專利名稱：高溫度梯度逐層凝固連鑄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫度梯度逐層凝固連鑄方法，屬金屬材料連鑄技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
具有偏晶反應(yīng)的合金(銅基、鋁基)，由于存在著比重大與基體不相容的低熔點(diǎn)相，在用普通連鑄方法時(shí)由于結(jié)晶凝固區(qū)域的軸向溫度梯度低，液穴深度大，偏晶反應(yīng)生成的大比重相(如Al-Bi系合金偏晶反應(yīng)生成的富Bi相)極易在重力作用下偏聚而發(fā)生比重偏析，導(dǎo)致組織不均勻而不能滿足使用要求。采用軟接觸電磁鑄造方法(申請(qǐng)?zhí)?1126717.8)雖然鑄坯表面質(zhì)量有所提高，但由于其在整個(gè)結(jié)晶凝固區(qū)施加電磁力，軸向溫度梯度仍較低，液穴深度大，偏晶反應(yīng)生成的大比重相還會(huì)在重力作用下偏聚，也無法有效的控制鑄坯的比重偏析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高溫度梯度逐層凝固連鑄方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于高溫度梯度逐層凝固連鑄方法的連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)。
本發(fā)明的任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的一種高溫度梯度逐層凝固連鑄方法，主要包括以下步驟A.連鑄時(shí)，中間包中金屬液在塞棒控制下經(jīng)水口進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)襯套內(nèi)，受到交變電流的感應(yīng)加熱裝置所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的作用，進(jìn)入的金屬液溫度基本不下降或下降很慢，并由于電磁攪動(dòng)液穴中徑向溫度趨于均勻，形成了鑄坯軸向高溫度梯度場(chǎng)在水冷結(jié)晶器上方的熱端；B.在水冷結(jié)晶器至噴水縫隙間區(qū)域的鑄坯，在冷卻水強(qiáng)制冷卻下金屬液溫度急劇下降并凝固，形成鑄坯軸向高溫度梯度場(chǎng)的冷端；C.牽引機(jī)構(gòu)將金屬坯拉出水冷結(jié)晶器，同時(shí)從中間包通過水口向連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)內(nèi)腔的液穴中補(bǔ)充金屬液，由此形成了鑄坯在軸向高溫度梯度場(chǎng)中的沿軸向逐層凝固的連續(xù)鑄造過程。
一種用于高溫度梯度逐層凝固連鑄方法的連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)，由結(jié)晶器內(nèi)襯套，水冷結(jié)晶器，感應(yīng)加熱裝置以及水冷結(jié)晶器與感應(yīng)加熱裝置間的磁屏蔽層組成，其特征在于所述的連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)上方有感應(yīng)加熱裝置。結(jié)晶器內(nèi)襯套的材料為石墨或氮化硼，或耐火材料，其上涂有涂料。涂料的成分可為石墨粉或滑石粉或礦物油或其他無機(jī)物與有機(jī)物，或以上物質(zhì)的混合物。
本發(fā)明的原理是在連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)上方的金屬液中施加感應(yīng)電流。一方面利用渦流加熱金屬液。另一方面利用電磁攪動(dòng)強(qiáng)化金屬對(duì)流換熱，從而在結(jié)晶器系統(tǒng)內(nèi)的金屬坯軸向形成一高溫度梯度場(chǎng)，使金屬液穴變淺，凝固發(fā)生在很窄的區(qū)域中，從而在連鑄過程中實(shí)現(xiàn)逐層凝固。例如，對(duì)含Bi的鋁合金，由于其偏晶反應(yīng)在很窄的區(qū)域中進(jìn)行，富Bi相析出后，基體很快凝固，將富Bi相原位固定，從而避免了比重偏析的發(fā)生。
本發(fā)明的高溫度梯度逐層凝固連鑄方法與傳統(tǒng)的連鑄方法相比，能在連鑄的凝固結(jié)晶區(qū)域獲得較高的軸向高溫度梯度，使凝固合金的成分均勻，特別是對(duì)具有偏晶反應(yīng)合金的連鑄，能有效地避免比重偏析的發(fā)生。該連鑄方法與傳統(tǒng)的連鑄方法在操作上相比，并不復(fù)雜，而且易控制。


圖1為高溫度梯度逐層凝固連鑄法示意圖。
圖中各數(shù)字代號(hào)表示如下1.塞棒 2.中間包 3.金屬液 4.水口 5.液穴 6.內(nèi)襯套 7.感應(yīng)加熱裝置 8.磁屏蔽層9.水冷結(jié)晶器 10.液固共存糊狀區(qū) 11.冷卻已凝固鑄坯 12.噴水縫隙圖2為連鑄的鋁合金棒中Bi元素分析時(shí)試樣的取樣部位圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖1詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明的基本原理及實(shí)施情況。
本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)為結(jié)晶器內(nèi)襯套6，水冷結(jié)晶器9，感應(yīng)加熱裝置7以及水冷結(jié)晶器9與感應(yīng)加熱裝置7間的磁屏蔽層8組成。結(jié)晶器內(nèi)襯套6的材料為石墨或氮化硼，或耐火材料，其上涂有涂料。涂料的成分可為石墨粉或滑石粉或礦物油或其他無機(jī)物與有機(jī)物，或以上物質(zhì)的混合物。感應(yīng)加熱裝置7中通有交變電流其頻率為1Hz至300kHz；水冷結(jié)晶器9下端有噴水縫隙12，冷卻水噴向鑄坯11實(shí)現(xiàn)二次冷卻，使金屬液凝固；連鑄時(shí)，在中間包2中金屬液3在塞棒1控制下經(jīng)水口4進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)襯套6內(nèi)，受到交變電流的感應(yīng)加熱裝置7所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的作用，進(jìn)入的金屬液溫度基本不下降或下降很慢，并由于電磁攪動(dòng)使液穴4中徑向溫度趨于均勻，形成了水冷結(jié)晶器9上方軸向的高溫度梯度場(chǎng)的熱端；在結(jié)晶器9至噴水縫隙12間區(qū)域的鑄坯，在冷卻水強(qiáng)制冷卻下金屬液溫度急劇下降并凝固，形成軸向高溫度梯度場(chǎng)的冷端。牽引機(jī)構(gòu)將已凝固的金屬坯拉出水冷結(jié)晶器9，同時(shí)從中間包2通過水口4向連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)內(nèi)腔的液穴5中補(bǔ)充金屬液，由此形成了在連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)內(nèi)軸向高溫度梯度場(chǎng)中的沿軸向逐層凝固的連續(xù)鑄造過程。
用本方法連鑄的鋁-硅-銅-鉍合金樣品棒(含鉍量為2.65wt.％)中Bi元素分布情況見表1，Bi元素分析時(shí)試樣的取樣部位見圖2。由表1可見鋁合金樣品棒中Bi元素含量分布均勻。
表1連鑄的鋁合金樣品棒中Bi元素分布

權(quán)利要求
1.一種高溫度梯度逐層凝固連鑄方法，主要包括以下步驟A.連鑄時(shí)，中間包(2)中金屬液(3)在塞棒(1)控制下經(jīng)水口4進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)襯套(6)內(nèi)，受到交變電流的感應(yīng)加熱裝置(7)所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的作用，進(jìn)入的金屬液溫度基本不下降或下降很慢，并由于電磁攪動(dòng)液穴(5)中徑向溫度趨于均勻，形成了鑄坯軸向高溫度梯度場(chǎng)在水冷結(jié)晶器(9)上方的熱端；B.在水冷結(jié)晶器(9)至噴水縫隙(12)間區(qū)域的鑄坯，在冷卻水強(qiáng)制冷卻下金屬液溫度急劇下降并凝固，形成鑄坯軸向高溫度梯度場(chǎng)的冷端；C.牽引機(jī)構(gòu)將金屬坯拉出水冷結(jié)晶器(9)，同時(shí)從中間包(2)通過水口(4)向連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)內(nèi)腔的液穴(5)中補(bǔ)充金屬液，由此形成了鑄坯在軸向高溫度梯度場(chǎng)中的沿軸向逐層凝固的連續(xù)鑄造過程。
2.一種用于權(quán)利要求1所述的高溫度梯度逐層凝固連鑄方法的連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)，由結(jié)晶器內(nèi)襯套(6)，水冷結(jié)晶器(9)，感應(yīng)加熱裝置(7)以及水冷結(jié)晶器(9)與感應(yīng)加熱裝置(7)間的磁屏蔽層(8)組成，其特征在于所述的連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)上方有感應(yīng)加熱裝置；結(jié)晶器內(nèi)襯套(6)的材料為石墨或氮化硼，或耐火材料，其上涂有涂料；涂料的成分可為石墨粉或滑石粉或礦物油或其他無機(jī)物與有機(jī)物，或以上物質(zhì)的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫度梯度逐層凝固連鑄方法，其主要特征是在連鑄時(shí)，注入連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)的金屬液受到交變電流的感應(yīng)加熱裝置所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的作用，金屬液溫度基本不下降或下降很慢，并由于電磁攪動(dòng)，液穴中徑向溫度趨于均勻，在連鑄結(jié)晶器系統(tǒng)內(nèi)沿軸向形成了高溫度梯度場(chǎng)，從而使具有偏晶反應(yīng)合金在連鑄時(shí)，能有效地避免比重偏析的發(fā)生。用本發(fā)明的高溫度梯度逐層凝固連鑄方法與傳統(tǒng)的連鑄方法相比，不僅能使凝固合金的成分均勻，有效地避免比重偏析的發(fā)生，而且工藝上簡(jiǎn)便、易行。
文檔編號(hào)B22D11/14GK1739885SQ200510029598
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者毛協(xié)民, 姚奕, 張金龍, 樊靈, 楊虎, 魏霓, 魯鑫 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 上海三電貝洱汽車空調(diào)有限公司