硬鋁合金半連續鑄造用擋水裝置的設計方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供硬鋁合金半連續鑄造用擋水裝置的設計方法，擋水裝置包括擋水板本體及彈簧，擋水板本體采用分體式結構，各部分之間由彈簧進行連接，整個擋水裝置通過鉸鏈懸掛于結晶器下方或直接架于鑄造平臺上，在擋水板本體與鑄錠表面相接觸的部位設有聚合物材料，擋水板本體的工作面與鑄錠表面相垂直或呈一定的角度。應用時，在不阻礙鑄造過程的同時夾緊鑄錠外表面，使半連續鑄造的二次冷卻水在擋水板位置被阻擋和分流，使鑄錠僅接受結晶器和擋水板之間的部分水冷，擋水板下部自然空冷；鑄錠芯部的高溫熔體將鑄錠重新加熱，實現了鑄錠“自回火”效應，從而有效降低了鑄造內應力，抑制了鑄錠裂紋，適合于大規模工業生產應用。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種硬鋁合金半連續鑄造用擋水裝置的設計方法，屬于鋁 合金半連續鑄造

技術介紹
超高強鋁合金通常是指抗拉強度超過500MPa以上的鋁合金，主要是 Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金。超高強鋁合金由于具有高的比強度和硬度，較好 的耐蝕性能和較高的韌性等優點而廣泛應用于航天、航空領域，是運載火 箭、宇宙飛船和空間站等航天器的主體結構材料。高合金化是提高硬鋁合金強度的主要手段，在以Al-Zn-Mg-Cu系為代 表的硬鋁合金中，提高Zn、 Mg、 Cu等合金元素含量是提高鋁合金材料強 度的主要措施。上個世紀50年代，美國開發成功了 7075合金，其Zn、 Mg、 Cu等合金元素總含量為10% ，后期開發的7050合金和7055合金， Zn、 Mg、 Cu等合金元素總含量更是高達12X和14%。近年來，伴隨著航 空材料的發展^在提高合金強度的同時又開發了具有高損傷容限的新合 金，如7010、 7475、 7150和7085等，均是在提高合金化元素含量的同時 降低Fe、 Si雜質含量，以提高材料的抗應力腐蝕和耐疲勞等綜合性能。然 而，航空用鋁合金的發展給材料的鑄造成形提出了新的難題。隨著合金元 素含量的增加，Fe、 Si雜質元素的降低，合金的凝固區間增大，而結晶核 心減少，在鑄造成形過程中，由凝固收縮導致的鑄錠內應力非常大。點。然而，在半連續鑄造過程中時，超高強鋁合金的凝固溫度區間范圍寬、 塑性差，鑄錠凝固收縮產生的內應力大，當內應力超過材料的強度極限時鑄錠即發生開裂。據資料報道，以7050和7055合金為代表的硬鋁合金鑄 錠在半連續鑄造中以及鑄造完成后發生開裂甚至爆裂的現象非常嚴重，鑄 造成功率遠低于其他合金品種。為改善硬鋁合金鑄錠成形難的問題，國外相繼開發了很多先進的鑄造 技術，如擋水板技術、電磁鑄造、氣滑(氣幕)鑄造、低液位鑄造等，這 些鑄造技術在一定程度上提高了鑄錠質量、改善了鑄錠成形較差的問題。 然而，這些鑄造技術對裝備的自動化控制要求程度高。而對于鑄造硬鋁合 金鑄錠采用的技術，如擋水板技術，由于其關鍵設備較復雜，擋水板施加 方式和施加位置缺乏技術依據，我國企業應用較少。
技術實現思路
本專利技術針對硬鋁合金鑄錠鑄造過程中和鑄造完成后易開裂的問題，提 供一種適合硬鋁合金半連續鑄造用擋水裝置，能較好滿足硬鋁合金鑄造需 要。本專利技術的目的通過以下技術方案來實現-硬鋁合金半連續鑄造用擋水裝置的設計方法，特點是該擋水裝置包 括擋水板本體及彈簧，擋水板本體采用分體式結構，各部分之間由彈簧進 行連接，整個擋水裝置通過鉸鏈懸掛于結晶器下方或直接架于鑄造平臺 上，在擋水板本體與鑄錠表面相接觸的部位設有聚合物材料，擋水板本體 的工作面與鑄錠表面呈一定的角度；另外，對于圓鑄錠，擋水板本體距結 晶器下沿的距離與圓鑄錠直徑的比為0.5 1.3，對于扁鑄錠，擋水板本體 距結晶器下沿的距離與扁鑄錠厚度的比為0.6 1.5。進一步地，上述的硬鋁合金半連續鑄造用擋水裝置的設計方法，所述 擋水板本體的材質為不易變形的金屬材料，具體是采用不銹鋼。更進一步地，上述的硬鋁合金半連續鑄造用擋水裝置的設計方法，所述聚合物材料為高溫橡膠、或塑料、或膠皮。再進一步地，上述的硬鋁合金半連續鑄造用擋水裝置的設計方法，所述擋水板本體的工作面與鑄錠表面的夾角范圍為45° 90°。本專利技術設計的適合于鑄造硬鋁合金圓錠和扁錠用的擋水裝置，在不阻 礙鑄造過程的同時夾緊鑄錠外表面，使半連續鑄造的二次冷卻水在擋水板 位置被阻擋和分流，而直接流入鑄造井下，鑄造時鑄錠僅接受結晶器和擋 水板之間的部分水冷，擋水板下方自然空冷；本專利技術實現了鑄錠自回火 效應，從而有效降低了鑄造內應力，抑制鑄錠裂紋。該擋水裝置設計較獨 特，結構簡潔，安裝方便，工作穩定，使用壽命長，經濟效益和社會效應 十分顯著，適合于大規模工業生產應用。附圖說明下面結合附圖對本專利技術技術方案作進一步說明 圖l:半連續鑄造過程中施加擋水裝置的效果圖； 圖2:圓鑄錠擋水裝置俯視示意圖； 圖3:扁鑄錠擋水裝置俯視示意圖。 圖中各附圖標記的含義見下表附圖 標記含義附圖 標記含義附圖 標記含義1結晶器2鉸鏈3冷卻水4擋水裝置鑄錠6鑄錠橫截面7聚合物材料8擋水板主體9彈簧具體實施方式本專利技術提供一種適合于鑄造硬鋁合金圓錠和扁錠用的擋水裝置，主要 作用是在不阻礙鑄造過程的同時夾緊鑄錠外表面，使半連續鑄造的二次冷 卻水在擋水板位置被阻擋和分流，而直接流入鑄造井內，鑄造過程中鑄錠僅接受結晶器和擋水板之間的部分水冷，擋水板下部實現自然空冷。這樣， 整個鑄錠的冷卻強度減弱，而擋水裝置下方鑄錠溫度部分回升，實現了鑄 錠自回火效應，從而可以有效降低鑄造內應力，抑制鑄錠裂紋。如圖2、圖3所示，擋水裝置根據圓鑄錠和扁鑄錠的規格設計成需要 的形狀尺寸，擋水裝置4包括擋水板本體8及彈簧9，擋水板本體8采用 分體式結構，各部分之間由彈簧9進行連接，擋水板本體8材質選擇剛度 較好、不易變形的金屬材料，如不銹鋼等。如圖l，擋水裝置4通過鉸鏈 2懸掛于結晶器1下端或直接架于鑄造平臺上，在擋水板本體8與鑄錠表 面相接觸的部位設有聚合物材料7，具體可采用高溫橡膠、塑料、膠皮等； 擋水板本體8的工作面與鑄錠表面呈一定的角度，以利于排水。擋水裝置 與結晶器的距離和鑄錠的規格有關，鑄錠的規格越大，擋水裝置距結晶器 的位置越遠，對于圓鑄錠，擋水裝置距結晶器下沿距離與圓鑄錠直徑的比 值范圍為0.5 1.3，對于扁鑄錠，擋水板本體距結晶器下沿的距離與扁鑄 錠厚度的比值范圍為0.6 1.5。擋水板本體的工作面與鑄錠表面的夾角范 圍控制在45° 90°。具體應用時，參見圖1，在鑄造準備階段，引錠頭上移進入結晶器1 的內腔，將鉸鏈2的一端懸掛于結晶器下沿，另一端與擋水板本體8連接， 拉緊擋水裝置的連接彈簧9，使擋水板本體8與引錠頭夾緊。打開爐口， 鋁合金熔體均勻流入結晶器1內，當液面升至一定高度時引錠頭以設定速 度下降，鑄造過程開始。鑄錠5在結晶器的一次冷卻和冷卻水的二次冷卻 作用下凝固成形。在鑄造初始時，由于鑄錠的長度小于鉸鏈2的長度，冷 卻水3對鑄錠形成激冷后沿著鑄錠表面下滑，整個鑄錠的冷卻強度較高。 當鑄錠長度超過鉸鏈2長度時，鑄錠側面被擋水裝置4夾緊，鑄錠側面的 二次冷卻水被擋水裝置4阻擋而直接排到鑄造井內，擋水裝置4下方的鑄 錠處于空冷狀態，鑄錠和外界的熱交換能力降低，內部溫度部分升高。由 于硬鋁合金多具有鑄態強度高、塑性差的特點，鑄造過程中鑄錠的內應力較大；而施加擋水裝置4后，給鑄錠5增加了空冷區，整個鑄錠的溫度升 高，鑄造內應力得到有效釋放，從而有效降低了鑄錠的開裂傾向。經進行 多次規格為180X360mm的7150硬鋁合金半連續鑄造試驗，采用本專利技術 設計的擋水裝置后，鑄錠均未出現開裂現象，經實際檢驗，其使用效果非 常好。需說明的是，本專利技術設計的擋水裝置可固定于鑄造平臺上，通過支架 的高度來調整擋水裝置的位置；也可將擋水裝置通過鉸鏈懸掛于結晶器下 沿，通過鉸鏈的長度來調整擋水裝置的位置。該擋水裝置可實現大規格硬 鋁合金圓錠和扁錠鑄造過程中的有效擋水，在實際操作中可根據鑄錠的規 格設計擋水板本體的外形尺寸，并根據工藝要求調整擋水裝置的安裝位 置，以保證鑄造過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
硬鋁合金半連續鑄造用擋水裝置的設計方法，其特征在于：該擋水裝置包括擋水板本體及彈簧，擋水板本體采用分體式結構，各部分之間由彈簧進行連接，整個擋水裝置通過鉸鏈懸掛于結晶器下沿或直接架于鑄造平臺上，在擋水板本體與鑄錠表面相接觸的部位設有聚合物材料，擋水板本體的工作面與鑄錠表面相垂直或呈一定的角度；另外，對于圓鑄錠，擋水板本體距結晶器下沿的距離與圓鑄錠直徑的比為０．５～１．３，對于扁鑄錠，擋水板本體距結晶器下沿的距離與扁鑄錠厚度的比為０．６～１．５。

【技術特征摘要】
1. 硬鋁合金半連續鑄造用擋水裝置的設計方法，其特征在于該擋水裝置包括擋水板本體及彈簧，擋水板本體采用分體式結構，各部分之間由彈簧進行連接，整個擋水裝置通過鉸鏈懸掛于結晶器下沿或直接架于鑄造平臺上，在擋水板本體與鑄錠表面相接觸的部位設有聚合物材料，擋水板本體的工作面與鑄錠表面相垂直或呈一定的角度；另外，對于圓鑄錠，擋水板本體距結晶器下沿的距離與圓鑄錠直徑的比為0.5～1.3，對于扁鑄錠，擋水板本體距結晶器下沿的距離與扁鑄錠厚...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓逸，樂永康，吳文祥，陳琦，翁文憑，郭世杰，
申請(專利權)人：蘇州有色金屬研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：32[]