铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺

摘要

本发明涉及铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺，在结晶器下方安装区域冷却装置，通过气缸伸缩带动主夹板伸缩，次夹板在连杆带动下也发生伸缩，进而使刮水板自动夹紧或松开铸锭；铸造开始时，根据铸造工艺设定冷却水流量，同时向区域冷却装置的气缸供气，气缸动作带动刮水板松开，铸锭随着引锭头下移，冷却水喷射到铸锭表面后沿铸锭表面下流；当铸锭长度在0～1000mm时，停止向气缸供气，气缸回位带动刮水板夹紧铸锭，冷却水喷射到铸锭表面后沿铸锭表面下流，当流到区域冷却装置处时被刮水板挡住，无法继续沿铸锭表面下流，从而实现区域冷却。该区域水冷保证了铸造过程中刮水板下方铸锭自然空冷，有效降低铸造内应力，抑制了铸锭开裂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺，属于铝合金半连续铸造技术领域。

背景技术

立式直接水冷半连续铸造(DC铸造)是铝加工行业生产挤压用圆锭和轧制用板锭的主要手段，图1为铝合金半连续铸造示意图，包括结晶器4和引锭头5，铝液1被浇注到由结晶器4和引锭头5所围成的空间内，当铝液1与结晶器4和引锭头5发生接触，形成固液混合区2，铝熔体就会被结晶器和引锭头冷却并且沿其边界发生凝固。铝熔体在结晶器中达到一定高度后并且凝壳具有足够强度支撑铝熔体的时，引锭头5将以给定的铸造速度向下运动；已凝固的铸锭将随着引锭头一起下降，当铸锭3从结晶器4被拉出时，结晶器内的冷却水直接喷到铸锭3的表面，铸锭3被迅速的冷却下来。这样铝熔体将不断的被浇铸到结晶器内，而已凝固的铸锭也不断的被从结晶器内拽出，构成一个连续的过程。

DC铸造过程中，结晶器喷射出的冷却水沿着已成形铝合金铸锭四周下流，整个铸锭始终受到冷却水的冷却。这种铸锭水冷工艺不利于硬/超硬铝合金，如2026、7050、7055、7150和7085等牌号铝合金成形。硬/超硬铝合金由于具有高的比强度和硬度广泛应用于航天、航空领域，这类铝合金合金元素含量高，Fe、Si杂质元素含量低，合金的凝固温度区间大，凝固收缩产生的内应力大，铸锭的塑性差，当内应力超过材料的强度极限时铸锭即发生开裂。采用上述铸锭水冷工艺铸造硬/超硬铝合金往往在铸造过程中铸锭发生开裂现象。

发明内容

本发明针对硬/超硬铝合金在铸造过程中铸锭发生开裂现象，提供了一种铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺，能较好的解决硬/超硬铝合金铸造成形差的问题，有效抑制铸锭在铸造过程中开裂。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺，特点是：在结晶器下方设置区域冷却装置，所述区域冷却装置包括支架、主夹板、次夹板、连杆、气缸及刮水板，在支架的高度方向上设有多个定位孔或导槽，在定位孔中或导槽中穿有支撑杆，支撑杆上套置两块主夹板，两块主夹板之间设置汽缸，每一块主夹板分别通过连杆连接一块次夹板，每一块主夹板和次夹板的内壁均安装刮水板，通过气缸伸缩带动主夹板伸缩，次夹板在连杆带动下也发生伸缩，进而使刮水板自动夹紧或松开铸锭；

铸造开始时，根据铸造工艺设定冷却水流量，即每吨铝或铝合金的冷却水流量在5～20m³/h，同时向所述区域冷却装置的气缸供气，气缸动作带动刮水板松开，铸锭随着引锭头下移，冷却水喷射到铸锭表面后沿铸锭表面下流；当铸锭长度在0～1000mm时，停止向区域冷却装置的气缸供气，气缸回位带动刮水板夹紧铸锭，冷却水喷射到铸锭表面后沿铸锭表面下流，当流到区域冷却装置处时被刮水板挡住，无法继续沿铸锭表面下流，从而实现区域冷却。

进一步地，上述的铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺，所述区域冷却装置离结晶器下沿的距离为100～1000mm。

更进一步地，上述的铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺，所述刮水板与铸造方向呈60°～90°的夹角。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明在结晶器下方设置区域冷却装置，通过控制区域冷却装置的刮水板使其夹紧或松开铸锭，达到阻挡冷却水沿铸锭下流功能，实现了区域冷却的效果。该铝合金铸锭区域水冷工艺保证了铸造过程中刮水板下方铸锭自然空冷，铸锭利用自身余温“低温回火”，有效降低了铸造内应力，大大提高铸锭塑性，抑制了铸锭开裂，工艺简洁，经济效益和社会效应显著。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：铝合金半连续铸造示意图；

图2：本发明铝合金铸锭区域水冷工艺应用示意图；

图3：区域水冷装置的主视图；

图4：区域水冷装置的俯视图；

图5：区域水冷装置的左视图。

图中各附图标记的含义见下表：

 

附图标记含义附图标记含义附图标记含义1铝液2固液混合区3铸锭4结晶器5引锭头6区域冷却装置7冷却水冷却区8空冷区9支架10连杆11支撑杆12主夹板13次夹板14气缸15刮水板16阀17空压机

具体实施方式

针对硬/超硬铝合金在铸造过程中铸锭发生开裂现象，提供一种铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺。

如图2所示，在结晶器4下方设置区域冷却装置6，区域冷却装置6离结晶器4下沿的距离在100～1000mm，如图3～5，该区域水冷装置6主要包括支架9、主夹板12、次夹板13、连杆10、气缸14及刮水板15，支架9起到支撑整个装置的作用，在支架9的高度方向上设有多个定位孔或导槽，在定位孔中或导槽中穿有支撑杆11，支撑杆11上套置两块主夹板12，前后各一块主夹板，两块主夹板12之间设置气缸14，每一块主夹板12分别通过连杆10连接一块次夹板13，即左右各一块次夹板，在每一块主夹板12和次夹板13的内壁均安装刮水板15；主夹板12和次夹板13及刮水板15均处于同一高度的平面内；由空压机17通过阀16向气缸14供气；通过气缸14伸缩带动主夹板12伸缩，次夹板13在连杆10带动下也发生伸缩，进而使刮水板15自动夹紧或松开铸锭3。铸造开始时，根据铸造工艺设定冷却水流量，即每吨铝或铝合金的冷却水流量在5～20m³/h，同时向区域冷却装置的气缸14供气，气缸14动作带动刮水板15松开，铸锭3随着引锭头5下移，冷却水喷射到铸锭表面后沿铸锭表面下流；当铸锭长度在0～1000mm时，停止向区域冷却装置的气缸14供气，气缸14回位带动刮水板15夹紧铸锭，冷却水喷射到铸锭表面后沿铸锭表面下流，当流到区域冷却装置处时被刮水板挡住，无法继续沿铸锭表面下流，从而实现了区域冷却。

下面以7050合金扁锭铸造实例对本发明铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺作进一步说明：

1)熔炼及熔体处理：将7050合金成分配料放入200kg电阻加热炉内熔炼，熔化后熔体温度控制在720～780℃，采用高纯氮气进行除气，采用精炼剂和打渣剂对铝熔体进行精炼和打渣处理，静置10～15分钟；熔体温度降至740～750℃时准备铸造；

2)半连续铸造：在开始半连续铸造前，将区域冷却装置6固定在结晶器4下方，距离结晶器4下沿100～500mm处，向区域冷却装置的气缸14供气，气缸14带动刮水板15松开；将引锭头5上升到结晶器4内腔中，同时向结晶器4供水，冷却水经结晶器水腔喷射到引锭头5上；打开熔池控流塞棒，铝液1缓慢流入结晶器4内，启动铸造机，形成固液混合区2，引锭头5下移，开始7050合金扁锭的铸造过程；铸造温度680～710℃，铸造速度40～50mm/min，冷却水流量8～10m³/h；当铸锭长度达到300mm后，停止向区域冷却装置供气，气缸14回位带动刮水板15夹紧铸锭3，这样冷却水喷射到铸锭表面下流遇到刮水板阻挡无法继续沿铸锭表面下流，形成冷却水冷却区7和空冷区8；当铸锭长度达到400mm后铸造工艺调整为：铸造温度680～710℃，铸造速度50～70mm/min，冷却水流量10～15m3/h；当铸锭长度为1500mm时控流塞棒逐渐塞紧熔池出铝口，铸造速度缓慢下降，铸造过程结束。

整个铸造过程顺利，铸锭未发生开裂现象，充分表明铸锭区域水冷工艺可以有效抑制铸锭开裂。

综上所述，在结晶器下方添加并固定区域冷却装置，通过控制区域冷却装置的刮水板使其夹紧或松开铸锭，达到阻挡冷却水沿铸锭下流功能，实现了区域冷却的效果；铝合金铸锭区域水冷保证了铸造过程中刮水板下方铸锭自然空冷，铸锭利用自身余温“低温回火”，从而有效降低铸造内应力，提高铸锭塑性，抑制铸锭开裂。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。