[实用新型]一种制备超大规格铝合金铸锭用熔体处理器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种制备超大规格铝合金铸锭用熔体处理器，属于金属材料加工领域。

背景技术

超大规格铝合金特别是高合金化的高强铝合金铸锭在航空航天、轨道交通、船舶等大型装备制造业的作用举足轻重。采用传统半连续铸造方法制备的超大规格铝合金铸锭不可避免地存在表面质量差、组织粗大不均匀、成分偏析严重、易开裂等缺陷问题，导致产品质量差且成品率低。而且铸锭尺寸越大，合金化程度越高，这些缺陷就越突出。而这些问题的解决与合金熔体凝固过程温度场和成分场均匀化控制有很大关系，因此开发高效的熔体处理方法就显得至关重要。

电磁搅拌法由于具有不污染金属、可精确控制、易与大工业生产对接等优点被认为是最具有应用前景的熔体处理方法。国外专利DE2029443公开了一种在连铸过程中施加行波电磁场的方法，这种方法将感应线圈平行布置于金属熔体外部，通过利用交变电磁场及在其金属液中产生感应电流交互作用产生的洛伦滋力对金属液形成剧烈的搅拌作用，可减小温度梯度，减少成分偏析，获得更好的显微组织。但是由于交变电磁场趋肤效应的存在，电磁力在熔体内部的分布呈指数式衰减，整个熔体所受搅拌作用是不均匀的，而且随着合金熔体体积的增大，熔体边部和心部的搅拌作用差别也越大，铸锭组织和成分的不均匀性也越来越明显，因此铸锭尺寸受到很大限制。

为了克服传统电磁搅拌法搅拌不均匀的问题，中国专利CN101745629A公开了一种环缝式电磁搅拌制备半固态合金浆料的方法，其设计思想是在熔体处理室中心插入圆形芯棒，使得在芯棒外壁和熔体处理室内壁之间形成环形窄缝，让合金熔体在狭窄的环形缝隙内接受电磁搅拌剪切处理，搅拌的均匀性较传统电磁搅拌法得到明显改善。而且通过对搅拌腔体结构的巧妙设计，剪切强度也能显著提高，使熔体受到搅拌更加均匀，温度场和成分场在整个熔体体积内分布更加均匀。但是上述这些方法的电磁场均是从结晶器外部施加，随着铸锭尺寸的增大，不但熔体心部的搅拌效果会变差，而且由于线圈与金属熔体存在着较大的气隙，使得电磁场强度的衰减非常严重，电磁场的利用率很低。

实用新型内容

普通半连续铸造方法生产超大规格铝合金铸锭，技术难点或存在的问题主要表现为：其一，由于铸锭单一的由外向内的冷却方式，冷却强度有限，液穴较深，温度梯度很大，导致凝固组织异常粗大且分布不均匀，尤其对于高合金化的高强铝合金还易发生开裂问题；其二，铸锭凝固过程熔体温度场和成分场的均匀性难以控制，使得初期凝壳生长很不均匀，铸锭表面易产生褶皱、偏析瘤等问题，铸造速度很慢，铸锭成品率低，加工成本高。针对普通半连续铸造方法存在的不足，本实用新型提出了一种制备超大规格铝合金铸锭用的熔体处理器。

本实用新型的主要创新思想是：在连续铸造过程中将熔体处理器沿热顶或结晶器中心位置插入熔体内部，对合金熔体从内部施加电磁场和强制冷却，加速超大规格铸锭内部熔体的传热与传质，均匀熔体的温度场和成分场，提高铸锭冷却强度和铸造速度，减少或消除铸造缺陷，实现超大规格铝合金铸锭细晶均质铸造。

为实现以上实用新型的目的，采用以下技术方案：

一种制备超大规格铝合金铸锭用的熔体处理器，主要包括电磁线圈、保温单元、冷却单元和支撑单元；所述的电磁线圈固定于支撑单元内部，所述的保温单元固定于支撑单元外部，所述的冷却单元固定于支撑单元下部。

所述的电磁线圈由实芯铜导线或铜管绕制而成，实芯铜导线或铜管外围由绝缘橡胶包裹，根据连接方式不同分为产生旋转磁场的电磁线圈、产生行波磁场的电磁线圈或产生复合磁场的电磁线圈，所述的电磁线圈在工作过程中通以交变电流，可产生旋转磁场、行波磁场或复合磁场，对合金熔体施加搅拌剪切处理。

所述的保温单元由陶瓷、石棉等保温材料制成，厚度为10mm～50mm，固定于支撑单元侧面的外部(即包覆在支撑单元的侧面外围)，在工作过程中主要阻隔熔体与支撑单元直接接触，保护支撑单元内部的电磁线圈免受高温熔体的损害。

所述的冷却单元由高导热壳体和底部空心管组成，空心管螺旋盘绕于高导热壳体内部并与其紧密接触，空心管的入口和出口分别延伸至支撑单元顶部之上。工作过程中通以冷却介质，对熔体施加强制冷却处理。高导热壳体可由铜合金或石墨等高导热材料制成；空心管由铜合金或不锈钢材料制成，空心管内采用的冷却介质为空气、氮气、水、油等各种流体。所述的高导热壳体的形状为弧形或半圆形。