[發明專利]一種同時制備多根鋁合金圓鑄錠的設備及其方法

有效

• 申請號: 201110297448.0
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN102319881A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 趙志浩;崔建忠;柴建勛;崔興華;王高松
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22D11/14
• 分類號: B22D11/14;B22D11/16
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

技術領域

本發明屬于鋁合金鑄造領域，具體涉及一種同時制備多根鋁合金圓鑄錠的設備及其方法。

背景技術

鋁合金鑄錠的制備方法有多種，如塊式鐵模鑄造、半連續鑄造、鑄軋等，其中半連續鑄造，又名DC鑄造，應用最為廣泛。半連續鑄造可概括定義如下：一種將液態金屬連續引入特定形狀的結晶器中，在結晶器的冷卻作用下凝固成為鑄錠，并以一定的速度連續牽引出結晶器，最終形成一定長度鑄錠的鑄造方法。半連續鑄造技術最早由美國Alcoa鋁業公司于1953年成功開發。由于鋁的導熱性能好、熔體金屬容易處理和優良的使用性能等特點，在近五十年里，鋁的連續鑄造技術得到了顯著的發展。與傳統的模鑄相比，半連續鑄造生產效率高，凝固組織更致密。盡管鋁合金半連續鑄造得到了廣泛應用，但是該方法也存在問題。半連續鑄造凝固過程最顯著的特點是金屬熔體表面受到結晶器的強烈冷卻作用，導致熔體內外冷卻強度差異大，造成內外熔體凝固不同步，產生鑄錠橫截面上組織不均勻、合金元素宏觀偏析、鑄造應力與裂紋等缺陷。上述缺陷的出現不僅會降低鑄錠的成品率，還將對鑄錠的進一步加工成形帶來諸多不利影響，影響最終金屬制品的質量。20世紀70-80年代研究成功了熱頂鑄造，使鑄錠表面質量和生產效率大為提高。熱錠頂鑄造是在傳統半連續鑄造法的結晶器內襯石墨環，同時上面加上耐火材料套，降低結晶器的有效冷卻高度，減少了結晶器傳熱，而且采用同水平澆注，在澆注系統上安裝液面控制器，很容易控制鋁合金液面高度，鋁合金流動平穩，避免了澆注時擾動、裹氣。鑄棒的內在品質穩定，但是，鑄棒表層出現隱藏式冷隔，鑄棒的表面拉痕嚴重。隱藏式冷隔的出現使鑄棒的成分偏析厚度超過1mm。而且熱頂鑄造受到合金種類、生產率要求的制約，只能起到有限的改善作用。此外，在連續鑄造中，液態金屬的凝固成型大都是在結晶器(模殼)中進行的，由于兩者之間存在著摩擦和磨損，造成凝固的鑄錠表面有很多缺陷，如疤痕、表面皺褶等等，這樣在后續加工時，不得不將鑄錠有缺陷的表面銑掉，造成很大的資源浪費。

綜上所述，半連續鑄造是當前鋁合金鑄錠最主要的生產方式，但由于自身工藝特性決定了在生產過程中易出現組織不均勻、合金元素偏析、鑄造應力與裂紋、表面拉痕等缺陷。而上述缺陷將直接影響產品的成材率和最終鋁加工制品的質量，因此，有必要進一步改進和完善該工藝。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提出一種在磁場與油潤滑共同作用下的同時制備多根鋁合金圓鑄錠的設備及其方法，本發明方法能同時提高鋁合金圓鑄棒的內部和表面質量。

實現本發明的技術方案的設備由由結晶器、水箱、勵磁線圈、勵磁電源、石墨環、潤滑油供應系統和鑄造機組成；結晶器同水平安裝于水箱之上，勵磁線圈與水箱連接，置于結晶器外部，結晶器內部上半部安裝保溫帽，保溫帽下方為石墨環，引錠頭位于結晶器內部石墨環的下沿；勵磁線圈外接勵磁電源提供電流，石墨環外側通過油管連接潤滑油供應系統，引錠頭下部連接鑄造機。

其中所述的結晶器由整塊鍛鋁加工而成，其下部有兩排出水孔，兩排水孔與豎直方向的角度相差20-40度；

所述的勵磁線圈為為防水絕緣線圈，由表面經絕緣處理的銅線纏繞而成，匝數為50-200匝；在勵磁線圈外部有冷卻套；

所述的勵磁電源包含1-6個通道，通道之間為并聯，每個通道內為串聯，產生5-50Hz的交變電流，電流強度最高達300A；

所述的石墨環所用石墨為多孔結構，孔徑為100-300nm；

所述的潤滑系統由油箱、齒輪泵、油濾器、閥門和管路組成。

實現本發明的技術方案的步驟是：

（1）引錠頭在鑄造機的托舉下升入結晶器內，引錠頭上沿距石墨環下沿1-3mm，引錠頭就位后打開冷卻水開關，冷卻水通過水箱進入結晶器，并由結晶器下部的水孔噴出，作用至鑄錠表面；

（2）打開油閥，在石墨環表面出現潤滑油后，將鋁液引入引錠頭、石墨環和保溫帽組成的空腔中；

（3）鋁液在空腔中凝固5-20s，形成坯殼后，啟動鑄造機開始鑄造，在生產直徑小于400?mm的鑄錠時，初始啟動速度為10mm/min-100mm/min，然后在2min內線性增加至20mm/min-200mm/min的鑄造速度；在生產直徑≥400?mm的鑄錠時，鑄造速度為10mm/min-50mm/min，鑄錠被引錠頭引出20mm后，引錠頭停留緩沖0.5-1min，然后繼續引出30mm后，引錠頭緩沖0.5-1min，即開始階段起—停—起—停，直至鑄錠被引錠頭引出200mm以后恢復之前的鑄造速度；