[发明专利]一种直接制备金属棒材或线材的连铸装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于金属连续铸造技术领域，涉及一种直接制备金属棒材或线材的连铸装置及方法。

背景技术

小直径的金属棒材或线材的生产一般采用连铸出铸坯后再进行轧制获得，由于生产工艺流程较长，提高了成本，特别对于一些高合金由于硬度高而塑性差，变形困难，采用这种工艺成材率低。目前一般采用线材水平连铸方法制造高合金线材，如含碳量或合金含量高的堆焊用实芯焊丝，铸坯断面为φ3～15mm。该方法一般在钢水包底部开水口并与水平放置的结晶器紧密连接，钢液经结晶器凝固后由拉坯装置直接拉出。和一般水平连铸技术振动结晶器的方式不同，该方法采用结晶器和钢水包连接固定不动、控制拉坯方式如间隙拉坯实现从液态金属一次直接铸造成形，从而具有设备简单，操作方便，生产效率高，成本低等优点。

由于棒材或线材水平连铸铸坯直径小，结晶器冷却强度大，钢液流动和充型困难，铸坯出口温度较高以及铸坯和结晶器金属模间的摩擦阻力大，因此在实际生产中经常出现起铸断丝、铸坯被拉断、铸坯中心疏松、铸坯表面氧化等问题。此外，由于棒材或线材水平连铸需要建立一定的液面高度，不适于钢液量很少的情况下金属棒材或线材的制备，给用于实验室中研究开发带来不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接制备金属棒材或线材的连铸装置和方法，它能够直接生产表面光亮、质量稳定的金属棒材或线材，特别适合钢液量很少的情况下制备金属棒材或线材。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种直接制备金属棒材或线材的连铸装置，它包括坩埚3、结晶器8和拉坯机构18，该装置采用立式连铸方式，在真空或保护气氛下感应熔炼，在正压下可控制地拉坯；坩埚3外围设有感应线圈2；结晶器8垂直置于所述坩埚3下方，并与坩埚3紧密配合；冷却装置17位于结晶器8下方，拉坯机构18位于冷却装置17下方，且冷却装置17、拉坯机构18与结晶器8保持同轴。

所述感应线圈2和坩埚3位于密封腔体5内；所述结晶器8全部或部分位于密封腔体5内。

所述密封腔体5上侧布置有钢液温度检测装置6，该钢液温度检测装置6检测钢液温度并反馈至感应电源1，进而控制感应电源1的输出功率以控制钢液4的保温温度。

所述密封腔体5与设有控制惰性气体流量的气体流量调节阀11的保护惰性气源12相连。

所述密封腔体5还设有检测密封腔体5内压力的气体压力检测装置10，该气体压力检测装置10将压力信号传输给PLC控制系统13，再由PLC控制系统13控制气体流量调节阀11。

所述冷却装置17与结晶器分离，并与设有控制冷却液体流量的液体流量调节阀15的冷却水循环系统14相连。

所述冷却装置17还带有布置在结晶器8出口处的铸坯出口温度检测装置16，用于检测铸坯19的出口温度并传输给PLC控制系统13，通过PLC控制系统13控制液体流量调节阀15。

所述拉坯机构18的运动由PLC控制系统13控制。

所述结晶器8为冷却水强制冷却结晶器或加热型结晶器。

所述坩埚3的容量最小为50克，其材质为镁砂、石墨或石英。

该装置适用于制备断面尺寸为2-15mm的金属棒材或线材。

上述直接制备金属棒材或线材的连铸装置的连铸方法，其中，采用立式连铸方式，在真空或保护气氛下感应熔炼，在正压下可控制地拉坯；具体步骤如下：

(1)打开PLC控制系统13设置拉坯模式并设定好温度和流量参数；

(2)在密封腔体5内放入原材料，导通感应线圈2，在坩埚5内将原材料熔炼成钢液4，要求腔内真空度保持高于10^-1Pa；

(3)钢液4熔化完全后，在20～200℃度过热度下保温2～50分钟；

(4)向密封腔体5内通入惰性气体，压力控制在0.01～0.2MPa之间；

(5)启动拉坯机构18拉坯，同时启动冷却装置17，控制铸坯出口温度在400℃以下；

(6)拉出的铸坯19切断或卷绕，使拉坯过程连续进行直至坩埚3中的钢液4拉完。

所述PLC控制系统13设置的拉坯模式为拉-停-拉、拉-推-停-拉或连续拉。

温度检测装置16检测钢液温度并反馈至感应电源1，通过PID表调节电源输出功率控制对钢液的控温和保温。

温度检测装置16检测铸坯出口温度并传输给PLC控制系统13，通过PLC系统调节冷却装置17和冷却水循环系统14的液体流量调节阀15控制冷却强度。