[发明专利]一种分段式水平连铸结晶器

说明书

本发明公开了一种分段式水平连铸结晶器，包括依次设置的液相区、半固态区与固态区；第一结晶器内孔、第二结晶器内孔与第三结晶器内孔相连通且第一结晶器内孔的直径小于第二结晶器内孔的直径，第二结晶器内孔与第三结晶器内孔的直径相等，第二结晶器内孔的形状与生产的铸锭相同。本发明对结晶器形状和材质采用了分段设计，这样既可使熔体在结晶器中获得最快冷却速度，从而细化铸锭组织，又可减小铸造应力，防止铸锭开裂。对结晶器中的冷却水压力和冷却水管道进行了分段设计，从而实现根据不同区域凝固特点对冷却效果进行分段控制的目的。通过对熔体凝固液相区的熔体温度进行监控来调整该区域的冷却强度，实现了结晶器冷却水的部分自动化控制。

技术领域

本发明属于金属铸造技术领域，具体的，涉及一种分段式水平连铸结晶器。

背景技术

半连铸、水平连铸的结晶器是铸锭凝固成形的关键位置，通过结晶器对凝固过程进行合理控制是获得高品质铸锭的前提，也是制备高性能金属材料的基础。目前生产中所用的结晶器形状和结晶器中的冷却水路都是一体化设计的，结晶器内腔形状整段保持基本一致，并且结晶器冷却水路为单一连通管路。结晶器的这种传统设计实际上是不利于对铸锭凝固过程进行科学合理的控制的。因为熔体在结晶器中凝固时，实际上分为3个区间：液相区、半固态区、固相区。不同区域的冷却特点、凝固特性是不一致的：液相区流动性好，但液相无强度，该区不会产生铸造应力且散热速度快；半固态区流动性差，强度也很低，并且会产生铸造应力，因此最容易在该区域因铸造应力大和铸锭强度低而产生开裂，半固态区的散热速度较液相区更慢；固相区无流动性但铸锭强度高，此区域散热速度最慢，铸造应力最大，但由于铸锭强度高因此反倒不易产生裂纹。

根据结晶器上述三个凝固区域的凝固和散热特点，为了更合理地控制水平连铸坯锭的结晶过程，应该在结晶器不同区域给予铸锭不同的冷却，基本原则是在液相区应该加强冷却，以降低进入半固态区域熔体的温度，增大凝固形核率，细化铸锭组织；在半固态区域应该减缓冷却，防止强度很低的半固态熔体因冷却过快铸造应力过大而开裂；在固相区则应该给予最强的冷却，以加快散热，从而有助于半固态区域内的液穴底部上移，减小液穴深度，进一步减小半固态区域的开裂倾向。此外，为了进一步强化液相区的冷却，可通过减小液相区结晶器内孔直径，这样就可以使熔体的冷却整体上更为均匀，从而最大程度地降低进入半固态区熔体的总热量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分段式水平连铸结晶器，解决现有技术中结晶器的这种传统设计实际上是不利于对铸锭凝固过程进行科学合理的控制的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种分段式水平连铸结晶器，包括依次设置的液相区、半固态区与固态区；

液相区包括第一水路管，第一水路管内形成有第一冷却水路，液相区内形成有第一结晶器内孔；

半固态区包括第二水路管，第二水路管内形成有第二冷却水路，半固态区内形成有第二结晶器内孔；

固态区包括第三水路管，第三水路管内形成有第三冷却水路，固态区内形成有第三结晶器内孔；

第一结晶器内孔、第二结晶器内孔与第三结晶器内孔相连通且第一结晶器内孔的直径小于第二结晶器内孔的直径，第二结晶器内孔与第三结晶器内孔的直径相等，第二结晶器内孔的形状与生产的铸锭相同。

第一结晶器内孔要设计得细小一些，目的是为了减小熔体外部与心部的温差，使高温熔体经过此区域时得到最有效的冷却。

在液相区设置热电偶测量液相区末端熔体的温度，根据该温度的测量数值来实时调整液相区内冷却水流量，从而调整进入半固态区的熔体温度。通过对液相区冷却水的合理控制，可以使进入半固态区的熔体温度尽量接近其熔点，同时确保熔体在液相区不发生凝固，这样就相当于是实现了低温浇铸，这对制备高品质铸锭是很有益的。