鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，包括結晶器本體和保溫熱頂，保溫熱頂置于結晶器本體之上，在保溫熱頂與結晶器本體之間設有油氣分配環(huán)，油氣分配環(huán)上沿周向均勻分布有注氣孔和注油孔，所述結晶器本體包括冷卻水腔體以及與水腔相連通的噴水結構，噴水結構呈非等寬式水縫結構，使沿結晶器周向冷卻水流量非等值。該結晶器不僅能夠約束液態(tài)金屬，使其凝固成所需要的鑄錠形狀，而且能夠確保鑄錠表面光滑、質量一致，滿足鑄錠后續(xù)熱成型的尺寸要求。鑄錠成型情況穩(wěn)定，表面光滑，無拉痕、裂口等缺陷。
【專利說明】鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，屬于鋁合金半連續(xù)鑄造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前常規(guī)的鋁合金鑄錠形狀多為圓形或矩形，圓鑄錠主要用于后續(xù)擠壓成各種形狀的型材，扁鑄錠即矩形鑄錠主要用于軋制成所需厚度的板、帶、箔材。近終形鋁合金鑄錠形狀不同于常規(guī)的鋁合金圓鑄錠或扁鑄錠，它主要是根據后續(xù)產品的形狀來設計鑄錠的外形尺寸，然后采用低成本半連續(xù)鑄造的方式制備出形狀尺寸與最終產品外形接近的近終形招合金鑄徒，供后續(xù)直接鍛造出招合金廣品。
[0003]結晶器是制備鋁合金錠坯的關鍵和主要設備，它往往由金屬組成一件內部存放冷卻循環(huán)水的密閉箱體來提供液態(tài)金屬的冷卻并約束其凝固成型。在鑄錠制備開始階段，弓丨錠底座與結晶器構成一個底部封閉的空間。鑄造開始后，液態(tài)金屬流入結晶器內部并保持一定高度，結晶器通入一定量的冷卻循環(huán)水。在冷卻水的作用下，液態(tài)金屬與結晶器內壁接觸并逐漸凝固成一薄層凝固殼，隨著引錠底座的下移，整個鑄錠逐漸接觸到結晶器內部的冷卻水并在冷卻水的作用下逐漸凝固成型。因此，結晶器不僅起著冷卻金屬鑄錠，使其凝固成型，同時它還起著約束液態(tài)金屬，使整個鑄錠順利凝固成需要形狀的作用。由此可見，鑄錠形狀尺寸的差異以及表面質量的好壞，其約束成型的鑄造結晶器設計起到至關重要的作用。
[0004]隨著鋁加工材產品質量要求的不斷提高，鋁合金結晶器經歷了銅板結晶器、矮槽結晶器、熱頂結晶器以及后續(xù)先進的氣滑結晶器和低液位鑄造結晶器的發(fā)展階段，這些先進結晶器的投入使用為鋁合金鑄錠質量帶來了革命性影響，不僅使鑄錠內部冶金質量顯著提高，而且鑄錠表面質量更是實現了飛躍式進步，鑄錠偏析層厚度降低，銑面量減少，綜合生產效率顯著提高。
[0005]然而，目前鋁合金鑄造結晶器主要以制備圓鑄錠和扁鑄錠為主，未見能夠鑄造不規(guī)則鑄錠形狀的結晶器結構及組成相關報道。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，根據后續(xù)熱變形產品外形要求，設計鋁合金鑄錠截面形狀尺寸，進而制備形狀不規(guī)則的鋁合金錠坯并保證錠坯表面質量和偏析層厚度要求，從而滿足后續(xù)熱加工變形直接制備產品的需要。
[0007]本實用新型的目的通過以下技術方案來實現:
[0008]鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，特點是:包括結晶器本體和保溫熱頂，保溫熱頂置于結晶器本體之上，在保溫熱頂與結晶器本體之間設有油氣分配環(huán)，油氣分配環(huán)上沿周向均勻分布有注氣孔和注油孔，所述結晶器本體包括冷卻水腔體以及與水腔相連通的噴水結構，噴水結構呈非等寬式水縫結構，使沿結晶器周向冷卻水流量非等值分布。
[0009]進一步地，上述的鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，所述冷卻水腔體內設有分水器。
[0010]更進一步地，上述的鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，所述注油孔的寬度為O?2.5mm,高度為O?1.6mm,相鄰兩注油孔的間距為I?5mm。
[0011]更進一步地，上述的鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，所述注氣孔的寬度為O?3.9mm,高度為O?2.8mm,相鄰兩注氣孔的間距為I?6mm。
[0012]本實用新型技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在:
[0013]①保溫熱頂布置于結晶器本體上方，起保持熔體溫度、增加熔體流動性、提高金屬補縮能力的作用；不僅能夠約束液態(tài)金屬，使其凝固成所需要的鑄錠形狀，而且能夠確保鑄錠表面光滑、質量一致，滿足鑄錠后續(xù)熱成型的尺寸要求；
[0014]②采用非等寬式水縫，實現沿鑄錠周邊依靠水縫寬度調節(jié)冷卻水流量值，實現冷卻水流量沿鑄錠周邊呈非等值分配；根據冷卻水流量的非等值分布來控制近終形鑄錠整體的冷卻強度和凝固收縮趨勢，進而實現順利鑄造成型；
[0015]③油氣分配環(huán)起到提高鑄錠表面質量的作用，壓縮空氣和潤滑油分別通過注氣孔和注油孔進入，其中壓縮空氣與熔體壓力形成動態(tài)平衡，在保溫熱頂下沿推動金屬熔體，使其形成彎月面，降低金屬溶體對結晶器內襯的靜壓力，潤滑油經出油孔后在結晶器內壁形成一薄層潤滑油膜，起到連續(xù)潤滑結晶器內表面，降低鑄錠表面與結晶器間摩擦力的作用；采用此結晶器制備的錠坯，鑄錠成型情況穩(wěn)定，表面光滑，無拉痕、裂口等缺陷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖對本實用新型技術方案作進一步說明:
[0017]圖1:本實用新型的剖視示意圖；
[0018]圖2:本實用新型的俯視示意圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1、圖2所示，鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，包括結晶器本體2和保溫熱頂1，保溫熱頂I置于結晶器本體2之上，在保溫熱頂I與結晶器本體2之間設有油氣分配環(huán)4，油氣分配環(huán)4上沿周向分別均勻分布有注氣孔6和注油孔5，結晶器本體2包括冷卻水腔體以及與水腔相連通的噴水結構，噴水結構呈非等寬式水縫結構8，結晶器本體包括冷卻水腔體以及與水腔相連通的噴水結構，噴水結構呈非等寬式水縫結構，使沿結晶器周向冷卻水流量非等值分布,在O L/minXmnT0.95 L/minXmm范圍變化,冷卻水腔體內設有分水器7。
[0020]通過非等寬式水縫結構8使冷卻水流量沿鑄錠周邊呈非等值分配，即依照鑄錠外形尺寸，通過調整結晶器水縫寬度使冷卻水流量線密度沿鑄錠周邊在O L/minXmnT0.95 L/minXmm范圍變化。結晶器依靠水縫或噴水孔方式實現冷卻水流量線密度沿鑄錠周邊變化。
[0021]結晶器采用保溫熱頂和冷卻壁凝固鑄錠，為提高近終形鑄錠的表面質量，控制偏析層厚度，設計有油氣分配環(huán)4，起到提高鑄錠表面質量的作用，其中，注油孔5的寬度為O?2.5mm,高度為O?1.6mm,相鄰兩注油孔的間距為I?5mm,注氣孔6的寬度為O?3.9mm,高度為O?2.8mm,相鄰兩注氣孔的間距為I?6mm,注油孔設計為將本體打通的油孔。在鑄造過程中，壓縮空氣和潤滑油分別通過注氣孔6和注油孔5進入油氣分配環(huán)4，其中壓縮空氣與熔體壓力形成動態(tài)平衡，在保溫熱頂下沿推動金屬熔體，使其形成彎月面，降低金屬溶體對結晶器內襯的靜壓力。潤滑油經出油孔后在結晶器內壁形成一薄層潤滑油膜，起到連續(xù)潤滑結晶器內表面，降低鑄錠表面與結晶器間摩擦力的作用。在鑄造過程中近終形結晶器采用油氣分配環(huán)連續(xù)供壓縮空氣和潤滑油后，鑄錠表面質量顯著提高。也可根據鑄錠表面質量要求，鑄造過程中可選擇同時通潤滑油和壓縮空氣，或者只連續(xù)注油潤滑，不通壓縮空氣，或者同時不通潤滑油和壓縮空氣。
[0022]保溫熱頂I布置于結晶器本體2上方，起保持熔體溫度、增加熔體流動性、提高金屬補縮能力的作用。結晶器本體2由軋制變形的鋁合金板材或紫銅板材經機加工而成，鑄造過程中，結晶器本體2內襯直接接觸鋁熔體，并提供近終形鑄錠的一次冷卻。為保證結晶器內部的冷卻水分布均勻，避免因結晶器本體內腔形狀不規(guī)則和進水口位置不對稱而導致的冷卻水流量變化，在結晶器內部設計有分水器7，其作用是保持腔體內水位高度、均勻分配水腔內部冷卻水流量的目的。
[0023]因近終形結晶器內腔形狀不規(guī)格，因此金屬熔體在內腔各個位置的凝固速率不一致，某些位置甚至受形狀差異影響而導致凝固速率差別過大。為保證鑄造過程的順利進行，采用非等寬式水縫，沿鑄錠周邊依靠水縫寬度調節(jié)冷卻水流量值，實現冷卻水流量沿鑄錠周邊呈非等值分配。根據冷卻水流量的變化來控制近終形鑄錠整體的冷卻強度和凝固收縮趨勢，進而實現順利鑄造成型。
[0024]采用結晶器不僅能夠約束液態(tài)金屬，使其凝固成所需要的鑄錠形狀，而且能夠確保鑄錠表面光滑、質量一致，滿足鑄錠后續(xù)熱成型的尺寸要求。
[0025]首先根據產品形狀，考慮熱變形要求，設計外形相近的鑄錠外形尺寸，考慮鑄錠的凝固收縮量后設計近終形結晶器形狀以及保溫材形狀。保溫材布置于結晶器本體上方，起到保持金屬液溫度并在結晶器上方維持一定金屬液體高度，提高熔體的流動性和沖型性的作用。
[0026]根據設計的近終形鑄錠形狀尺寸，通過調整結晶器周向冷卻水作用范圍和強度來調整鑄錠的整體冷卻強度，進而控制近終形鑄錠不同位置的凝固收縮量，實現整根近終形鑄錠的均勻收縮變形。因近終形鑄錠形狀變化，鑄錠各個位置的冷卻強度差異較大，與傳統(tǒng)的圓鑄錠和扁鑄錠結晶器不同，近終形結晶器冷卻水流量必須依照鑄錠位置的改變而沿結晶器周向調整，否則將導致鑄錠某些位置產生過度收縮，增大鑄錠表面與結晶器內壁的摩擦力，導致鑄錠開裂或表面撕痕，無法實現順利成型。因此，本結晶器采用非等寬式水縫設計來調整鑄錠不同位置的冷卻強度值，進而調整近終形鑄錠整體的凝固收縮量。
[0027]此外，為提高鑄錠的表面質量，提高鍛件加工成材率，設計油氣分配環(huán)。在使用過程中根據工藝要求設定油氣量添加量的范圍。若對鑄錠表面質量要求嚴格，可選擇同時連續(xù)供潤滑油和壓縮空氣。結晶器連續(xù)供潤滑油氣介質后，鑄錠表面光滑、穩(wěn)定，偏析層厚度能夠控制在小于0.9mm。
[0028]采用本實用新型結晶器制備的近終形6' r r系鋁合金錠坯，鑄錠成型情況穩(wěn)定，表面光滑，無拉痕、裂口等缺陷。
[0029]需要理解到的是:以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，其特征在于:包括結晶器本體和保溫熱頂，保溫熱頂置于結晶器本體之上，在保溫熱頂與結晶器本體之間設有油氣分配環(huán)，油氣分配環(huán)上沿周向均勻分布有注氣孔和注油孔，所述結晶器本體包括冷卻水腔體以及與水腔相連通的噴水結構，噴水結構呈非等寬式水縫結構，使沿結晶器周向冷卻水流量非等值分布。
2.根據權利要求1所述的鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，其特征在于:所述冷卻水腔體內設有分水器。
3.根據權利要求1所述的鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，其特征在于:所述注油孔的寬度為O?2.5mm,高度為O?1.6mm,相鄰兩注油孔的間距為I?5mm。
4.根據權利要求1所述的鋁合金近終形鑄錠用半連續(xù)鑄造結晶器，其特征在于:所述注氣孔的寬度為O?3.9mm,高度為O?2.8mm,相鄰兩注氣孔的間距為I?6mm。
【文檔編號】B22D11/055GK203917841SQ201420218281
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2014年4月30日
【發(fā)明者】郭世杰, 長海博文, 劉金炎, 薛冠霞 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司