一种电渣熔铸空心件及其上提拉工艺以及专用装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种电渣熔铸空心件的新工艺方法及系列装置，其特征在于：采用向上提拉内结晶器的方法制备电渣熔铸空心件，熔铸过程伴随着拉拔过程，随时监测拉拔速度的匹配度，防止钻渣漏渣及结晶器卡死；电渣熔铸时采用的装置包括结晶器及联动提拉装置，所述结晶器分为外结晶器和内结晶器两部分，联动提拉装置用于向上提拉内结晶器；在内结晶器的外侧设有传感器，该传感器距内结晶器底部的距离L=H熔渣深度+(H金属熔池*0.4～H金属熔池*0.8)+(H空心件平均厚度*0.2～H空心件平均厚度*0.4)，其中2*v熔铸≥v拉拔≥v熔铸。该工艺适用性更强，设备费用相对低廉，可移植性好；采用该工艺及设备生产的空心件毛坯表面成型质量与内部质量均优良，完全满足或超过技术要求。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于铸造领域，特别提供一种电渣熔铸空心件及其上提拉工艺以及专用装 置。 -种电渣熔铸空心件及其上提拉工艺以及专用装置
【背景技术】
[0002] 电渣熔铸作为一项先进铸造技术，将钢水精炼与铸造成型两道工序结合在一起， 所生产的铸件结晶组织均匀致密、纯度高、硫和磷含量低、非金属夹杂物少、具有良好的力 学性能和抗疲劳性能。既能达到锻件的质量标准，又可实现铸件近净成型，实现周期和成本 的双赢，已被现代铸造企业广泛应用。空心件是目前应用十分广阔的铸件，产品涉及核电、 电力、化工、航空、造船、以及重型机械等现代化工业。
[0003] 众所周知，空心件长时间以来一直是电渣熔铸的高难铸件，目前电渣熔铸空心件 (图1、2)主要用热穿孔方法及下拉拔方法生产。
[0004] 采用热穿孔或下拉拔方法生产，需要专门的底水箱、台车及复杂的下拉拔控制系 统；该专有设备昂贵。
[0005] 结晶器是电渣熔铸的核心部件，在熔铸时，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具形成铸件的作用，熔化与成型均在结晶器内进行，所以结晶器 工作环境恶劣，对于空心件的内结晶器更是如此。内结晶器熔铸中受力复杂，必须具有导热 强、抗变形强、易制造、便于联动提拉的特点。
[0006] 传统样板+人工锤打方法成型的结晶器内腔尺寸偏差大，有时还得附加结构焊接 成型，既增大尺寸偏差又增加内腔型面上的焊缝数量，提高熔铸时漏水、漏渣风险，这些都 为结晶器的使用和维修带来困难。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种电渣熔铸空心件的新工艺方法(上提拉工艺方法）及系列装置。 采用上提拉法生产电渣熔铸空心件，避繁就简，适用性更强，设备费用相对低廉，且生产的 空心件毛坯表面成型质量与内部质量均优良，完全满足或超过技术要求。同时，本发明提供 的结晶器具有制作方便，省工、省料，熔铸操作方便，组装定位准确，熔铸金属利用率高等优 点。
[0008] 本发明具体提供了一种电渣熔铸空心件上提拉工艺，其特征在于：采用向上提拉 内结晶器的方法制备电渣熔铸空心件，熔铸过程伴随着拉拔过程，随时监测拉拔速度的匹 配度，防止钻渣漏渣及结晶器卡死；
[0009] 其中，电渣熔铸时采用的装置包括结晶器及联动提拉装置，所述结晶器分为外结 晶器和内结晶器两部分，联动提拉装置用于向上提拉内结晶器；
[0010] 在内结晶器的外侧设有传感器，该传感器距内结晶器底部的距离L与熔渣深度Η? 渣深度、金属溶池深度Η金属路池、全心件平均厚度Η空心件平均厚度具有如下关系：L=H顏深度+ (H金属培池 *0· 4?Η金属獅j*0. 8) + (H空心件平均厚度*0· 2?Η空心件平均厚度*0· 4)，Η金属獅j可根据头验测得；拉拔 速度ν_与熔铸速度V?5*具有如下关系：2*ν--*彡V?5*，其中Vg可根据生产实际测 得，所述传感器为温度、电流或电压传感器。
[0011] 本发明提供的电渣熔铸空心件上提拉工艺，其特征在于，工艺参数为：
[0012] a、渣系与渣量控制：
[0013] 渣系主成分为CaFjPAl203,其重量比为：CaF 2 :A1203=60?70 :40?30,渣量为 铸件重量的1. 5?5% ;在CaF2-Al203渣系中加入少量MgO和CaO,其加入量彡渣系总重量 10%。
[0014] b、引燃方式：
[0015] 采用固态或液态渣引燃，其化学成分以重量百分比计为Ti02 :40%?60%，CaF2 : 60% ?40% ;
[0016] c、供电参数的选择：
[0017] 熔铸电压和电流为：
[0018] U=[(0. 50 ?0· 75)D结晶器 + (25 ?35)]
[0019] 1= [ (580 ?680) + (30 ?36) d 电极]
[0020] 上式中分别为结晶器和电极截面积的等效直径，单位为mm，U的单位为 V，I的单位为A。
[0021] 本发明还提供了所述电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于，所述装 置包括结晶器及联动提拉装置，其中结晶器分为外结晶器和内结晶器两部分；
[0022] 外结晶器由内腔型板、水缝板、水套、水套板、法兰、进水管及出水管构成；其中，夕卜 结晶器的水缝板设置在内腔型板的外侧、水套的内侧，内腔型板、水缝板和水套板通过上下 法兰密封连接，在水缝板与内腔型板之间为水缝，水缝板和水套板之间为水套，下法兰处的 水套设有进水管、上法兰处的水套设有出水管；
[0023] 内结晶器由内腔型板、水缝板、水套、法兰、进水管及出水管构成；其中，内结晶器 的水缝板设置在内腔型板的内侧、水套的外侧，内腔型板、水缝板和水套的顶端通过法兰密 封连接，在水缝板与内腔型板之间为水缝，进、出水管通过法兰插入到水缝中；
[0024] 其中，内外结晶器的水缝板与内腔型板之间的距离为15_50mm，水套与水缝板相距 50_100mm ;
[0025] 为保证结晶器的制作精度，可在制造时首先用三维实体技术制造内模型，然后采 用模锻方法将整张铜板一次锻压成型结晶器内腔型板，这样制作的结晶器尺寸精度高，形 状与设计的产品相近，无需简化型线，而且内腔型板面上焊缝少，提高了结晶器的使用寿 命。
[0026] 所述联动提拉装置之一是由伸缩套管、钢丝、滑轮、导轨、衍架、控制器、渣液面监 测装置及用于带动钢丝运动的电机联动装置A构成；
[0027] 其中，钢丝设于伸缩套管内部，钢丝与伸缩套管的一端与内结晶器的法兰连接，伸 缩套管的另一端与设于外结晶器上部的衍架连接，钢丝通过滑轮进入设于衍架内的导轨， 并与设于衍架外部的电机联动装置A相连；渣液面监测装置由传感器和信号转换装置构 成，其中传感器为温度、电流或电压传感器，固设于内结晶器外侧，并通过设于衍架外信号 转换装置将信号传给控制器，控制器控制电机联动装置A ;
[0028] 套管在钢丝带动下可以达到带动内结晶器上下运动而无需衍架运动的作用，且套 管的运动可以避免内结晶器上拉对自耗电极行程的影响问题；控制器可以自由调节运动速 度，使得能够精确控制拉拔速度；通过配合熔铸电流电压，避免熔铸过程中出现钻渣漏钢及 结晶器卡死，并通过检测渣液面位置来确定拉拔速度。
[0029] 所述联动提拉装置之二是由丝杠、蜗轮蜗杆副、衍架、渣液面监测装置、控制器及 用于带动丝杠运动的电机联动装置B构成；
[0030] 其中，丝杠螺杆与蜗轮蜗杆副在衍架处连接，并与电机联动装置B通过设于电机 联动装置B上的长轴对接；丝杠螺母与内结晶器上法兰用销固定或焊接固定，蜗轮蜗杆副 与设于衍架外部的电机联动装置B相连；渣液面监测装置由传感器和信号转换装置构成， 其中传感器为温度、电流或电压传感器，固设于内结晶器外侧，并通过设于衍架外的信号转 换装置将信号传给控制器，控制器控制电机联动装置B。
[0031] 本发明所述电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于：所述电机联动装 置A由控制电机、联轴器、制动器、减速器、齿轮以及卷筒构成；其中控制电机通过联轴器和 减速器相连，减速器通过齿轮传动与卷筒连接，制动器与联轴器相连。
[0032] 所述电机联动装置B由控制电机、联轴器、制动器、减速器及长轴构成，其中控制 电机通过联轴器与减速器相连，减速器通过长轴与蜗轮蜗杆副连接，制动器与联轴器相连。
[0033] 本发明提供的电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于：设于外结晶器 上的法兰与联动装置间增设定位销定位，能保证结晶器良好定位，实现轴向同心度不超过 4mm/m。在外结晶器外部和衍架内部设有加强筋，且采用型板加强筋与拉筋成垂直交叉和内 腔型板焊接成一体，将结晶器的水冷区制成分区水冷来增强熔铸时的变形抗力和结晶器冷 却能力。所述内结晶器带有拔模斜度，防止在提拉过程中被卡死，实现铸件的顺利脱模，其 中拔模斜度为1/150?1/70,内结晶器的内腔形线具有下小上大的特点。
[0034] 本发明提供的上提拉装置，利用内结晶器在电机联动装置的带动下进行连锁运 动，以实现铸件在内外结晶器中间边熔铸边运动而不被卡死。该装置解决了如下棘手问题。
[0035] (1)电渣熔铸内结晶器脱模困难很大；
[0036] (2)对长空心铸件而言，因铸件内孔很长，必须实现内结晶器能连续上提拉运动；
[0037] (3)解决结晶器不影响电极行程的问题；
[0038] (4)对于长空心铸件来说，需控制拉拔过程易钻渣漏钢的问题；
[0039] ( 5 )提拉过程中，保证铸件的同心度。
[0040] 本发明所述电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于：所述结晶器中，内 腔型板为铜材质，其它部位为钢材质。
[0041] 采用本发明所述电渣熔铸空心件上提拉工艺制备的电渣熔铸空心件，其特征在 于：所述电渣熔铸空心件铸态坯料低倍组织的长枝晶一次臂与凝固中心成25-65°角。 [0042] 本发明具有如下优点：
[0043] 1 )、本发明所述工艺对底水箱及台车的依赖性小。
[0044] 2)、本发明所述工艺控制的是内结晶器的拉拔与铸件凝固速度的配合，相对下拉 拔方法，拉拔装置轻便，拉拔难度相对较小。
[0045] 3)、下拉拔方法需要同时控制内、外结晶器的拉拔，预防钻渣漏渣难度大；本发明 所述方案着重控制内结晶器的拉拔，更加容易控制和掌握规律。
[0046] 4)、热穿孔方法内结晶器工况环境恶劣，内结晶器寿命短；本发明所述方案内结晶 器工况相对较好，结晶器寿命长。
[0047] 5)、下拉拔方法因为对台车和底水箱的依赖性强，在承装下拉拔装置的电渣炉出 现故障时，设备可移植性差；本发明所述上提拉装置，在电渣炉出现故障时，设备可进行整 体或局部移植。
【专利附图】
【附图说明】
[0048] 图1柱形空心件(未热处理）GS-18NiMoCr3-6坯料及低倍金相图；
[0049] 图2长方体空心件(未热处理）GS-18NiMoCr3-6坯料及低倍金相图；
[0050] 图3实施例1上提拉电渣熔铸空心件系列装置示意图；
[0051] 图4实施例2上提拉电渣熔铸空心件系列装置示意图；
[0052] 图5实施例1内结晶器结构示意图；
[0053] 图6实施例2内结晶器结构示意图；
[0054] 图7外结晶器结构示意图；
[0055] 图8实施例1上提拉装置结构示意图；
[0056] 图9实施例2上提拉装置结构示意图；
[0057] 图10定位销示意图；
[0058] 图11结晶器的型腔断面为环状示意图；
[0059] 图12结晶器的型腔断面为空心方环示意图；
[0060] 图13电极在环状型腔结晶器内排布示意图；
[0061] 图14电极在空心方环型腔结晶器内排布示意图；
[0062] 图15实施例1熔铸位置示意图；
[0063] 图16实施例2熔铸位置示意图。
【具体实施方式】
[0064] 实施例1
[0065] 1、采用的自耗电极其成份及重量百分比见表1，电极尺寸：宽度为100mm的环形电 极，长度3000mm (图13)。
[0066] 表L GS-18NiMoCr3-6钢自耗电极成份及重量百分比
[0067]
【权利要求】
1. 一种电渣熔铸空心件上提拉工艺，其特征在于：采用向上提拉内结晶器的方法制备 电渣熔铸空心件，熔铸过程伴随着拉拔过程，随时监测拉拔速度的匹配度，防止钻渣漏渣及 结晶器卡死； 其中，电渣熔铸时采用的装置包括结晶器及联动提拉装置，所述结晶器分为外结晶器 和内结晶器两部分，联动提拉装置用于向上提拉内结晶器； 在内结晶器的外侧设有传感器，该传感器距内结晶器底部的距离L与熔渣深度Hg* 深度、金属溶池深度Η金属培池、全心件平均厚度Η空心件平均厚度具有如下关系：L=H臟深度+ (H金属培池 *0· 4?Η金属獅j*0. 8) + (H空心件平均厚度*0· 2?Η空心件平均厚度*0· 4)，H金属獅j可根据头验测得；拉拔 速度与熔铸速度具有如下关系：2*ν--*彡其中Vg可根据生产实际测 得，所述传感器为温度、电流或电压传感器。
2. 按照权利要求1所述电渣熔铸空心件上提拉工艺，其特征在于，工艺参数为： a、 渣系与渣量控制： 渣系主成分为CaFdPAl203，其重量比为：CaF2 :A1203=60?70 :40?30,渣量为铸件重 量的1. 5?5% ;在CaF2-A1203渣系中加入少量MgO和CaO,其加入量彡渣系总重量10%。 b、 引燃方式： 采用固态或液态渣引燃，其化学成分以重量百分比计为Ti02 :40%?60%，CaF2 :60%? 40% ； c、 供电参数的选择： 熔铸电压和电流为： U=[ (0.50 ?0.75) D结晶器 + (25 ?35)] 1= [ (580 ?680) + (30 ?36) d 电极] 上式中Dgm cU?分别为结晶器和电极截面积的等效直径，单位为_，U的单位为V， I的单位为A。
3. -种按照权利要求1所述电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于，所述 装置包括结晶器及联动提拉装置，其中结晶器分为外结晶器和内结晶器两部分； 外结晶器由内腔型板、水缝板、水套、水套板、法兰、进水管及出水管构成；其中，外结晶 器的水缝板设置在内腔型板的外侧、水套的内侧，内腔型板、水缝板和水套板通过上下法兰 密封连接，在水缝板与内腔型板之间为水缝，水缝板和水套板之间为水套，下法兰处的水套 设有进水管、上法兰处的水套设有出水管； 内结晶器由内腔型板、水缝板、水套、法兰、进水管及出水管构成；其中，内结晶器的水 缝板设置在内腔型板的内侧、水套的外侧，内腔型板、水缝板和水套的顶端通过法兰密封连 接，在水缝板与内腔型板之间为水缝，进、出水管通过法兰插入到水缝中； 所述联动提拉装置之一是由伸缩套管、钢丝、滑轮、导轨、衍架、控制器、渣液面监测装 置及用于带动钢丝运动的电机联动装置A构成； 其中，钢丝设于伸缩套管内部，钢丝与伸缩套管的一端与内结晶器的法兰连接，伸缩套 管的另一端与设于外结晶器上部的衍架连接，钢丝通过滑轮进入设于衍架内的导轨，并与 设于衍架外部的电机联动装置A相连；渣液面监测装置由传感器和信号转换装置构成，其 中传感器为温度、电流或电压传感器，固设于内结晶器外侧，并通过设于衍架外的信号转换 装置将信号传给控制器，控制器控制电机联动装置A ; 所述联动提拉装置之二是由丝杠、蜗轮蜗杆副、衍架、渣液面监测装置、控制器及用于 带动丝杠运动的电机联动装置B构成； 其中，丝杠螺杆与蜗轮蜗杆副在衍架处连接，并与电机联动装置B通过设于电机联动 装置B上的长轴对接；丝杠螺母与内结晶器上法兰用销固定或焊接固定，蜗轮蜗杆副与设 于衍架外部的电机联动装置相连；渣液面监测装置由传感器和信号转换装置构成，其中传 感器为温度、电流或电压传感器，固设于内结晶器外侧，并通过设于衍架外的信号转换装置 将信号传给控制器，控制器控制电机联动装置B。
4.按照权利要求3所述电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于： 所述外结晶器由外结晶器内腔型板（11)、外结晶器水缝板（13)、外结晶器水套（14)、 外结晶器水套板（19)、法兰（17)、外结晶器进水管（15)、外结晶器出水管（16)构成； 外结晶器水缝板（13)设置在外结晶器内腔型板（11)的外侧、外结晶器水套（14)的 内侧，外结晶器内腔型板（11)、外结晶器水缝板（13)和外结晶器水套板（19)通过上下法 兰（17)密封连接，在外结晶器水缝板（13)与外结晶器内腔型板（11)之间为外结晶器水缝 (12)，外结晶器水缝板（13)和外结晶器水套板（19)之间为外结晶器水套（14)，外结晶器水 套（14)下部设有外结晶器进水管（15)、上部设有外结晶器出水管（16); 所述内结晶器由内结晶器内腔型板（21)、内结晶器水缝板（23)、内结晶器水套（24)、 法兰（17)及内结晶器进水管（25)、内结晶器出水管（26)构成； 内结晶器水缝板（23)设置在内结晶器内腔型板（21)的内侧、内结晶器水套（24)的 外侧，内结晶器内腔型板（21)、内结晶器水缝板（23)和内结晶器水套（24)的顶端通过法 兰（17)密封连接，在内结晶器水缝板（23)与内结晶器内腔型板（21)之间为内结晶器水缝 (22)，内结晶器进水管（25)、出水管（26)通过法兰（17)插入到内结晶器水缝（22)中； 其中，水缝板（13、23)与内腔型板（11、21)之间的距离为15-50mm，水套（14、24)与水 缝板（13、23)相距 50-100mm ; 所述联动提拉装置之一是由伸缩套管（31)、钢丝（32)、滑轮（33)、导轨（34)、衍架 (35)、控制器（39)、渣液面监测装置及用于带动钢丝（32)运动的电机联动装置A (37)构 成； 其中，钢丝（32)设于伸缩套管（31)内部，钢丝（32)与伸缩套管（31)的一端与内结晶 器的法兰（17)连接，伸缩套管（31)的另一端与设于外结晶器上部的衍架（35)连接，钢丝 (32)通过滑轮（33)进入设于衍架（35)内的导轨（34)，并与设于衍架（35)侧面的电机联动 装置A (37)相连；渣液面监测装置由传感器（38a)和信号转换装置（38b)构成，其中传感 器（38a)固设于内结晶器外侧，并通过设于衍架（35)外的信号转换装置（38b)将信号传给 控制器（39 )，控制器（39 )控制电机联动装置A (37 ); 所述联动提拉装置之二是由丝杠、蜗轮蜗杆副（43)、衍架（35)、渣液面监测装置、电 机联动装置B (41)及控制器（39)构成； 丝杠螺杆（42a)与蜗轮蜗杆副（43 )在衍架（35 )处连接，并通过设于电机联动装置B上 的长轴（37g)与电机联动装置B (41)对接；丝杠螺母（42b)与内结晶器上法兰（17)用销 (44)固定或焊接固定，蜗轮蜗杆副（43)与设于衍架（35)外部的电机联动装置B (41)相连； 渣液面监测装置由传感器（38a)和信号转换装置（38b)构成，其中传感器（38a)固设于内结 晶器外侧，并通过设于衍架外的信号转换装置（38b)将信号传给控制器（39)，控制器（39) 控制电机联动装置B。
5. 按照权利要求4所述电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于：设于外结 晶器上的法兰（17 )与联动装置间采用定位销（51)定位。
6. 按照权利要求4、5任一所述电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于：在 外结晶器外部和衍架（35)内部设有加强筋（18)。
7. 按照权利要求3所述电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于：所述结晶 器中，内腔型板为铜材质，其它部位为钢材质。
8. 按照权利要求3?5、7任一所述电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于： 所述内结晶器带有拔模斜度，其中拔模斜度为1/150?1/70,内结晶器的内腔形线具有下 小上大的特点。
9. 按照权利要求4所述电渣熔铸空心件上提拉工艺专用装置，其特征在于：所述电机 联动装置A (37)由控制电机（37a)、联轴器（37b)、制动器（37c)、减速器（37d)、齿轮（37e) 以及卷筒（37f)构成； 所述电机联动装置B(41)由控制电机（37a)、联轴器（37b)、制动器（37c)、减速器（37d) 及长轴（37g)构成。
10. -种按照权利要求1所述电渣熔铸空心件上提拉工艺制备的电渣熔铸空心件，其 特征在于：所述电渣熔铸空心件铸态坯料低倍组织的长枝晶一次臂与凝固。
【文档编号】B22D23/10GK104057068SQ201310096053
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】唐骥, 王安国, 姜云飞, 李旭东, 陈瑞, 李志刚 申请人:沈阳铸造研究所