[發(fā)明專利]一種連續(xù)制備高品質(zhì)合金鑄錠的裝置和方法

有效

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• 申請日: 2012-09-06
• 公開（公告）號: CN103658579A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白月龍;徐駿;張志峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B22D11/14
• 分類號: B22D11/14;B22D11/055;B22D11/07
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)制備高品質(zhì)合金鑄錠的裝置和方法。

背景技術(shù)

目前國內(nèi)外在工業(yè)生產(chǎn)中常用的鑄錠鑄造技術(shù)主要有以下幾種，即直接水冷鑄造技術(shù)（DC鑄造技術(shù)），熱頂鑄造技術(shù)和氣滑（油滑）鑄造技術(shù)。

美國專利2791812中提及了一種通過直接水冷鑄造技術(shù)（DC鑄造技術(shù)）生產(chǎn)鑄錠的裝置和方法，該技術(shù)通過結(jié)晶器壁的直接冷卻作用，熔融鋁液與結(jié)晶器間形成一定厚度的凝固殼，在凝固殼的保護作用下，凝固殼內(nèi)的熔融金屬被拉出結(jié)晶器外在二次冷卻水的作用下凝固成鑄錠。直接水冷鑄造技術(shù)生產(chǎn)過程靈活，方便，但因其結(jié)晶器內(nèi)的液面難以控制，在鑄造過程中會形成很深的液穴，一次冷卻過程中結(jié)晶器內(nèi)凝殼的收縮容易使鑄錠表面產(chǎn)生各種缺陷，如偏析瘤、冷隔、粗晶層和表面裂紋，尤其是大尺寸鑄錠的偏析、熱裂現(xiàn)象相當嚴重，為了彌補這些缺陷給下游加工工序帶來的不利影響，必須加大鑄錠的車削量和鑄錠頭尾的切除量，這樣使鑄錠的成品率大大降低，生產(chǎn)成本顯著增加。為了克服這些缺陷，國外開發(fā)了熱頂鑄造技術(shù)，如美國Wagstaff公司發(fā)明的Maxicast圓鑄錠同水平熱頂鑄造技術(shù)就是熱頂鑄造技術(shù)的典型代表，該技術(shù)在充分利用直接水冷鑄造技術(shù)優(yōu)點的基礎(chǔ)上在結(jié)晶器上部用輕質(zhì)保溫材料制成一貯槽與流槽相連，貯槽中熔體穩(wěn)定在液相線溫度以上，熔體不發(fā)生結(jié)晶，也即所謂的“熱頂”。熱頂鑄造技術(shù)的發(fā)展，使有效結(jié)晶區(qū)高度變小，二次直接水冷作用加強，消除了傳統(tǒng)DC法產(chǎn)生的空氣隙的有害作用，鑄錠表面品質(zhì)顯著提高，減小了夾渣、氣孔等缺陷，提高了鑄錠的內(nèi)部品質(zhì)，鑄錠的結(jié)晶組織細小均勻，偏析小，提高了鑄錠的性能，操作簡單，生產(chǎn)效率高。但是，無論是直接水冷鑄造技術(shù)還是熱頂鑄造技術(shù)，均是液態(tài)金屬與鑄模先接觸后凝固成形，這種金屬與模壁的接觸給鑄造帶來難以克服的缺陷，如金屬通過模壁急冷凝殼后收縮與模壁形成空隙導致凝殼冷卻強度降低，凝殼內(nèi)的金屬熔體凝固潛熱大量釋放而使凝殼重熔導致鑄錠出現(xiàn)偏析瘤、裂紋等鑄造缺陷。因此雖然熱頂鑄造技術(shù)得到一定程度的改善，但是由于導熱距離不易準確控制仍會產(chǎn)生特有的偏析瘤、冷隔、粗晶層和表面裂紋等鑄造缺陷。鑄錠表面和內(nèi)部質(zhì)量沒有得到根本改善。為了從根本上解決上述缺陷，國內(nèi)外發(fā)明了氣滑（油滑）鑄造技術(shù)，如美國專利4157728提及的氣壓熱頂鑄造技術(shù)和美國Wagstaff公司發(fā)明的氣滑熱頂鑄造（Airslip）技術(shù)。該技術(shù)在熱頂結(jié)晶器中同時使用潤滑油和壓縮空氣形成一種介于結(jié)晶器內(nèi)壁和熔體之間的油/氣混合潤滑介質(zhì)，同時保證該介質(zhì)的穩(wěn)定，平衡其與熔體靜壓力之間的壓力差，該技術(shù)使熔融金屬通過結(jié)晶器壁的熱量減少，大大減弱了結(jié)晶器壁的冷卻強度，熔體液穴變淺，鑄錠結(jié)晶過程易于補縮，不易產(chǎn)生偏析，從結(jié)晶器出來的鑄錠直接受到二次冷卻水的作用，大大增強了冷卻強度，細化鑄錠晶粒組織，而冷卻點又在固液交界面附近，所以氣滑鑄造生產(chǎn)的鑄錠表面和內(nèi)部質(zhì)量很好。但是該技術(shù)對氣壓要求變化非常敏感，需要精確控制氣壓，此外，多孔石墨環(huán)消耗量較大，消耗成本高，對鑄造技術(shù)的要求也很高，裝備也較為復雜，不易掌握，也大大限制了該技術(shù)的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)制備高品質(zhì)合金鑄錠的裝置和方法。

一種連續(xù)制備高品質(zhì)合金鑄錠的裝置，該裝置由熱頂1、石墨環(huán)2和結(jié)晶器4組成；結(jié)晶器4中內(nèi)嵌有石墨環(huán)2，結(jié)晶器4內(nèi)設(shè)置兩個相通或不相通的一次冷卻水腔3和二次冷卻水腔5；一次冷卻水腔3設(shè)置出水口6；二次冷卻水腔5設(shè)置出水口7；一次冷卻水腔3的出水口6的方向與其徑向的投影角度A為60-88度，其中一次冷卻水腔3和二次冷卻水腔5中的冷卻水的壓力和流量可控。

在垂直方向上，一次冷卻水腔3的出水口6的位置位于石墨環(huán)2底部與二次冷卻水腔5的出水口7之間。

上述裝置適合于鋁基合金、鎂基合金、鋅基合金、銅基合金、鎳基合金、鈷基合金或鐵基合金鑄錠的制備。

一種采用上述裝置連續(xù)制備高品質(zhì)合金鑄錠的方法，此方法通過一次冷卻水腔3通過出水口6噴出的冷卻水噴射到高溫的鑄錠9上，冷卻水部分氣化，通過鑄錠9與結(jié)晶器4內(nèi)壁之間形成的氣隙8進入石墨環(huán)2內(nèi)形成一層水氣膜11，在此水氣膜11的支撐作用下，熔體10下滑與尚未氣化的一次冷卻水和二次冷卻水接觸凝固成鑄錠9。水汽膜的壓力大小可通過一次冷卻水腔3中冷卻水的壓力和流量進行控制。水氣膜11的存在減小了熔體10通過石墨環(huán)2徑向方向的傳熱，熔體10傳熱主要通過凝固的鑄錠9進行單向傳熱，避免了熔體10由于凝固潛熱的大量釋放帶來的凝殼重熔導致的成分偏析或裂口鑄造缺陷。?

本發(fā)明的有益效果在于：