[发明专利]一种抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金铸造设备和技术领域，特别涉及一种抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸装置及方法。

背景技术

纯铝是仅次于铁的第二大金属，是金属材料中最典型的轻质材料，具有比强度高、易加工、成本低等优点。在纯铝中添加一定量的合金元素，经过熔炼及铸造后形成铝合金，已广泛应用于国民经济的各个领域，如：航空航天、交通运输、电子通讯、轻工建材、包装容器、石油化工、五金电器等多方面领域。在铝合金铸造过程中，靠近结晶器边部的冷却强度大，而在靠近结晶器心部冷却强度小，在结晶器内形成液穴，尚未凝固的液相可在液穴轮廓线附近的枝晶间流动，进而在铸锭不同部位造成成分差异，形成成分偏析。

由于铝合金在加工过程中组织具有遗传性，铝合金铸锭成分偏析很难通过均质、变形的工艺进行消除，容易产生铸造缺陷并导致产品质量不合格。在局部区域低熔点共晶组织含量增加，形成粗大脆性结晶相，易引起热裂等其他铸造缺陷；造成铝合金产品性能不稳定，降低材料的力学性能、抗拉强度及延伸率等性能。随着铸锭尺寸的增大，铝合金铸锭成分偏析的程度尤为严重。因此，需要开发相应的技术来抑制成分偏析。目前，抑制成分偏析的方法主要有：改善铸造工艺参数，降低铸造速度，使液穴变浅，降低成分偏析；提高冷却速率，缩短液相和固相两相区的冷却时间来抑制成分偏析；加入细化剂、孕育剂等时晶粒细化，进而减少枝晶间液体金属的流动抑制成分偏析；采用外加电磁场，通过电磁场的搅拌作用使结晶器内的温度场及浓度场变得均匀，使液穴深度变浅，进而降低铸锭成分偏析。

在实际铝合金半连续铸造过程中，对于具体的合金成分及铸锭尺寸规格，可供调节的工艺参数(降低铸造速度、提高冷却速率)非常窄；对于具体的合金成分，加入细化剂的含量有一定范围，因此调节工艺参数、加入细化剂存在局限性；施加电磁场可以在熔体中引起强对流使温度场变得均匀，在一定程度上可以降低液穴深度，抑制成分偏析，但在制备大尺寸铸锭时，由于电磁场的集肤效应，铸锭心部的磁场比较弱，对铸锭心部的高温熔体搅拌较弱，使液穴深度变浅和降低铸锭成分偏析的能力变差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中降低铸锭成分偏析、特别是大尺寸铸锭的设备和方法中存在的不足，提供了一种抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸装置及方法。该装置通过调整导流隔板上开孔位置及大小，使高温铝熔体从导流隔板的开孔位置进入结晶器，阻止高温熔体直接流向铸锭中心处引起液穴变深，降低铸锭内部的成分偏析，并且利用电磁场的搅拌作用将铝熔体均匀分散到结晶器内部，提高结晶器内部温度的均匀性，进一步降低铸造过程中的液穴深度和降低铸锭内部的成分偏析。

一种抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸装置，包括压板、保温帽、导流隔板、石墨环、结晶器、线圈和引锭头；

其中，保温帽位于结晶器上部并通过压板固定在结晶器上，导流隔板位于保温帽内部，石墨环镶嵌在结晶器内壁，线圈位于结晶器内部，在结晶器内壁下部有开孔，引锭头位于结晶器内部石墨环的下沿并可向下移动，引锭头下端连接铸造机；

所述的导流隔板在保温帽内水平放置；

所述的导流隔板为采用涂防护涂料的金属板或耐火材料板；

所述的导流隔板厚度为5～100mm，导流隔板上开孔数量≥2个，开孔间距为10～150mm，开孔形状为矩形孔或圆形孔，开孔截面积为80～22500mm²；

所述的线圈的匝数为50～200匝；

所述的石墨环的内径为80～1500mm。

一种采用上述装置的抑制铝合金铸锭成分偏析的半连铸方法，包括以下步骤：

(1)对保温帽及导流隔板进行预热，预热至温度为300～800℃；

(2)铸造前将引锭头升至石墨环下沿，向结晶器中通入冷却水，冷却水经结晶器下部的水孔喷出；

(3)由装置上部导入铝熔体，铝熔体流经保温帽及导流隔板流入结晶器，当熔体在结晶器内凝固5～60s形成坯壳后，启动铸造机开始铸造，同时，向线圈中通入交流电，起始铸造速度为5～50mm/min，然后在2min内增加至10～150mm/min，线圈电流频率范围为5～100Hz，电流强度范围为1～300A；

(4)铸造结束后，关闭交流电，关闭冷却水。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果在于：