[发明专利]一种制备超大规格铝合金铸锭用熔体处理装置及方法

说明书

本发明公开了一种制备超大规格铝合金铸锭用熔体处理装置及方法。该装置主要由环形电磁熔体处理器、热顶、结晶器、结晶器水箱、石墨环、引锭和升降机构组成；环形电磁熔体处理器置于结晶器内，与结晶器同心，在其顶部设置线路端口和连接机构，并与升降结构相连接，可通过升降机构在结晶器高度方向上下移动，并定位在结晶器内的相应位置；热顶的下端与结晶器通过石墨环密封连接；结晶器水箱设置在结晶器的外周。采用该装置进行熔体处理，在半连续铸造过程中通过对合金熔体施加环形电磁熔体处理器，实现对超大体积合金熔体温度场和成分场的有效均匀，实现对熔体流动的有效控制，制备出组织均匀细小、成分均匀的高品质超大规格铝合金铸锭。

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，特别涉及一种制备超大规格铝合金铸锭用熔体处理装置及方法。

背景技术

超大规格铝合金铸锭在航空航天、轨道交通、国防军工等重大领域中的作用至关重要，应用前景非常广泛。大规格铝合金铸锭采用普通半连续铸造存在组织粗大不均、成分偏析、疏松、开裂等问题，成品率低且质量难以保证，无法满足后续加工工序对于铝合金锭坯特别是超大规格优质高强铝合金锭坯性能要求。铝合金熔体凝固过程中不均匀的温度场、成分场和应力场是导致此类问题的主要因素之一。随着铸锭尺寸的超大化，铸造过程中熔体心部与边部温差增大，液穴更深，流动复杂，非平衡凝固条件下无法使合金元素在冶金尺寸上均匀分布，加上固液界面前沿的温度分布与温度梯度不一致，晶粒生长速度不一，糊状区内枝晶的生长搭接与晶间液相的流动等诸多因素影响，最终造成铸锭组织粗大不均、偏析、疏松、开裂等问题。

当前致力于解决上述问题提出的方法很多，其中电磁场具有高清洁性、高能量密度、高可靠性、高可控性及高自动化水平等特点，逐渐成为在高效连铸生产过程中提高铸坯质量、稳定操作、扩大生产品种范围及规格的重要技术手段，是外场控制金属材料成型领域的重要研究方向和途径。但是由于电磁的趋肤效应，交变电磁感应产生的感应电流密度沿铸锭表面至中心呈指数衰减，因此搅拌作用对铸锭组织和性能的改善主要集中在表层范围内，成分均匀性难以控制，为此，国内外对此进行了很多有益的探索。

中国专利CN 106925730 B公布一种大规格细晶均质铝合金铸锭的制备装置及方法，其原理是在结晶器外设置电磁处理器，同时在熔体内部设置中心冷却器，两者耦合作用，形成一个环形空间对铝合金熔体实施搅拌处理，使得大体积熔体的温度场和成分场均匀性大幅度提高，可制备出Φ500mm规格以内细晶均质铝合金铸锭。但是随着铸锭规格的增大，这种施加在结晶器外的电磁场衰减严重，熔体搅拌过程温度场和成分场的均匀性改善会受到很大限制。中国专利CN 106623832 B公布了一种将电磁处理器直接浸入到合金熔体内从熔体内部施加电磁场对合金熔体处理的方法，由于从熔体内部向外部进行搅拌处理，磁场衰减小，大体积熔体的内外温度均匀性能够得到显著改善，采用该方法可实现Φ800mm规格铝合金铸锭的制备。但随着铸锭规格的进一步增大，放置在熔体内部的电磁处理器的尺寸也相应增大，心部范围内的熔体无法受到电磁场搅拌作用，电磁处理作用和效果也大打折扣。

发明内容

为了克服目前制备超大规格铝合金铸锭存在的不足，本发明的目的在于提供一种制备超大规格铝合金铸锭用熔体处理装置，在铸造过程中采用该装置进行熔体处理，可获得组织细小、成分均匀的超大规格的铝合金铸锭。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述装置制备超大规格铝合金铸锭的熔体处理方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种制备超大铝合金铸锭用熔体处理装置，主要由环形电磁熔体处理器、热顶、结晶器、结晶器水箱、石墨环、引锭和升降机构组成；环形电磁熔体处理器置于结晶器内，与结晶器同心，在其顶部设置线路端口和连接机构，并与升降结构相连接，可通过升降机构在结晶器高度方向上下移动，并定位在结晶器内的相应位置；热顶的下端与结晶器通过石墨环密封连接；结晶器水箱设置在结晶器的外周。