(jìn)、停止和后退，所述四步牽引循環(huán)包括前進(jìn)、停止、后退和停止。這種兩步至四步的牽引循環(huán)可通過(guò)連接到驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)自動(dòng)地進(jìn)行。
在由于模子6中的鎂合金熔體的非穩(wěn)定凝固所導(dǎo)致的鎂合金板斷開的情況下，或在可歸因于非穩(wěn)定牽引循環(huán)、在牽引過(guò)程中出現(xiàn)這種斷開的情況下，將留在模子中的熔體排出到設(shè)置保溫爐外部的排出室10中，然后使其安全地凝固。
有利效果本發(fā)明提供一種用于水平連鑄鎂合金板的設(shè)備和一種利用該設(shè)備制造鎂合金板的方法。根據(jù)本發(fā)明，利用水平連鑄設(shè)備，連續(xù)鑄造橫截面積等于或小于熔體入口的橫截面積的鎂合金板。從而，可省略鑄造具有大橫截面積的薄板坯板料或板材并且然后擠壓或碾壓該薄板坯板料或板材的傳統(tǒng)工藝，從而呈現(xiàn)節(jié)能效果。
此外，采用間接和/或直接冷卻，從而增強(qiáng)工藝的穩(wěn)定性。此外，應(yīng)用多步牽引系統(tǒng)，從而穩(wěn)定地制造具有優(yōu)良品質(zhì)的連鑄板，導(dǎo)致生產(chǎn)率提高。
用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最優(yōu)模式通過(guò)提出以說(shuō)明、但不被認(rèn)為是本發(fā)明的限制的以下實(shí)例，可獲得本發(fā)明的更好的理解。
將用作典型的可鍛鎂合金的AZ31合金(Mg-3Al-1Zn)加熱到其熔點(diǎn)或更高的溫度下，以制備鎂合金熔體，然后將該鎂合金熔體供應(yīng)到具有120毫米寬度和30毫米厚度的板狀模子6中。隨后，該熔體與插入到模子中的引錠桿8相接觸，然后凝固成與該模子的橫截面相同的形狀。
同樣地，將坩堝2中的鎂合金熔體加熱到適于連續(xù)鑄造的700℃，在通過(guò)葉輪5的旋轉(zhuǎn)精煉熔體的同時(shí)，控制熔體的溫度。利用牽引單元9、根據(jù)四步牽引循環(huán)以50毫米/分鐘或更快的牽引速度牽引連鑄板，從而獲得具有優(yōu)良表面品質(zhì)的連鑄鎂合金板，而不存在表面缺陷，如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種用于鎂合金板的水平連鑄的設(shè)備，包括具有坩堝的保溫爐，在該坩堝中加熱并精煉鎂合金；呈板狀的模子，其被連接到所述保溫爐中的坩堝；插入到所述模子中的引錠桿；冷卻單元，該冷卻單元用于冷卻供應(yīng)到所述模子中的鎂合金熔體；和牽引單元，利用驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，該牽引單元用于牽引通過(guò)所述模子加工的、具有預(yù)定形狀的連鑄材料。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中還包括進(jìn)氣管，該進(jìn)氣管延伸到所述坩堝，以輸送保護(hù)所述鎂合金熔體的保護(hù)氣體；熱電偶溫度計(jì)，該熱電偶溫度計(jì)延伸到所述坩堝的內(nèi)部，以測(cè)量所述坩堝中熔體的溫度；和葉輪，該葉輪延伸到所述坩堝的中心部分，以精煉所述坩堝中的熔體，并均勻地控制所述熔體的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述模子具有等于或小于所述熔體入口的內(nèi)部橫截面積。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述冷卻單元包括聯(lián)接在所述模子外壁上的冷卻套。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述牽引單元包括上下牽引輥、用于驅(qū)動(dòng)所述上下牽引輥的驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和用于控制所述上下牽引輥的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
6.一種通過(guò)水平連鑄制造鎂合金板的方法，包括以下步驟將所述鎂合金加熱和熔化到其熔點(diǎn)或更高的溫度下，以制備鎂合金熔體，對(duì)其進(jìn)行精煉，并利用葉輪控制所述鎂合金熔體的溫度；利用冷卻單元冷卻加熱到其熔點(diǎn)或更高的溫度下的所述鎂合金，同時(shí)將所述熔體供應(yīng)到所述模子中，以與插入到所述模子中的引錠桿相接觸，以使所述熔體凝固為與所述模子的內(nèi)部形狀相同的形式；和利用牽引單元，通過(guò)所述引錠桿的運(yùn)動(dòng)，連續(xù)牽引凝固在所述模子中的鎂合金板。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述鎂合金板的連續(xù)牽引通過(guò)利用兩步牽引循環(huán)、三步牽引循環(huán)或四步牽引循環(huán)進(jìn)行，所述兩步牽引循環(huán)包括前進(jìn)和停止，所述三步牽引循環(huán)包括前進(jìn)、停止和后退，所述四步牽引循環(huán)包括前進(jìn)、停止、后退和停止。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述鎂合金板的連續(xù)牽引利用自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)兩步牽引循環(huán)、三步牽引循環(huán)或四步牽引循環(huán)的自動(dòng)操作進(jìn)行。
全文摘要
一種用于連續(xù)制造鎂合金板的水平連鑄設(shè)備和利用該設(shè)備制造鎂合金板的方法。該水平連鑄設(shè)備被構(gòu)造成使得板的橫截面積等于或小于熔體入口的橫截面積，并且該設(shè)備包括利用設(shè)置到模子外壁的冷卻套間接冷卻熔體和/或通過(guò)冷卻水的噴灑直接冷卻熔體的冷卻單元，和具有多步牽引循環(huán)的牽引單元。從而，能夠安全且連續(xù)地鑄造出具有各種尺寸的鎂合金板。
文檔編號(hào)B22D21/00GK101052487SQ200480044320
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者柳鳳善, 金夏植, 任昌東, 甘帆植 申請(qǐng)人:韓國(guó)機(jī)械研究院