專利名稱：一種連續(xù)制備高品質(zhì)合金鑄錠的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型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。
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(hù)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(huì)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(dāng)嚴(yán)重，為了彌補(bǔ)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公司實(shí)用新型的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(diǎn)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(qiáng)，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)顯者提聞，減小了夾禮:、氣孔等缺陷，提聞了鑄淀的內(nèi)部品質(zhì)，鑄淀的結(jié)晶組織細(xì)小均勻，偏析小，提高了鑄錠的性能，操作簡(jiǎn)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，鑄錠凝殼的收縮使鑄錠表面產(chǎn)生的偏析瘤、冷隔、粗晶層和表面裂紋等鑄造缺陷，雖然熱頂鑄造技術(shù)得到一定程度的改善，但是由于導(dǎo)熱距離不易準(zhǔn)確控制仍會(huì)產(chǎn)生特有的表面波紋和反偏析、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)外實(shí)用新型了氣滑(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公司實(shí)用新型的氣滑熱頂鑄造(Airslip)技術(shù)。該技術(shù)在熱頂結(jié)晶器中同時(shí)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(shí)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(qiáng)度，熔體液穴變淺，鑄錠結(jié)晶過程易于補(bǔ)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(qiáng)了冷卻強(qiáng)度，細(xì)化鑄錠晶粒組織，而冷卻點(diǎn)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(duì)氣壓要求變化非常敏感，需要精確控制氣壓，此夕卜，多孔石墨環(huán)消耗量較大，消耗成本高，對(duì)鑄造技術(shù)的要求也很高，裝備也較為復(fù)雜，不易掌握，也大大限制了該技術(shù)的使用范圍。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述氣滑鑄造技術(shù)的不足，提供一種連續(xù)制備高品質(zhì)合金鑄錠的裝置?！N連續(xù)制備聞品質(zhì)合金鑄淀的裝置，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(gè)相通或不相通的一次冷卻水腔3和二次冷卻水腔5 ;—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 ;—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。此裝置適用于鋁基合金、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。本實(shí)用新型的有益效果在于與傳統(tǒng)的熱頂鑄造技術(shù)相比，采用本實(shí)用新型可得到聞品質(zhì)的合金鑄淀，鑄淀表面光滑、可大大減少結(jié)晶器內(nèi)凝殼的收縮使鑄淀表面廣生的偏析瘤、冷隔、粗晶層和表面裂紋等鑄造缺陷，提高了鑄錠的成品率和材料利用率，顯著降低了生產(chǎn)成本。

圖1是制備聞品質(zhì)合金鑄淀的裝置不意圖；其中各標(biāo)號(hào)為1_熱頂，2_石墨環(huán)，3- 一次冷卻水腔，4-結(jié)晶器，5- 二次冷卻水腔，6-一次冷卻水腔的出水口，7- 二次冷卻水腔的出水口，8-氣隙，9-鑄錠，熔體-10，11-水氣膜。圖2是鑄錠為圓錠時(shí)一次冷卻水出水孔方向與其徑向投影角度示意圖；圖3是鑄錠為扁錠時(shí)一次冷卻水出水孔方向與其徑向投影角度示意圖；其中各標(biāo)號(hào)為3_ —次冷卻水腔，4-結(jié)晶器，6- —次冷卻水腔的出水口，9-鑄錠，11-水氣膜。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。如圖1所示該裝置由熱頂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(gè)相通或不相通的一次冷卻水腔3和二次冷卻水腔5 ;—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 ;—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，如圖2-3所示。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。在制備合金鑄錠時(shí)，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(jìn)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(jìn)行控制。[0016]實(shí)施例1制備聞品質(zhì)2024招合金圓鑄淀。如圖1所不，該裝置由熱頂1、石墨環(huán)2、結(jié)晶器4組成。其中，石墨環(huán)2內(nèi)嵌在結(jié)晶器4內(nèi)。石墨環(huán)內(nèi)徑為78mm,石墨環(huán)厚度為3mm。結(jié)晶器內(nèi)包含有兩個(gè)冷卻水腔，分別為一次冷卻水腔3和二次冷卻水腔5，一次冷卻水腔3和二次冷卻水腔5中的冷卻水的壓力和流量可分別控制。一次冷卻水腔出水口 6噴水方向與該出水口 9的徑向角度A為75度，如圖2所示。采用圖1、圖2所示的裝置連續(xù)鑄造2024鋁合金圓鑄錠，2024鋁合金液相線溫度為638°C，在鑄造過程中熱頂I中2024鋁合金熔體溫度為670°C。鑄錠下降速度為3. 5mm/s，一次冷卻水壓為O. 35MPa，冷卻水流量為O. 3L/s，二次冷卻水壓力為O. 20MPa,冷卻水流量為1. 8L/s。得到表面光滑的4032鋁合金鑄錠。實(shí)施例2制備聞品質(zhì)AZ31續(xù)合金圓鑄淀，如圖1所不，該裝置由熱頂1、石墨環(huán)2、結(jié)晶器4組成。其中，石墨環(huán)2內(nèi)嵌在結(jié)晶器4內(nèi)。石墨環(huán)內(nèi)徑為95mm,石墨環(huán)厚度為4mm。結(jié)晶器內(nèi)包含有兩個(gè)冷卻水腔，分別為一次冷卻水腔3和二次冷卻水腔5，一次冷卻水腔3和二次冷卻水腔5中的冷卻水的壓力和流量可分別控制。一次冷卻水腔出水口 6噴水方向與該出水口 9的徑向角度A為80度，如圖2所示。采用圖1、圖2所示的裝置連續(xù)鑄造AZ31鎂合金圓鑄錠，AZ31鎂合金液相線溫度為636°C，在鑄造過程中熱頂I中AZ31鎂合金熔體溫度為670°C。鑄錠下降速度為4. Omm/s，一次冷卻水壓為O. 25MPa，冷卻水流量為O. 2L/s，二次冷卻水壓力為O. 35MPa，冷卻水流量為1. 6L/s。得到表面光滑的AZ31鎂合金鑄錠。
權(quán)利要求1.一種連續(xù)制備高品質(zhì)合金鑄錠的裝置，其特征在于，該裝置由熱頂(I)、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(gè)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);—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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)制備高品質(zhì)合金鑄錠的裝置，其特征在于，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。
專利摘要本實(shí)用新型公開了金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域的一種連續(xù)制備高品質(zhì)合金鑄錠的裝置。該裝置由熱頂、石墨環(huán)和結(jié)晶器組成。結(jié)晶器中內(nèi)嵌有石墨環(huán)，結(jié)晶器內(nèi)設(shè)置一次冷卻水腔和二次冷卻水腔，水腔設(shè)置多個(gè)出水口。一次冷卻水腔出水口方向與其徑向投影角度A為60-88度。通過此裝置，使一次冷卻水腔通過出水口噴出的水流在鑄錠表面、石墨環(huán)以及結(jié)晶器的內(nèi)壁之間形成水氣膜。在水氣膜作用下，避免鑄錠出現(xiàn)冷隔、偏析瘤、拉裂等鑄造缺陷。通過本實(shí)用新型裝置得到的合金鑄錠，表面光滑、減少了偏析瘤、冷隔、粗晶層和表面裂紋等鑄造缺陷，提高了鑄錠的成品率和材料利用率，保護(hù)了環(huán)境，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了鑄錠的生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B22D11/14GK202824585SQ201220453750
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者白月龍, 徐駿, 張志峰 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院