[发明专利]一种大尺寸铝合金板坯的连铸装置及方法

说明书

 

技术领域

    本发明属于铝合金铸造技术领域，特别涉及一种大尺寸铝合金板坯的连铸装置及方法。

背景技术

    DC铸造具有铸锭质量较好、生产率高等一系列优点，是现代铝合金加工材锭坯的主要制备方法。随着工程上对铸锭的质量要求不断提高，在DC铸造的基础上，人们开发了一系列新的DC铸造方法，如为提高表面质量的热顶铸造、气膜铸造、汽滑铸造、低液位铸造等等，但是改善铸锭内部冶金质量的新技术不多。

现代加工工业，为提高生产率和加工材质量，铸锭的尺寸不断增大，在我国，铝合金铸锭的厚度超过600mm，同时，由于大飞机等重大工程项目的实施，超高强大尺寸锭坯的制备已成为制备大尺寸高合金化铝材的关键技术，由于合金元素添加量显著增加，铸锭尺寸显著增大，所以铸锭的裂纹率增加，同时组织粗大，合金元素的宏观偏析严重，这些缺陷不但降低加工材的最终性能，而且铸锭的可加工性也损伤，大大影响了成材率，增加了生产成本。

为了改善铸锭的冶金质量，近年来，我们开发了施加低频电磁场的低频电磁连铸技术和施加超声场的超声连铸技术，在铝合金和镁合金DC铸造中得到应用，显著细化了合金组织、改善了合金元素的宏观偏析，提高了铸锭的表面质量。随着铸锭截面尺寸的增大，已超出单一场的作用极限，如电磁场，在熔体中产生的洛伦兹力在结晶器壁处最强，然后逐渐衰减，在中部最弱，随着频率的降低，其贯穿能力增强，但是当频率降到15Hz以下时，容易产生熔体液面的波动，液面不平稳，同时在熔体中部的流动减弱，组织细化能力减低；超声场，起作用的有效范围在超声杆的周围，即在结晶器内熔体的中部，向外迅速减弱，对熔体的边部作用很小，由于目前还没有超大功率的产生源，所以超声场的作用范围也有限。同时高合金化大尺寸铸锭的裂纹也是主要的问题，因此开发可以显著改善铝合金大尺寸铸锭组织、抑制裂纹和改善表面质量的高效、经济的DC铸造新技术显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明将低频电磁场与超声场组合施加，同时结合了我们过去开发的气刀连铸技术，充分利用电磁场在熔体边部作用强和超声场在熔体中部作用强的特点。

本发明提供了种大尺寸铝合金板坯的连铸装置，由铝合金板坯电磁铸造装置和超声装置组成，所述的超声装置通过超声升落架支架紧固螺栓固定在铝合金板坯电磁铸造装置结晶器上方。

其中，铝合金板坯电磁铸造装置包括结晶器、分流袋吊绳、控流钎子控制器、控流钎子、导流管、流槽、激光探头、分流袋支杆、分流袋吊绳环、分流袋、结晶器上盖、油槽、电磁线圈、气刀、气刀架、底座、进油管和分流袋角架，气刀安装在结晶器下部200~400mm处；超声装置包括超声头升落架顶板、超声头托板、超声头、超声头起落架支架、齿条和超声头起落装置。

一种采用上述装置的大尺寸铝合金板坯的连铸工艺如下：

（1）开通结晶器的冷却水、低频电源和超声装置，把超声杆放入分流袋，使设备处于待运行状态；

（2）将分流袋放入结晶器内，打开结晶器供水阀，检查二冷水是否正常；启动低频电源产生低频磁场，接通超声电源进行超声，开通润滑油，使润滑油经进油管进入结晶器的油槽，进入到结晶器的内壁；

（3）当浇铸温度在710~740℃时，打开静置炉炉口的钎子，铝合金液经流槽流入，控制控流钎子控制器将控流钎子上提，导流管完全打开，铝合金液流入分流袋，流到结晶器内；用扒渣板拔动铝合金液，使其充满结晶器底部；

（4）当铝合金液漫过分流袋顶部，启动铸造机，铸造开始，铸造温度为710~740℃，铸造速度为40~65mm/min，同时启动激光探头和控制控流钎子控制器，将液位定到距结晶器上部40~60mm；

（5）待铸锭出结晶器200~400mm时，开动超声头起落装置，超声头缓慢进入结晶器，超声头进入铝合金液100~300mm，与此同时激光探头不断测定液位信号，并将液位信号与步骤（4）的液位给定值比较，当差值超过0.5mm时，调整控流钎子，保证液位稳定；

（6）当铸锭出口长度达到200~500mm时，启动气刀，气刀喷出的气体与铸锭表面的角度为30~60°，气体的压力为0.05~0.2MPa，气刀的高速气流将二冷水完全吹去，铸锭实现高温自回热；

（7）当铸锭达到所需长度后，停止供应铝合金液，同时关闭铸造机，先提起超声波头，然后关闭结晶器的水和油阀，结晶器内的铝合金液逐渐凝固，待结晶器内的铝合金液完全凝固后，关闭线圈的电流，移开结晶器，将合金铸锭吊出；最终得到的铝合金板坯杂质含量Fe<0.4%，Si<0.5%。