[发明专利]一种气压充型的半连续铸造方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料成型技术领域，特别涉及一种气压充型的半连续铸造方法和装置。

背景技术

半连续铸造是制备金属材料铸锭的一种重要手段，在有色合金工领域得到了广泛应用。但针对一些结晶温度范围宽的铜合金(如铜镍锡合金等)，在大规格铸锭的半连续铸造过程中很容易产生粗大的柱状晶和严重的宏观成分偏析。大量生产实践表明，加强半连续铸造过程中结晶器区域液穴中的熔体搅拌，是抑制粗大柱状晶和宏观成分偏析的有效途径。

针对强化液穴区熔体搅拌，国内外在传统半连续铸造方法的基础上，相继开发了一些新的铸造方法和装置。如：公开号为US 4612970的申请公开了一种连续铸造设备，包括振动模具、模具升降平台、固定框架和引导装置，利用振动模具加强熔体搅拌，但该设备中的叶板弹簧必须具有适当的机械参数以承受模具组件的惯性，技术难度大，不易控制，搅拌效果有限；申请号为201210143369.9所公开的一种铸造装置和铸造方法，利用超声装置进行熔体搅拌，可细化铸锭晶粒，但超声波作用范围有限，不能解决大规格铸锭晶粒粗大和成分偏析等问题；日本特开昭63-188461号公报和日本特开昭60-44157号公报分别公开了利用电磁搅拌的连续铸造装置，有一定的晶粒细化效果；申请号为201310443606.8所公开的连续铸造高度取向均匀细晶制造方法与装置，提出了一种连续铸造制备取向均匀细晶组织的方法及制备装置，也应用了电磁制动及电磁搅拌技术，但由于这类方法需在靠近高温熔体处配置电磁线圈，不仅需要冷却线圈，而且功率消耗大，特别是装置复杂，维护难度大；申请号为JP 0213765的申请公开了一种金属连续铸造过程中调节金属液面的方法和装置，其主要原理是根据所需液面与实际测出液面比较的结果，调节止动杆位置，液面测量用单一感应式传感器或光学传感器进行，但是此方法和装置不能保证金属液在出口处的流速恒定，而且流速调节范围有限；公开号为US 4315538和US 5279353的申请所公开了的铸造方法和装置，分别是利用金属液的自身重量来搅拌液穴中的金属液，结构简单，但由于利用重力所产生的压力既不恒定也不可控，其搅拌效果非常有限。

从半连续铸造过程中加强结晶区熔体搅拌的研究中可见，上述现有技术存在如下不足：

(1)采用振动的方法时，振动装置比较复杂，且振动导致晶粒细化的效果非常有限。

(2)采用电磁搅拌或者超声波搅拌时，其装置结构复杂，设备维护成本很高，而且晶粒细化效果有限，特别是针对大规格的铸锭或比重比较大的合金，要达到理想的搅拌效果，需要大幅度提高电磁场强度或超声波的功率，导致设备投入成本大幅度上升，技术难度显著加大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种气压充型的半连续铸造方法，该方法原理简单，但可达到使铸锭组织和成分均匀、消除粗大柱状晶、形成晶粒细小的等轴晶、抑制铸锭中宏观成分偏析的目的。

本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述方法的气压充型的半连续铸造装置。

本发明的技术方案为：一种气压充型的半连续铸造方法，通过在中间包和结晶器之间设置浇流道，并控制浇流道出口处金属熔体的流速，强化金属熔体在液穴内的对流效果和搅拌作用，从而细化铸锭中的晶体。

所述浇流道出口处金属熔体的流速控制是通过调节中间包内的气体压力来实现的，浇流道出口处金属熔体的流速和中间包内的气体压力之间满足以下关系式：

v=D2nd22Hg+2Pρ,]]>

式中：v为浇流道出口处金属熔体的流速，P为中间包内的气体压力，ρ为金属液的密度，g为重力加速度，H为中间包的液面与浇流道出口处的高度差，D为浇流道入口处的直径，d为浇流道出口处的开口直径，n为浇流道出口处的开口数量。

所述中间包内的气体压力通过外接的气压控制系统进行实时调节。