一種鋁合金半連續(xù)鑄造裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金鑄造設(shè)備和技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁合金半連續(xù)鑄造裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金塑性好，可加工成各種型材、板材及鍛件，工業(yè)上廣泛使用，是用量?jī)H次于鋼的金屬材料，已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如航空航天、交通運(yùn)輸、電子通訊、輕工建材、包裝容器、石油化工、五金電器等多方面領(lǐng)域。隨著鋁合金在航空、航天及高鐵等應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對(duì)鋁合金性能提出了更高要求。即:在保證鋁合金強(qiáng)度的前提下，需進(jìn)一步提高合金的塑性、焊接性及材料性能的穩(wěn)定性和均勻性。而鋁熔體中團(tuán)聚的氧化物對(duì)于合金的塑性、焊接性及材料性能的穩(wěn)定性和均勻性具有不利影響。
[0003]在鋁合金煉過(guò)程中，液態(tài)的鋁熔體會(huì)發(fā)生氧化，熔煉過(guò)程加入的合金元素也會(huì)在一定程度上產(chǎn)生氧化夾雜，鋁熔體在進(jìn)入結(jié)晶器前會(huì)經(jīng)過(guò)除氣和過(guò)濾過(guò)程，除氣和過(guò)濾只能一定程度地降低鋁熔體中氧化夾雜的含量，鋁熔體中不可避免的殘留有一定量的氧化物，團(tuán)聚在一起氧化夾雜對(duì)鋁合金產(chǎn)品延伸率、疲勞性能、焊接性能等具有不利影響。
[0004]研究表明:尺寸細(xì)小的氧化物和鋁基體具有匹配的位向關(guān)系，可作為鋁合金凝固過(guò)程中的有效形核質(zhì)點(diǎn)，一方面可以細(xì)化凝固組織，有可以降低團(tuán)聚在一起氧化物的有害作用。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種鋁合金鑄造裝置來(lái)提高鋁合金鑄錠的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了提高鋁合金的鑄錠質(zhì)量，細(xì)化鑄錠組織并且降低鋁熔體中團(tuán)聚在一起的氧化物的對(duì)鋁合金鑄錠及后續(xù)深加工產(chǎn)品的有害作用，提供了一種鋁合金半連續(xù)鑄造裝置及方法。該裝置在常規(guī)的鋁合金半連續(xù)鑄造基礎(chǔ)上，增加了剪切系統(tǒng)，通過(guò)剪切系統(tǒng)中的上線(xiàn)圈、變頻電源和導(dǎo)流管隔板使導(dǎo)流管內(nèi)的鋁熔體產(chǎn)生強(qiáng)烈快速流動(dòng)，產(chǎn)生的強(qiáng)剪切將鋁熔體中的團(tuán)聚氧化物打散，并利用低頻電磁場(chǎng)的攪拌作用將打散的氧化物質(zhì)點(diǎn)均勻分散到結(jié)晶器內(nèi)的不同位置，進(jìn)而細(xì)化凝固組織，提高鋁合金綜合性能。
[0006]一種鋁合金半連續(xù)鑄造裝置，由供流系統(tǒng)、剪切系統(tǒng)、結(jié)晶系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)組成；
[0007]其中，所述的供流系統(tǒng)由流槽壓板、流槽和導(dǎo)流管組成；流槽由流槽壓板包圍，導(dǎo)流管位于流槽的下方；
[0008]所述的剪切系統(tǒng)由導(dǎo)流管隔板、上線(xiàn)圈及變頻電源組成；上線(xiàn)圈位于導(dǎo)流管外側(cè)，導(dǎo)流管隔板位于導(dǎo)流管內(nèi)，呈水平方向放置，隔板上有多個(gè)通孔，上線(xiàn)圈通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與變頻電源連接；剪切系統(tǒng)通過(guò)在上線(xiàn)圈中施加交流電使導(dǎo)流管內(nèi)的鋁熔體產(chǎn)生強(qiáng)烈快速流動(dòng)，鋁熔體的強(qiáng)烈快速流動(dòng)在導(dǎo)流管隔板通孔位置產(chǎn)生剪切作用，來(lái)破碎鋁熔體中團(tuán)聚的氧化物；
[0009]所述的結(jié)晶系統(tǒng)位于剪切系統(tǒng)下方，由石墨環(huán)和結(jié)晶器水套組成；結(jié)晶器水套位于石墨環(huán)外側(cè)，結(jié)晶器水套下部靠石墨環(huán)一側(cè)有出水孔，可噴冷卻水至鑄錠表面；
[0010]所述的攪拌系統(tǒng)由下線(xiàn)圈和低頻電源組成；下線(xiàn)圈位于結(jié)晶器水套內(nèi)，下線(xiàn)圈通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與低頻電源連接；攪拌系統(tǒng)通過(guò)在下線(xiàn)圈中施加低頻交流電使結(jié)晶系統(tǒng)內(nèi)的鋁熔體形成對(duì)流，產(chǎn)生攪拌作用，使細(xì)小的氧化物質(zhì)點(diǎn)均勻分散到鋁熔體中；
[0011]所述牽引系統(tǒng)位于石墨環(huán)下沿，并可上下移動(dòng)，用于將凝固的鋁合金鑄錠牽引到裝置外；
[0012]較好的，上述的導(dǎo)流管和導(dǎo)流管隔板為耐高溫的高強(qiáng)度保溫材料；
[0013]上述導(dǎo)流管隔板上的厚度為5mm?50mm ；
[0014]上述導(dǎo)流管隔板上的開(kāi)孔直徑Φ5_?Φ30_ ；
[0015]上述導(dǎo)流管隔板上的開(kāi)孔間距為5mm?50mm ；
[0016]上述上線(xiàn)圈和下線(xiàn)圈均由耐熱銅管或扁銅線(xiàn)纏繞而成，匝數(shù)為50?200匝；
[0017]上述石墨環(huán)材料為石墨。
[0018]一種利用上述裝置的鋁合金半連續(xù)鑄造方法，包括如下步驟:
[0019]I)將牽引系統(tǒng)升至結(jié)晶器水套內(nèi)石墨環(huán)下沿，再將流槽、導(dǎo)流管、導(dǎo)流管隔板預(yù)熱至300-700°C，并向結(jié)晶器水套中通入冷卻水，冷卻水通過(guò)結(jié)晶器水套的出水孔噴出，作用至鑄錠表面；
[0020]2)向流槽中導(dǎo)入鋁熔體，較好的鋁熔體溫度為720?730 °C，鋁熔體流經(jīng)導(dǎo)流管及導(dǎo)流管隔板后進(jìn)入結(jié)晶系統(tǒng)，在結(jié)晶系統(tǒng)內(nèi)凝固5?20s后，啟動(dòng)牽引系統(tǒng)進(jìn)行鑄造，同時(shí)啟動(dòng)剪切系統(tǒng)中的變頻電源，向上線(xiàn)圈通入交流電，交流電的頻率為5?50000赫茲，電流為I?300安；并且啟動(dòng)攪拌系統(tǒng)中的低頻電源，向下線(xiàn)圈通入交流電，其頻率為5?100赫茲，電流為I?300安；
[0021]3)待牽引系統(tǒng)牽引鑄錠移動(dòng)至預(yù)定位置時(shí)，停止導(dǎo)入鋁熔體，關(guān)閉上下線(xiàn)圈的電源，停止?fàn)恳到y(tǒng)，吊出鑄錠，完成鑄造。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0023]1、與常規(guī)的機(jī)械攪拌槳攪拌引起的鋁熔體剪切相比，本發(fā)明使用的電磁剪切是無(wú)接觸的攪拌剪切，一方面可以避免攪拌桿轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中在鋁熔體表面造成的攪動(dòng)造渣，另一方面可以避免攪拌槳溶解到鋁液中對(duì)鋁熔體的二次污染。
[0024]2、本發(fā)明采用的交變磁場(chǎng)和導(dǎo)流管隔板能夠?qū)X熔體內(nèi)的團(tuán)聚氧化物破碎為細(xì)小的氧化物質(zhì)點(diǎn)，而采用的低頻磁場(chǎng)能將細(xì)小的氧化物質(zhì)點(diǎn)均勻分布到鋁熔體中，細(xì)化鋁合金的凝固組織，提高鋁合金產(chǎn)品的綜合性能。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明的鋁合金半連續(xù)鑄造裝置示意圖；
[0026]其中:1、流槽壓板；2、流槽；3、鋁熔體；4、導(dǎo)流管；5、導(dǎo)流管隔板；6、變頻電源；7、上線(xiàn)圈；8、石墨環(huán)；9、結(jié)晶器水套；10、下線(xiàn)圈；11、低頻電源；12、鑄徒；13、牽引系統(tǒng)；14、出水孔；
[0027]圖2為6063鋁合金采用本發(fā)明的(右半部分)和傳統(tǒng)(左半部分)的半連續(xù)鑄造方法獲得的鑄錠微觀(guān)組織對(duì)比圖；
[0028]圖3為6063鋁合金采用本發(fā)明的(右半部分)和傳統(tǒng)(左半部分)的半連續(xù)鑄造方法獲得的鑄錠斷口氧化夾雜對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]觀(guān)察鑄錠組織的儀器及型號(hào):Leica DMI5000M光學(xué)金相顯微鏡。
[0031]實(shí)施例1
[0032]—種鋁合金半連續(xù)鑄造裝置，示意圖如圖1所示，由供流系統(tǒng)、剪切系統(tǒng)、結(jié)晶系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)組成；
[0033]供流系統(tǒng)由流槽壓板1、流槽2和導(dǎo)流管4組成；流槽2由流槽壓板I包圍，導(dǎo)流管4位于流槽2的下方；
[0034]剪切系統(tǒng)由導(dǎo)流管隔板5、上線(xiàn)圈7及變頻電源6組成；上線(xiàn)圈7位于導(dǎo)流管4外偵牝?qū)Я鞴芨舭?位于導(dǎo)流管4內(nèi)，呈水平方向放置，導(dǎo)流管隔板5上有多個(gè)通孔，上線(xiàn)圈7通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與變頻電源6連接，剪切系統(tǒng)通過(guò)在上線(xiàn)圈7中施加交流電使導(dǎo)流管4內(nèi)的鋁熔體3產(chǎn)生強(qiáng)烈快速流動(dòng)，鋁熔體3的強(qiáng)烈快速流動(dòng)在導(dǎo)流管隔板5通孔位置產(chǎn)生剪切作用，來(lái)破碎鋁熔體3中團(tuán)聚的氧化物；
[0035]所述的結(jié)晶系統(tǒng)位于剪切系統(tǒng)下方，由石墨環(huán)8和結(jié)晶器水套9組成；結(jié)晶器水套9位于石墨環(huán)8外側(cè)，結(jié)晶器水套9靠石墨環(huán)8 一側(cè)有出水孔14，可噴冷卻水至鑄錠表面12 ；
[0036]所述的攪拌系統(tǒng)由下線(xiàn)圈10及低頻電源11組成；下線(xiàn)圈10位于結(jié)晶器水套9內(nèi)，下線(xiàn)圈10通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與低頻電源11連接；攪拌系統(tǒng)通過(guò)在下線(xiàn)圈11中施加低頻交流電使結(jié)晶系統(tǒng)內(nèi)的鋁熔體3形成對(duì)流，產(chǎn)生攪拌作用，使細(xì)小的氧化物質(zhì)點(diǎn)均勻分散到鋁熔體3中；
[0037]所述牽引系統(tǒng)13位于石墨環(huán)8下沿，可上下移動(dòng)，用于將凝固的鋁合金鑄錠12牽引到裝置外；
[0038]上述的導(dǎo)流管4和導(dǎo)流管隔板5為耐高溫的高強(qiáng)度保溫材料；導(dǎo)流管隔板5厚度為30mm，隔板上的通孔直徑為Φ 15mm，通孔間距為25mm ;上線(xiàn)圈和下線(xiàn)圈均由耐熱銅管纏繞而成，匝數(shù)為150匝；石墨環(huán)材料為石墨。
[0039]實(shí)施例2
[0040]一種鋁合