【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属和金属合金、特别是铝和铝合金的直接冷却(direct chill,dc)铸造，其中，直接得到适合于形成金属产品(例如片状和板状制品)的均质的产品。
技术介绍
1、金属和金属合金，特别是铝和铝合金被从熔融相进行铸造，以生产锭体或坯料，锭体或坯料随后被进一步处理，例如轧制或热加工，以生产可被转变成最终产品的片状或板状制品。贯穿以下的整个说明，术语“坯料(billet)”将被用于描述dc铸造工艺的产品。坯料代表长形的金属铸造产品，通常为圆柱形，并且具有与其长度相比较小的直径。然而，本文所应用的原理和操作也可以适用于锭体(ingot)的生产。通常，生产坯料或锭体的dc铸造是在浅的、端部开放的，轴向竖直的模具中进行的，该模具最初在其下端处由能够向下移动的平台(通常称为底部块)封闭。模具被冷却套(cooling jacket)围绕，冷却流体，如水，穿过该冷却套连续地循环以提供模具壁的外部冷却。熔融铝(或其他金属)被引入到被冷却的模具的上端，并且随着熔融金属在邻近模具内周的区域中固化时，所述平台向下移动。通过平台的有效地连续的运动以及熔融铝的到模具的相应地连续的供应，可以生成具有所期望的长度的坯料。
2、图1(现有技术)示出了传统的竖直dc铸造机10的示例的示意性横截面。熔融金属12通过模具入口15被引入到竖直定向的水冷的端部开放的模具14中并且作为坯料16从模具出口17出现。坯料16的上部具有熔融金属芯24，该熔融金属芯24在固体外壳26内形成向内锥状的洼部19，随着坯料冷却，固体外壳26随着与坯料出口17的距
3、竖直dc铸造中的从模具下(输出)端出来的坯料外部呈固体，但在它的中心芯部中仍处于熔融状态。换句话说，模具内的熔融金属池(pool)向下延伸到向下移动的锭体的中央部分中，并在铸模下方作为熔融金属的洼部(sump)延伸一定距离。随着锭体从外表面向内固化直到其芯部部分完全变实，该洼部在向下方的向上具有逐渐减小的横截面。
4、以这种方式生产的直接冷却铸造坯了通常将被进行热轧和冷轧步骤，或其他热加工程序，以生产具有所需形状的制品。然而，常规上必须进行均质化处理以将金属转化为更可用的形式。在dc铸造合金的固化期间，在微观结构中发生了多个事件。首先，金属相以晶粒的方式成核，其可以是蜂窝状的(cellular)、树枝状的(dendritic)或它们的组合，并且常规地添加化学晶粒细化化学品以辅助该过程。这样的化学品增加成本并在操作中产生问题，甚至可能不利地影响最终产品的性能。此外，在存在非平衡固化条件(non-equilibriumsolidification conditions)的情况下，合金成分可能会从正在成形晶粒中排出，并集中在微观结构中的小囊(pockets)中，因此也会对产品的性能产生不利的影响。这些事件不仅在横跨晶粒的范围中导致的成分变化，而且在与金属间相(intermetallic phases)相邻的区域(其中同时存结构上相对较软和较硬的区域)中导致的成分变化，并且如果不使其改变或变形，将产生对最终产品来说不可接受的属性差异。
5、均质化(homogenization)通常涉及热处理，以纠正铸件微观组织中的上述微观缺陷。均质化涉及将铸造坯料加热到高温(通常是转变温度(transition temperature)之上的温度，例如，接近铝或铝合金的液相线温度(liquidus temperature)的温度，持续数小时至多达24小时，甚至更长的时间。作为均质化处理的结果，晶粒的分布变得更加均匀。进一步地，在铸造过程中可能形成的低熔点成分颗粒被溶回到晶粒中。此外，在铸造过程中形成的任何大的金属间化合物颗粒(intermetallic particles)都可能被碎片化。最后，随着坯料的冷却，用于强化材料的化学添加剂的可能形成的沉淀物(precipitates)被溶解并且然后被均匀地再分布。均质化操作是高能耗操作，并且考虑到目前能量的高成本，其对操作成本具有直接影响。
6、本专利技术的目的是提供一种dc铸造方法和设备，其直接提供具有均质的微观结构的铸造金属坯料，而无需均质化热处理或仅需要最小限度的均质化处理。
7、本专利技术的另一个目的是提供一种dc铸造方法和设备，其直接提供具有均质的微观结构的铸造金属坯料，而无需包含晶粒细化化学品(grain refining chemical)或仅包含最少的晶粒细化化学品。
技术实现思路
1、本专利技术提供了这些和其他客体，本专利技术的第一实施方式提供了一种金属或金属合金的直接冷却铸造方法，该方法包括：
2、将包括熔融金属或熔融金属合金的流体熔体供应到直接冷却(dc)模具，所述直接冷却模具具有入口和出口；
3、冷却位于模具中的流体熔体以获得具有熔融芯和固体外壳的坯料，所述熔融芯形成向内锥状的洼部，所述固体外壳随着距模具出口的距离增加而变厚；
4、借助于位于模具内的装置将振动能量施加到正离开模具的坯料的熔融芯洼部中的流体熔体；
5、将净化气体(purge gas)流注入到坯料的熔融芯洼部中的流体熔体中；
6、在所述锥状的洼部的区域中将振动能量施加到超出模具的出口的坯料的的固体外壳；
7、将坯料从模具出口移出；以及
8、对模具出口以外的坯料进行进一步冷却，以获得固体坯料。
9、在第一实施方式的一个方面中，在所述锥状的洼部的区域中将振动能量施加到坯料的固体外壳包括：施加来自多个振动能量源的振动能量，所述多个振动能量源位于围绕所述坯料周围的多个位置。
10、在第一实施方式的另一方面，在所述锥状的洼部的区域中将超声振动能量施加到坯料的固体外壳包括：穿过喷洒在所述坯料的超出模具出口的外表面上的冷却剂层来施加所述振动能量。
11、在第一实施方式的另一方面，直接冷却模具是竖直dc模具。
12、在第一实施方式的另一方面，直接冷却模具是水平dc模具。
13、在第二实施方式中，本专利技术提供了一种直接冷却(dc)铸模，包括：
14、竖直取向的端部开放的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属或金属合金的直接冷却铸造方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，被施加到正离开模具的坯料的熔融芯洼部中的流体熔体的振动能量和在所述锥状的洼部的区域中被施加到所述模具的出口下方的坯料的固体外壳的振动能量由至少一个超声换能器、至少一个被机械地驱动的振动器或其组合提供。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述锥状的洼部的区域中将超声振动能量施加到坯料的固体外壳包括：施加来自多个振动能量源的振动能量，所述多个振动能量源位于围绕所述坯料周边的多个位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述锥状的洼部的区域中将超声振动能量施加到坯料的固体外壳包括：通过在模具的出口处喷洒在所述坯料的外表面上的冷却剂层来施加所述振动能量。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括通过被用于将超声振动能量施加到正离开模具的坯料的熔融芯洼部中的流体熔体的振动能量源将净化气体流注入到坯料的熔融芯洼部中的流体熔体中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述净化气体包括氮气或氩气。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，被
8.根据权利要求1所述的方法，其中，被施加到所述坯料的固体外壳的振动能量的频率为5至400kHz。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，被施加到所述坯料的固体外壳上的所述冷却剂层的振动能量的频率为5至400kHz。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，金属合金是DC铸造的，并且所述金属合金是铝合金。
11.一种直接冷却(DC)铸造模具，包括：
12.根据权利要求11所述的直接冷却铸造模具，其中，竖直定位的振动能量源包括至少一个超声换能器、至少一个被机械地驱动的振动器或其组合。
13.根据权利要求11所述的直接冷却铸造模具，其中，竖直定位的振动能量源包括净化气体供给，所述净化气体供给包括净化气体入口和净化气体出口，该净化气体出口用于将净化气体引入到所述模具的出口处的区域中。
14.根据权利要求11所述的直接冷却铸造模具，其中，在所述模具的出口下方周向地布置的所述多个振动能量源中的每一个包括至少一个超声换能器、至少一个被机械地驱动的振动器或其组合。
15.一种直接冷却(DC)铸造模具，包括：
16.根据权利要求15所述的直接冷却铸造模具，其中，定位在所述模具中的振动能量源包括至少一个超声换能器、至少一个被机械地驱动的振动器或其组合。
17.根据权利要求15所述的直接冷却铸造模具，还包括净化气体供给，并且定位在所述模具中的振动能量源和所述净化气体供给单元被组合为超声脱气机单元，其中，所述超声脱气机包括：长形探头和净化气体输送部，所述长形探头包括第一端和第二端，所述第一端附接到超声换能器，所述第二端包括位于所述模具的出口处的末端，所述净化气体输送部包括净化气体入口和净化气体出口，净化气体出口设置在长形探头的末端处以用于将净化气体引入到所述模具的出口处的区域中。
18.根据权利要求15所述的直接冷却铸造模具，其中，在超出模具的出口处周向地布置的所述多个振动能量源中的每一个包括至少一个超声换能器、至少一个被机械地驱动的振动器或其组合。
19.通过权利要求1所述的方法获得的金属或金属合金坯料，其中，所述坯料不包含晶粒细化化学品，并且所述坯料未经历热均质化处理。
20.根据权利要求19所述的金属或金属合金坯料，其中，所述坯料是铝或铝合金坯料。
...【技术特征摘要】
1.一种金属或金属合金的直接冷却铸造方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，被施加到正离开模具的坯料的熔融芯洼部中的流体熔体的振动能量和在所述锥状的洼部的区域中被施加到所述模具的出口下方的坯料的固体外壳的振动能量由至少一个超声换能器、至少一个被机械地驱动的振动器或其组合提供。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述锥状的洼部的区域中将超声振动能量施加到坯料的固体外壳包括：施加来自多个振动能量源的振动能量，所述多个振动能量源位于围绕所述坯料周边的多个位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述锥状的洼部的区域中将超声振动能量施加到坯料的固体外壳包括：通过在模具的出口处喷洒在所述坯料的外表面上的冷却剂层来施加所述振动能量。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括通过被用于将超声振动能量施加到正离开模具的坯料的熔融芯洼部中的流体熔体的振动能量源将净化气体流注入到坯料的熔融芯洼部中的流体熔体中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述净化气体包括氮气或氩气。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，被施加到所述坯料的芯洼部中的流体熔体的振动能量的频率为5至400khz。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，被施加到所述坯料的固体外壳的振动能量的频率为5至400khz。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，被施加到所述坯料的固体外壳上的所述冷却剂层的振动能量的频率为5至400khz。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，金属合金是dc铸造的，并且所述金属合金是铝合金。
11.一种直接冷却(dc)铸造模具，包括：
12.根据权利要求11所述的直接冷却铸造模具，其中，竖直定位的振动能...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·卡勒布·鲍威尔，维克多·弗雷德里克·伦德奎斯特，文卡塔·基兰·曼基拉尤，
申请(专利权)人：南线有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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