铝锂合金熔铸设备及方法

摘要

本发明提供一种易氧化合金保护气氢熔铸及方法，采用了熔炼系统与熔炼系统分别用惰性气体保护方式，使用在同一坩埚中完成两步精炼法，可进行半连续铸造，适合实验室研究用或批生产用。研制成一种含氧化镁防护涂料，涂抹在合金熔铸过程中所接触的器皿工具表面上，使合金不被污染，器皿工具不被腐蚀，打开熔铸易氧化合金使用钢铁材料器皿的新的一页。

说明书

本发明涉及一种改进的易氧化合金保护气氛熔铸设备及其方法，特别是适用于铝锂合金熔铸设备与方法。

铝锂合金比重轻，在铝中每加入1%的锂，合金材料比重则降低3%弹性模量提高6%，现在铝锂合金一般含锂2～3%，若在铝中加入1%的锂比普通铝合金可减轻10%以上，是种极有前途的宇航结构材料。由于锂是种贵金属，化学性能非常活泼，极易氧化烧损浪费，在熔铸状态下的铝锂合金极易与其周围介质发生化学反应，会侵蚀炉壁，污染合金，这便使得合金的化学成分很难控制，而且在半连续铸造中合金液若遇水会发生爆炸，因此易氧化合金的熔铸必须采用特种设备及方法才行。

目前国际上只有为数不多的几家掌握铝锂合金熔铸技术，而且技术是严格保密的，现在有关资料报导中有①真空感应熔炼，这种技术设备投资量大，不适用于工业生产和实现半连续铸造，只适合实验室中研究用。②熔剂保护熔炼，是采用适当的盐类或其混合物熔化后置浮在铝合金液的表面起保护作用，但易混入合金熔液中形成熔剂夹渣，造成合金缺陷。熔剂一般为氯化物或氟化物，其挥发物会严重污染环境。对人体有害。而且烧损量也大，③惰性气体保护：a、在一密闭的罩子内设有一个熔铝炉与一个熔锂炉，罩内通上气体氦，将分别熔化的锂和铝按一定比例均匀混合注入锭模。这种方法占地面积大，操作不方便，不能实现半连续铸造。b、两个坩锅分别熔化铝与锂，将其熔液分别通过管道按一定比例均匀混合进入浇铸装置中，全部过程都是采用计算机控制自动化，适于大规模生产，这种技术难度大投资量太大，一般实施困难不适于实验室研究用或小批生产用。另外熔炼合金时存在对炉壁及接触件侵蚀问题，浇铸时使用一下铁质器皿、便使合金含铁量达到0.9%～2.3%之多！有份资料建议使用坩锅。另外有一份是使用成本高，工艺复杂的耐火材料与粘结剂，

本发明的目的在于避免上述不足之处，而设制了一种能在铁质坩锅中进行铝锂合金熔铸的设备，用不污染合金不腐蚀工具的熔铸方法进行连续熔铸。

本发明以如下方式完成的：首先设制一台有熔炼系统与浇铸系统的设备，熔炼系统由炉体（1），普通铁质坩锅（2），通入惰性气体管道（3），带有加料口的坩锅盖（4），加料盖（5）组成，管道（3）是在坩锅盖（4）上，坩锅（2）下部侧面开有浇口。浇铸系统由流槽护护罩（6），外防护罩（7），流槽（8），惰性气体通道（9），陶瓷过滤网（10），启闭浇口塞子（11），观察窗（12），查看铸造结晶孔（13），操作孔（14），进水冷却管（15），合金结晶器（16），铸造机（17）等组成。炉体（1）与铸造机（17）也可以使用现成品。另外为了熔铸不污染合金也不腐蚀工具，采用分部惰性气体保护和两步精炼法，以及有色金属及其合金熔铸用防护涂料。

以下结合本发明结构图作进一步详细说明：

参照图1，进行熔铸工作时，首先将铁质坩锅（2）及所使用的工具表面涂抹防护涂料，该涂料由氧化镁等配制而成，具有附着力强，均匀致密，易于清理等特点，它既能保护工具不被侵蚀，又保障合金不被污染、组织结构成分达到优质标准。其次是在坩锅（2）中加入铝料，不用加盖，按常规铝合金熔炼工艺在大气下熔炼，然后再用C₂Cl₆进行精炼，除去大部分气体和夹渣后盖上坩锅盖（4）与加料盖（5）后，从管道（3）通入干燥氩气，由于空气比重轻于氩气，故而便被排赶至上方到大气中去。再打开加料盖（5）加入锂进行精炼，而后除去加锂时带入的气体和杂质，因坩锅盖（4）开口小，所以短时间打开不会造成严重氧化，氩的消耗量也不会多，这就解决了熔炼操作与防止氧化的矛盾，而且在加料盖（5）盖口尺寸不变情况下，可以根据需要增大坩锅的容积，但不会影响惰性气体耗损量与保护效果。外防护罩（7）将保证浇铸在密封容器中进行，浇铸时由通道（9）进入氩气，然后打开塞子（11），液态合金经流槽（8），穿过过滤网（10）到结晶器（6），最后到铸造机（17）中，这种铸造形式避免了需要坩锅（2）倾斜而使结构复杂化，浇口至坩锅（2）底部有一定距离，这又可使比重较大的杂质，沉积在坩锅（2）的底部，避免随金属液流出造成合金缺陷，确保了冶金质量。防护罩（6）为便于拆装而设制成两部分连接结构形式。

经过使用验证铝锂合金的熔铸设备结构简单，造价低廉只有真空冶炼炉的1/5～1/6，操作方便，采用两步精炼法有效地减少了锂的烧损，加之良好的防护措施使锂的烧损率降至3%以下，熔炼与浇铸部分使用氩气保护，使合金熔铸过程中时处于惰性气体保护气氛中进行，防止熔炼金属氧化并节约惰性气体用量，30kg铝锂合金锭熔铸消耗氩气1/3～1/2瓶，而制造出来的铝锂合金质量完全达到世界先进水平。