CN101134229A - 铝合金方锭铸造结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金行业的连铸设备领域，旨在提供一种铝合金方锭同水平热顶铸造工艺中应用的铝合金方锭铸造结晶器。该结晶器由保温热顶导流管1、结晶器上套2和结晶器下套3组成；保温热顶导流管1、结晶器上套2和结晶器下套3从上至下依次相连，与引锭头4构成一个贮液空腔。采用该结晶器能实现二次冷却结晶和铸前引锭的二级定位，成为铝合金方锭同水平热顶铸造的新工艺，提升了铝合金方锭铸造的工艺品质，并大大提升了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业的连铸设备领域，更具体的说，是一种在铝合金方锭同水平热顶铸造工艺中应用的铝合金方锭铸造结晶器。
背景技术
铝合金棒材根据铸成形状可分类为圆锭和方锭。目前，传统的铝合金方锭铸造工艺多采用非同水平铸造方式，如图4所示，其过程是由结晶器16形成结晶带，并配置浮漂漏斗15控制液面，再结合外围传动装置，共同组成铝合金方锭的铸造系统。在该系统中完成其主体结晶的铸造装置即结晶器16，通常是由8---10mm铝板，用折边方式折成方形，再外围配以循环冷却水19构成。铸造过程中，结晶器16一般装在模台上，结晶器16的上部设有导流作用的管和用来控制液面的浮漂漏斗15，结晶器16的下部设有引锭头4，引锭头4装在引锭座17上。铸造前，把模台、引锭座17安上铸造井，将引锭头4升上来，使其进入结晶器16内形成完整的铸模；铸造时，金属铝液18通过浮漂漏斗15流入结晶器16中，经冷却水19的冷却，同时引锭头4以一定速度向铸造井下方移动，将结晶器16内冷却成形的铸锭拉出，达到一定长度时停止供金属铝液18和冷却水19，翻开模台吊出方形铸锭14。
这种直冷式的非同水平铸造工艺不足之处是：在铸造过程中不能很好的控制结晶器内金属液面的水平，液面过低会造成铸锭表面形成冷隔，严重时会产生漏铝；过高又会加重铸锭表面偏折瘤的深度，极易造成铸锭表面拉痕甚至拉裂。另外一个缺点是：在铸造时液面落差的问题，当铝液从炉子流出后，流经浮漂漏斗时会产生紊流现象，在此过程中铝液翻滚并且高温铝液与大量空气接触，造成氧化铝膜二次夹杂和含氢量的增加，大大降低了铝液的品质。经过铸造后的铝合金方锭通常表现为：晶粒偏粗大、冷隔严重、均质度偏低、无法降低氧化物及氢元素夹杂含量。在这种装置中的铸造结晶器形成的结晶带很高，一般都在110---150mm之间；铸造后的部位也容易产生变形，导致工件报废；并且由于采用浮漂漏斗会占用铸锭的铸造液面，导致120mm以下宽度的小型方锭在铸造中难度很大。而且采用这种铸造结晶器时，铸前引锭装置的定位复杂，工件配合性较差，很容易发生引锭头4直接撞到结晶器16的情况。
而应用在圆锭铸造的同水平热顶铸造工艺虽然可以克服铸造中液面的水平和落差问题，但却不能直接应用于铝合金方锭的铸造，因为方锭的形状和工艺特性与圆锭不同，在铸造浇液过程中难以做到同圆锭一样均流效果，当浇铸方锭的截面的长度大于宽度时，传统的非同水平铸造方式只是在结晶器中设置一个能纵向均布液流的船形浮漂漏斗，而同水平热顶铸造装置中是不能放置浮漂漏斗的，所以目前的铝合金方锭铸造还只能处于非同水平铸造的工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能应用在方锭同水平热顶铸造工艺中的新式复合型的铝合金方锭铸造结晶器，突破性地提升铝合金方锭铸造的工艺品质，大大提升生产效率。
为了实现上述目的，本发明的铝合金方锭铸造结晶器，由保温热顶导流管1、结晶器上套2和结晶器下套3组成；保温热顶导流管1、结晶器上套2和结晶器下套3从上至下依次相连，与引锭头4构成一个贮液空腔。
作为一种改进，所述保温热顶导流管1包括基座和导流管，导流管上至少设有一个以上的导流孔5，可根据所铸方锭截面形状的需要确定数量和大小。
作为一种改进，所述导流孔5的下端具有形状为上小下大的喇叭形的扩口。
作为一种改进，所述导流孔5的截面开口形状为方形，与所铸方锭截面的形状相应。
作为一种改进，所述结晶器上套2内部设有冷却水平衡管6；所述冷却水平衡管6相连着至少一个冷却水进水孔7和至少一个冷却水出水孔8。
作为一种改进，所述冷却水平衡管6沿整个结晶器上套2周向延伸。
作为一种改进，所述冷却水平衡管6的截面形状为圆形。
作为一种改进，所述结晶器下套3为法兰型式，其内轮廓与引锭头4的外轮廓相配，起到定位作用。
作为一种改进，所述结晶器下套3设有与结晶器内部相通的排水槽9。
作为一种改进，所述结晶器上套2为锻打紫铜材料拼装而成。
本发明铝合金方锭铸造结晶器是实现方锭热顶同水平铸造工艺的前提条件，能消除传统铸造的液位有落差的负面影响，突破性地改善了方锭铸造的工艺品质，达到铸锭晶粒细化，铸成材料均质化，消除冷隔，减除氧化物杂质及氢元素对金属熔体的二次污染等等。本发明铸造结晶器能形成特别低且有效的铸造结晶带，一般在20---45mm之间，而且结晶带部位坚固耐用。
本发明的铝合金方锭铸造结晶器的结晶器下套3为法兰型式，其内轮廓与引锭头4的外轮廓相配，因此当引锭头4上升并进入铸造结晶器内部的过程中，结晶器下套3与引锭头4能形成半自动滑动导入的定位方式，避免了经常发生的引锭头4直接撞到昂贵的结晶器的现象。
本发明的铝合金方锭铸造结晶器中，结晶器上套2专门采用导热性良好紫铜材料，结晶器下套3上设有与结晶器内部相通的排水槽9，通过设置合理的水流分配通道及分布均匀的出水孔，既保证同水平方锭铸造时第一次快速冷却结晶区11的热量充分传导，又保证第二次强制冷却区12的水帘均匀分布。
附图说明
图1是本发明铝合金方锭铸造结晶器的结构剖视图。
图2是本发明铝合金方锭铸造结晶器的俯视图。
图3是本发明铝合金方锭铸造结晶器的具体实施方式的剖视图。
图4是传统的铝合金方锭铸造装置的剖视图。
图5是本发明铝合金方锭铸造结晶器在一种密布同水平热顶铸造工艺装置中的应用结构图。
图中：1保温热顶导流管、2结晶器上套、3结晶器下套、4引锭头、5导流孔、6冷却水平衡管、7冷却水进水孔、8冷却水出水孔、9排水槽、10铝合金熔体、11第一次快速冷却结晶区、12第二次强制冷却区、13熔体液穴、14方形铸锭、15浮漂漏斗、16结晶器、17引锭座、18金属铝液、19冷却水、20保温分配器、21冷却水箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1和图2所示，本发明的铝合金方锭铸造结晶器，由保温热顶导流管1、结晶器上套2和结晶器下套3组成，保温热顶导流管1、结晶器上套2和结晶器下套3从上至下依次相连，与引锭头4可共同构成一个贮液空腔。保温热顶导流管1呈宝盖形，包括基座和导流管，基座与结晶器上套2相连，导流管上至少设有一个以上的导流孔5，导流孔5可根据所铸方锭截面形状的需要确定数量和大小，以达到平均分配金属导流液的目的。在本实施例中，导流孔5是一个设在导流管中心部位的方形孔，其截面形状与所铸方锭的截面形状相似，尺寸略小；导流孔5下端具有一个形状为上小下大的喇叭形的扩口，这种扩口能更利于液体的分流。结晶器上套2的内部设有冷却水平衡管6，该冷却水平衡管6沿整个结晶器上套2周向延伸并环绕成一个圈；冷却水平衡管6的截面形状为圆形，相连着至少一个冷却水进水孔7和至少一个冷却水出水孔8，冷却水进水孔7和冷却水出水孔8根据冷却水的流量计算得出并均匀分布。
本发明铝合金方锭铸造结晶器的结晶器上套2采用材质为40～70X40～70mm锻打紫铜材料拼装加工而成，紫铜的传导热性能大大优于之前结晶器所采用的铝材。结晶器下套3依旧采用锻铝材质进行加工，可比锻打紫铜材料节省很多成本。结晶器下套3的形状为法兰结构，其内轮廓与引锭头4的外轮廓相配，在引锭头4上升进入结晶器内的过程中作初步定位和引导作用，并避免昂贵的结晶器上套2直接与引锭头4相接触。结晶器下套3设有与结晶器内部相通的排水槽9，通过合理排布排水槽9，保证二次冷却的水帘充分均匀分布。
本发明铝合金方锭铸造结晶器的具体实施方式如图3所示。铸造前，引锭头4上升，经过结晶器下套3的初步引导定位后，进入铸造结晶器内形成一个铸模空腔，铝合金熔体10通过保温热顶导流管1的导流孔5中流入，这阶段的铝合金熔体10在保温热顶导流管1处能得到良好的保温，降温很少；铸造时，引锭头4以一定的速度逐渐下移，带动高温铝合金熔体10在第一次快速冷却结晶区11内形成快速冷却的结晶，随后又在引锭头4的逐步下移中进入第二次强制冷却区12，在这阶段的结晶速度加快，而且熔体液穴13的形状能保持良好，形成连续铸造，最终形成了所需的方形铸锭14。
图5是本发明铝合金方锭铸造结晶器在一种密布同水平热顶铸造装置中的应用。该装置以本发明铝合金方锭铸造结晶器为核心工作部件，配套由耐火材料制成的铝合金熔体同水平输送分配装置和冷却水组装分布装置，辅以密布铸造的设计，再结合外围的铸造引锭传动装置，构成铝合金方锭密布同水平热顶铸造的新装置。图5中，铝合金熔体同水平输送分配装置中的保温分配器20与保温热顶导流管1相连，金属铝液18通过保温热顶导流管1均流进入铸造结晶器内进行冷却结晶；冷却水组装分布装置中设有冷却水箱21与结晶器上套2相通，冷却水19经过结晶器上套2中的冷却水平衡管6再由结晶器下套3上的排水槽9排出，及时带走铸造结晶器内的热量并形成第二次强制冷却的均布水帘；引锭座17上可安置多个引锭头4形成密布设计，通过外围的铸造引锭传动装置使引锭座17带动引锭头4逐渐下移最终生成方形铸锭14，实现密布同水平热顶连续铸造。
最后，还要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种铝合金方锭铸造结晶器，其特征在于，它是由保温热顶导流管(1)、结晶器上套(2)和结晶器下套(3)组成；保温热顶导流管(1)、结晶器上套(2)和结晶器下套(3)从上至下依次相连，与引锭头(4)构成一个贮液空腔。
2.根据权利要求1所述的铝合金方锭铸造结晶器，其特征在于，所述保温热顶导流管(1)包括基座和导流管，导流管上至少设有一个以上的导流孔(5)。
3.根据权利要求2所述的铝合金方锭铸造结晶器，其特征在于，所述导流孔(5)的下端具有形状为上小下大的喇叭形的扩口。
4.根据权利要求3所述的铝合金方锭铸造结晶器，其特征在于，所述导流孔(5)的截面开口形状为方形。
5.根据权利要求1所述的铝合金方锭铸造结晶器，其特征在于，所述结晶器上套(2)内部设有冷却水平衡管(6)；所述冷却水平衡管(6)相连着至少一个冷却水进水孔(7)和至少一个冷却水出水孔(8)。
6.根据权利要求5所述的铝合金方锭铸造结晶器，其特征在于，所述冷却水平衡管(6)沿整个结晶器上套(2)周向延伸。
7.根据权利要求6所述的铝合金方锭铸造结晶器，其特征在于，所述冷却水平衡管(6)的截面形状为圆形。
8.根据权利要求1所述的铝合金方锭铸造结晶器，其特征在于，所述结晶器下套(3)为法兰型式，其内轮廓与引锭头(4)的外轮廓相配。
9.根据权利要求8所述的铝合金方锭铸造结晶器，其特征在于，所述结晶器下套(3)设有与结晶器内部相通的排水槽(9)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的铝合金方锭铸造结晶器，其特征在于，所述结晶器上套(2)为锻打紫铜材料拼装而成。
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