專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器，鋁合金半連續(xù)鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
直冷式半連續(xù)鑄造是目前鋁合金企業(yè)生產(chǎn)鋁合金圓錠和扁錠的主要方式，液態(tài)鋁熔體被澆注到由結(jié)晶器和引錠頭所圍成的空間內(nèi)，當(dāng)鋁熔體與結(jié)晶器及引錠頭發(fā)生接觸， 鋁熔體就會(huì)被結(jié)晶器和引錠頭冷卻并且沿其邊界發(fā)生凝固。當(dāng)鋁熔體在結(jié)晶器中達(dá)到一定高度，并且凝殼具有足夠強(qiáng)度來(lái)支撐這些鋁熔體的時(shí)候，引錠頭將以給定的鑄造速度向下運(yùn)動(dòng)。已凝固的鑄錠將隨著引錠頭一起下降，當(dāng)鑄錠被拉出結(jié)晶器時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)的冷卻水直接噴到鑄錠的表面，鑄錠被迅速的冷卻下來(lái)。這樣鋁熔體不斷的被澆鑄到結(jié)晶器內(nèi)，而已凝固的鑄錠也不斷的被拽出結(jié)晶器，構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)的過(guò)程。直冷式半連續(xù)鑄造過(guò)程可分為兩個(gè)階段鑄造開(kāi)始階段和鑄造穩(wěn)定階段，鑄造開(kāi)始階段采用較低的鑄造速度，然后鑄造速度逐步增加，過(guò)渡到鑄造穩(wěn)定階段。半連續(xù)鑄造過(guò)程中鑄錠四周采用連續(xù)的冷卻水噴射冷卻，導(dǎo)致鑄錠橫截面上存在非常大的溫度梯度，鑄錠縱剖面存在一個(gè)液穴，鑄錠凝固收縮的拉應(yīng)力產(chǎn)生一個(gè)軸向分量， 鑄造開(kāi)始階段已成型鑄錠抗變形能力較差，導(dǎo)致鑄錠的底部形成拱形，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為翹曲。翹曲形成對(duì)凝殼有破壞作用，凝殼破裂就會(huì)產(chǎn)生漏流現(xiàn)象，從而影響鑄錠的成型和鑄造成功率。工業(yè)生產(chǎn)中為了抑制或減輕翹曲，鑄造開(kāi)始階級(jí)采用較弱的冷卻工藝，當(dāng)鑄造過(guò)渡到穩(wěn)定階段采用較強(qiáng)的冷卻工藝，以細(xì)化顯微組織，提高鑄錠質(zhì)量?，F(xiàn)有鑄造冷卻工藝中鑄造開(kāi)始階段冷卻水流量較小，隨著鑄造過(guò)渡到穩(wěn)定階段，逐漸增加冷卻水流量。為了進(jìn)一步降低鑄造開(kāi)始階段冷卻強(qiáng)度，國(guó)外開(kāi)發(fā)出非連續(xù)式/脈沖水冷技術(shù)，加氣水冷技術(shù)等，明顯改善了鑄錠翹曲。最新的鑄造技術(shù)中開(kāi)始階段采用較小水流量的一組冷卻水以低入射角度沖擊鑄錠，得到較弱的冷卻強(qiáng)度；穩(wěn)定階段增加水流量的同時(shí)，另外增加高入射角度的一組冷卻水冷卻鑄錠，高入射角度冷卻水流沖擊點(diǎn)高于低入射角度冷卻水流沖擊點(diǎn)，兩組冷卻水流交叉分布，與單組冷卻水冷卻相比增強(qiáng)了單位流量的冷卻水冷卻效率，從而增強(qiáng)冷卻強(qiáng)度。但這種冷卻方式下，當(dāng)冷卻水流量增大到一定程度時(shí)，由于水壓過(guò)大，高入射角度的冷卻水流沖擊到鑄錠表面散開(kāi)，容易促使部分水流沿鑄錠表面向上返水，嚴(yán)重時(shí)進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)部鋁液表面，導(dǎo)致鑄錠局部冷卻不均，產(chǎn)生表面裂紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器，其特征在于所述結(jié)晶器設(shè)置有上水腔和下水腔，所述上水腔的底部設(shè)置減壓腔，所述下水腔的頂部和底部上設(shè)置有減壓腔，所述上水腔的底部通過(guò)安裝分水板相隔減壓腔，所述下水腔的頂部和底部通過(guò)安裝分水板相隔減壓腔，所述上水腔的減壓腔上設(shè)置有第三組冷卻水孔，所述下水腔頂部的減壓腔上設(shè)置有第一組冷卻水孔，所述下水腔底部的減壓腔上設(shè)置有第二組冷卻水孔，所述第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔在同一豎直平面內(nèi)，且與第三組冷卻水孔呈交叉狀布置，所述第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔的角度大于40°，所述第三組冷卻水孔的角度小于40°。進(jìn)一步地，上述的一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器，其中，結(jié)晶器由大面?zhèn)壬w和小面?zhèn)壬w圍成的長(zhǎng)方體，所述大面?zhèn)壬w與所述小面?zhèn)壬w相交處設(shè)有角部隔墻布置，所述大面?zhèn)壬w的兩端各設(shè)置有上水腔和下水腔，所述小面?zhèn)壬w的兩端各設(shè)置有上水腔和下水腔，所述角部隔墻上開(kāi)有進(jìn)水端口，所述進(jìn)水端口與大面?zhèn)壬w的上水腔相連通，且還與小面?zhèn)壬w的上水腔相連通，所述大面?zhèn)壬w的上水腔通過(guò)大面?zhèn)壬w的進(jìn)水孔與大面?zhèn)壬w的下水腔相連通且大面?zhèn)壬w的進(jìn)水孔位置處設(shè)置有氣控水閥，所述小面?zhèn)壬w的上水腔通過(guò)小面?zhèn)壬w的進(jìn)水孔與小面?zhèn)壬w的下水腔相連通，所述結(jié)晶器的內(nèi)腔中設(shè)置有相對(duì)的內(nèi)襯，所述內(nèi)襯之間設(shè)置有引錠頭。更進(jìn)一步地，上述的一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器，其中，所述第一組冷卻水孔與第二組冷卻水孔、第二組冷卻水孔與第三組冷卻水孔之間的孔間距在 10 16mm,且其孔的直徑為2 6_。更進(jìn)一步地，上述的一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器，其中，角部隔墻上的進(jìn)水端口上設(shè)置有過(guò)濾器。本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步主要體現(xiàn)在
本發(fā)明采用兩組高入射角度冷卻水流，相同冷卻水流量下可以大大減小高入射角度冷卻水流的壓力，從而有效避免壓力過(guò)高帶來(lái)的返水現(xiàn)象及其產(chǎn)生的鑄錠表面裂紋；采用三組冷卻水沖擊到鑄錠表面，能夠進(jìn)一步減小層流區(qū)，同時(shí)隨著沖擊點(diǎn)的增加相互干涉作用加強(qiáng)，也進(jìn)一步增加瑞流程度，從而進(jìn)一步提聞鑄淀冷卻效果，有利于提聞鑄淀冶金質(zhì)量。半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變結(jié)晶器本體設(shè)有上下兩個(gè)水腔，冷卻水從角部隔墻進(jìn)入上水腔，小面?zhèn)壬w的上、下水腔直接通過(guò)進(jìn)水孔連通，大面?zhèn)壬w的上、下水腔通過(guò)氣控閥控制連通，從而控制大面?zhèn)壬w的上水腔的冷卻水是否進(jìn)入大面?zhèn)壬w的下水腔，滿(mǎn)足鑄造開(kāi)始階段和穩(wěn)定階段不同的冷卻要求實(shí)現(xiàn)鑄造開(kāi)始階段大面采用第三組冷卻水單獨(dú)冷卻鑄錠，獲得較小冷卻強(qiáng)度，從而抑制鑄錠翹曲，而鑄造穩(wěn)定階段大面采用3組冷卻水同時(shí)沖擊鑄錠，獲得極強(qiáng)冷卻強(qiáng)度，提高鑄錠冶金質(zhì)量。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明
圖I :本發(fā)明的俯視不意圖2 :本發(fā)明的內(nèi)部俯視示意圖3 :圖I的A—A劑視不意圖4 :圖I的B—B劑視不意圖5 :圖I的C一C劑視不意圖6 :本發(fā)明半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變結(jié)晶器工作過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I、圖2、圖3、圖4、圖5所示，一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器， 結(jié)晶器I設(shè)置有上水腔6和下水腔5，上水腔6的底部設(shè)置減壓腔10，下水腔5的頂部和底部上設(shè)置有減壓腔10，上水腔6的底部通過(guò)安裝分水板3相隔減壓腔10，下水腔5的頂部和底部通過(guò)安裝分水板3相隔減壓腔10，上水腔6的減壓腔10上設(shè)置有第三組冷卻水孔 8，下水腔5頂部的減壓腔10上設(shè)置有第一組冷卻水孔7，下水腔5底部的減壓腔10上設(shè)置有第二組冷卻水孔9，第一組冷卻水孔7和第二組冷卻水孔9在同一豎直平面內(nèi)，且與第三組冷卻水孔8呈交叉狀布置，第一組冷卻水孔7和第二組冷卻水孔9的角度大于40°，第三組冷卻水孔8的角度小于40°。結(jié)晶器I由大面?zhèn)壬w14和小面?zhèn)壬w15圍成的長(zhǎng)方體，大面?zhèn)壬w14與小面?zhèn)壬w15 相交處采用角部隔墻布置，大面?zhèn)壬w14的兩端各設(shè)置有上水腔6和下水腔5，小面?zhèn)壬w15 的兩端各設(shè)置有上水腔6和下水腔5，角部隔墻上開(kāi)有進(jìn)水端口 11，進(jìn)水端口 11與大面?zhèn)壬w14的上水腔6相連通，且還與小面?zhèn)壬w15的上水腔6相連通，大面?zhèn)壬w14的上水腔6 通過(guò)大面?zhèn)壬w的進(jìn)水孔與大面?zhèn)壬w14的下水腔5相連通且大面?zhèn)壬w14的進(jìn)水孔位置處設(shè)置有氣控水閥12，小面?zhèn)壬w15的上水腔6通過(guò)小面?zhèn)壬w15的進(jìn)水孔與小面?zhèn)壬w15的下水腔5相連通，結(jié)晶器I的內(nèi)腔中設(shè)置有相對(duì)的內(nèi)襯2，內(nèi)襯2之間設(shè)置有引錠頭17。第一組冷卻水孔7與第二組冷卻水孔9、第二組冷卻水孔9與第三組冷卻水孔8之間的孔間距在l(Tl6mm，且其孔的直徑在2 6mm。角部隔墻上的進(jìn)水端口上設(shè)置有過(guò)濾器16。具體應(yīng)用時(shí)，開(kāi)始鋁合金半連續(xù)鑄造前，在結(jié)晶器I的內(nèi)襯2表面均勻涂抹一層潤(rùn)滑油，將引錠頭17上升到內(nèi)襯2下沿，構(gòu)成一個(gè)半封閉空間；將O. 2MPa壓縮空氣管道與快速接頭13連接，氣流通過(guò)氣通道4進(jìn)入氣控水閥12，氣控水閥12打開(kāi)；接著將冷卻水管道與位于角部隔墻處的進(jìn)水端口 11連接，以較小的流量向結(jié)晶器I內(nèi)供水；冷卻水經(jīng)過(guò)濾器 16過(guò)濾后，由角部隔墻的進(jìn)水端口 11進(jìn)入到大面?zhèn)壬w14的上水腔6和小面?zhèn)壬w15的上水腔6中，小面?zhèn)壬w15的上水腔6的冷卻水通過(guò)進(jìn)水孔進(jìn)入到小面?zhèn)壬w15下水腔5，小面?zhèn)壬w15的上水腔6和小面?zhèn)壬w15的下水腔5中冷卻水通過(guò)分水板3進(jìn)入減壓腔10，然后通過(guò)高入射角度的第一組冷卻水孔7、第二組冷卻水孔9和低入射角度的第三組冷卻水孔8噴出，形成第一冷卻水流、第二冷卻水流和第三組冷卻水流；大面?zhèn)壬w14由于氣控水閥12打開(kāi)，堵住了大面?zhèn)壬w14的上水腔6和大面?zhèn)壬w14的下水腔5相通的進(jìn)水孔，因而冷卻水不能進(jìn)入到大面?zhèn)壬w14的下水腔5中，大面?zhèn)壬w14的上水腔6中冷卻水通過(guò)分水板3進(jìn)入減壓腔10，然后通過(guò)低入射角度的第三組冷卻水孔8噴出，形成低入射角度的第三組冷卻水流。準(zhǔn)備就緒后開(kāi)始鑄造，如圖6所示，向結(jié)晶器I空腔內(nèi)澆注鋁熔體，當(dāng)熔體液面升至接近內(nèi)襯2中線(xiàn)時(shí)引錠頭17開(kāi)始以較小的速度下移，部分凝固的鑄錠脫開(kāi)結(jié)晶器I后受到冷卻水的二次冷卻作用，鑄錠和冷卻水發(fā)生熱交換，逐漸凝固成形，隨著鑄造進(jìn)行，鑄造速度和冷卻水流量逐漸增加到一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值，在此之前的鑄造過(guò)程構(gòu)成鑄造開(kāi)始階段。在鑄造開(kāi)始階段，大面?zhèn)壬w14采用第三組冷卻水流單獨(dú)冷卻，冷卻強(qiáng)度低，能夠減少鑄錠的翹曲。鑄造過(guò)程進(jìn)入穩(wěn)定階段后，關(guān)閉氣控水閥12，使得大面?zhèn)壬w14的上水腔6中冷卻水由上水腔6流入到下水腔5中，因此大面?zhèn)壬w14和小面?zhèn)壬w15的上水腔6、下水腔5中冷卻水通過(guò)分水板3進(jìn)入減壓腔10，然后通過(guò)高入射角度的第一組冷卻水孔7、第二組冷卻水孔9，和低入射角度的第三組冷卻水孔8噴出，形成高入射角度的第一冷卻水流、第二組冷卻水流，和低入射角度的第三組冷卻水流；與鑄造開(kāi)始階段相比，大面?zhèn)壬w14增加了高入射角度的第一組冷卻水和第二兩組冷卻水流，也形成了三組冷卻水流冷卻鑄錠。高入射角度的第一組冷卻水流沖擊點(diǎn)位于高入射角度的第二組冷卻水流沖擊點(diǎn)之上約10mm，第二組冷卻水流沖擊點(diǎn)位于低入射角度的第三組冷卻水流沖擊點(diǎn)之上約 IOmm ;第一組冷卻水流沖擊點(diǎn)和第二組冷卻水流沖擊點(diǎn)在同一豎直線(xiàn)上，第一組冷卻水流和第二組冷卻水流沖擊點(diǎn)與第三組冷卻水流沖擊點(diǎn)間隔分布。鑄造過(guò)程中，第一組冷卻水流和第二組冷卻水流沖擊到鑄錠表面后部分反彈，反彈起來(lái)的冷卻水包含著部分氣流，位于第一組冷卻水流沖擊路徑上，被第一組冷卻水夾帶著沖擊到鑄錠表面，這種水流相互干涉作用消除了冷卻水飛濺，同時(shí)也增加了冷卻水的湍流程度。每組冷卻水流沖擊到鑄錠表面，在沖擊點(diǎn)以下的鑄錠表面上，依次形成第一湍流區(qū)a、層流區(qū)b和第二湍流區(qū)C，其中第一瑞流區(qū)a高度約12. 7mm,第一瑞流區(qū)a下方是高度約25. 4mm的層流區(qū)b，層流區(qū)b以下是第二湍流區(qū)c，湍流區(qū)的換熱效率遠(yuǎn)高于層流區(qū)。采用三組冷卻水在不同高度平面上交叉分布冷卻鑄錠，每組冷卻水依次形成的第一湍流區(qū)a疊加后能夠覆蓋層流區(qū)b。本發(fā)明提供的半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的冷卻方式是鑄造開(kāi)始階段采用較小水流量的一組冷卻水以低入射角度沖擊鑄錠，得到較弱的冷卻強(qiáng)度；穩(wěn)定階段增加水流量的同時(shí)，另外增加高入射角度的兩組冷卻水冷卻鑄錠，得到極強(qiáng)的冷卻強(qiáng)度。采用本發(fā)明提供的半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變結(jié)晶器能夠?qū)崿F(xiàn)上述冷卻方式。穩(wěn)定階段采用三組冷卻水流交叉分布在不同高度平面上冷卻鑄錠，與采用單組冷卻水冷卻鑄錠的情況相比，能夠減少冷卻水飛濺，增加冷卻水湍流效果；與采用兩組冷卻水流交叉分布冷卻鑄錠的情況相比，本發(fā)明采用兩組高入射角度冷卻水流，相同冷卻水流量下可以大大減小高入射角度冷卻水流的壓力，從而有效避免壓力過(guò)高帶來(lái)的返水現(xiàn)象及其產(chǎn)生的鑄錠表面裂紋；三組冷卻水流交叉分布在不同高度平面上冷卻鑄錠，其第一湍流區(qū)a疊加后能夠更多地覆蓋層流區(qū)b，增加湍流區(qū)高度，同時(shí)隨著沖擊點(diǎn)的增加相互干涉作用加強(qiáng)，也進(jìn)一步增加湍流效果，從而進(jìn)一步提聞鑄淀冷卻效果，有利于提聞鑄淀冶金質(zhì)量。需要強(qiáng)調(diào)的是以上僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾， 均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器，其特征在于所述結(jié)晶器設(shè)置有上水腔和下水腔，所述上水腔的底部設(shè)置減壓腔，所述下水腔的頂部和底部上設(shè)置有減壓腔， 所述上水腔的底部通過(guò)安裝分水板相隔減壓腔，所述下水腔的頂部和底部通過(guò)安裝分水板相隔減壓腔，所述上水腔的減壓腔上設(shè)置有第三組冷卻水孔，所述下水腔頂部的減壓腔上設(shè)置有第一組冷卻水孔，所述下水腔底部的減壓腔上設(shè)置有第二組冷卻水孔，所述第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔在同一豎直平面內(nèi)，且與第三組冷卻水孔呈交叉狀布置，所述第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔的角度大于40°，所述第三組冷卻水孔的角度小于 40°。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器，其特征在于所述結(jié)晶器由大面?zhèn)壬w和小面?zhèn)壬w圍成的長(zhǎng)方體，所述大面?zhèn)壬w與所述小面?zhèn)壬w相交處設(shè)有角部隔墻布置，所述大面?zhèn)壬w的兩端各設(shè)置有上水腔和下水腔，所述小面?zhèn)壬w的兩端各設(shè)置有上水腔和下水腔，所述角部隔墻上開(kāi)有進(jìn)水端口，所述進(jìn)水端口與大面?zhèn)壬w的上水腔相連通，且還與小面?zhèn)壬w的上水腔相連通，所述大面?zhèn)壬w的上水腔通過(guò)大面?zhèn)壬w的進(jìn)水孔與大面?zhèn)壬w的下水腔相連通且大面?zhèn)壬w的進(jìn)水孔位置處設(shè)置有氣控水閥，所述小面?zhèn)壬w的上水腔通過(guò)小面?zhèn)壬w的進(jìn)水孔與小面?zhèn)壬w的下水腔相連通，所述結(jié)晶器的內(nèi)腔中設(shè)置有相對(duì)的內(nèi)襯，所述內(nèi)襯之間設(shè)置有引錠頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器，其特征在于所述角部隔墻上的進(jìn)水端口上設(shè)置有過(guò)濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器，其特征在于所述第一組冷卻水孔與第二組冷卻水孔、第二組冷卻水孔與第三組冷卻水孔之間的孔間距在l(Tl6mm，且其孔的直徑為2 6mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強(qiáng)度可變的結(jié)晶器，結(jié)晶器設(shè)置有上水腔和下水腔，上水腔的底部設(shè)置減壓腔，下水腔的頂部和底部上設(shè)置有減壓腔，上水腔的減壓腔上設(shè)置有第三組冷卻水孔，下水腔頂部的減壓腔上設(shè)置有第一組冷卻水孔，下水腔底部的減壓腔上設(shè)置有第二組冷卻水孔，第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔在同一豎直平面內(nèi)，且與第三組冷卻水孔呈交叉狀布置，第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔的角度大于40°，第三組冷卻水孔的角度小于40°。本發(fā)明采用兩組高入射角度冷卻水流，相同冷卻水流量下可以大大減小高入射角度冷卻水流的壓力，從而有效避免壓力過(guò)高帶來(lái)的返水現(xiàn)象及其產(chǎn)生的鑄錠表面裂紋。
文檔編號(hào)B22D11/055GK102581238SQ20121005814
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者劉金炎, 王樂(lè)酉, 薛冠霞, 郭世杰, 長(zhǎng)海博文 申請(qǐng)人:蘇州有色金屬研究院有限公司