一种采用细晶结晶器半连续铸造高纯铝铸锭的方法技术

一种采用细晶结晶器半连续铸造高纯铝铸锭的方法，采用的细晶结晶器含有分流盖、本体、挡水圈及下盖板，本体的正中从上到下依次设置有凹环槽、一次冷却结晶区和出锭区，将分流盖通过螺栓固定在本体的上端、将下盖板通过螺栓固定在本体的下端、将挡水圈装卡在本体和下盖板的环槽内组装成细晶结晶器，细晶结晶器的轴线总高度得到有效缩短，本体中的一次冷却结晶区和出锭区形成二级分配机构，使整个铝铸锭形成促进等轴晶生产的负温度梯度区域，从而实现游离晶粒的等轴形式生产，避免传统结晶器设计内部高温区范围区间宽，游离晶粒被重熔，晶核不能实现等轴方式生长的不足，有利于实现高纯铝铸锭显微组织的细化。

【技术实现步骤摘要】
一种采用细晶结晶器半连续铸造高纯铝铸锭的方法
本专利技术属于有色金属铸造
，尤其是一种采用细晶结晶器半连续铸造高纯铝铸锭的方法。
技术介绍
高纯铝或是超高纯铝由于比工业纯铝的杂质元素含量更低，因此具有比工业纯铝更好的导电性、延展性、反射性和抗腐蚀性，在电子工业及航空航天等领域有着更广泛的使用用途，例如5N5-6N超高纯铝中各杂质的最大含量不超过0.4ppm，因此可用于半导体器件制造行业，也可用于制备超导电缆。随着高纯铝产品应用性能的提升以及应用领域的逐步扩大，对制备高纯铝铸锭的质量也提出了更高要求，不仅要满足下游产品对高纯铝纯度以及杂质元素的苛刻要求，而且对高纯铝铸锭的显微组织晶粒尺寸也提出了更加严格的要求，即希望其晶粒尺寸要控制得足够细小。由于高纯铝铸锭使用的铝熔体极为纯净，不能像传统铝铸锭铸造加工那样通过添加细化剂来实现其组织细化，只能通过成型工艺或是结晶器的改进来实现高纯铝铸锭的组织细化，而目前采用的结晶器主要通过其外侧设计的电磁感应线圈来促使铝熔体在铸造过程中产生强制流动，从而实现高纯铝铸锭组织的细化。但是这种结晶器的设计过于复杂，在铸造过程中需要持续施加电磁场而使其能源消耗较大，电磁场驱动的铝熔体在强制流动时容易将其表面的氧化膜层破坏并被带入铝铸锭内部，从而影响高纯铝铸锭的纯净度，铸造成本较高。
技术实现思路
为了解决上述结晶器存在的问题，本专利技术提供了一种采用细晶结晶器半连续铸造高纯铝铸锭的方法，该方法通过细晶结晶器的结构设计来增加铝熔体内部的形核数量，从而得到组织细化的高纯铝铸锭，减小了铸造成本，且铸造过程易于实现。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种采用细晶结晶器半连续铸造高纯铝铸锭的方法，采用的细晶结晶器含有分流盖、本体、挡水圈及下盖板，高纯铝铸锭使用的铝熔体中各杂质的最大含量不超过0.4ppm，高纯铝铸锭或是圆锭，或是扁锭，或是方锭，所述圆锭的设计尺寸为ΦDmm，所述扁锭的设计尺寸为Dmm×dmm，D＞d，所述方锭的设计尺寸为Dmm×Dmm，本专利技术的特征如下：呈凸状的分流盖正中设置有进液口，进液口的下端由分流盖中的圆堵头实施封堵，所述圆堵头的尺寸或为ΦD1，或为Φd1，在进液口的下端四周轴向侧壁上配钻有数个间距相等的出液孔，各出液孔的孔径均控制在Φ5～Φ15mm，分流盖的下端面设置有倒凹环槽，所述倒凹环槽的最小尺寸或为ΦD1，或为Φd1，所述倒凹环槽的最大外围结构尺寸或为ΦD2，或为D2×d2，或为D2×D2，D1＜D2＜D，d1＜d2＜d，所述倒凹环槽的轴向高度以完全暴露出数个出液孔为准，分流盖下端的最大尺寸或为ΦD3，或为D3×d3，或为D3×D3，D3远大于D，d3远大于d；本体的外围结构尺寸或等于ΦD3，或等于D3×d3，或等于D3×D3，在本体的正中从上到下依次设置有凹环槽、一次冷却结晶区和出锭区，所述凹环槽的结构尺寸或大于ΦD，或大于D×d，或大于D×D，所述凹环槽的轴向高度控制在1～3mm，在所述凹环槽中设置有向下的储油槽，在所述凹环槽上方加装盖油板，所述储油槽与水平设置的进油通道联通，进油通道外接脉冲式供油器；所述一次冷却区的结构尺寸或等于ΦD，或等于D×d，或等于D×D，所述一次冷却区的轴向高度控制在15～80mm，在所述一次冷却区的四周轴向侧壁上设置有数个间距相等的冷却凹槽，各冷却凹槽的深度控制在0.2～0.5mm，各冷却凹槽的槽宽控制在0.5～1mm，相邻冷却凹槽之间的凸出宽度控制在0～5mm；所述出锭区的结构尺寸或大于ΦD，或大于D×d，或大于D×D；在本体的下端设置有不规则的环状冷却水腔，环状冷却水腔在本体内上端呈凸出状结构，所述凸出状结构的水平高度至各冷却凹槽中部为准，沿所述凸出状结构向下斜钻有数条间距相等的出水通道，出水通道贯穿联通到各冷却凹槽底端，环状冷却水腔的下端宽度设定为Hmm，根据H在所述凸出状结构的端面上设置有上环槽；下盖板的外围结构尺寸与本体的三种外围结构尺寸相等，下盖板的正中设置有出锭口，所述出锭口的结构尺寸与所述出锭区的三种结构尺寸相等，下盖板的两侧设置有环状进水口，环状进水口外接冷却水，环状进水口与环状冷却水腔对应设置且环状进水口的宽度小于H，在环状进水口的上端内侧端面上设置有下环槽；将分流盖通过螺栓固定在本体的上端、将下盖板通过螺栓固定在本体的下端、将挡水圈装卡在所述下环槽和所述上环槽内，使其组装成细晶结晶器；半连续铸造开始时先通过环状进水口向环状冷却水腔内连续通入冷却水，冷却水经出水通道后形成一定压力向外流出，此时具有710℃的高温铝熔体通过进液口进入分流盖中，经各出液孔的分流作用而改变流向流入到所述倒凹环槽并进入所述一次冷却区内，铝熔体在所述一次冷却区内形成环流，所述环流构成熔体流动流线方向线并使铝熔体形成游离晶核，在所述一次冷却区内使铝熔体的温度分布更趋均匀并结晶凝固成高纯铝铸锭，由于铝熔体的不断流入及冲刷搅动，增加了铝熔体芯部的过冷度而使结晶凝固的高纯铝铸锭得到晶粒细化，在常规铸造速度下高纯铝铸锭通过所述出锭区而向下排出，排出过程中通过进油通道并在所述脉冲式供油器的作用下对高纯铝铸锭表面进行润滑。上述分流盖由绝热耐火材料制作而成。上述本体或由紫铜制作而成，或由铝合金制作而成。上述挡水圈呈滤网状。上述冷却凹槽或呈矩形，或呈半圆形，或呈V型。上述下盖板或由铝合金制作而成，或由铸钢制作而成。由于采用如上所述技术方案，本专利技术产生如下积极效果：1．本专利技术的方法可以克服现有铸造制备技术无法细化高纯铝铸锭晶粒尺寸的不足，通过改变结晶器的结构设计，可以改变熔体流动方式并促进游离晶粒在铸锭内部的生长，增加晶粒形核数量，从而实现高纯铝铸锭的组织细化。2．本体在一次冷却结晶区表面采用开槽设计，增加了一次冷却结晶区与铝熔体的接触面积，降低铝熔体形核的润湿角和形核功，有利于大量晶粒在结晶器一次冷却区表面形成。3．本体的一次冷却结晶区和出锭区设计可以形成二级分配机构，使整个铝铸锭形成促进等轴晶生产的负温度梯度区域，从而实现游离晶粒的等轴形式生产，避免传统结晶器设计内部高温区范围区间宽，游离晶粒被重熔，晶核不能实现等轴方式生长的不足，有利于实现铸锭显微组织的细化。4.细晶结晶器可根据圆形锭、扁锭和方锭的形状来分别设计，细晶结晶器结构独特，轴线总高度得到有效缩短，生产效率明显提高。附图说明图1是圆锭细晶结晶器的结构示意简图。图2是细晶结晶器在半连续铸造圆锭过程中的液体流向示意简图。上述图中：1-进液口；2-分流盖；3-出液孔；4-本体；5-挡水圈；6-环状冷却水腔；7-出水通道；8-下盖板；9-冷却凹槽；10-环状进水口；11-进油通道；12-盖油板；13-铝熔体；14-熔体流动流线方向线；15-冷却水；16-高纯铝铸锭；17-游离晶核。具体实施方式本专利技术是一种采用细晶结晶器半连续铸造高纯铝铸锭的方法，通过本专利技术获得的高纯铝铸锭可以做为电解电容器用的阳极箔，电容器用的引线，集成电路用的导线，真空蒸发器用的基体材料，超导体用的稳定导体，磁盘合金和高断裂韧性铝合金用的基体材料等，使用范围非常广泛。本专利技术的方法中使用到细晶结晶器，高纯铝铸锭或是圆锭，或是扁锭，或是方锭，所述圆锭的设计尺寸为ΦD，所述扁锭的设计尺寸为D×d，D＞d，所述方锭的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用细晶结晶器半连续铸造高纯铝铸锭的方法，采用的细晶结晶器含有分流盖(2)、本体(4)、挡水圈(5)及下盖板(8)，高纯铝铸锭(16)使用的铝熔体(13)中各杂质的最大含量不超过0.4ppm，高纯铝铸锭(16)或是圆锭，或是扁锭，或是方锭，所述圆锭的设计尺寸为ΦDmm，所述扁锭的设计尺寸为Dmm×dmm，D＞d，所述方锭的设计尺寸为Dmm×Dmm，其特征是：呈凸状的分流盖(2)正中设置有进液口(1)，进液口(1)的下端由分流盖(2)中的圆堵头实施封堵，所述圆堵头的尺寸或为ΦD1，或为Φd1，在进液口(1)的下端四周轴向侧壁上配钻有数个间距相等的出液孔(3)，各出液孔(3)的孔径均控制在Φ5～Φ15mm，分流盖(2)的下端面设置有倒凹环槽，所述倒凹环槽的最小尺寸或为ΦD1，或为Φd1，所述倒凹环槽的最大外围结构尺寸或为ΦD2，或为D2×d2，或为D2×D2，D1＜D2＜D，d1＜d2＜d，所述倒凹环槽的轴向高度以完全暴露出数个出液孔为准，分流盖(2)下端的最大尺寸或为ΦD3，或为D3×d3，或为D3×D3，D3大于D ，d3大于d；本体(4)的外围结构尺寸或等于ΦD3，或等于D3×d3，或等于D3×D3，在本体(4)的正中从上到下依次设置有凹环槽、一次冷却结晶区和出锭区，所述凹环槽的结构尺寸或大于ΦD，或大于D×d，或大于D×D，所述凹环槽的轴向高度控制在1～3mm，在所述凹环槽中设置有向下的储油槽，在所述凹环槽上方加装盖油板(12)，所述储油槽与水平设置的进油通道(11)连通，进油通道(11)外接脉冲式供油器；所述一次冷却结晶区的结构尺寸或等于ΦD，或等于D×d，或等于D×D，所述一次冷却结晶区的轴向高度控制在15～80 mm，在所述一次冷却结晶区的四周轴向侧壁上设置有数个间距相等的冷却凹槽(9)，各冷却凹槽(9)的深度控制在0.2～0.5mm，各冷却凹槽(9)的槽宽控制在0.5～1mm，相邻冷却凹槽之间的凸出宽度控制在0～5mm；所述出锭区的结构尺寸或大于ΦD，或大于D×d，或大于D×D；在本体(4)的下端设置有不规则的环状冷却水腔(6)，环状冷却水腔(6)在本体(4)内上端呈凸出状结构，所述凸出状结构的水平高度至各冷却凹槽(9)中部为准，沿所述凸出状结构向下斜钻有数条间距相等的出水通道(7)，出水通道(7)贯穿连通到各冷却凹槽(9)底端，环状冷却水腔(6)的下端宽度设定为Hmm，根据H在所述凸出状结构的端面上设置有上环槽；下盖板(8)的外围结构尺寸与本体(4)的三种外围结构尺寸相等，下盖板(8)的正中设置有出锭口，所述出锭口的结构尺寸与所述出锭区的三种结构尺寸相等，下盖板(8)的两侧设置有环状进水口(10)，环状进水口(10)外接冷却水，环状进水口(10)与环状冷却水腔(6)对应设置且环状进水口(10)的宽度小于H，在环状进水口(10)的上端内侧端面上设置有下环槽；将分流盖(2)通过螺栓固定在本体(4)的上端、将下盖板(8)通过螺栓固定在本体(4)的下端、将挡水圈(5)装卡在所述下环槽和所述上环槽内，使其组装成细晶结晶器；半连续铸造开始时先通过环状进水口(10)向环状冷却水腔(6)内连续通入冷却水(15)，冷却水(15)经出水通道(7)后形成一定压力向外流出，此时具有710℃的高温铝熔体(13)通过进液口(1)进入分流盖(2)中，经各出液孔(3)的分流作用而改变流向流入到所述倒凹环槽并进入所述一次冷却结晶区内，铝熔体(13)在所述一次冷却结晶区内形成环流，所述环流构成熔体流动流线方向线(14)并使铝熔体(13)形成游离晶核(17)，在所述一次冷却结晶区内使铝熔体(13)的温度分布更趋均匀并结晶凝固成高纯铝铸锭(16)，由于铝熔体(13)的不断流入及冲刷搅动，增加了铝熔体(13)芯部的过冷度而使结晶凝固的高纯铝铸锭(16)得到晶粒细化，在常规铸造速度下高纯铝铸锭(16)通过所述出锭区而向下排出，排出过程中通过进油通道(11)并在所述脉冲式供油器的作用下对高纯铝铸锭(16)表面进行润滑。...

【技术特征摘要】
1.一种采用细晶结晶器半连续铸造高纯铝铸锭的方法，采用的细晶结晶器含有分流盖(2)、本体(4)、挡水圈(5)及下盖板(8)，高纯铝铸锭(16)使用的铝熔体(13)中各杂质的最大含量不超过0.4ppm，高纯铝铸锭(16)或是圆锭，或是扁锭，或是方锭，所述圆锭的设计尺寸为ΦDmm，所述扁锭的设计尺寸为Dmm×dmm，D＞d，所述方锭的设计尺寸为Dmm×Dmm，其特征是：呈凸状的分流盖(2)正中设置有进液口(1)，进液口(1)的下端由分流盖(2)中的圆堵头实施封堵，所述圆堵头的尺寸或为ΦD1，或为Φd1，在进液口(1)的下端四周轴向侧壁上配钻有数个间距相等的出液孔(3)，各出液孔(3)的孔径均控制在Φ5～Φ15mm，分流盖(2)的下端面设置有倒凹环槽，所述倒凹环槽的最小尺寸或为ΦD1，或为Φd1，所述倒凹环槽的最大外围结构尺寸或为ΦD2，或为D2×d2，或为D2×D2，D1＜D2＜D，d1＜d2＜d，所述倒凹环槽的轴向高度以完全暴露出数个出液孔为准，分流盖(2)下端的最大尺寸或为ΦD3，或为D3×d3，或为D3×D3，D3大于D，d3大于d；本体(4)的外围结构尺寸或等于ΦD3，或等于D3×d3，或等于D3×D3，在本体(4)的正中从上到下依次设置有凹环槽、一次冷却结晶区和出锭区，所述凹环槽的结构尺寸或大于ΦD，或大于D×d，或大于D×D，所述凹环槽的轴向高度控制在1～3mm，在所述凹环槽中设置有向下的储油槽，在所述凹环槽上方加装盖油板(12)，所述储油槽与水平设置的进油通道(11)连通，进油通道(11)外接脉冲式供油器；所述一次冷却结晶区的结构尺寸或等于ΦD，或等于D×d，或等于D×D，所述一次冷却结晶区的轴向高度控制在15～80mm，在所述一次冷却结晶区的四周轴向侧壁上设置有数个间距相等的冷却凹槽(9)，各冷却凹槽(9)的深度控制在0.2～0.5mm，各冷却凹槽(9)的槽宽控制在0.5～1mm，相邻冷却凹槽之间的凸出宽度控制在0～5mm；所述出锭区的结构尺寸或大于ΦD，或大于D×d，或大于D×D；在本体(4)的下端设置有不规则的环状冷却水腔(6)，环状冷却水腔(6)在本体(4)内上端呈凸出状结构，所述凸出状结构的水平高度至各冷却凹槽(9)中部为准，沿所述凸出状结构向下斜钻有数条间距相等的出水通道(7)，出水通道(7)贯穿连通到各冷却凹槽(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：长海博文，郭世杰，刘金炎，陈丹丹，余康才，王雏艳，谷宁杰，
申请(专利权)人：中色科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41