[发明专利]一种抑制镁合金锭坯开裂的半连续铸造装置及方法

说明书

本发明提供一种抑制镁合金锭坯开裂的半连续铸造装置及方法，装置包括结晶器和设置于结晶器下方的组合引锭；结晶器上方设置可调式分流盘；组合引锭包括引锭本体、导热板和冷却管路；引锭本体底部连接铸造机。方法包括：将铸造机与引锭本体连接，将可调式分流盘安装于结晶器上方；在进水管中引入冷却水，将镁合金熔体引入到可调式分流盘中，开启铸造机；铸造过程中随时监测结晶器内熔体填充情况，通过移动可调式分流盘的位置和/或通过调节高度调节螺栓直至熔体在结晶器中填充均匀为止；在稳定铸造状态下，当拉铸的锭坯长度大于镁合金板坯短边长度或者圆坯直径的两倍时停止引入冷却水，当锭坯长度达到生产要求后，取出镁合金铸锭。

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种抑制镁合金锭坯开裂的半连续铸造装置及方法。

背景技术

目前，直接水冷半连续铸造是生产镁合金板坯或圆坯的主要方式，经过熔炼的镁合金熔体在浇铸温度下通过导流系统进入由结晶器和引锭构成的半封闭腔内，依靠结晶器及引锭的冷却作用形成凝固壳，当凝固壳的厚度足以支撑内部未凝固的金属熔体后，拉坯机构启动，带动引锭和已凝固的锭坯向下运动，拉出的锭坯依靠结晶器内壁(一冷)及结晶器下方喷出的冷却水(二冷)冷却。随着已凝固锭坯的拉出和上方熔体的不断进入，形成稳定的铸造过程。当锭坯长度达到最大时停止浇铸，待结晶器内熔体完全凝固后将锭坯取出，这一完整过程即为一次半连续铸造过程。在镁合金半连续铸造过程中，由于镁合金所特有的热物性，使得铸造过程尺寸效应明显，即随着锭坯截面尺寸的增大，其锭坯的生产难度大大增加，极易出现裂纹、拉漏、偏析等常见铸造缺陷。在诸多缺陷中，裂纹的产生会直接导致铸锭报废，严重的裂纹会导致锭坯在铸造过程中直接碎裂，熔体直接下落与冷却水接触而爆炸。

在镁合金半连续铸造过程的初始阶段，当熔体进入结晶器后，由于镁合金热熔较小，边部熔体的热量同时向结晶器和引锭散失，加之结晶器和引锭因受到冷却水的冷却作用而使得温度较低，边部熔体迅速凝固。由于镁合金导热性差，心部熔体的热量无法高效的导向边部，加之心部受到新进高温熔体的直接冲击而温度较高，因此锭坯心部凝固滞后而形成具有一定深度的液穴。当铸造系统启动(启车)后，锭坯随着引锭下降，锭坯拉出结晶器并受到冷却水冲击，边部温度进一步迅速下降且强度提高。而锭坯心部凝固后温度较高，强度较低，随着温度下降而逐渐收缩，在外侧凝固壳的制约下心部拉应力逐渐增大，超过对应温度下的抗拉强度且无法补缩时则将心部拉开，即产生心部裂纹。随着铸造过程的进行，该现象持续发生，致使裂纹不断延伸，最终裂纹贯穿整根锭坯。可见，抑制半连铸锭坯启车阶段心部开裂是减少锭坯裂纹的有效方法之一。为了抑制半连铸开始阶段心部裂纹，目前主要采用的方法为引锭心部下凹、不易裂合金铺底和人工搅拌铺底三种办法。引锭心部下凹的方法在一定程度上抑制了裂纹，但随着锭坯规格逐渐增大该方法的效果急剧减弱；不易裂合金铺底的方法对于大规格镁合金锭坯来讲，大大增加了生产成本且可操作性差，同时在锭坯使用时还需要对头部进行大范围的废弃；人工搅拌的方法极易在头部卷入大面积的氧化夹杂，而大面积的氧化夹杂不但增大锭坯头部的废弃范围，还易成为锭坯边部的裂纹源头，同时在镁合金的半连续铸造过程中过度翻动熔体还易引发燃烧甚至爆炸。

此外，除铸造启车阶段存在锭坯开裂的问题外，镁合金固有的热物理性能导致其在半连续铸造过程中成型性也同样较差，经常出现铸造裂纹和表面冷隔，尤其在大规格圆坯或板坯的铸造过程中，铸造裂纹的产生将大大降低成品率，而冷隔的产生将显著增加表面车削量，进而降低产品的有效利用率。在镁合金半连铸过程中，通过分流盘将进入结晶器的熔体进行分流是抑制镁合金锭坯开裂和减少冷隔出现的有效且重要的方法，通过合理的分流可以将高温熔体按需要导流至锭坯边部，合理的分流不仅可以有效改善填充效果，还可以降低铸造过程中的液穴深度，防止因补缩不足、应力积累或周向凝固壳高度不均匀而导致的冷隔或裂纹。