轻合金半连铸铸造方法及实施该方法的专用装置

摘要

本发明公开了一种轻合金半连铸铸造方法及实施该方法的专用装置，其中铸造方法包括采用立式半连续机，在金属流入结晶器中形成的液穴处，通过无机热管将金属液穴中的热导出。实施这种方法的专用装置包括由电机带动的搅拌体、诸根热管、冷却水箱，其中搅拌体有一根芯轴，该芯轴上端穿过水箱靠一电机带动，下端与一个搅拌筒连接，该搅拌筒中装有低熔点合金；所述热管固定在冷却水箱底部并插入搅拌筒中的低熔点合金中。本发明有效提高了轻合金液的形核率、减小了合金不均匀结晶范围，并使晶粒细化，改善了轻合金凝固组织。

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻合金半连铸铸造方法及实施该方法的专用装置。

背景技术

目前对轻合金的铸造方法是将熔炼后的轻合金浇入结晶器中，用结晶器外围的水进行冷却，合金的凝固是从外壁开始由外向里的，故结晶温度梯度大，加之轻合金一般为固溶体型，容易造成典型的不均匀铸造组织，尤其是象Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn-Mg系等类铝合金，结晶温度范围宽，因此很容易产生铸造缺陷，造成目前对尺寸稍大的轻轻合金及合金铸锭很难产生出合格产品。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种能减少铸造缺陷的轻合金半连铸铸造方法及实施该方法的专用装置。

本发明轻合金半连铸铸造方法包括采用立式半连续机，在轻合金流入结晶器中形成的液穴处，通过无机热管将轻合金液穴中的热导出。

实施上述方法的专用装置包括由电机带动的搅拌体、诸根无机热管、冷却水箱，其中搅拌体有一根芯轴，该芯轴上端穿过水箱靠一电机带动，下端与一个搅拌筒连接，该搅拌筒中装有低熔点合金；所述无机热管固定在冷却水箱底部并插入搅拌筒中的低熔点合金中。

由于本发明采用了无机热管来对轻合金液进行热的向外传导冷却，而无机热管又具有如下特点：

a)启动迅速，导热速度快，元件一端受热，数秒钟就将热量传递到另一端；

b)均温性能好，沿传热元件轴向温差趋于零；

c)热阻小。当量导热系数为32×10⁶W/mK，是白银导热系数(415w/mK)的7000多倍；

d)传热能力大，轴向热流密度为2720kW/m²，径向热流密度为158kW/m²，导热系数是水无机热管的10倍左右；

e)操作温度范围大，工质工作温度在30℃～1000℃之间，元件工作温度取决于封管材料使用温度的限制；

f)相容性好，工质与工程常用材料不会生成不凝气体而使传热元件失效的反应；

g)无机热管内压力低。传热元件在工作温度下，最高腔内工作压力为0.9MPa，不易爆；

h)使用寿命长。工质在实验状态下老化寿命为11万小时。

本发明利用无机热管的这些特点，通过无机热管将液穴中部的热快速导出，使铸液冷却由液穴中部向周边进行，其热流方向刚好与传统的相反，对凝固中的排气非常有利，由此改变了温度场，使结晶温度梯度大大减小，控制了半连续铸造中轻合金熔体的凝固过程，由此有效提高了轻合金液的形核率、减小了合金不均匀结晶范围，并使晶粒细化，改善了轻合金凝固组织，使铸造缺陷显著减少。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。

图2是图1所示各部件的结构示意图。

图3是本发明装置在生产中使用的示意图。

图4是用本发明方法及装置做实验生产出的镁合金铸锭的金相图。

图5是用本发明方法及装置做实验生产出的镁合金铸锭照片。

具体实施方式

本发明轻合金的半连续方法，仍然要采用立式半连续铸造机(见图3)，溶池12中的合金液通过流槽13输到结晶器14中形成液穴，在液穴处11通过无机热管将合金铸液的热量向外快速导出，利用无机热管的高导热性和恒温可控性来控制液穴温度场，使结晶时的冷却是由中部向周边进行的，其热流方向刚好与传统的相反，对凝固中的排气非常有利，由此改变了温度场，使结晶温度梯度大大减小，由此可有效消除铸造缺陷。

实施本发明方法的专用装置结构参见图1和图2。

从图1可以看出本发明装置由一个用电机带动的搅拌体1、一个水箱2、诸多无机热管3组成。从图2可以看出，搅拌体1有一根芯轴4，该芯轴上端穿过水箱2靠一电机5带动，下端与一个搅拌筒6连接，该搅拌筒中装有低熔点合金7，诸多无机热管3呈圆阵布置安装在水箱2下面，整机安装时把诸无机热管3插入搅拌筒6中，电机5带动搅拌筒6转动，搅拌筒6底部呈球面状是搅拌头8，不断在液穴处搅拌(见图3)，液穴的热量通过搅拌筒6中的低熔点合金7传至无机热管3，再传至水箱，水箱2上有冷水进管9和热水出管10，通过冷水的不断进入，热水的不断流出而排除热量，由此能使液穴周边和中间同时冷却，结晶温度梯度减小，从而调整结晶器中轻合金的凝固行为，有效降低铸造缺陷。

从图4和图5可以看出用本发明方法铸造出镁合金铸锭的组织缺陷少，晶粒尺寸小且分布均匀。实验结果表明：本发明方法和装置突破了传统方法单方面从铸锭外围喷水冷却的方法，有效地改善了合金凝固温度场和铸锭质量。为铸造人尺寸难铸轻合金铸锭提供了一种新的途径。