一种镁合金熔炼铸造设备的制作方法与工艺

本实用新型涉及一种适用于镁合金挤压的镁合金圆锭半连续铸造方法，提供了一种以无（微）溶剂精炼、镁熔体定量传输、热顶密排油气润滑半连续铸造、环保气体保护为主要技术，获得了高质量镁合金圆铸锭。与同类制造方法相比，该方法不仅获得镁合金铸锭表面质量良好和组织形貌均匀，而且效率高、环保无污染。

背景技术：
镁及镁合金与其它主要金属材料比，具有比重轻（镁的密度1.8，为铝的2/3，钢的1/4），比强度及比刚度高，阻尼性及切削加工性好，导热性好、电磁屏蔽能力强，以及减振性好和易于回收等一系列优点，在汽车、电子通讯、轨道交通、航空航天等领域的应用日益广泛。镁合金本身化学性质较活泼，其电负性较大，在冶炼过程中极易与外部介质（如氧气）反应生成氧化物，这些氧化物若被卷入镁合金熔体将成为铸锭中的夹杂，进而造成工件力学性能下降。此外，镁的氧化物本身疏松，致密度系数小，它们在镁合金熔体发生氧化时不能起到保护隔绝的作用，因此熔体会进一步发生燃烧。这种熔体烧损不仅使得现场操作环境出现危险，而且导致原材料损失严重，最终获得铸坯表面质量较差。传统的镁合金铸造方法难以避免熔体燃烧、氧化行为，铸坯表面质量差，偏析层较厚，需要后期进行机械加工（如车削），因此该方法易造成大量浪费。因此，开发和研究获得高质量镁合金铸坯技术具有极高的基础研究价值和广阔的实用前景。目前，国内镁合金材料高效熔炼技术与装备等关键技术，仍然是制约镁合金材料产业化的瓶颈。我国现有的镁合金圆铸锭制备技术，依然沿用早期的群炉组熔化、掺加溶剂精炼、采用SF6气体进行保护、应用石墨润滑半连续铸造技术铸锭，生产功效低（一次性铸锭支数1支）、铸锭表面粗糙、偏析层厚、晶粒粗大，需车削去皮使用。与国外先进水平相比存在较大差距。

技术实现要素：
针对我国现有的镁合金圆铸锭制备技术，依然沿用早期的群炉组熔化、掺加溶剂精炼、采用SF6气体进行保护、应用石墨润滑半连续铸造技术铸锭，生产功效低（一次性铸锭支数1支），镁合金圆铸锭存在晶粒粗大、表面粗糙、偏析层厚不足等问题，通过提种一种镁合金熔炼铸造装置和方法，获得良好表面质量和组织形貌的镁合金。该实用新型制备出的镁合金铸锭晶粒尺寸低于200μm，表面偏析层厚度低于100μm，表面光滑且无裂纹，实现了高效环保铸造高质量镁合金圆锭的目的。实现本发明的技术方案为，一种镁合金熔炼铸造设备包括熔化精炼炉、沉降保温炉、铸棒装置，熔化精炼炉、沉降保温炉、铸棒装置之间通过真空泵进行连接，所述熔化精炼炉、沉降保温炉内均设给气管，给气管与惰性气源连通；所述的铸棒装置包括进料盘,及通过分料槽与进料盘连通铸棒口，铸棒口下端设承接盘，铸棒口内设进气环，进气环上的进气口与惰性气源连通，所述的铸棒体顶部设有气体保护罩；进料盘通过真空泵与沉降保温炉连接。进一步讲，铸棒口上端设有密封棒，密封棒一端穿过气体保护罩。进一步讲，密封棒穿过气体保护罩一端上连接有驱动电机，在气体保护罩内壁上设有红外扫描仪，红外扫描仪通过控制器与驱动电机连接。进一步讲，真空泵为定量转液真空泵。进一步讲，熔化精炼炉机械搅拌和重力循环过滤方式对镁熔体进行自净化。一种镁合金熔炼铸造方法包括以下步骤：步骤1）镁锭、中间合金锭进过预热处理后加入镁合金熔化炉熔化生成镁熔体；步骤2）镁熔体熔化达到720℃温度后，开始进行机械搅拌，同时通过机械泵进行自循环，镁熔体在自循环过程中通过重力过滤实施镁熔体自净化；步骤3）步骤2实施8-15min后停止，熔化炉内镁熔体经由真空泵传输到保温炉内；步骤4）镁熔体在沉降保温炉内进行分温区实施重力过滤，实现镁熔体进一步自净化；步骤5）；将沉降保温炉内镁熔体用真空泵传输到分流盘，并经进料盘输送至铸棒口。进一步讲，步骤1）、步骤2）、步骤3）、步骤4）、步骤4）处于封闭状态。进一步讲，步骤3）、步骤6）中镁熔体的传输采用红外线检测定量控制传输。本实用新型优点：1）材料表面质量的提升，目前本实验得到镁合金铸锭表面是同类材料中相对较高的，且成本相对较低，减少了机械加工车削表面的过程。2）.本实用新型制备镁合金铸锭实现了晶粒尺寸的有效调控，与传统镁合金铸造方法相比更具有推广前景。3）.本实用新型的制备镁合金铸锭生产效率相对较高，可实现一次性铸锭支数达到8支以上，以上这些因素都有利于降低该材料的制备成本，具有非常广阔的应用推广前景。4）.本实用新型的制备镁合金铸锭生产环保效应相对突出，杜绝了SF6气体的使用。5）在浇注过程中减少溶剂使用量，仅相当于已有方法的百分之十不到。附图说明图1是镁合金熔炼铸造装置结构示意图。图2是熔化精炼炉结构示意图。图3是沉降保温炉结构示意图。图4是铸棒装置结构示意图。图5是图4中A-A断面示意图。图6是铸棒装置优选结构示意图。图7是铸棒装置另一优选结构示意图。如图中，熔化精炼炉1、沉降保温炉2、铸棒装置3、真空泵4、给气管5、机械搅拌轴11、机械泵12、回流槽13、隔仓21、通孔22、铸棒口31、承接盘32、气体保护罩33、进气环34、分料槽312、进料盘313、控制器315、密封棒6、驱动电机7、红外扫描仪8。具体实施方式如图1中，一种镁合金熔炼铸造设备包括熔化精炼炉1、沉降保温炉2、铸棒装置3，熔化精炼炉1、沉降保温炉2、铸棒装置3之间通过真空泵4进行连接，优选的，真空泵4为定量转液真空泵，熔化精炼炉1、沉降保温炉2内均设给气管5，给气管5与惰性气源连通；如图2中，熔化精炼炉1包括进料区、出料区，给气管5与熔化精炼炉1内部连通，惰性气体均能进入进料区、出料区，机械搅拌轴11设在进料区，机械泵12设在出料区，进料区下端与出料区下端通过机械泵12连通，进料区上端与出料区上端通过回流槽13连通，工作时，机械搅拌轴11对进料区的镁熔体进行搅拌，机械泵12将进料区的镁熔体抽入出料区，并在出料区内重力沉淀过滤，然后相地较纯的镁熔体从回流槽13回流至进料区，熔化精炼时反复进行上述操作，可以去除镁熔体内的杂质。如图3中，沉降保温炉2包括多个隔仓21，给气管5与沉降保温炉2内部连通，惰性气体均能进入每个隔仓21，相邻隔仓之间通过通孔22连通，靠近熔化精炼炉1的隔仓21通过真空泵4与熔化精炼炉1连通，靠近铸棒装置3的隔仓21通过真空泵4与铸棒装置3连通，如图4、5中，铸棒装置包括进料盘313,及通过分料槽312与进料盘313连通铸棒口31，优选的，一个进料盘313可以通过多条分料槽312连接多个铸棒口31，铸棒口31下端设承接盘32，铸棒口31内设进气环34，进气环34上的进气口与惰性气源连通，如图1中，铸棒体31顶部设有气体保护罩33，进料盘313通过真空泵与沉降保温炉连接。工作时，预先通过进气环34上的进气口向铸棒口31空心内部注入惰性气体，将其内的空气排出，进料盘313通过分料槽312向铸棒口31注入镁熔体，同时将承接盘32（工作时，承接盘32下端设在水中，承接盘32下降过程利用水对镁熔体进行降温，以使镁棒快速成形）均速下降，即形成了镁棒，优选的，在气体保护罩33上设置一个气压表，通过读取气压表内的读数可以判断内容的空气是否已排尽。如图6中，优选的，铸棒口31上端设有密封棒6，密封棒6一端穿过气体保护罩，密封棒6在气体保护罩33内的一端对准铸棒口31，在铸棒时，因冷却水将镁棒烧穿，引导火花时，以前是将整个铸棒的过程停止，然后进行处理，极为影响铸棒的效率，采用密封棒6，可以在发现上述情况后，及时将将密封棒6下滑封住有火花的铸棒口，使铸棒口停止进入镁熔体，而其它正常铸棒的铸棒口31工作。密封棒6穿过气体保护罩33一端上连接有驱动电机7，在气体保护罩33内壁上设有红外扫描仪8，红外扫描仪8通过控制器315与驱动电机7连接。工作时，每个红外扫描仪8对准一个铸棒口31，当发现铸棒口31有光花时（即出现明显的亮度增强时），红外扫描仪8的数据输入控制器315，控制器315即通过驱动电机7驱动密封棒6下滑，对有花光的铸棒口31进行密封。优选的，真空泵4为定量转液真空泵。一种镁合金熔炼铸造方法包括以下步骤：本实用新型是一种镁合金熔炼铸造方法，包括以下步骤：（1）镁锭及中间合金锭在预热炉内加热到150℃-200℃，烘干表面水分；（2）预热处理后的镁锭及中间合金锭在镁合金熔化炉内封闭加热到720℃完全熔化，生成镁溶体；（3）完全熔化后的镁熔体在镁合金熔化炉内经过循环搅拌和重力过滤进行精炼除杂，进行8-15min分钟停止；（4）精炼完毕的镁熔体经由真空泵传输到沉降保温炉内；（5）镁熔体在保温炉依次经过不同温区熔室（隔仓21）并再次经过重力过滤进一步净化；（6）完成净化的镁熔体在沉降保温炉内静置30min；（7）调试流槽系统，烘烤流槽至1000℃，预热定量浇铸系统至900℃；（8）静置完毕的镁熔体经由定量浇铸系统传输到进料盘中,并经进料盘输送至铸棒口；优选的，步骤1-8处于封闭状态，且在非SF6气体的惰性气体保护下完成（优选的，镁合金在熔化、精炼、传输、浇铸过程中均采用SF6替代气体对熔体进行保护，实现镁合金熔炼浇铸清洁化生产）。镁熔体由熔炼炉到保温炉、由保温炉到铸造平台均采用自动控制机械泵传输，既保证镁熔体在传输过程中不受到外界气体二次污染，同时由确保镁熔体在传输过程按设计参数自动检测定量控制。