[發明專利]一種抑制鋁合金鑄錠成分偏析的鑄造裝置及方法

在審

• 申請號: 201810479050.0
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108568500A
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 王向杰;崔建忠
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22D11/11
• 分類號: B22D11/11;B22D11/14
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種抑制鋁合金鑄錠成分偏析的鑄造裝置及方法，裝置包括結晶器、引錠頭、保溫帽、降溫鋁合金棒/帶、夾持運送機構、預熱機構及調速機構，降溫鋁合金棒/帶與鋁合金鑄錠的成分相同。方法為：引錠頭升至結晶器內，向結晶器中通入冷卻水，直到結晶器出水孔噴出二次水；控制鋁合金熔體先經流道進入保溫帽，再進入結晶器，當熔體在結晶器內形成坯殼后，再控制引錠頭下移，開始鑄造；鑄造進行30s后，先通過預熱機構對降溫鋁合金棒/帶進行預熱，再啟動夾持運送機構將降溫鋁合金棒/帶插入熔體芯部對其進行降溫，并通過調速機構控制降溫鋁合金棒/帶下降速度，直至鑄造結束。本發明可降低熔體芯部溫度，提高形核質點數量，降低液穴深度，細化凝固組織。

技術領域

本發明屬于鋁合金鑄造技術領域，特別是涉及一種抑制鋁合金鑄錠成分偏析的鑄造裝置及方法。

背景技術

在鋁合金鑄造過程中，鋁合金熔體先經流道進入保溫帽，再進入結晶器，在結晶器的冷卻作用下，鋁合金熔體逐漸形成鑄錠，而鑄錠邊部由于受到結晶器二冷水的噴水冷卻作用，其冷卻速度快，但鑄錠芯部只能依靠傳導傳熱，因此其冷卻速度慢，導致邊部與芯部之間存在著明顯的溫度差。

對于鋁合金而言，熔體溫度高則密度小，熔體溫度低則密度大，因此當熔體溫度高于液相線溫度時，溫度梯度會導致熔體產生對流，當熔體溫度下降到液相線以下時，由于形核質點的形成與長大，會發生溶質再分配，產生溶質分布梯度和密度的差異，并導致由溶質濃度梯度引起的對流，溫度梯度和溶質濃度梯度引起的對流會把溶質濃度較高的熔體逐漸推向熔池底部，使晶粒在固相率較低的兩相區和液相區之間傳輸，從而加重鑄錠中心的正偏析，同時會使鑄錠邊部溶質貧乏，出現合金元素的負偏析，最終導致整個鑄錠在大尺度范圍內的成分不均勻，即出現成分偏析。對于溶質分配系數k<1的合金元素，鋁合金鑄錠合金元素的成分偏析如圖5所示。

目前，為了抑制鋁合金鑄錠的成分偏析，通常會采用降低鑄造速度和提高冷卻速率的方式，但受到具體的合金成分和鑄錠尺寸規格的限制，實際可供調節的工藝參數范圍是非常窄的，實際效果并不理想。另外，也可以采用添加細化劑的方式，但也會受到具體的合金成分的限制，導致細化劑的添加量范圍也十分局限，其實際效果也不理想。再有，還可以采用施加外部電磁場的方式，通過電磁場使熔體中產生強對流，進而使溫差場變均勻，盡管該方式可以在一定程度上降低液穴深度，并產生抑制鋁合金鑄錠成分偏析的效果，但是，需要對常規鋁合金鑄造裝置進行大幅度改造，必然導致企業生產成本的大幅度升高。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種抑制鋁合金鑄錠成分偏析的鑄造裝置及方法，可主動降低結晶器內熔體芯部的溫度，以縮小芯部與邊部之間的溫度差，并可提高芯部形核質點的數量，有效降低液穴深度，有效細化芯部的凝固組織，最終實現抑制鋁合金鑄錠成分偏析的目的。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種抑制鋁合金鑄錠成分偏析的鑄造裝置，包括結晶器、引錠頭及保溫帽，引錠頭位于結晶器正下方，保溫帽安裝在結晶器正上方，結晶器的冷卻水套采用鑲嵌石墨環或不鑲嵌石墨環的結構形式；其特點是：還包括降溫鋁合金棒/帶、夾持運送機構、預熱機構及調速機構，且降溫鋁合金棒/帶的成分與鋁合金鑄錠的成分相同；所述降溫鋁合金棒/帶豎直裝夾在夾持運送機構上，降溫鋁合金棒/帶通過夾持運送機構在豎直方向上進行升降；在所述降溫鋁合金棒/帶插入結晶器內的熔體芯部前，通過預熱機構對降溫鋁合金棒/帶進行預熱，且預熱溫度低于熔體芯部溫度；所述降溫鋁合金棒/帶的升降速度通過調速機構進行調控。

所述降溫鋁合金棒/帶的橫截面積為10～10000mm²。

一種抑制鋁合金鑄錠成分偏析的鑄造方法，采用了所述的抑制鋁合金鑄錠成分偏析的鑄造裝置，包括如下步驟：

步驟一：將引錠頭升至結晶器內，向結晶器中通入冷卻水，直到結晶器下部的出水孔噴出二次水；

步驟二：控制鋁合金熔體先經流道進入保溫帽，再進入結晶器，當熔體在結晶器內形成坯殼后，再控制引錠頭下移，開始鑄造；