專利名稱：一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強度可變的結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強度可變的結(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)，當鋁熔體與結(jié)晶器及引錠頭發(fā)生接觸，鋁熔體就會被結(jié)晶器和引錠頭冷卻并且沿其邊界發(fā)生凝固。當鋁熔體在結(jié)晶器中達到一定高度，并且凝殼具有足夠強度來支撐這些鋁熔體的時候，引錠頭將以給定的鑄造速度向下運動。已凝固的鑄錠將隨著引錠頭一起下降，當鑄錠被拉出結(jié)晶器時，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。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)成了一個連續(xù)的過程。直冷式半連續(xù)鑄造過程可分為兩個階段鑄造開始階段和鑄造穩(wěn)定階段，鑄造開始階段采用較低的鑄造速度，然后鑄造速度逐步增加，過渡到鑄造穩(wěn)定階段。半連續(xù)鑄造過程中鑄錠四周采用連續(xù)的冷卻水噴射冷卻，導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液穴，鑄錠凝固收縮的拉應力產(chǎn)生一個軸向分量，鑄造開始階段已成型鑄錠抗變形能力較差，導致鑄錠的底部形成拱形，這種現(xiàn)象被稱為翹曲。翹曲形成對凝殼有破壞作用，凝殼破裂就會產(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，鑄造開始階級采用較弱的冷卻工藝，當鑄造過渡到穩(wěn)定階段采用較強的冷卻工藝，以細化顯微組織，提高鑄錠質(zhì)量?，F(xiàn)有鑄造冷卻工藝中鑄造開始階段冷卻水流量較小，隨著鑄造過渡到穩(wěn)定階段，逐漸增加冷卻水流量。為了進一步降低鑄造開始階段冷卻強度，國外開發(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，得到較弱的冷卻強度；穩(wěn)定階段增加水流量的同時，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高于低入射角度冷卻水流沖擊點，兩組冷卻水流交叉分布，與單組冷卻水冷卻相比增強了單位流量的冷卻水冷卻效率，從而增強冷卻強度。但這種冷卻方式下，當冷卻水流量增大到一定程度時，由于水壓過大，高入射角度的冷卻水流沖擊到鑄錠表面散開，容易促使部分水流沿鑄錠表面向上返水，嚴重時進入結(jié)晶器內(nèi)部鋁液表面，導致鑄錠局部冷卻不均，產(chǎn)生表面裂紋。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強度可變的結(jié)晶器。本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強度可變的結(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安裝分水板相隔減壓腔，所述下水腔的頂部和底部通過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。。進一步地，上述的一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強度可變的結(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，所述角部隔墻上開有進水端口，所述進水端口與大面?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的上水腔通過大面?zhèn)壬w的進水孔與大面?zhèn)壬w的下水腔相連通且大面?zhèn)壬w的進水孔位置處設(shè)置有氣控水閥，所述小面?zhèn)壬w的上水腔通過小面?zhèn)壬w的進水孔與小面?zhèn)壬w的下水腔相連通，所述結(jié)晶器的內(nèi)腔中設(shè)置有相對的內(nèi)襯，所述內(nèi)襯之間設(shè)置有引錠頭。更進一步地，上述的一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強度可變的結(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_。更進一步地，上述的一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強度可變的結(jié)晶器，其中，角部隔墻上的進水端口上設(shè)置有過濾器。本實用新型技術(shù)方案的實質(zhì)性特點和進步主要體現(xiàn)在本實用新型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高帶來的返水現(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，能夠進一步減小層流區(qū)，同時隨著沖擊點的增加相互干涉作用加強，也進一步增加湍流程度，從而進一步提高鑄錠冷卻效果，有利于提高鑄錠冶金質(zhì)量。半連續(xù)鑄造冷卻強度可變結(jié)晶器本體設(shè)有上下兩個水腔，冷卻水從角部隔墻進入上水腔，小面?zhèn)壬w的上、下水腔直接通過進水孔連通，大面?zhèn)壬w的上、下水腔通過氣控閥控制連通，從而控制大面?zhèn)壬w的上水腔的冷卻水是否進入大面?zhèn)壬w的下水腔，滿足鑄造開始階段和穩(wěn)定階段不同的冷卻要求實現(xiàn)鑄造開始階段大面采用第三組冷卻水單獨冷卻鑄錠，獲得較小冷卻強度，從而抑制鑄錠翹曲，而鑄造穩(wěn)定階段大面采用3組冷卻水同時沖擊鑄錠，獲得極強冷卻強度，提高鑄錠冶金質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖
對本實用新型技術(shù)方案作進一步說明圖I :本實用新型的俯視示意圖；圖2 :本實用新型的內(nèi)部俯視示意圖；圖3 :圖I的A—A首I]視不意圖；圖4 :圖I的B—B首I]視不意圖；圖5 :圖I的C一C首I]視不意圖；[0019]圖6 :本實用新型半連續(xù)鑄造冷卻強度可變結(jié)晶器工作過程示意圖。
具體實施方式
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的底部通過安裝分水板3相隔減壓腔10，下水腔5的頂部和底部通過安裝分水板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，角部隔墻上開有進水端口 11，進水端口 11與大面?zhèn)?蓋14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通過大面?zhèn)壬w的進水孔與大面?zhèn)壬w14的下水腔5相連通且大面?zhèn)壬w14的進水孔位置處設(shè)置有氣控水閥12，小面?zhèn)壬w15的上水腔6通過小面?zhèn)壬w15的進水孔與小面?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I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。角部隔墻上的進水端口上設(shè)置有過濾器16。具體應用時，開始鋁合金半連續(xù)鑄造前，在結(jié)晶器I的內(nèi)襯2表面均勻涂抹一層潤滑油，將引錠頭17上升到內(nèi)襯2下沿，構(gòu)成一個半封閉空間；將0. 2MPa壓縮空氣管道與快速接頭13連接，氣流通過氣通道4進入氣控水閥12，氣控水閥12打開；接著將冷卻水管道與位于角部隔墻處的進水端口 11連接，以較小的流量向結(jié)晶器I內(nèi)供水；冷卻水經(jīng)過濾器16過濾后，由角部隔墻的進水端口 11進入到大面?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的冷卻水通過進水孔進入到小面?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中冷卻水通過分水板3進入減壓腔10，然后通過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，堵住了大面?zhèn)壬w14的上水腔6和大面?zhèn)壬w14的下水腔5相通的進水孔，因而冷卻水不能進入到大面?zhèn)壬w14的下水腔5中，大面?zhèn)壬w14的上水腔6中冷卻水通過分水板3進入減壓腔10，然后通過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。準備就緒后開始鑄造，如圖6所示，向結(jié)晶器I空腔內(nèi)澆注鋁熔體，當熔體液面升至接近內(nèi)襯2中線時引錠頭17開始以較小的速度下移，部分凝固的鑄錠脫開結(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，隨著鑄造進行，鑄造速度和冷卻水流量逐漸增加到一個穩(wěn)定數(shù)值，在此之前的鑄造過程構(gòu)成鑄造開始階段。在鑄造開始階段，大面?zhèn)壬w14采用第三組冷卻水流單獨冷卻，冷卻強度低，能夠減少鑄錠的翹曲。鑄造過程進入穩(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中冷卻水通過分水板3進入減壓腔10，然后通過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位于高入射角度的第二組冷卻水流沖擊點之上約10mm，第二組冷卻水流沖擊點位于低入射角度的第三組冷卻水流沖擊點之上約IOmm ;第一組冷卻水流沖擊點和第二組冷卻水流沖擊點在同一豎直線上，第一組冷卻水流和第二組冷卻水流沖擊點與第三組冷卻水流沖擊點間隔分布。鑄造過程中，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. 7_，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。本實用新型提供的半連續(xù)鑄造冷卻強度可變的冷卻方式是鑄造開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，得到較弱的冷卻強度；穩(wěn)定階段增加水流量的同時，另外增加高入射角度的兩組冷卻水冷卻鑄錠，得到極強的冷卻強度。采用本發(fā)明提供的半連續(xù)鑄造冷卻強度可變結(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高帶來的返水現(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，同時隨著沖擊點的增加相互干涉作用加強，也進一步增加湍流效果，從而進一步提聞鑄淀冷卻效果，有利于提聞鑄淀冶金質(zhì)量。需要強調(diào)的是以上僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(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安裝分水板相隔減壓腔，所述下水腔的頂部和底部通過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，所述角部隔墻上開有進水端口，所述進水端口與大面?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的上水腔通過大面?zhèn)壬w的進水孔與大面?zhèn)壬w的下水腔相連通且大面?zhèn)壬w的進水孔位置處設(shè)置有氣控水閥，所述小面?zhèn)壬w的上水腔通過小面?zhèn)壬w的進水孔與小面?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)鑄造冷卻強度可變的結(jié)晶器，其特征在于所述角部隔墻上的進水端口上設(shè)置有過濾器。
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10 16臟，且其孔的直徑為2 6mm。
專利摘要本實用新型提供一種鋁合金半連續(xù)鑄造冷卻強度可變的結(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°。本實用新型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高帶來的返水現(xiàn)象及其產(chǎn)生的鑄錠表面裂紋。
文檔編號B22D11/055GK202498195SQ20122008280
公開日2012年10月24日 申請日期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, 王樂酉, 薛冠霞, 郭世杰, 長海博文 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司