[发明专利]高硅铝合金半固态铸棒的铸造结晶器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高硅铝合金半固态铸棒的铸造结晶器及其制备方法，该铸造结晶器包括内部具有容纳腔的水箱以及结晶器、石墨环结构和超声振动机构，所述水箱的顶部镶嵌有导流管，所述水箱的底部设有开口；所述结晶器设置在容纳腔内，结晶器的上端与导流管的下端密封连接，结晶器的下端与水箱开口处的侧壁密封连接；石墨环结构至少包括第一石墨环，第一石墨环位于结晶器内，并在第一石墨环与铸棒之间形成一层汽膜；超声振动机构至少部分悬置在导流管内，用于对铸棒进行超声振动。该铸造结晶器通过设置第一石墨环以及超声振动机构，能够使铸棒获得良好半固态凝固组织，且组织均匀细小，宏观偏析以及铸棒的表面质量得到明显改善。

技术领域

本发明涉及半连续铸造技术领域，具体涉及一种高硅铝合金半固态铸棒的铸造结晶器及其制备方法。

背景技术

在高硅铝合金半固态铸造过程中最关键的技术是利用机械搅拌或者物理外场对铝合金熔体的凝固过程施加干扰，形成半固态特有的凝固组织。而机械搅拌由于其对合金熔体存在污染，不适用于工业生产。

目前，适用于半固态半连续铸造的物理外场主要有气体扰动、电磁场和超声振动等。气体扰动对合金熔体的搅拌强度较低，无法获得良好的半固态凝固组织；电磁场主要分为：旋转电磁场、行波电磁场以及两者的复合场，但由于电磁场对合金熔体心部搅拌强度很低，因此存在搅拌不均匀的现象，同时由于电磁场对铸棒凝固组织中宏观偏析的改善较为明显，但是对晶粒细化的影响较弱；超声振动的剪切强度较高，能够显著促进铸棒的凝固组织晶粒细化和均匀化。

通过施加物理外场的方法虽然可以解决凝固组织粗大、成分偏析严重的问题，但是对高合金化合金铸棒的表面质量没有明显改善。

油气滑工艺通过在多孔介质类型的石墨环中分别通入空气和润滑油来改善铸棒凝壳和冷却石墨环之间的接触，从而提高铸棒的表面质量。但是油气滑工艺对冷却水存在污染的同时也会降低石墨环的使用寿命。传统石墨环及油气滑石墨环均为一体式结构，达到一定使用次数后石墨环的透气性、透油性、表面质量均会降低，对石墨环的使用寿命造成影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高硅铝合金半固态铸棒的铸造结晶器及其制备方法，该铸造结晶器通过设置多段式石墨环结构，并将第一石墨环分别连通供水和供气系统，因而在第一石墨环与铸棒之间形成一层汽膜，加之超声振动机构的设置，能够使铸棒获得良好半固态凝固组织，且组织均匀细小，宏观偏析得到明显改善，同时铸棒的表面质量得到明显提高，以解决现有技术中不能同时改善高合金化合金铸棒凝固组织粗大、不均匀以及表面质量的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种高硅铝合金半固态铸棒的铸造结晶器。

该高硅铝合金半固态铸棒的铸造结晶器包括：

内部具有容纳腔的水箱，所述水箱的顶部镶嵌有导流管，所述水箱的底部设有开口；

结晶器，所述结晶器设置在所述容纳腔内，所述结晶器的上端与所述导流管的下端密封连接，所述结晶器的下端与所述水箱开口处的侧壁密封连接；

石墨环结构，至少包括第一石墨环，所述第一石墨环位于所述结晶器内，且其分别连通供水和供气系统，并在所述第一石墨环与铸棒之间形成一层汽膜；

超声振动机构，其至少部分悬置在所述导流管内，用于对铸棒进行超声振动。

进一步的，所述超声振动机构包括超声探头和超声发射器，所述超声探头的一端悬置于所述导流管内，另一端连接所述超声发射器。

进一步的，所述结晶器呈圆柱体状，所述超声探头与所述结晶器同心设置；

所述导流管和所述结晶器的连接处与所述超声探头头端端部的距离L为70～100mm。

进一步的，所述第一石墨环为多孔结构，所述结晶器上分别设有贯通其侧壁的通气孔道和通水孔道，所述通气孔道和通水孔道分别连通所述第一石墨环；