本发明专利技术的目的在于针对现有技术中降低铸锭、特别是大尺寸铸锭成分偏析的设备和方法中存在的不足，提供了一种抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸装置及方法，属于铝合金铸造设备和技术领域。该装置包括压板、保温帽、导流隔板、石墨环、结晶器、线圈和引锭头；保温帽位于结晶器上部并通过压板固定在结晶器上，导流隔板位于保温帽内部，隔板上有开孔，石墨环镶嵌在结晶器内壁，线圈位于结晶器内部，在结晶器内壁下部有冷却水孔，引锭头位于结晶器内部石墨环的下沿，引锭头下端连接铸造机。该装置通过调整导流隔板上开孔位置、大小，并利用电磁场的搅拌作用将铝熔体均匀分散到结晶器内部，有效的降低铝合金铸造过程中的液穴深度和铸锭内部的成分偏析。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铝合金铸造设备和
，特别涉及一种抑制铝合金铸锭成分偏析 的半连铸装置及方法。
技术介绍
纯铝是仅次于铁的第二大金属，是金属材料中最典型的轻质材料，具有比强度高、 易加工、成本低等优点。在纯错中添加一定量的合金元素，经过恪炼及铸造后形成错合金， 已广泛应用于国民经济的各个领域，如：航空航天、交通运输、电子通讯、轻工建材、包装容 器、石油化工、五金电器等多方面领域。在铝合金铸造过程中，靠近结晶器边部的冷却强度 大，而在靠近结晶器心部冷却强度小，在结晶器内形成液穴，尚未凝固的液相可在液穴轮廓 线附近的枝晶间流动，进而在铸锭不同部位造成成分差异，形成成分偏析。 由于铝合金在加工过程中组织具有遗传性，铝合金铸锭成分偏析很难通过均质、 变形的工艺进行消除，容易产生铸造缺陷并导致产品质量不合格。在局部区域低熔点共晶 组织含量增加，形成粗大脆性结晶相，易引起热裂等其他铸造缺陷；造成铝合金产品性能不 稳定，降低材料的力学性能、抗拉强度及延伸率等性能。随着铸锭尺寸的增大，铝合金铸锭 成分偏析的程度尤为严重。因此，需要开发相应的技术来抑制成分偏析。目前，抑制成分偏 析的方法主要有：改善铸造工艺参数，降低铸造速度，使液穴变浅，降低成分偏析；提高冷 却速率，缩短液相和固相两相区的冷却时间来抑制成分偏析；加入细化剂、孕育剂等时晶粒 细化，进而减少枝晶间液体金属的流动抑制成分偏析；采用外加电磁场，通过电磁场的搅拌 作用使结晶器内的温度场及浓度场变得均匀，使液穴深度变浅，进而降低铸锭成分偏析。 在实际铝合金半连续铸造过程中，对于具体的合金成分及铸锭尺寸规格，可供调 节的工艺参数（降低铸造速度、提高冷却速率）非常窄；对于具体的合金成分，加入细化剂 的含量有一定范围，因此调节工艺参数、加入细化剂存在局限性；施加电磁场可以在熔体中 引起强对流使温度场变得均匀，在一定程度上可以降低液穴深度，抑制成分偏析，但在制备 大尺寸铸锭时，由于电磁场的集肤效应，铸锭心部的磁场比较弱，对铸锭心部的高温熔体搅 拌较弱，使液穴深度变浅和降低铸锭成分偏析的能力变差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中降低铸锭成分偏析、特别是大尺寸铸锭的设备 和方法中存在的不足，提供了。该装置 通过调整导流隔板上开孔位置及大小，使高温铝熔体从导流隔板的开孔位置进入结晶器， 阻止高温熔体直接流向铸锭中心处引起液穴变深，降低铸锭内部的成分偏析，并且利用电 磁场的搅拌作用将铝熔体均匀分散到结晶器内部，提高结晶器内部温度的均匀性，进一步 降低铸造过程中的液穴深度和降低铸锭内部的成分偏析。 -种抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸装置，包括压板、保温帽、导流隔板、石墨 环、结晶器、线圈和引锭头； 其中，保温帽位于结晶器上部并通过压板固定在结晶器上，导流隔板位于保温帽 内部，石墨环镶嵌在结晶器内壁，线圈位于结晶器内部，在结晶器内壁下部有开孔，引锭头 位于结晶器内部石墨环的下沿并可向下移动，引锭头下端连接铸造机； 所述的导流隔板在保温帽内水平放置； 所述的导流隔板为采用涂防护涂料的金属板或耐火材料板； 所述的导流隔板厚度为5~100mm，导流隔板上开孔数量彡2个，开孔间距为10~ 150mm，开孔形状为矩形孔或圆形孔，开孔截面积为80~22500mm 2; 所述的线圈的匝数为50~200匝； 所述的石墨环的内径为80~1500mm。 -种采用上述装置的抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸方法，包括以下步骤： (1)对保温帽及导流隔板进行预热，预热至温度为300~800°C ; (2)铸造前将引锭头升至石墨环下沿，向结晶器中通入冷却水，冷却水经结晶器下 部的水孔喷出； (3)由装置上部导入铝熔体，铝熔体流经保温帽及导流隔板流入结晶器，当熔体在 结晶器内凝固5~60s形成还壳后，启动铸造机开始铸造，同时，向线圈中通入交流电，起始 铸造速度为5~50mm/min，然后在2min内增加至10~150mm/min，线圈电流频率范围为 5~100Hz，电流强度范围为1~300A ; (4)铸造结束后，关闭交流电，关闭冷却水。 与现有技术相比，本专利技术的特点和有益效果在于： 1、本专利技术的装置通过调整导流隔板厚度、导流隔板开孔位置及大小，阻止高温熔 体直接流向冷却强度小的铸锭中心，使高温铝熔体从靠近结晶器边部冷却强度大的位置进 入结晶器，利用电磁场的搅拌作用将高温铝熔体均匀分散到结晶器内部，提高结晶器内部 温度的均匀性，降低铸造过程中的液穴深度，降低铸锭内部的成分偏析。 2、本专利技术操作简单，制得的铝合金铸锭的成分偏析程度大大降低。【附图说明】 图1为本专利技术抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸装置示意图； 图中，1、压板；2、保温帽；3、高温铝熔体；4、导流隔板；5、石墨环；6、线圈；7、结晶 器；8、冷却水孔；9、铸锭；10、引锭头。 图2为从铸锭边部到心部Cu含量变化曲线。 图3为从铸锭边部到心部Mg含量变化曲线。 图4为从铸锭边部到心部Zn含量变化曲线。【具体实施方式】 实施例1 如图1所示，一种抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸装置，包括压板1、保温帽2、 导流隔板4、石墨环5、结晶器7、线圈6和引徒头10 ; 其中，保温帽2位于结晶器7上部并通过压板1固定在结晶器7上，导流隔板4位 于保温帽2内部水平放置，石墨环5镶嵌在结晶器7内壁，线圈6位于结晶器7内部，在结 晶器7内壁下部有冷却水孔8,引锭头10位于结晶器7内部石墨环5的下沿，引锭头10下 端连接铸造机；导流隔板4厚度为5~100mm，导流隔板4上开孔数量多2个，开孔间距为 10~150mm，开孔形状为矩形孔或圆形孔，开孔截面积为80~22500mm 2;导流隔板4采用涂 防护涂料的金属板或耐火材料板；线圈6的阻数为50~200阻；石墨环5的内径为80~ 1500mm〇 本专利技术装置中的导流隔板，一方面，可以避免高温铝熔体3直接流向冷却强度小 的结晶器7心部引起液穴变深；另一方面，高温铝熔体3从靠近结晶器7边部流入，可使结 晶器7边部的凝固前沿位置下移，使液穴变浅，从而降低铸锭9内部的成分偏析；此外，利 用靠近结晶器7边部冷却强度大的特点，使从靠近结晶器7边部进入的高温熔体3快速冷 却，利用电磁场的搅拌作用，使冷却后的铝熔体均匀分布在结晶器内部，提高结晶器内铝熔 体温度的均匀性，从而进一步使液穴深度变浅和降低铸锭9内部的成分偏析。 实施例2 -种抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸装置，结构同实施例1，区别在于结晶器7 内线圈6的阻数为100阻，石墨环5内径为590mm，导流隔板4厚度为50mm，导流隔板4上 开孔数量为16个，开孔形状为圆形孔，开孔截面积为1963平方毫米，开孔间距约为80mm。 实施例3当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸装置，其特征在于，包括压板、保温帽、导流隔板、石墨环、结晶器、线圈和引锭头；其中，保温帽位于结晶器上部并通过压板固定在结晶器上，导流隔板位于保温帽内部，隔板上有开孔，石墨环镶嵌在结晶器内壁，线圈位于结晶器内部，在结晶器内壁下部有冷却水孔，引锭头位于石墨环的下沿，引锭头下端连接铸造机。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王向杰，王立娟，孙刚，马青梅，崔建忠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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