本發明涉及一種金屬的連續鑄造系統，具體涉及一種可實現對非晶態合金的母合金鑄錠進行連續鑄造的連鑄系統以及該系統的使用方法。

背景技術：

非晶態合金（Amorphous Alloy）與晶態合金一樣，都是多組元的合金體系，但是與晶態合金中原子的周期性排列不同，在非晶態合金中，原子的排列不具有長程有序的特點，僅在單個原子的附近具有一定程度的短程有序。由于非晶態合金的特殊微觀結構特征，非晶態合金沒有傳統晶體材料的晶界、位錯和孿晶等缺陷，因此具有許多優異的性能，如獨特的電磁性能、機械性能、高強度硬度以及高耐腐蝕性能。迄今為止，非晶態合金（簡稱非晶合金）的研究已成為當前金屬新材料研發的非常重要的研究方向之一。

非晶合金的制備方法與傳統合金類似，都是將原料熔煉后制成母合金鑄錠，然后再進行其他深加工。現有技術中制備非晶母合金鑄錠的工藝步驟為：首先將非晶合金的原料熔煉成熔體，然后將熔體送至既定的模具中，待模具冷卻后取出模具中的非晶母合金鑄錠，然后重復上述步驟繼續生產非晶合金錠；如果要得到不同尺寸或者形狀的非晶合金錠，需要改換模具或者繼續對初步得到的非晶母合金鑄錠進行整形、切割等物理加工。在現有技術的非晶母合金鑄錠制備過程中，需要耗費大量的人工進行模具的拆卸組裝，導致生產效率低和生產時間長，尤其當需要采用不同的模具時，更增加了模具的費用，使得制造成本居高不下。為解決上述問題，許多研究人員考慮使用連鑄的方式進行非晶母合金鑄錠的制備，許多研究中，將用于煉鋼的連鑄系統應用于非晶母合金錠的連續成型工藝中，然而非晶材料不同于普通鋼鐵材料，非晶材料易氧化，在使用煉鋼所使用的連鑄設備或系統時容易導致非晶母合金錠表面發生氧化。也有針對非晶合金材料開發的連鑄系統，如申請號為200910011405.4名為《一種塊體金屬玻璃連續成型的裝置和方法》的中國發明專利中提供了一種具有兩個存在氣壓差的真空室的連鑄系統，用于實現大塊金屬玻璃的連續成型。上述方案雖然可實現避免非晶母合金錠表面發生氧化，然而系統需要兩間真空室才能使用，而且從真空控制運行上來講，其可控制性差，造價及運行成本都高，不宜推廣使用。

技術實現要素：

本發明從解決實際問題出發，提供了一種單真空室的非晶合金母合金錠的連鑄系統。與現有技術中常見的臥式鑄造系統不同，本發明中采用的是一種非晶母合金錠產出方向為垂直方向的連鑄系統，通過結構上的設計，可有效避免外部空氣進入熔煉室內，從而避免非晶母合金錠由于被氧化產生表面裂紋、偏析瘤、拉坯振痕等缺陷。

本發明提出的技術問題通過以下技術方案予以實現：

提供一種新型非晶母合金錠連鑄系統，包括熔料裝置、水冷結晶器、牽引桿和牽引裝置，其中：

熔料裝置設于真空室內，熔料裝置的出口與水冷結晶器相連；

牽引桿設于非晶合金熔液的流道中，其引流端與熔料裝置的出口相連，牽引端與牽引設備相連；所述非晶合金熔液的流道為垂直方向；

水冷結晶器上設有密封部，密封部內介質與牽引桿直接接觸，密封部與牽引桿相接處設有密封圈。

本發明中提供的非晶母合金錠連鑄系統的原理為：熔料裝置加熱非晶合金原料，使之形成熔融態的熔液。連鑄開始后，非晶熔液在牽引桿帶動下，引至水冷結晶器中冷卻成型，成型后的非晶母合金錠在牽引裝置的帶動下連續產出。在本發明的連鑄系統中，通過將非晶合金溶液的流道設為垂直方向以及水冷結晶器上密封部的設置，來避免外部空氣進入熔煉室內同時能夠及時對非晶母合金錠進行降溫。所述密封部通過填充密封介質達到密封的目的，密封介質可為保護氣體、液體或者其他起到密封作用的介質。

進一步地，以便于實際操作，所述密封部高度設為100-1000mm。

進一步地，所述密封部包括充氣段與冷卻段，充氣段內充入保護氣體，如氬氣、氮氣、氦氣以及其他惰性氣體；冷卻段內充入冷卻液，如冷卻水、酒精、冷卻油等液態冷卻介質。充氣段位于冷卻段上方。充氣段高度為50-500mm，冷卻段高度為50-500mm，進一步優選，充氣段高度為50-150mm、冷卻段高度為100-400mm。

密封部采用充氣段與冷卻段相結合的方式進行密封，能夠達到最佳的密封效果。由于氣體比液體密度小，所以充氣段位于冷卻段上方。充氣段與冷卻段內介質直接與非晶母合金相接觸，充氣段設有保護氣體閥用于充入氣體以及控制充氣段內壓力，冷卻段設有進液孔及出液孔用于冷卻液的循環流動。充氣段內保護氣體直接與初步冷卻成型的非晶母合金錠接觸，使還帶有余溫的非晶母合金錠表面無氧化介質，不發生氧化。非晶母合金錠進入冷卻段后，在與冷卻介質的接觸中進一步降溫，便于后續的加工步驟（如整形、切割、運輸等）。密封部與牽引桿相接處設有密封圈，與牽引桿以及后續產出的非晶母合金錠形成滑動密封，保證外部空氣不會進入熔煉系統中。

充氣段與冷卻段相接處還設有液位觀察窗，用于觀察冷卻液的高度位置，便于隨時控制充氣段和冷卻段的高度，調整合適的工藝參數。

由于非晶母合金錠從水冷結晶器中凝固產出時還帶有余溫，上述密封部，包括充氣段及冷卻段外殼宜采用耐熱的金屬材料制成，如不銹鋼材料。

本發明還提供一種利用上述非晶母合金錠垂直連鑄系統的使用方法，方法步驟如下：

步驟一，將非晶合金原料加入熔料裝置中，對熔料裝置所在的真空室抽真空，真空度達到要求后熔料裝置加熱熔化合金原料；

步驟二，開啟水冷結晶器，使水冷結晶器與密封段同時開始工作；

步驟三，啟動牽引裝置，牽引桿在牽引裝置的作用下垂直運動直至脫落，非晶合金熔液在牽引桿的牽引作用及重力作用下流至水冷結晶器，凝固成形，從而跟隨牽引桿被牽引裝置引出，繼而連續產出直至熔料裝置內原料消耗殆盡。

本發明具有如下有益效果：

1、本發明中的非晶母合金錠連鑄系統為單真空室系統，與現有技術中多真空室連鑄系統相比，設備成本更低、操作更為簡便、運行成本更低，適合工業低成本的生產需求。

2、本發明中采用與現有技術中臥式鑄造系統不同的垂直鑄造系統，通過結構上的設計，設有密封部，即可有效避免外部空氣進入熔煉室內又能夠及時對非晶母合金錠進行降溫，避免了非晶母合金錠由于與空氣接觸及溫度過高發生表面氧化，從而避免非晶母合金錠表面氧化所產生表面裂紋、偏析瘤、拉坯振痕等缺陷。

附圖說明

圖1 為本發明中非晶母合金錠連鑄系統的示意圖；

圖2為附圖1中虛線處的放大示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的說明。

本實施例中的非晶母合金錠垂直連鑄系統如附圖1所示，包括熔料裝置2、水冷結晶器4、牽引桿8和牽引裝置9。熔料裝置采用現有技術中非晶合金用熔料裝置即可，牽引裝置使用輥輪或者其他可實現牽引作用的機械裝置。

熔料裝置2設于真空室1內部，非晶合金鑄造過程為真空鑄造或者惰性氣氛鑄造，真空室1可采用普通非晶合金鑄造用真空熔煉室的構造，如真空室頂部或者側邊部可開合以便裝填非晶熔煉原料，真空室上還設有真空閥、惰性氣體閥、安全閥等閥門裝置，還可設有其他真空熔煉室常用的輔助設備，因真空室的構造不是本發明的重點，在此不加贅述。

熔料裝置2底部設為熔液出口，且與水冷結晶器4相連接，非晶合金溶液的流動為垂直方向。水冷結晶器4之下設有密封部，密封部由充氣段5和冷卻段6組成，充氣段5通過保護氣體閥501充入保護氣體并控制充氣段中氣體壓力，充氣段中的保護氣體使用氬氣。冷卻段6中使用的冷卻液為自來水，由進水口601進入，由出水口602流出，保持循環，出水口602水平位置比進水口601高。冷卻段6底端與牽引桿相連處設有密封圈603。

實施例中，充氣段5高度設為150mm，冷卻段6高度設為400mm，密封部的外殼采用不銹鋼材料制成。充氣段上端緊閉貼合水冷結晶器的出口，充氣段和冷卻段接合處設有觀察窗7，用于觀察液面高度，隨時監控并根據熔煉過程的變化對充氣段和冷卻段的高度進行調整。

使用實施例中的非晶母合金錠垂直連鑄系統進行連鑄的過程步驟如下：

1、將非晶合金原料加入熔料裝2中，鎖緊真空室1，然后對真空室1抽真空，真空度達到要求后熔料裝置加熱熔化合金原料。一般來說，非晶母合金錠熔煉所需真空度為10-10^-3Pa，熔煉溫度根據不同非晶合金體系進行調整，一般高于合金原料液相線溫度50-150℃。

2、當合金原料熔煉成為熔液以后，開啟水冷結晶器4，開啟冷卻段6使冷卻液開始循環流動，連鑄開始，開啟牽引裝置9。

3、在牽引裝置9的帶動下，牽引桿8被引出，非晶熔液3在牽引桿8的牽引作用下進入水冷結晶器4冷卻、凝固成型。成型后的非晶和母合金進入密封段，最后由牽引裝置9引出，從而持續產出直至熔料裝置2內非晶合金原料消耗殆盡。

附圖2為附圖1中虛線處的放大示意圖。非晶合金熔液從熔煉裝置中進入水冷結晶器冷卻后由于熱脹冷縮，體積會減小。如附圖2中所示，非晶母合金10在水冷結晶器中由于體積收縮，會與水冷結晶器側壁產生空隙，若不加以密封，外部空氣就會由該空隙進入熔煉室中，空氣中的氧氣和雜質就會立即與非晶合金熔液結合，除了易使非晶合金氧化，雜質的存在還會增加合金內部的缺陷結構，降低非晶母合金的品質。當使用本實施例中提供的連鑄系統時，收縮后的非晶母合金10從水冷結晶器中出來以后直接進入充氣段5，充氣段5中充入的是保護氣體，如氬氣、氦氣等不與非晶合金原料發生反應的惰性氣體，同時充氣段5下方的冷卻段6以及設在密封段出口處的密封圈603進一步保證了密封效果，使外部空氣無法進入。在本發明中，考慮到保護氣體比冷卻液體質量輕，而冷卻液體可通過設置密封圈形成滑動密封結構，故而將整體連鑄系統設為垂直連鑄系統，同樣的結構設為水平方向或應用于臥式鑄造系統中時，由于氣液密度差異大，氣液分層，易形成環境和保護氣之間的對流，不能夠達到如本發明中連鑄系統一般的密封效果。

非晶母合金從充氣段5出來后進入冷卻段6，進一步冷卻，使產出的非晶母合金溫度適中，便于后續的整形、切割等加工步驟。冷卻段6中使用的冷卻液可為冷卻水或者其他有冷卻降溫效果的液態冷卻介質。

本實施例中使用的非晶母合金錠連鑄系統為但真空系統，設備成本低、操作簡便、運行和管理的成本都非常低，適合工業低成本的生產需求。受益于本發明中的密封結構設計，可有效避免非晶合金熔煉室中進入空氣和雜質，使產出的非晶母合金錠品質高、沒有裂紋、偏析瘤、拉坯振痕等缺陷。

本發明中的非晶母合金錠垂直連鑄系統可適用于鋯基非晶合金、鎂基非晶合金、鎳基非晶合金、鐵基非晶合金、銅基非晶合金、鈷基非晶合金等不同體系的非晶母合金連鑄過程。

最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明實施例的技術方案而非對其進行限制。盡管參照較佳實施例對本發明實施例進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明實施例的技術方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術方案脫離本發明實施例技術方案的范圍。