一種高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置及方法制造方法及圖紙

本申請實施例提供一種高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置及方法，涉及鋁合金材料領域。生產裝置包括由上至下依次設置的流槽、結晶器和引錠頭，流槽的底面連通設置有若干相同規格的導管，導管伸入結晶器內，結晶器中部區域的導管分布率小于周圍區域的導管分布率，結晶器的底端出口還設置有強冷組件。生產方法包括：啟動強冷組件；使流槽內的鋁合金熔體通過導管進入到結晶器內，待結晶器內的鋁合金熔體凝固成坯殼時，啟動引錠頭豎直向下運行進行鑄造，在鑄造過程中，導管的噴射口位于結晶器內的熔體中并位于兩相區上方2

【技術實現步驟摘要】
一種高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置及方法


[0001]本申請涉及鋁合金材料領域，具體而言，涉及一種高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置及方法。

技術介紹

[0002]鋁合金材料在現代工業生產中的應用十分廣泛，變形鋁合金材料在航空、航天、船舶等領域都有著廣泛的應用。變形鋁合金材料是指對鋁合金鑄錠進行鍛造、軋制、擠壓等塑性變形加工后生產的鋁合金材料，其中鋁合金鑄錠是生產變形鋁合金材料的基礎，直接影響后續材料的性能。
[0003]目前鋁合金鑄錠的生產大多采用傳統半連續鑄造技術，即鋁熔體經過流槽或通過分配器進入結晶器，隨后在引錠頭的牽引下完成鑄造。傳統半連續鑄造技術生產的大規格鑄錠存在成分及組織的偏析、晶粒較大、應力較大等本征問題，這直接制約了鑄錠的規格、合金品種，并且會影響鑄錠在變形和熱處理后的綜合性能。
[0004]此外，增材制造技術作為新興技術，也在研發或小范圍應用中。雖然增材制造技術生產的鑄錠基本解決了材料的偏析、晶粒粗大等問題，但生產的鑄錠卻存在較為嚴重的氣孔、疏松等缺陷。
[0005]因此，需要一種能夠同時解決傳統半連續鑄造技術和增材制造技術存在的本征缺陷問題的新技術。

技術實現思路

[0006]本申請實施例的目的在于提供一種高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置及方法，基于傳統半連續鑄造技術并采用熔體沖擊法凝固新技術，實現均勻、細晶、低應力，無缺陷鑄錠的生產。
[0007]第一方面，本申請實施例提供了一種高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置，其包括由上至下依次設置的流槽、結晶器和引錠頭，流槽的底面連通設置有若干相同規格的導管，導管伸入結晶器內且噴射方向朝下，結晶器中部區域的導管分布率小于周圍區域的導管分布率，引錠頭設置于結晶器的底端出口且能夠豎直移動，結晶器的底端出口還設置有強冷組件。
[0008]在上述實現過程中，本申請實施例的生產裝置將實現傳統半連續鑄造技術的結晶器和引錠頭，與實現熔體沖擊法凝固新技術的導管和結晶器結合在一起。一方面，基于熔體沖擊及流量/熱量在熔體兩相區的分配技術，具體地，結晶器內的導管布局方式：不同區域的導管間距不同，對應鋁合金鑄錠靠邊部的導管分布較密集，以加強邊部沖擊，對應鋁合金鑄錠靠中心部位的導管分布較稀疏，以弱化沖擊，最終降低液穴的深度，實現鑄錠的晶粒細化及改善組織不均勻性；另一方面，基于強冷卻技術，強迫凝固界面上移，實現凝固界面在沖擊作用下仍然保持原有/相似平衡。最終實現均勻、細晶、低應力、無缺陷鑄錠的生產，解決傳統半連續鑄造技術和增材制造技術等存在的本征缺陷問題。
[0009]在一種可能的實現方式中，流槽的底面上導管的分布區域與結晶器的橫截面相匹配，導管豎直插入結晶器內。
[0010]在上述實現過程中，保證對結晶器內中部區域的給料沖擊弱，同時該區域的鋁合金熔體不易凝固成型，周圍區域的給料沖擊強，同時該區域的鋁合金熔體易凝固成型，由于邊部及中部鋁合金熔體沖擊效果的差異，可以拉平熔體凝固過程中的溫度差，實現邊部到心部凝固熔體溫度均勻性，從根本上改善鋁合金鑄錠的成分和組織的偏析。
[0011]在一種可能的實現方式中，結晶器的橫截面為長方形，流槽的底面上導管的分布區域為長方形，且沿長度方向位于中部區域的相鄰導管的間距大于位于兩端區域的相鄰導管的間距。
[0012]在上述實現過程中，對于生產橫截面為長方形的鋁合金鑄錠的情況，結晶器的橫截面和導管的分布區域為長方形，中部區域的導管的分布較稀疏，對應心部的鋁合金熔體沖擊量小，兩端區域的導管的分步較密集，對應邊部的鋁合金熔體沖擊量大，從而實現鋁合金熔體溫度及凝固的均勻性。
[0013]在一種可能的實現方式中，結晶器的橫截面長1300
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2000mm、寬300
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500mm，流槽的底面上沿長度方向位于兩端區域的相鄰導管的間距為30
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60mm，位于中部區域的相鄰導管的間距為50
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80mm，沿寬度方向的相鄰導管的間距為80
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120mm。
[0014]在上述實現過程中，能夠保證寬1300
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2000mm、厚300
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500mm的鋁合金鑄錠在生產時均勻成型。
[0015]在一種可能的實現方式中，結晶器的橫截面為圓形或正方形，流槽的底面上導管的分布區域對應為圓形或正方形，且位于中部區域的相鄰導管之間的間距大于位于周圍區域的相鄰導管之間的間距。
[0016]在上述實現過程中，對于生產橫截面為圓形或正方形的鋁合金鑄錠的情況，結晶器的橫截面和導管的分布區域對應為圓形或正方形，中部區域的導管的分布較稀疏，對應心部的鋁合金熔體沖擊量小，周圍區域的導管的分步較密集，對應邊部的鋁合金熔體沖擊量大，從而實現熔體溫度及凝固的均勻性。
[0017]在一種可能的實現方式中，導管的直徑為5
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20mm。
[0018]在一種可能的實現方式中，強冷組件由結晶器的底端出口延伸至結晶器下方。
[0019]在上述實現過程中，結晶器底端出口設置強冷組件，保證結晶器能夠成功拉坯，強冷組件延伸至結晶器下方，保證坯體進一步冷卻至完全成型。
[0020]第一方面，本申請實施例提供了一種基于第一方面提供的高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置的生產方法，其包括以下步驟：
[0021]啟動強冷組件；
[0022]使流槽內的鋁合金熔體通過導管進入到結晶器內，待結晶器內的鋁合金熔體凝固成坯殼時，啟動引錠頭豎直向下運行進行鑄造，在鑄造過程中，導管的噴射口位于結晶器內的鋁合金熔體中并位于兩相區上方2
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5cm處；
[0023]待引錠頭移動至預設位置，停止引錠頭運行，同時停止往結晶器通入鋁合金熔體，完成鑄造。
[0024]在上述實現過程中，生產方法是基于傳統半連續鑄造技術并采用熔體沖擊法凝固新技術，熔體加入方式是使流槽內的鋁合金熔體從導管進入結晶器中，通過鋁合金熔體的
高度差控制實現熔體沖擊力大小的控制，通過導管分布控制不同區域的鋁合金熔體噴射量，最終降低液穴的深度，鋁合金熔體的強沖擊會導致凝固界面的整體下移，改變了原有的界面平衡；而且導管插入深度抵近鋁合金熔體兩相區，直接沖擊兩相區實現細化晶粒的效果；鋁合金鑄錠的晶粒細化，以及成分和組織偏析的改善，降低了鋁合金鑄錠內部應力，為鋁合金鑄錠的加強冷卻提供了條件；通過往強冷組件內通入強冷介質，強冷迫使凝固界面上移，使凝固界面保持原有/相似平衡。本申請實施例的生產工藝改變了傳統及現有技術生產的鑄錠中存在成分及組織偏析、晶粒較大、應力較大、氣孔、疏松等問題，最終獲得低應力、低偏析的高質量鋁合金鑄錠；獲得高均勻的等軸細晶鋁合金鑄錠；鋁合金鑄錠無明顯氣孔、疏松等缺陷。
[0025]在一種可能的實現方式中，流槽內的鋁合金熔體加壓0
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3bar。
[0026]在上述實現過程中，鋁合金熔體的傳輸通過流槽及導管實現，鋁合金熔體在高度差產生的壓力條件下直接進入本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置，其特征在于，其包括由上至下依次設置的流槽、結晶器和引錠頭，所述流槽的底面連通設置有若干相同規格的導管，所述導管伸入所述結晶器內且噴射方向朝下，所述結晶器中部區域的導管分布率小于周圍區域的導管分布率，所述引錠頭設置于所述結晶器的底端出口且能夠豎直移動，所述結晶器的底端出口還設置有強冷組件。2.根據權利要求1所述的高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置，其特征在于，所述流槽的底面上所述導管的分布區域與所述結晶器的橫截面相匹配，所述導管豎直插入所述結晶器內。3.根據權利要求1或2所述的高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置，其特征在于，所述結晶器的橫截面為長方形，所述流槽的底面上所述導管的分布區域為長方形，且沿長度方向位于中部區域的相鄰導管的間距大于位于兩端區域的相鄰導管的間距。4.根據權利要求3所述的高均勻細晶鋁合金鑄錠的生產裝置，其特征在于，所述結晶器的橫截面長1300
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2000mm、寬300
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500mm，所述流槽的底面上沿長度方向位于兩端區域的相鄰導管的間距為30
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60mm，位于中部區域的相鄰導管的間距為50
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80mm，沿寬度方向的相鄰導管的間距為80
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120mm。5.根據權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫寶德，崔華清，趙巍，孟祥永，張佼，
申請(專利權)人：昆山晶微新材料研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：