[發明專利]一種抑制鎂合金錠坯開裂的半連續鑄造裝置及方法

有效

• 申請號: 201810076447.5
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108246991B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 胡文義;朱茂蘭;劉少存;吳鵬;童長青
• 申請（專利權）人: 龍巖學院
• 主分類號: B22D11/055
• 分類號: B22D11/055;B22D11/103;B22D11/14
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 趙嬛嬛

本發明提供一種抑制鎂合金錠坯開裂的半連續鑄造裝置及方法，裝置包括結晶器和設置于結晶器下方的組合引錠；結晶器上方設置可調式分流盤；組合引錠包括引錠本體、導熱板和冷卻管路；引錠本體底部連接鑄造機。方法包括：將鑄造機與引錠本體連接，將可調式分流盤安裝于結晶器上方；在進水管中引入冷卻水，將鎂合金熔體引入到可調式分流盤中，開啟鑄造機；鑄造過程中隨時監測結晶器內熔體填充情況，通過移動可調式分流盤的位置和/或通過調節高度調節螺栓直至熔體在結晶器中填充均勻為止；在穩定鑄造狀態下，當拉鑄的錠坯長度大于鎂合金板坯短邊長度或者圓坯直徑的兩倍時停止引入冷卻水，當錠坯長度達到生產要求后，取出鎂合金鑄錠。

技術領域

本發明屬于鑄造技術領域，具體涉及一種抑制鎂合金錠坯開裂的半連續鑄造裝置及方法。

背景技術

目前，直接水冷半連續鑄造是生產鎂合金板坯或圓坯的主要方式，經過熔煉的鎂合金熔體在澆鑄溫度下通過導流系統進入由結晶器和引錠構成的半封閉腔內，依靠結晶器及引錠的冷卻作用形成凝固殼，當凝固殼的厚度足以支撐內部未凝固的金屬熔體后，拉坯機構啟動，帶動引錠和已凝固的錠坯向下運動，拉出的錠坯依靠結晶器內壁(一冷)及結晶器下方噴出的冷卻水(二冷)冷卻。隨著已凝固錠坯的拉出和上方熔體的不斷進入，形成穩定的鑄造過程。當錠坯長度達到最大時停止澆鑄，待結晶器內熔體完全凝固后將錠坯取出，這一完整過程即為一次半連續鑄造過程。在鎂合金半連續鑄造過程中，由于鎂合金所特有的熱物性，使得鑄造過程尺寸效應明顯，即隨著錠坯截面尺寸的增大，其錠坯的生產難度大大增加，極易出現裂紋、拉漏、偏析等常見鑄造缺陷。在諸多缺陷中，裂紋的產生會直接導致鑄錠報廢，嚴重的裂紋會導致錠坯在鑄造過程中直接碎裂，熔體直接下落與冷卻水接觸而爆炸。

在鎂合金半連續鑄造過程的初始階段，當熔體進入結晶器后，由于鎂合金熱熔較小，邊部熔體的熱量同時向結晶器和引錠散失，加之結晶器和引錠因受到冷卻水的冷卻作用而使得溫度較低，邊部熔體迅速凝固。由于鎂合金導熱性差，心部熔體的熱量無法高效的導向邊部，加之心部受到新進高溫熔體的直接沖擊而溫度較高，因此錠坯心部凝固滯后而形成具有一定深度的液穴。當鑄造系統啟動(啟車)后，錠坯隨著引錠下降，錠坯拉出結晶器并受到冷卻水沖擊，邊部溫度進一步迅速下降且強度提高。而錠坯心部凝固后溫度較高，強度較低，隨著溫度下降而逐漸收縮，在外側凝固殼的制約下心部拉應力逐漸增大，超過對應溫度下的抗拉強度且無法補縮時則將心部拉開，即產生心部裂紋。隨著鑄造過程的進行，該現象持續發生，致使裂紋不斷延伸，最終裂紋貫穿整根錠坯。可見，抑制半連鑄錠坯啟車階段心部開裂是減少錠坯裂紋的有效方法之一。為了抑制半連鑄開始階段心部裂紋，目前主要采用的方法為引錠心部下凹、不易裂合金鋪底和人工攪拌鋪底三種辦法。引錠心部下凹的方法在一定程度上抑制了裂紋，但隨著錠坯規格逐漸增大該方法的效果急劇減弱；不易裂合金鋪底的方法對于大規格鎂合金錠坯來講，大大增加了生產成本且可操作性差，同時在錠坯使用時還需要對頭部進行大范圍的廢棄；人工攪拌的方法極易在頭部卷入大面積的氧化夾雜，而大面積的氧化夾雜不但增大錠坯頭部的廢棄范圍，還易成為錠坯邊部的裂紋源頭，同時在鎂合金的半連續鑄造過程中過度翻動熔體還易引發燃燒甚至爆炸。

此外，除鑄造啟車階段存在錠坯開裂的問題外，鎂合金固有的熱物理性能導致其在半連續鑄造過程中成型性也同樣較差，經常出現鑄造裂紋和表面冷隔，尤其在大規格圓坯或板坯的鑄造過程中，鑄造裂紋的產生將大大降低成品率，而冷隔的產生將顯著增加表面車削量，進而降低產品的有效利用率。在鎂合金半連鑄過程中，通過分流盤將進入結晶器的熔體進行分流是抑制鎂合金錠坯開裂和減少冷隔出現的有效且重要的方法，通過合理的分流可以將高溫熔體按需要導流至錠坯邊部，合理的分流不僅可以有效改善填充效果，還可以降低鑄造過程中的液穴深度，防止因補縮不足、應力積累或周向凝固殼高度不均勻而導致的冷隔或裂紋。