CN101829766A - 一种铝合金半连续铸造用结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金半连续铸造用结晶器，本体的内腔嵌装有石墨内衬，本体设置有水腔，上盖连接于本体上，上盖的底部设有凸台，上盖上的凸台与本体的水腔相配合，本体的水腔设有两组冷却水孔，两组冷却水孔交叉分布，本体的水腔中安装有过滤器，过滤器的上端与上盖相固定，本体的底部安装有进水管头，进水管头与过滤器相通。上盖设计的凸台装配后伸入到水腔内部，具有很好的抗变形能力，提高了结晶器整体的使用寿命；水腔设计了两组交叉冷却水孔，双排交叉冷却水冷却铸锭，提高了冷却水在铸锭上的见水点和冷却作用区；过滤器保证冷却水过滤后进入腔体，可在上盖上直接拆卸，清理操作简单方便。

Description

一种铝合金半连续铸造用结晶器

技术领域

本发明涉及一种铝合金半连续铸造用结晶器，属于铝合金半连续铸造技术领域。

背景技术

直冷式半连续铸造是目前铝合金行业生产铝合金圆锭和扁锭的主要方式，液态铝熔体被浇注到由结晶器和引锭头所围成的空间内，当铝熔体和结晶器与引锭头发生接触，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，此为一次冷却。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来支撑铝熔体时，引锭头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，当铸锭从结晶器被拉出时，结晶器内的冷却水直接喷到铸锭的表面，铸锭被迅速的冷却下来，此为二次冷却。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。

当前直冷式半连续铸造采用的结晶器高度较高，冷却水通道往往采用与结晶器轴向成小角度的单排水帘或水孔。铸造过程中为了避免漏铝，铝熔体液面往往控制在结晶器中上部，小角度单排水帘或水孔喷射出的冷却水在铸锭上的见水点较低，并且其冷却强度不高，向上的冷却作用区较低：因此铸锭二次加热区较长，表面有明显的偏析瘤；冷却强度不高，铸锭组织粗大。

此外，半连续铸造对冷却水要求较为严格，尤其不能有杂质，水中的杂质会堵塞结晶器内冷却水通道，导致铸锭冷却不均，影响铸锭质量，甚至导致铸造失败，因此需要经常清理冷却水过滤器，该装置往往安装在冷却水总管道上，清理操作非常不便。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种先进的、现实可行的铝合金半连续铸造用结晶器，旨在提高铝合金铸锭质量，适用于铝合金扁锭和圆锭铸造。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种铝合金半连续铸造用结晶器，包括本体和上盖，所述上盖连接于本体上，所述本体设置有水腔，所述本体的内腔嵌装有石墨内衬，特点是：所述上盖的底部设有凸台，所述上盖上的凸台与本体的水腔相配合，所述本体的水腔设有两组冷却水孔，两组冷却水孔交叉分布，两组冷却水孔的孔间距在10～14mm，第一组冷却水孔与结晶器轴向夹角大于40°，第二组冷却水孔与结晶器轴向夹角小于25°，所述本体的水腔中安装有过滤器，所述过滤器的上端与上盖相固定，所述本体的底部安装有进水管头，所述进水管头与过滤器相通。

进一步地，上述的一种铝合金半连续铸造用结晶器，其中，所述石墨内衬呈上下对称结构。

更进一步地，上述的一种铝合金半连续铸造用结晶器，其中，所述两组冷却水孔的孔径为∮2～6mm。

再进一步地，上述的一种铝合金半连续铸造用结晶器，其中，所述过滤器的上端通过密封圈与上盖密封连接，所述过滤器的下端通过密封圈与本体密封连接。

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：

①本发明结晶器上盖独特设计保证了结晶器整体的抗变形能力，由于铝合金半连续铸造过程中，结晶器受到熔融铝液热冲击和冷却水冷却两种作用，长期使用容易引起结晶器整体变形，会导致结晶器报废；而本结晶器上盖设计了凸台，凸台装配后伸入到结晶器本体水腔内部，具有很好的抗变形能力，提高了结晶器整体的使用寿命；

②结晶器本体水腔设计了两组交叉冷却水孔，铸造过程中采用双排交叉冷却水冷却铸锭，与小角度单排冷却水相比，提高了冷却水在铸锭上的见水点和冷却作用区，同时大大提高了单位流量冷却水的冷却强度；因此在结晶器内铝熔体液位相同的情况下，采用本结晶器铸造，铸锭二次加热区短，铸锭表面质量明显提高，冷却强度大大提高，显著提升铸造速度；

③本结晶器设计了过滤器，与进水管连通，保证冷却水过滤后进入结晶器腔体，有效避免冷却水杂质堵塞结晶器冷却水通道，而且过滤器可在上盖上直接拆卸，清理操作简单方便。

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：本发明的结构示意图；

图2：本发明的应用示意图。

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	上盖	2	过滤器	3	分水板
4	石墨内衬	5	本体	6	密封条
						7	螺栓	8	密封圈	9	密封圈
10	进水管头	11	第一组冷却水   孔	12	第二组冷却水   孔
						13	熔体	14	液固两相区	15	冷却水
16	铸锭	17	引锭头	18	湍流区
						19	层流区	20	湍流区

具体实施方式

如图1所示，一种铝合金半连续铸造用结晶器，包括本体5和上盖1，本体5的内腔嵌装有石墨内衬4，石墨内衬4呈上下对称结构，上盖1通过螺栓7连接于本体5上，并由密封条6密封，本体5设置有水腔，上盖1的底部设有凸台，上盖上的凸台与本体的水腔相配合，本体的水腔设有两组冷却水孔，即第一组冷却水孔11和第二组冷却水孔12，第一组冷却水孔11和第二组冷却水孔12呈交叉分布，两组冷却水孔的孔间距在10～14mm，两组冷却水孔的孔径为∮2～6mm，第一组冷却水孔与结晶器轴向夹角大于40°，第二组冷却水孔与结晶器轴向夹角小于25°，本体的水腔中安装有过滤器2，过滤器2的上端通过密封圈8与上盖1密封连接，过滤器2的下端通过密封圈9与本体5密封连接，本体5的底部安装有进水管头10，进水管头10与过滤器2相通。

结晶器上盖1、本体5、分水板3采用铝合金材料制作，过滤器2材料采用1Cr18Ni9Ti或紫铜。上盖设计凸台，用于增加上盖强度，装配时该凸台伸入到结晶器本体水腔内部，增强结晶器整体的抗变形能力。结晶器内腔与铝液接触部位采用了一个可更换的石墨内衬4，石墨是一种天然的润滑物，大大减少润滑油消耗量，同时石墨耐熔融铝腐蚀，提供了较长的使用寿命；石墨内衬4上下对称设计，当下半部分由于铸造时间过长而磨损时可将内衬翻转继续使用，更加延长了内衬的使用寿命。过滤器2与进水管头10相通，保证冷却水经过滤器过滤后进入结晶器腔体。

具体应用时，如图2所示，开始铝合金半连续铸造前，在石墨内衬4表面均匀涂抹一层润滑油，将引锭头17上升到石墨内衬4下沿，构成一个半封闭空间；将冷却水管道与进水管头10连接，以较小的流量向结晶器水腔内供水，冷却水经过滤器2过滤后填充水腔，经过分水板3分配后，由第一组冷却水孔11和第二组冷却水孔12喷射到引锭头上。准备就绪后开始向结晶器空腔内浇注铝熔体，当熔体13液面升至接近石墨内衬4中线时引锭头17开始以较小的速度下移，部分凝固的铸锭16脱开结晶器后受到冷却水15的二次冷却作用，铸锭和冷却水发生强烈的热交换，整个铸锭逐渐完全凝固成形。在铸造进入稳定阶段后，逐渐增大冷却水流量和铸造速度，当铸锭达到所需长度后停止铸造。

结晶器在铝合金铸造过程中实现双排交叉冷却水冷却铸锭，大大提高了单位流量冷却水的冷却强度，每排冷却水喷射到铸锭表面，自上而下形成湍流区18、层流区19和湍流区20，层流区的换热效果远远小于湍流区，双排冷却水叠加作用下消除了层流区，并且双排交叉冷却方式还可以消除单排冷却水在铸锭表面形成的“反射喷溅”，增强铸锭和冷却水的换热效果，增大二次冷却强度。此外，双排交叉冷却水孔设计，提高了冷却水在铸锭上的见水点和冷却作用区，因此在结晶器内铝熔体液位相同的情况下，采用本发明提供的结晶器进行铸造，铸锭二次加热区短，铸锭表面质量明显提高。

结晶器集成了冷却水过滤器2，对进入结晶器的冷却水进行过滤，由于过滤网孔径小于分水板3的孔径，分水板3的孔径小于第一组冷却水孔11和第二组冷却水孔12的孔径，从而保证了结晶器内冷却水通道不会堵塞。过滤器2装配于本体5内，采用密封圈8和密封圈9密封，定期清理无需打开结晶器，直接在上盖1上拆卸，清理干净后再装上即可，操作简单方便。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种铝合金半连续铸造用结晶器，包括本体和上盖，所述上盖连接于本体上，所述本体设置有水腔，所述本体的内腔嵌装有石墨内衬，其特征在于：所述上盖的底部设有凸台，所述上盖上的凸台与本体的水腔相配合，所述本体的水腔设有两组冷却水孔，两组冷却水孔交叉分布，两组冷却水孔的孔间距在10～14mm，第一组冷却水孔与结晶器轴向夹角大于40°，第二组冷却水孔与结晶器轴向夹角小于25°，所述本体的水腔中安装有过滤器，所述过滤器的上端与上盖相固定，所述本体的底部安装有进水管头，所述进水管头与过滤器相通。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金半连续铸造用结晶器，其特征在于：所述石墨内衬呈上下对称结构。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金半连续铸造用结晶器，其特征在于：所述两组冷却水孔的孔径为∮2～6mm。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金半连续铸造用结晶器，其特征在于：所述过滤器的上端通过密封圈与上盖密封连接，所述过滤器的下端通过密封圈与本体密封连接。

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