用于镁合金板的水平连铸的设备和该镁合金板的制造方法

摘要

一种用于连续制造镁合金板的水平连铸设备和利用该设备制造镁合金板的方法。该水平连铸设备被构造成使得板的横截面积等于或小于熔体入口的横截面积，并且该设备包括利用设置到模子外壁的冷却套间接冷却熔体和/或通过冷却水的喷洒直接冷却熔体的冷却单元，和具有多步牵引循环的牵引单元。从而，能够安全且连续地铸造出具有各种尺寸的镁合金板。

权利要求

1.一种用于镁合金板的水平连铸的设备，包括：

具有坩埚的保温炉，在该坩埚中加热并精炼镁合金；

呈板状的模子，该模子被连接到所述保温炉中的坩埚，并且所述模子具有小于熔体入口的内部横截面积；

插入到所述模子中的引锭杆；

冷却单元，该冷却单元包括联接到所述模子的外壁的冷却套，用于通过循环所述套中的冷却水来间接地冷却供应到所述模子中的镁合金熔体；

牵引单元，利用驱动发动机，该牵引单元用于牵引通过所述模子加工的、具有预定形状的连铸材料；

进气管，该进气管延伸到所述坩埚，以输送保护所述镁合金熔体的保护气体；

热电偶温度计，该热电偶温度计延伸到所述坩埚的内部，以测量所述坩埚中熔体的温度；和叶轮，该叶轮延伸到所述坩埚的中心部分，以精炼所述坩埚中的熔体，并均匀地控制所述熔体的温度。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述牵引单元包括上下牵引辊、用于驱动所述上下牵引辊的驱动发动机和用于控制所述上下牵引辊的自动控制系统。

3.一种通过水平连铸制造镁合金板的方法，包括以下步骤：

将所述镁合金加热和熔化到其熔点或更高的温度下，以制备镁合金熔体，对该镁合金熔体进行精炼，并利用叶轮控制所述镁合金熔体的温度；

利用包括冷却套的冷却单元通过循环所述套中的冷却水来间接地冷却加热到其熔点或更高的温度下的所述镁合金熔体，其中所述冷却套联接到所述模子的外壁，所述模子具有小于熔体入口的内部横截面积，同时，将所述熔体供应到所述模子中，以与插入到所述模子中的引锭杆相接触，以使所述熔体凝固为与所述模子的内部形状相同的形式；和利用牵引单元，通过所述引锭杆的运动，连续牵引凝固在所述模子中的镁合金板。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述镁合金板的连续牵引通过利用两步牵引循环、三步牵引循环或四步牵引循环进行，所述两步牵引循环包括前进和停止，所述三步牵引循环包括前进、停止和后退，所述四步牵引循环包括前进、停止、后退和停止。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述镁合金板的连续牵引利用自动控制系统，通过两步牵引循环、三步牵引循环或四步牵引循环的自动操作进行。

说明书

用于镁合金板的水平连铸的设备和该镁合金板的制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及通常用于连铸镁合金板的水平连铸设备和使用该设备制造镁合金板的方法。更特别地，本发明涉及一种用于连铸具有等于或小于熔体入口的横截面积的镁合金板的设备，以及使用该设备制造镁合金板的方法。

背景技术

[0002] 对于市场上可买到的结构材料，镁合金具有最小的密度和优良的单位强度和单位刚度，因此不仅已广泛地应用到飞机或汽车的部件，而且还应用到电子或休闲产品的部件。目前，几乎所有的镁合金产品都主要通过模铸过程制造。但是，随着对于具有各种形状和优良特性的镁合金产品的需求急速增大，近年来已研究使用塑性加工过程，例如挤压、轧制、板成型、锻造等工艺来制造半成品或最终产品的新技术的开发。

[0003] 就铸造过程而言，合金被熔化，供应到具有预定形状的模子中，然后凝固成期望的产品。另一方面，在可锻合金的情况下，制备中间材料，例如薄板坯板料、板材或板，并使所述中间材料塑性变形成半成品或最终产品。制备用于塑性加工过程的中间材料的技术的实例包括但不限于：在分批式铸造中制备薄板坯板料或板材的方法；用于将熔体供应到垂直设置的模子中并凝固该熔体的垂直连铸方法；和用于将熔体供应到水平设置的模子中并凝固该熔体的水连铸方法。

[0004] 但是，因为凝固收缩、分离和显微结构的非均匀性所引起的表面缺陷的出现，所以分批式地制备薄板坯板料或板材的方法受到损害。此外，中间材料的特性不好并且熔体损失高。而且，降低生产率。

[0005] 同时，在垂直连铸方法的情况下，难以制备具有各种形状和小横截面积的中间材料。此外，垂直连铸方法是半连铸工艺。因此，在铸造过程具有预定长度之后应中断该铸造过程。相比之下，因为水平连铸工艺能够连续制备具有优良品质的中间材料，并且可容易地制备具有各种形状，例如板状、杆状或管状的产品，所以水平连铸工艺是有利的。

[0006] 尽管水平连铸技术可商业地应用于铝合金和铜合金，但与铝合金或铜合金的特性相比，由于镁合金较低的流动性和与氧较高的反应性，这种技术难以实际应用于镁合金。特别地，当镁合金熔体接触水时，可能出现突然的爆炸。因此，考虑到安全危险性必须改良连铸过程。

[0007] 在这方面，已提出由Norsk Hydro研制的水平铸造设备(美国专利No.5915455)，在该设备中镁在熔融炉中熔化，被馈送到保温炉中，然后通过设置在保温炉下部的熔体入口而供应到模子中，并通过冷却系统凝固成薄板坯板料。该水平连续设备适于制备铸造材料的横截面积大于熔体入口的横截面积的薄板坯板料或板材。此外，为了冷却熔体，已采用包括间接第一冷却和直接第二冷却过程的冷却过程。

[0008] 但是，因为喷射到薄板坯板料表面上的冷却水沿着薄板坯板料的表面向后流动到模子中，从而可能会不希望地与镁合金熔体起化学反应，或者溅射熔体可能会在水浴中与冷却水起化学反应，从而可产生突然的爆炸，所以用于增加铸造速度的直接冷却过程是不利的。在实践中，已报道过这样的事故。

发明内容

[0009] 本发明所要解决的技术任务

[0010] 因此，本发明已设计成用以解决如上所述的垂直连铸的问题并经济地制备中间材料，并且本发明的目的是提供一种水平连铸设备，在该设备中不仅应用直接冷却喷水工艺，而且还将利用冷却套的间接水冷却工艺应来用于具有等于或小于熔体入口的横截面积的镁板的连铸，以便连铸出具有小横截面积的板，从而能够安全连续地铸造具有各种尺寸的镁合金板。

[0011] 本发明的另一目的是提供一种使用这种设备制造镁合金板的方法。

[0012] 技术方案

[0013] 为了实现上述目的，本发明提供一种用于水平连铸镁合金板的设备，包括：密封熔融炉和具有坩埚的保温炉，将镁锭装载到该坩埚中以被加热和熔化；呈板状的模子，该板状模被直接或间接地连接到保温炉中的坩埚；插入模子的引锭杆；冷却单元，该冷却单元用于冷却供应到模子中的镁合金熔体；和牵引单元，该牵引单元利用驱动发动机，用于牵引通过模子加工且具有预定形状的连铸材料。

[0014] 此外，本发明的设备的特征在于还包括：进气管，以输送用于保护镁合金熔体的保护气体；热电偶，以测量在坩埚中的熔体的温度；和叶轮，以精炼在坩埚中的熔体并均匀地控制该熔体的温度。

[0015] 此外，本发明的设备的特征在于冷却单元包括附着在模子外壁上的冷却套。

[0016] 此外，本发明的设备的特征在于牵引单元包括：上下牵引辊，连铸材料通过所述上下牵引辊之间；用于驱动上下牵引辊的驱动发动机；和用于控制上下牵引辊的自动控制系统。

[0017] 此外，本发明提供一种通过水平连铸制造镁合金板的方法，包括：将镁合金装载到熔融炉和保温炉的坩埚中，将镁合金加热并熔化到其熔点或更高的温度下，以制备镁合金熔体，和使用叶轮均匀控制镁合金熔体的温度；通过间接和/或直接冷却系统冷却镁合金熔体，同时将熔体供应到模子中以接触插入到模子中的引锭杆，以便使熔体凝固为具有与模子的内部形状相同的板尺寸；和利用牵引单元、通过引锭杆的运动连续牵引凝固在模子中的镁合金板。

[0018] 此外，本发明的方法的特征在于：镁合金板的连续牵引通过利用两步牵引循环、三步牵引循环或四步牵引循环进行，所述两步牵引循环包括前进和停止，所述三步牵引循环包括前进、停止和后退运动，所述四步牵引循环包括前进、停止、后退运动和停止。

[0019] 此外，本发明的设备的特征在于镁合金板的连续牵引利用自动控制系统，通过两步牵引循环、三步牵引循环或四步牵引循环的自动操作进行。

附图说明

[0020] 图1是示意图，显示出根据本发明，用于通过水平连铸制造镁合金板的设备的整体结构；

[0021] 图2是剖视图，显示出用于制备镁合金板的模子；

[0022] 图3是正视图，显示出围绕用于制备镁合金板的模子的间接冷却套；和[0023] 图4是显示出水平连续铸件AZ31镁合金板的外观的视图。

具体实施方式

[0024] 此后，将参考附图，给出本发明的详细描述。

[0025] 图1所示视图示意性地示出了根据本发明用于通过水平连铸制造镁合金板的设备的整体结构。如该图所示，本发明的设备包括：单独的熔融炉(未示出)；保温炉1；延伸到保温炉和坩埚的模子6；纵向地插入模子中心的引锭杆8；位于模子上侧和下侧的冷却单元7；和靠近保温炉设置、用于牵引板的牵引单元9，该板通过延伸到保温炉外部的模子而连续地铸造。该牵引单元包括位于板的上方和下方的两对上下牵引辊9a。此外，排出室10在外部延伸的模子的下方被连接到保温炉外侧表面。

[0026] 保温炉1利用加热体(例如加热器或感应炉)被制造为电炉的形式，其中包括由无镍钢制成的坩埚2。坩埚以密封形式设置，以抑制镁熔体与空气反应。

[0027] 进气管3从保温炉1上端的预定部分延伸到坩埚2，以便输送用于保护该熔体的保护气体。因此，通过进气管馈送的保护气体可防止镁合金熔体的氧化和燃烧(ignition)。

[0028] 热电偶温度计4从保温炉1的上端的另一部分垂直地延伸到坩埚2的内部，以便连续地测量坩埚中镁合金熔体的温度。

[0029] 叶轮5从保温炉1的上端垂直地延伸到坩埚2的底部，以精炼熔体。也就是，叶轮以某一速度旋转以形成气泡，以便去除熔体中的杂质并均匀地控制坩埚中镁合金熔体的温度。同样地，用于形成气泡的气体优选地包括惰性气体，例如氩气(Ar)。

[0030] 坩埚2下端的侧面连接至延伸于保温炉外部的模子6的一端，以连续地铸造镁合金板。坩埚2和模子6之间的连接部分由绝热材料所覆盖，以便完全密封。

[0031] 图2是示意性示出用于制备镁板的模子的剖视图。如该图所示，模子6连接到保温炉的坩埚2，以连续地铸造镁合金板，该模子6的横截面根据待铸造产品的形状而形成为板形。特别地，以制造所期望的板为目标，将模子6设计成：使得凝固在模子6中的板的横截面积等于或小于由钢铁制成的坩埚2的熔体入口的横截面积。

[0032] 在连续铸造的板的横截面积大于熔体入口的情况下，由于绝热材料的应用，可充分地预计到熔体的凝固点，所以模子6可由金属(例如钢、铜合金)等等制成。但是，在本发明中，模子6的横截面积小于或等于熔体入口的横截面积，则使用由例如石墨或BN(氮化硼)这样的非金属材料制成的模子6。

[0033] 将熔化在保温炉1的坩埚2中的镁合金供应到模子6中，接触插入到模子中的引锭杆8，然后通过冷却单元7和/或辅助的冷却水(未示出)，镁合金根据模子的内部形状而凝固。

[0034] 图3是示意性示出环绕用于制备板的模子的冷却套的正视图。如该图所示，冷却单元7包括围绕模子6的外壁的冷却套，从而适当温度的冷却水在套中循环，以间接地冷却模子6中的镁合金熔体。

[0035] 与铝合金不同，镁合金活跃地与水起化学反应，放出大量氢，从而导致爆炸。因此，就安全危险性而言，利用冷却单元7，用水间接冷却镁合金熔体的方法是优选的，而不是用水直接冷却这种熔体。作为辅助冷却的直接冷却可在离开模子的镁板表面凝固之后应用。

[0036] 当供应到模子6中的熔体通过与插入到模子中的引锭杆8相接触而凝固时，凝固板结合至引锭杆8，并且在该凝固板连接到引锭杆8时，该凝固板沿着利用牵引单元9而移动至模子外部的引锭杆8移动，从而获得具有预定形状的连铸板。

[0037] 牵引单元9由并排设置的两对上下牵引辊9a、控制系统和用于操作上下牵引辊的驱动发动机(未示出)组成。当引锭杆8通过两对牵引辊的旋转而运动时，根据驱动发动机的操作，牵引连铸板。

[0038] 控制连铸板的牵引速度，从而对模子6中处于部分或完全凝固状态的镁合金熔体进行牵引。此外，为了防止板的断开并连续地制造具有优良表面品质的板，应用两步牵引循环、三步牵引循环或四步牵引循环，所述两步牵引循环包括前进和停止，所述三步牵引循环包括前进、停止和后退，所述四步牵引循环包括前进、停止、后退和停止。这种两步至四步的牵引循环可通过连接到驱动发动机的控制系统自动地进行。

[0039] 在由于模子6中的镁合金熔体的非稳定凝固所导致的镁合金板断开的情况下，或在可归因于非稳定牵引循环、在牵引过程中出现这种断开的情况下，将留在模子中的熔体排出到设置保温炉外部的排出室10中，然后使其安全地凝固。

[0040] 有利效果

[0041] 本发明提供一种用于水平连铸镁合金板的设备和一种利用该设备制造镁合金板的方法。根据本发明，利用水平连铸设备，连续铸造横截面积等于或小于熔体入口的横截面积的镁合金板。从而，可省略铸造具有大横截面积的薄板坯板料或板材并且然后挤压或碾压该薄板坯板料或板材的传统工艺，从而呈现节能效果。

[0042] 此外，采用间接和/或直接冷却，从而增强工艺的稳定性。此外，应用多步牵引系统，从而稳定地制造具有优良品质的连铸板，导致生产率提高。

[0043] 用于实现本发明的最优模式

[0044] 通过提出以说明、但不被认为是本发明的限制的以下实例，可获得本发明的更好的理解。

[0045] [实例1]

[0046] 将用作典型的可锻镁合金的AZ31合金(Mg-3Al-1Zn)加热到其熔点或更高的温度下，以制备镁合金熔体，然后将该镁合金熔体供应到具有120毫米宽度和30毫米厚度的板状模子6中。随后，该熔体与插入到模子中的引锭杆8相接触，然后凝固成与该模子的横截面相同的形状。

[0047] 同样地，将坩埚2中的镁合金熔体加热到适于连续铸造的700℃，在通过叶轮5的旋转精炼熔体的同时，控制熔体的温度。利用牵引单元9、根据四步牵引循环以50毫米/分钟或更快的牵引速度牵引连铸板，从而获得具有优良表面品质的连铸镁合金板，而不存在表面缺陷，如图4所示。