专利名称：电渣熔铸小型导叶用铝合金结晶器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造用模具，特别是涉及一种电渣熔铸导叶用的铝合金结晶器及其制备与使用方法。
背景技术：
电渣熔铸是集金属精炼与铸造成型于一身的特殊铸造方法，采用电渣熔铸方法可以生产组织致密、尺寸精度高、非金属夹杂物少的优质铸件。
结晶器是电渣炉的重要部件，它一方面起着熔化、精炼的熔炼室作用；另一方面又起着铸件模形成铸件的作用。
电渣熔铸用结晶器(相当于普通铸造的砂型)通常采用钢制或铜-钢制结构，但均存在不同程度的缺点。钢制结晶器中钢材的导热系数小，造成铸件成型质量很差；在熔铸过程中如果循环水冷却强度不够，就会出现铸件与结晶器熔合(俗称“粘箱”)、造成结晶器变形漏渣、漏水等情况，进而造成废品；另外钢制结晶器使用寿命较短，通常不超过10炉次。在铜-钢制结晶器中，全部内腔采用铜板，外腔及其余部位采用钢板，能够避免钢制结晶器的导热系数小之缺点，铸件成型质量较好，使用寿命长。但是，铜-钢制结晶器的最大缺点是铜钢之间的焊接性很差，没有很好的熔合区，因此铜-钢结晶器的制造与维修都比较困难，而且成本也很高。另外，以上两种传统结晶器均采用的是结构焊接成型方式，对于横截面变化较大，结构复杂的铸件只能采用简化型线的办法，使加工余量增大，降低了金属利用率，增加成本。因此传统结晶器适合于结构简单的铸件。
发明内容
本发明的目的，是针对上述问题，提供一种采用铸-焊方式制造的铝合金结晶器，用于生产小型导叶铸件，不仅较好地解决了导叶生产操作和维修困难、使用寿命短等问题，而且可用于生产出结构复杂、尺寸要求高的导叶。
采用的技术方案是电渣熔铸小型导叶用铝合金结晶器，包括制造方法的确定、材料的选择以及详细的结构设计。
1、制造方法的确定鉴于导叶结构复杂、型线准确度要求高，本发明采用铸-焊结构。既结晶器用于成型的内腔型板(含加强筋、上法兰、下法兰)采用铝合金铸造方式制造，可确保型线尺寸准确；结晶器用于密封的外腔型板(含拉筋、水管)采用冷弯焊接或铸造方法制造均可；内腔型板与外腔型板采用焊接方式结合。
2、材料的选择结晶器的本体结构全部采用铝合金材料制成。如果内腔型板与外腔型板全部采用铸造方式，需选择铸造性能好的铝合金材料，例如合金牌号ZL101、ZL114A等铝合金。如果外腔型板采用冷弯焊接方法，可选择冷弯性能与焊接性能好的铝合金型材LF21，同时需与内腔型材料具有良好的可焊性。
3、结构设计与使用方法铝结晶器的本体结构包括内腔型板、外腔型板、加强筋、上法兰、下法兰、拉筋等。其中，加强筋和拉筋分别起到加固内腔型板和外腔型板的作用。
内腔型板、加强筋、上法兰、下法兰采用铸造方法铸成一个整体结构；外腔型板、拉筋采用冷弯焊接或铸造方法均可，并且外腔型板的下部设有进水管，上部设有出水管；为了适应2个以上结晶器的组合使用需要，在结晶器上法兰的端面加设一个8-10mm厚附加钢板，通过多个螺栓结晶器上法兰固定连接在一起。在法兰的端面设置附加钢板，可增加使用过程中耐磨损与抗冲击能力。此外，用于组装结晶器的定位装置也可焊接在附加钢板上。
经过传热学与力学计算，上述内腔型板厚度为10-25mm、外腔型板厚度为8-15mm，内腔型板与外腔型板之间的水冷缝隙为15-25mm。
为了消除熔铸过程产生的热应力，增加使用寿命，需定期对铝合金结晶器进行退火处理和固溶处理。
本发明采用的铝合金材料，各项性能指标介于铜和钢之间，具备铸造性较好、焊接性较好、价格较低、易加工等优点，克服了传统结晶器的缺点，较好地解决了导叶铸件的结晶器制造与维修、生产操作、使用寿命等关键问题。特别是本发明采用了铸造成型的方法制造铝结晶器内腔型板，对确保铸件的尺寸精度、提高生产效率、降低生产成本起到了关键作用。
图1是本发明的电渣熔铸小型导叶用铝合金结晶器的结构示意图。
图2是电渣熔铸导叶结构示意图。
图3是铝结晶器的铸造结构示意图。
图4-图9分别是图3的A-A、F-F、C-C、B-B、D-D、E-E视图。
具体实施例方式
电渣熔铸小型导叶用铝合金结晶器，包括内腔型板4、外腔型板6、加强筋7、拉筋8、上法兰1和下法兰10、进水管9和出水管5、附加钢板3。
内腔型板、加强筋、上法兰、下法兰采用铸造方法铸成一个整体结构；外腔型板、拉筋、进出水管采用冷弯焊接或铸造方法制成一个整体结构。内腔型板(含加强筋、上法兰、下法兰)与外腔型板(含拉筋、水管)整体焊合后，形成结晶器本体。附加钢板3通过螺栓2与上法兰1固定连接在一起。其中内腔型板厚10～15mm，加强筋厚10～15mm，上法兰、下法兰厚20mm、外腔型板厚8～12mm、拉筋厚8～12mm、进水管和出水管厚3～5mm，附加钢板厚8～10mm。
电渣熔铸小型导叶用铝合金结晶器的制备方法首先根据熔铸产品的条件参数设计产品的工艺，经过传热学与力学计算，确定出结晶器的内、外型板厚度及水缝宽度，进而确定结晶器的几何结构；采用铸造方法制造结晶器的内腔型板(含加强筋、上法兰、下法兰)，采用冷弯焊接或铸造方法制造外腔型板(含拉筋、水管)；采用焊接方法将内腔型板与外腔型板焊接一体，并且在上法兰端面通过螺栓连接方式安装附加钢板；最后对制作完的铝结晶器进行耐压密封检验，合格后可进行熔铸生产。
具体包括1、材质确定内腔型板、外腔型板、加强筋、拉筋、上法兰和下法兰、进水管和出水管均由铝合金材料制成。如合金牌号ZL101、ZL114A等铝合金。附加钢板3采用A3钢板制成。
2、根据传热学计算，水缝宽度为15～25mm，以确保结晶器的水冷均匀性良好。
3、为了增加使用过程中耐磨损与抗冲击能力，在结晶器上法兰的端面加设一个8～10mm厚附加钢板，通过多个螺栓与结晶器上法兰固定连接在一起。同时，组装结晶器用的定位装置也可焊接在附加钢板上。
4、铝结晶器各部几何结构的设计，例如把易出现应力损伤的部位都设计成圆角过渡，在内腔型板背面铸出几条加强筋来增加铝结晶器的抗变形能力，加强筋的高度和宽度由砂型铸造通用公式计算高10mm，宽6mm，沿结晶器瓣体易变形位置均布即可。
5、结晶器的制造内腔型板、加强筋、上法兰、下法兰是通过铸造方法，铸造成一整体结构。本次制作的结晶器，由于结构型线相对简单，故外腔型板、拉筋、进出水管采用冷弯焊接方法制成一整体结构(对于结构型线复杂的导叶，也可考虑铸造方法)。将上述二个整体结构焊合后，形成结晶器本体。附加钢板通过螺栓与上法兰固定连接在一起。
6、由于铸造铝合金的强度及热疲劳强度均较低，在电渣熔铸导叶环境中易造成应力损伤。为此在铝结晶器熔铸过程中应根据铝结晶器的大小牌号对其进行必要的热处理以消除熔铸过程产生的热应力。本次制作的铝合金结晶器在熔铸2炉后进行一次300℃，5小时的退火处理，熔铸10炉后对结晶器重做一次常规固溶处理，结晶器的使用寿命超过40炉次。
权利要求
1.电渣熔铸小型导叶用铝合金结晶器，包括内腔型板(4)、外腔型板(6)、加强筋(7)、拉筋(8)、上法兰(1)、下法兰(10)、进水管(9)和出水管(5)，其特征在于内腔型板(4)、加强筋(7)、上法兰(1)和下法兰(10)采用铸造方法铸成一整体结构；外腔型板(6)、拉筋(8)、进水管(9)、出水管(5)采用冷弯焊接或铸造方法连接成一整体结构；内腔型板(4)、加强筋(7)、上法兰(1)和下法兰(10)与外腔型板(6)、拉筋(7)整体焊合连接。
2.根据权利要求1所述的电渣熔铸小型导叶用铝合金结晶器，其特征是在上法兰(1)的上端面上设置附加钢板(3)，附加钢板(3)通过螺栓(2)与上法兰(1)固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的电渣熔铸小型导叶用铝合金结晶器，其特征在于所述的内腔型板(4)、外腔型板(6)、加强筋(7)、拉筋(8)、上法兰(1)、下法兰(10)、进水管(9)和出水管(5)均由铝合金材料制成。
全文摘要
电渣熔铸小型导叶用铝合金结晶器，包括内腔型板、外腔型板、加强筋、拉筋、上法兰、下法兰、进水管和出水管，内腔型板、加强筋、上法兰和下法兰采用铸造方法铸成一整体结构；外腔型板、拉筋、进水管、出水管采用冷弯焊接或铸造方法连接成一整体结构；内腔型板、加强筋、上法兰和下法兰与外腔型板、拉筋整体焊合连接。本发明采用的铝合金材料，各项性能指标介于铜和钢之间，具备铸造性较好、焊接性较好、价格较低、易加工等优点，克服了传统结晶器的缺点，较好地解决了导叶铸件的结晶器制造与维修、生产操作、使用寿命等关键问题。特别是采用了铸造成型的方法制造铝结晶器内腔型板，对确保铸件的尺寸精度、提高生产效率、降低生产成本起到了关键作用。
文档编号B22D23/10GK1974073SQ20061013470
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年12月12日
发明者陈瑞, 李宝东, 王洪锋, 姜云飞, 李旭东, 张家东, 于洪若, 王安国 申请人:沈阳铸造研究所