一种分段式水平连铸结晶器制造技术

本发明专利技术公开了一种分段式水平连铸结晶器，包括依次设置的液相区、半固态区与固态区；第一结晶器内孔、第二结晶器内孔与第三结晶器内孔相连通且第一结晶器内孔的直径小于第二结晶器内孔的直径，第二结晶器内孔与第三结晶器内孔的直径相等，第二结晶器内孔的形状与生产的铸锭相同。本发明专利技术对结晶器形状和材质采用了分段设计，这样既可使熔体在结晶器中获得最快冷却速度，从而细化铸锭组织，又可减小铸造应力，防止铸锭开裂。对结晶器中的冷却水压力和冷却水管道进行了分段设计，从而实现根据不同区域凝固特点对冷却效果进行分段控制的目的。通过对熔体凝固液相区的熔体温度进行监控来调整该区域的冷却强度，实现了结晶器冷却水的部分自动化控制。部分自动化控制。部分自动化控制。

【技术实现步骤摘要】
一种分段式水平连铸结晶器


[0001]本专利技术属于金属铸造
，具体的，涉及一种分段式水平连铸结晶器。

技术介绍

[0002]半连铸、水平连铸的结晶器是铸锭凝固成形的关键位置，通过结晶器对凝固过程进行合理控制是获得高品质铸锭的前提，也是制备高性能金属材料的基础。目前生产中所用的结晶器形状和结晶器中的冷却水路都是一体化设计的，结晶器内腔形状整段保持基本一致，并且结晶器冷却水路为单一连通管路。结晶器的这种传统设计实际上是不利于对铸锭凝固过程进行科学合理的控制的。因为熔体在结晶器中凝固时，实际上分为3个区间：液相区、半固态区、固相区。不同区域的冷却特点、凝固特性是不一致的：液相区流动性好，但液相无强度，该区不会产生铸造应力且散热速度快；半固态区流动性差，强度也很低，并且会产生铸造应力，因此最容易在该区域因铸造应力大和铸锭强度低而产生开裂，半固态区的散热速度较液相区更慢；固相区无流动性但铸锭强度高，此区域散热速度最慢，铸造应力最大，但由于铸锭强度高因此反倒不易产生裂纹。
[0003]根据结晶器上述三个凝固区域的凝固和散热特点，为了更合理地控制水平连铸坯锭的结晶过程，应该在结晶器不同区域给予铸锭不同的冷却，基本原则是在液相区应该加强冷却，以降低进入半固态区域熔体的温度，增大凝固形核率，细化铸锭组织；在半固态区域应该减缓冷却，防止强度很低的半固态熔体因冷却过快铸造应力过大而开裂；在固相区则应该给予最强的冷却，以加快散热，从而有助于半固态区域内的液穴底部上移，减小液穴深度，进一步减小半固态区域的开裂倾向。此外，为了进一步强化液相区的冷却，可通过减小液相区结晶器内孔直径，这样就可以使熔体的冷却整体上更为均匀，从而最大程度地降低进入半固态区熔体的总热量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种分段式水平连铸结晶器，解决现有技术中结晶器的这种传统设计实际上是不利于对铸锭凝固过程进行科学合理的控制的问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种分段式水平连铸结晶器，包括依次设置的液相区、半固态区与固态区；
[0007]液相区包括第一水路管，第一水路管内形成有第一冷却水路，液相区内形成有第一结晶器内孔；
[0008]半固态区包括第二水路管，第二水路管内形成有第二冷却水路，半固态区内形成有第二结晶器内孔；
[0009]固态区包括第三水路管，第三水路管内形成有第三冷却水路，固态区内形成有第三结晶器内孔；
[0010]第一结晶器内孔、第二结晶器内孔与第三结晶器内孔相连通且第一结晶器内孔的直径小于第二结晶器内孔的直径，第二结晶器内孔与第三结晶器内孔的直径相等，第二结
晶器内孔的形状与生产的铸锭相同。
[0011]第一结晶器内孔要设计得细小一些，目的是为了减小熔体外部与心部的温差，使高温熔体经过此区域时得到最有效的冷却。
[0012]在液相区设置热电偶测量液相区末端熔体的温度，根据该温度的测量数值来实时调整液相区内冷却水流量，从而调整进入半固态区的熔体温度。通过对液相区冷却水的合理控制，可以使进入半固态区的熔体温度尽量接近其熔点，同时确保熔体在液相区不发生凝固，这样就相当于是实现了低温浇铸，这对制备高品质铸锭是很有益的。
[0013]为了确保熔体在液相区能得到有效的冷却，第一冷却水路内的冷却水压力要大一些，约0.5
‑
0.8MPa，这样冷却强度更大。液相区与熔体接触的内套为石墨，石墨外是紫铜冷却水管道，这样可防止熔体与结晶器在此处粘结。
[0014]液相区的长度依合金凝固特点而定，对于浇铸温度比较高，或者不容易与石墨模具发生反应的熔体，液相区长度设计较长一些，约30
‑
50mm。对于浇铸温度比较低，或者是容易与石墨模具发生反应的熔体，液相区设计得短一些，约10
‑
30mm。
[0015]熔体在半固态区开始凝固，并在半固态区的末端发生完全凝固。半固态区是熔体最容易开裂的区域，因此应使半固态区的冷却速度较为缓慢，所以半固态区的冷却水压力要小，约0.1
‑
0.2MPa。半固态区的结晶器内孔形状与最终所要获取的铸锭的外形一致，内孔材料选用石墨，防止熔体与结晶器粘连，冷却水管路用紫铜。半固态区长度依材料的凝固温度范围而定，对于凝固温度范围较大的材料，该区域长一些，约20
‑
30mm，对于凝固温度范围较小的材料，该区域短一些，约10
‑
20mm。
[0016]熔体在固态区前已完全凝固或绝大部分凝固。半固态区的液穴形状是向固态区弯曲的，为了降低该液穴深度，就需要使III区域的固相温度尽量低，这时液穴内部的固相线就会向II区域上移，从而使液穴深度减小。第三结晶器内孔与第二结晶器内孔形状相同，但第三结晶器内孔选用整体的铜铬合金，这样一是可以避免由于结晶器内外选用不同的材料影响散热，二是铜铬合金的耐磨性比石墨更好，由于在固态区铸锭已完全凝固，因此铸锭在被拉出结晶器的过程中会对结晶器内衬产生磨损，选用铜铬合金做内衬可以增强结晶器的耐磨性，延长使用寿命。另外铜铬合金属于高导热铜合金，这可确保在固态区给予铸锭以强冷却。固态区的长度一般是30
‑
50mm，对于在液相区与半固态区经受的冷却较强烈的材料，固态区长度适度短一些，反之则长一些。固态区的冷却水压力也应该大一些，约0.3
‑
0.5MPa，这样可确保在固态区的冷却速度。
[0017]第一冷却水路、第二冷却水路与第三冷却水路相互隔开，三个区域的冷却水压力进行分别控制，液相区的冷却水压力最大，约0.5
‑
0.8MPa，根据铸锭合金品种和铸锭尺寸而定，半固态区的冷却水压力最小，约0.1
‑
0.2MPa，固态区的冷却水压力约0.3
‑
0.5MPa。液相区冷却水压力根据设置在该区域的热电偶对熔体的测温结果来调整，确保熔体在流出液相区时其温度降至其熔点之上20
‑
30℃，熔体温度较高时增大冷却水压力，温度较低时减小冷却水压力。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019](1)对结晶器形状和材质采用了分段设计，这样既可使熔体在结晶器中获得最快冷却速度，从而细化铸锭组织，又可减小铸造应力，防止铸锭开裂。
[0020](2)对结晶器中的冷却水压力和冷却水管道进行了分段设计，从而实现根据不同
区域凝固特点对冷却效果进行分段控制的目的。
[0021](3)通过对熔体凝固液相区的熔体温度进行监控来调整该区域的冷却强度，实现了结晶器冷却水的部分自动化控制。
附图说明
[0022]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0023]图1是本专利技术一种分段式水平连铸结晶器的结构示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例1中制备的铜铬锆合金连铸杆坯；
[0025]图3是本专利技术实施例2铜镍锡合金连铸杆坯；
[0026]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分段式水平连铸结晶器，其特征在于，包括依次设置的液相区(1)、半固态区(2)与固态区(3)；液相区(1)包括第一水路管(11)，第一水路管(11)内形成有第一冷却水路(13)，液相区(1)内形成有第一结晶器内孔(14)；半固态区(2)包括第二水路管(21)，第二水路管(21)内形成有第二冷却水路(23)，半固态区(2)内形成有第二结晶器内孔(24)；固态区(3)包括第三水路管(31)，第三水路管(31)内形成有第三冷却水路(32)，固态区(3)内形成有第三结晶器内孔(33)；第一结晶器内孔(14)、第二结晶器内孔(24)与第三结晶器内孔(33)相连通且第一结晶器内孔(14)的直径小于第二结晶器内孔(24)的直径，第二结晶器内孔(24)与第三结晶器内孔(33)的直径相等，第二结晶器内孔(24)的形状与生产的铸锭相同。2.根据权利要求1所述的一种分段式水平连铸结晶器，其特征在于，第一水路管(11)的内壁上设置有第一石墨内衬(12)，第二水路管(21)的内壁上设置有第二石墨内衬(22)，第一水路管(11)与第二水路管(21)采用紫铜制成。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏海根，杨斌，刘柏雄，陈金水，
申请(专利权)人：江西先进铜产业研究院，
类型：发明
国别省市：