一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置及方法，装置包括结晶器、引锭头、保温帽、降温铝合金棒/带、夹持运送机构、预热机构及调速机构，降温铝合金棒/带与铝合金铸锭的成分相同。方法为：引锭头升至结晶器内，向结晶器中通入冷却水，直到结晶器出水孔喷出二次水；控制铝合金熔体先经流道进入保温帽，再进入结晶器，当熔体在结晶器内形成坯壳后，再控制引锭头下移，开始铸造；铸造进行30s后，先通过预热机构对降温铝合金棒/带进行预热，再启动夹持运送机构将降温铝合金棒/带插入熔体芯部对其进行降温，并通过调速机构控制降温铝合金棒/带下降速度，直至铸造结束。本发明专利技术可降低熔体芯部温度，提高形核质点数量，降低液穴深度，细化凝固组织。
【技术实现步骤摘要】
一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置及方法
本专利技术属于铝合金铸造
，特别是涉及一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置及方法。
技术介绍
在铝合金铸造过程中，铝合金熔体先经流道进入保温帽，再进入结晶器，在结晶器的冷却作用下，铝合金熔体逐渐形成铸锭，而铸锭边部由于受到结晶器二冷水的喷水冷却作用，其冷却速度快，但铸锭芯部只能依靠传导传热，因此其冷却速度慢，导致边部与芯部之间存在着明显的温度差。对于铝合金而言，熔体温度高则密度小，熔体温度低则密度大，因此当熔体温度高于液相线温度时，温度梯度会导致熔体产生对流，当熔体温度下降到液相线以下时，由于形核质点的形成与长大，会发生溶质再分配，产生溶质分布梯度和密度的差异，并导致由溶质浓度梯度引起的对流，温度梯度和溶质浓度梯度引起的对流会把溶质浓度较高的熔体逐渐推向熔池底部，使晶粒在固相率较低的两相区和液相区之间传输，从而加重铸锭中心的正偏析，同时会使铸锭边部溶质贫乏，出现合金元素的负偏析，最终导致整个铸锭在大尺度范围内的成分不均匀，即出现成分偏析。对于溶质分配系数k<1的合金元素，铝合金铸锭合金元素的成分偏析如图5所示。目前，为了抑制铝合金铸锭的成分偏析，通常会采用降低铸造速度和提高冷却速率的方式，但受到具体的合金成分和铸锭尺寸规格的限制，实际可供调节的工艺参数范围是非常窄的，实际效果并不理想。另外，也可以采用添加细化剂的方式，但也会受到具体的合金成分的限制，导致细化剂的添加量范围也十分局限，其实际效果也不理想。再有，还可以采用施加外部电磁场的方式，通过电磁场使熔体中产生强对流，进而使温差场变均匀，尽管该方式可以在一定程度上降低液穴深度，并产生抑制铝合金铸锭成分偏析的效果，但是，需要对常规铝合金铸造装置进行大幅度改造，必然导致企业生产成本的大幅度升高。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置及方法，可主动降低结晶器内熔体芯部的温度，以缩小芯部与边部之间的温度差，并可提高芯部形核质点的数量，有效降低液穴深度，有效细化芯部的凝固组织，最终实现抑制铝合金铸锭成分偏析的目的。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置，包括结晶器、引锭头及保温帽，引锭头位于结晶器正下方，保温帽安装在结晶器正上方，结晶器的冷却水套采用镶嵌石墨环或不镶嵌石墨环的结构形式；其特点是：还包括降温铝合金棒/带、夹持运送机构、预热机构及调速机构，且降温铝合金棒/带的成分与铝合金铸锭的成分相同；所述降温铝合金棒/带竖直装夹在夹持运送机构上，降温铝合金棒/带通过夹持运送机构在竖直方向上进行升降；在所述降温铝合金棒/带插入结晶器内的熔体芯部前，通过预热机构对降温铝合金棒/带进行预热，且预热温度低于熔体芯部温度；所述降温铝合金棒/带的升降速度通过调速机构进行调控。所述降温铝合金棒/带的横截面积为10～10000mm2。一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造方法，采用了所述的抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置，包括如下步骤：步骤一：将引锭头升至结晶器内，向结晶器中通入冷却水，直到结晶器下部的出水孔喷出二次水；步骤二：控制铝合金熔体先经流道进入保温帽，再进入结晶器，当熔体在结晶器内形成坯壳后，再控制引锭头下移，开始铸造；步骤三：当铸造进行30s后，首先通过预热机构对降温铝合金棒/带进行预热，然后启动夹持运送机构将降温铝合金棒/带插入熔体芯部对其进行降温，并通过调速机构控制降温铝合金棒/带的下降速度，直至铸造结束。在步骤二中，熔体在结晶器内形成坯壳所用时间为5～60s。在步骤二中，铸造开始后，引锭头的初始下移速度为5～50mm/min，并在2分钟内增加至10～150mm/min。在步骤三中，降温铝合金棒/带的下降速度为1～50mm/min。本专利技术的有益效果：本专利技术的抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置及方法，可主动降低结晶器内熔体芯部的温度，以缩小芯部与边部之间的温度差，并可提高芯部形核质点的数量，有效降低液穴深度，有效细化芯部的凝固组织，最终实现抑制铝合金铸锭成分偏析的目的。附图说明图1为本专利技术的一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置(镶嵌石墨环)的结构示意图；图2为本专利技术的一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置(不镶嵌石墨环)的结构示意图；图3为实施例一中镁元素从铸锭边部到芯部的含量变化曲线图。图4为实施例二中锌元素从铸锭边部到芯部的含量变化曲线图。图5为铝合金铸锭合金元素的成分偏析示意图；图中，1—结晶器，2—引锭头，3—保温帽，4—降温铝合金棒/带，5—石墨环，6—二次水，7—熔体，8—凝固体。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。如图1、2所示，一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置，包括结晶器1、引锭头2、保温帽3、降温铝合金棒/带4、夹持运送机构、预热机构及调速机构，且降温铝合金棒/带4的成分与铝合金铸锭的成分相同，降温铝合金棒/带4的横截面积为10～10000mm2；所述引锭头2位于结晶器1正下方，保温帽3安装在结晶器1正上方，结晶器1的冷却水套采用镶嵌石墨环5或不镶嵌石墨环5的结构形式；所述降温铝合金棒/带4竖直装夹在夹持运送机构上，降温铝合金棒/带4通过夹持运送机构在竖直方向上进行升降；在所述降温铝合金棒/带4插入结晶器1内的熔体芯部前，通过预热机构对降温铝合金棒/带4进行预热，且预热温度低于熔体芯部温度；所述降温铝合金棒/带4的升降速度通过调速机构进行调控。实施例一：铸锭为含镁4.5wt％的铝合金。一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造方法，采用了所述的抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置，包括如下步骤：步骤一：将引锭头2升至结晶器1内，向结晶器1中通入冷却水，直到结晶器1下部的出水孔喷出二次水6；步骤二：控制铝合金熔体先经流道进入保温帽3，再进入结晶器1，当熔体7在结晶器1内形成坯壳后，再控制引锭头2下移，开始铸造；其中，熔体7在结晶器1内形成坯壳所用时间设为10s，铸造工序开始后，引锭头2的初始下移速度设为50mm/min，并在2分钟内增加至80mm/min；步骤三：当铸造进行30s后，首先通过预热机构对降温铝合金棒/带4进行预热，然后启动夹持运送机构将降温铝合金棒/带4插入熔体7芯部对其进行降温，并通过调速机构控制降温铝合金棒/带4的下降速度，且下降速度设为40mm/min，直至铸造结束。如图3所示，为镁元素从铸锭边部到芯部的含量变化曲线图，可见，含镁4.5wt％的铝合金铸锭的成分偏析程度明显降低。实施例二：铸锭为含锌6.2wt％的铝合金。一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造方法，采用了所述的抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置，包括如下步骤：步骤一：将引锭头2升至结晶器1内，向结晶器1中通入冷却水，直到结晶器1下部的出水孔喷出二次水6；步骤二：控制铝合金熔体先经流道进入保温帽3，再进入结晶器1，当熔体7在结晶器1内形成坯壳后，再控制引锭头2下移，开始铸造；其中，熔体7在结晶器1内形成坯壳所用时间设为10s，铸造工序开始后，引锭头2的初始下移速度设为10mm/min，并在2分钟内增加至25mm/min；步骤三：当铸造进行30s后，首先通过预热机构对降温铝合金棒/带4进行预热，然后启动夹持运送机构本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置，包括结晶器、引锭头及保温帽，引锭头位于结晶器正下方，保温帽安装在结晶器正上方，结晶器的冷却水套采用镶嵌石墨环或不镶嵌石墨环的结构形式；其特征在于：还包括降温铝合金棒/带、夹持运送机构、预热机构及调速机构，且降温铝合金棒/带的成分与铝合金铸锭的成分相同；所述降温铝合金棒/带竖直装夹在夹持运送机构上，降温铝合金棒/带通过夹持运送机构在竖直方向上进行升降；在所述降温铝合金棒/带插入结晶器内的熔体芯部前，通过预热机构对降温铝合金棒/带进行预热，且预热温度低于熔体芯部温度；所述降温铝合金棒/带的升降速度通过调速机构进行调控。
【技术特征摘要】
1.一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置，包括结晶器、引锭头及保温帽，引锭头位于结晶器正下方，保温帽安装在结晶器正上方，结晶器的冷却水套采用镶嵌石墨环或不镶嵌石墨环的结构形式；其特征在于：还包括降温铝合金棒/带、夹持运送机构、预热机构及调速机构，且降温铝合金棒/带的成分与铝合金铸锭的成分相同；所述降温铝合金棒/带竖直装夹在夹持运送机构上，降温铝合金棒/带通过夹持运送机构在竖直方向上进行升降；在所述降温铝合金棒/带插入结晶器内的熔体芯部前，通过预热机构对降温铝合金棒/带进行预热，且预热温度低于熔体芯部温度；所述降温铝合金棒/带的升降速度通过调速机构进行调控。2.根据权利要求1所述的一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置，其特征在于：所述降温铝合金棒/带的横截面积为10～10000mm2。3.一种抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造方法，采用了权利要求1所述的抑制铝合金铸锭成分偏析的铸造装置，其特征在于包括如下步骤：步骤一：将引锭头...
【专利技术属性】
技术研发人员：王向杰，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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