[发明专利]一种抑制DC铸造铝合金铸锭宏观偏析的方法及装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种抑制DC铸造(DC铸造即DirectChillCasting，直接水冷半连续铸造)铝合金铸锭宏观偏析的方法及装置，特别是指抑制DC铸造超大规格铝合金铸锭宏观偏析的方法及装置，属于有色金属材料加工领域。

背景技术

航空航天领域结构用铝合金加工产品合金化程度高，DC铸造超大规格铝合金铸锭时，由于结晶器内铝合金熔体存在显著的热对流，如图2a所示，容易导致严重的宏观偏析，主要合金元素相对宏观偏析达到10～17％，导致铝加工产品出现成分、组织和性能不均匀。随着DC铸造铝合金铸锭规格增大，宏观偏析程度加剧，在DC铸造超大规格铝合金铸锭(如直径Ф≥1000mm的DC铸造超大规格铝合金圆锭)时，由于严重的宏观偏析，甚至出现铸锭局部(如中心)合金元素含量高于合金名义成分最高极限，而同时出现铸锭局部(如边部)合金元素含量低于合金名义成分最低极限，难以实现满足应用设计要求产品的加工。因此必须要求有效抑制DC铸造超大规格铝合金铸锭宏观偏析，首先保证DC铸造超大规格铝合金铸锭包括铸锭中心和铸锭边部的所有局部区域的合金元素含量符合合金名义成分极限范围要求，并由此进一步提高其成分和组织的均匀性，保证后续加工工艺和热处理工艺的有效实施，提高铝加工产品最终的性能和性能的均匀性，并满足设计使用要求。

现有的DC铸造铝合金铸锭生产过程，一般不采用结晶器电磁搅拌器或其他外场干预结晶器内铝合金熔体对流引起的溶质元素流场，近年来，开始有采用结晶器上方固定电磁搅拌器、结晶器水套下固定电磁搅拌器或采用机械泵循环泵送结晶器内铝合金熔体，但往往出现以下问题：

(1)现有不采用结晶器电磁搅拌或其他外场干预结晶器内铝合金熔体对流引起的合金元素流场时，DC铸造铝合金铸锭容易出现宏观偏析，随着合金化程度提高和铸锭规格增大，宏观偏析尤为显著，DC铸造高合金化大规格铝合金铸锭可能出现严重的宏观偏析，相对宏观偏析为10～17％。由于严重的宏观偏析，甚至出现铸锭局部(如中心)合金元素含量高于合金名义成分最高极限，而同时出现铸锭局部(如边部)合金元素含量低于合金名义成分最低极限，如图3和图4所示，导致最终的铝加工产品组织和性能均匀性差，必须降低设计使用性能指标，甚至无法达到设计使用要求。

(2)现有采用结晶器上方固定电磁搅拌器和结晶器水套下固定电磁搅拌器，由于电磁搅拌器与结晶器位置是固定不变的，无法调整电磁搅拌产生的附加铝合金熔体流场与结晶器内铝合金熔体液穴凝固前沿的夹角，即无法调整结晶器内铝合金熔体附加流场的方向，抑制DC铸造铝合金铸锭宏观偏析效果有限。

(3)现有采用结晶器水套下固定电磁搅拌器，由于结晶器水套下固定电磁搅拌受空间的限制，电磁感应器的大小受到限制，电磁感应磁场强度及附加铝合金熔体流场强度较小，效果受到影响，或者在达到同样电磁感应磁场强度及附加铝合金熔体流场强度的情况下，需要更大功率的直流电源，DC铸造铝合金铸锭规格受到限制，难以有效抑制DC铸造超大规格铝合金铸锭的宏观偏析。

现有采用结晶器上方固定电磁搅拌器和结晶器水套下固定电磁搅拌器的方法，其控制电磁感应磁场强度稳定性，并由此保证在整个DC铸造过程工艺稳定性和铸锭组织稳定性的难度较大，无法调整感应磁场方向，同时经济性也较差。

(4)现有采用机械泵循环泵送结晶器内铝合金熔体的方法，容易破坏结晶器内铝合金熔体表面氧化膜，并把氧化膜卷入至熔体中，形成二次夹杂，还容易导致DC铸造铝合金铸锭出现局部粗大晶粒，出现各种铸造缺陷的风险大，无法保证有较高要求的DC铸造高合金化超大规格铝合金铸锭质量。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种抑制DC铸造超大规格铝合金铸锭宏观偏析的方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明一种抑制DC铸造铝合金铸锭宏观偏析的装置，所述装置包括结晶器、电磁搅拌器，所述电磁搅拌器设置在所述结晶器上方，所述电磁搅拌器相对于所述结晶器竖直方向的位置可调。

本发明一种抑制DC铸造铝合金铸锭宏观偏析的装置，所述电磁搅拌器设置在所述结晶器热顶正上方。

本发明一种抑制DC铸造铝合金铸锭宏观偏析的装置，所述电磁搅拌器通过设于搅拌器壳体上的螺杆支撑在铸造平台上并处于结晶器热顶正上方。

本发明一种抑制DC铸造铝合金铸锭宏观偏析的装置，电磁搅拌器壳体外围四个角部各设置有一个螺杆。