一种高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置及方法制造方法及图纸

本申请实施例提供一种高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置及方法，涉及铝合金材料领域。生产装置包括由上至下依次设置的流槽、结晶器和引锭头，流槽的底面连通设置有若干相同规格的导管，导管伸入结晶器内，结晶器中部区域的导管分布率小于周围区域的导管分布率，结晶器的底端出口还设置有强冷组件。生产方法包括：启动强冷组件；使流槽内的铝合金熔体通过导管进入到结晶器内，待结晶器内的铝合金熔体凝固成坯壳时，启动引锭头竖直向下运行进行铸造，在铸造过程中，导管的喷射口位于结晶器内的熔体中并位于两相区上方2

【技术实现步骤摘要】
一种高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置及方法


[0001]本申请涉及铝合金材料领域，具体而言，涉及一种高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置及方法。

技术介绍

[0002]铝合金材料在现代工业生产中的应用十分广泛，变形铝合金材料在航空、航天、船舶等领域都有着广泛的应用。变形铝合金材料是指对铝合金铸锭进行锻造、轧制、挤压等塑性变形加工后生产的铝合金材料，其中铝合金铸锭是生产变形铝合金材料的基础，直接影响后续材料的性能。
[0003]目前铝合金铸锭的生产大多采用传统半连续铸造技术，即铝熔体经过流槽或通过分配器进入结晶器，随后在引锭头的牵引下完成铸造。传统半连续铸造技术生产的大规格铸锭存在成分及组织的偏析、晶粒较大、应力较大等本征问题，这直接制约了铸锭的规格、合金品种，并且会影响铸锭在变形和热处理后的综合性能。
[0004]此外，增材制造技术作为新兴技术，也在研发或小范围应用中。虽然增材制造技术生产的铸锭基本解决了材料的偏析、晶粒粗大等问题，但生产的铸锭却存在较为严重的气孔、疏松等缺陷。
[0005]因此，需要一种能够同时解决传统半连续铸造技术和增材制造技术存在的本征缺陷问题的新技术。

技术实现思路

[0006]本申请实施例的目的在于提供一种高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置及方法，基于传统半连续铸造技术并采用熔体冲击法凝固新技术，实现均匀、细晶、低应力，无缺陷铸锭的生产。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置，其包括由上至下依次设置的流槽、结晶器和引锭头，流槽的底面连通设置有若干相同规格的导管，导管伸入结晶器内且喷射方向朝下，结晶器中部区域的导管分布率小于周围区域的导管分布率，引锭头设置于结晶器的底端出口且能够竖直移动，结晶器的底端出口还设置有强冷组件。
[0008]在上述实现过程中，本申请实施例的生产装置将实现传统半连续铸造技术的结晶器和引锭头，与实现熔体冲击法凝固新技术的导管和结晶器结合在一起。一方面，基于熔体冲击及流量/热量在熔体两相区的分配技术，具体地，结晶器内的导管布局方式：不同区域的导管间距不同，对应铝合金铸锭靠边部的导管分布较密集，以加强边部冲击，对应铝合金铸锭靠中心部位的导管分布较稀疏，以弱化冲击，最终降低液穴的深度，实现铸锭的晶粒细化及改善组织不均匀性；另一方面，基于强冷却技术，强迫凝固界面上移，实现凝固界面在冲击作用下仍然保持原有/相似平衡。最终实现均匀、细晶、低应力、无缺陷铸锭的生产，解决传统半连续铸造技术和增材制造技术等存在的本征缺陷问题。
[0009]在一种可能的实现方式中，流槽的底面上导管的分布区域与结晶器的横截面相匹配，导管竖直插入结晶器内。
[0010]在上述实现过程中，保证对结晶器内中部区域的给料冲击弱，同时该区域的铝合金熔体不易凝固成型，周围区域的给料冲击强，同时该区域的铝合金熔体易凝固成型，由于边部及中部铝合金熔体冲击效果的差异，可以拉平熔体凝固过程中的温度差，实现边部到心部凝固熔体温度均匀性，从根本上改善铝合金铸锭的成分和组织的偏析。
[0011]在一种可能的实现方式中，结晶器的横截面为长方形，流槽的底面上导管的分布区域为长方形，且沿长度方向位于中部区域的相邻导管的间距大于位于两端区域的相邻导管的间距。
[0012]在上述实现过程中，对于生产横截面为长方形的铝合金铸锭的情况，结晶器的横截面和导管的分布区域为长方形，中部区域的导管的分布较稀疏，对应心部的铝合金熔体冲击量小，两端区域的导管的分步较密集，对应边部的铝合金熔体冲击量大，从而实现铝合金熔体温度及凝固的均匀性。
[0013]在一种可能的实现方式中，结晶器的横截面长1300
‑
2000mm、宽300
‑
500mm，流槽的底面上沿长度方向位于两端区域的相邻导管的间距为30
‑
60mm，位于中部区域的相邻导管的间距为50
‑
80mm，沿宽度方向的相邻导管的间距为80
‑
120mm。
[0014]在上述实现过程中，能够保证宽1300
‑
2000mm、厚300
‑
500mm的铝合金铸锭在生产时均匀成型。
[0015]在一种可能的实现方式中，结晶器的横截面为圆形或正方形，流槽的底面上导管的分布区域对应为圆形或正方形，且位于中部区域的相邻导管之间的间距大于位于周围区域的相邻导管之间的间距。
[0016]在上述实现过程中，对于生产横截面为圆形或正方形的铝合金铸锭的情况，结晶器的横截面和导管的分布区域对应为圆形或正方形，中部区域的导管的分布较稀疏，对应心部的铝合金熔体冲击量小，周围区域的导管的分步较密集，对应边部的铝合金熔体冲击量大，从而实现熔体温度及凝固的均匀性。
[0017]在一种可能的实现方式中，导管的直径为5
‑
20mm。
[0018]在一种可能的实现方式中，强冷组件由结晶器的底端出口延伸至结晶器下方。
[0019]在上述实现过程中，结晶器底端出口设置强冷组件，保证结晶器能够成功拉坯，强冷组件延伸至结晶器下方，保证坯体进一步冷却至完全成型。
[0020]第一方面，本申请实施例提供了一种基于第一方面提供的高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置的生产方法，其包括以下步骤：
[0021]启动强冷组件；
[0022]使流槽内的铝合金熔体通过导管进入到结晶器内，待结晶器内的铝合金熔体凝固成坯壳时，启动引锭头竖直向下运行进行铸造，在铸造过程中，导管的喷射口位于结晶器内的铝合金熔体中并位于两相区上方2
‑
5cm处；
[0023]待引锭头移动至预设位置，停止引锭头运行，同时停止往结晶器通入铝合金熔体，完成铸造。
[0024]在上述实现过程中，生产方法是基于传统半连续铸造技术并采用熔体冲击法凝固新技术，熔体加入方式是使流槽内的铝合金熔体从导管进入结晶器中，通过铝合金熔体的
高度差控制实现熔体冲击力大小的控制，通过导管分布控制不同区域的铝合金熔体喷射量，最终降低液穴的深度，铝合金熔体的强冲击会导致凝固界面的整体下移，改变了原有的界面平衡；而且导管插入深度抵近铝合金熔体两相区，直接冲击两相区实现细化晶粒的效果；铝合金铸锭的晶粒细化，以及成分和组织偏析的改善，降低了铝合金铸锭内部应力，为铝合金铸锭的加强冷却提供了条件；通过往强冷组件内通入强冷介质，强冷迫使凝固界面上移，使凝固界面保持原有/相似平衡。本申请实施例的生产工艺改变了传统及现有技术生产的铸锭中存在成分及组织偏析、晶粒较大、应力较大、气孔、疏松等问题，最终获得低应力、低偏析的高质量铝合金铸锭；获得高均匀的等轴细晶铝合金铸锭；铝合金铸锭无明显气孔、疏松等缺陷。
[0025]在一种可能的实现方式中，流槽内的铝合金熔体加压0
‑
3bar。
[0026]在上述实现过程中，铝合金熔体的传输通过流槽及导管实现，铝合金熔体在高度差产生的压力条件下直接进入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置，其特征在于，其包括由上至下依次设置的流槽、结晶器和引锭头，所述流槽的底面连通设置有若干相同规格的导管，所述导管伸入所述结晶器内且喷射方向朝下，所述结晶器中部区域的导管分布率小于周围区域的导管分布率，所述引锭头设置于所述结晶器的底端出口且能够竖直移动，所述结晶器的底端出口还设置有强冷组件。2.根据权利要求1所述的高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置，其特征在于，所述流槽的底面上所述导管的分布区域与所述结晶器的横截面相匹配，所述导管竖直插入所述结晶器内。3.根据权利要求1或2所述的高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置，其特征在于，所述结晶器的横截面为长方形，所述流槽的底面上所述导管的分布区域为长方形，且沿长度方向位于中部区域的相邻导管的间距大于位于两端区域的相邻导管的间距。4.根据权利要求3所述的高均匀细晶铝合金铸锭的生产装置，其特征在于，所述结晶器的横截面长1300
‑
2000mm、宽300
‑
500mm，所述流槽的底面上沿长度方向位于两端区域的相邻导管的间距为30
‑
60mm，位于中部区域的相邻导管的间距为50
‑
80mm，沿宽度方向的相邻导管的间距为80
‑
120mm。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝德，崔华清，赵巍，孟祥永，张佼，
申请(专利权)人：昆山晶微新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：