CN102554191B - 铝镁合金复合铸造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝镁合金复合铸造装置，包括由内结晶器和设置在其外侧的外结晶器构成的复合结晶器，及将底座、芯层引锭头和包覆层引锭头设计成一体结构的一体化引锭装置；所述芯层引锭头在铸造开始前对正进入内结晶器并与之形成芯层熔池，与此同时，包覆层引锭头亦进入内结晶器和外结晶器之间的空间，外结晶器器壁、包覆层引锭头和芯层引锭头侧面三者之间形成包覆层熔池。本发明通过引入复合结晶器技术和一体化引锭装置技术实现了芯层金属和包覆层金属的同步复合铸造，简化了复合锭浇铸工艺，提高了产品成品率。本发明适合于铝、铝基合金、镁、镁基合金间两层或三层金属的复合铸造，可实现竖井式半连续铸造和水平连续铸造。
Description
技术领域
本发明属于有色金属冶金材料加工成型技术领域，特别是涉及一种铝、铝基合金、镁、镁基合金间两种或三种不同材质材料复合铸造装置。
背景技术
金属复合板材是指在一层金属上覆以另外一种金属的板子，以达到在不降低使用效果（防腐性能、机械强度等）的前提下节约资源、降低成本的效果。传统的金属复合板材采用轧制复合技术，即将两种或多种合金在熔铸、均化、热轧成板材后，表面处理，在高温，通过大压下率创造更多的新表面来完成复合。此工艺存在生产周期长，工序繁多，劳动强度大等缺陷，且在复合过程中复合界面易氧化，金属复合层结合强度低。
铸造复合是当前金属成型领域的热点之一，主要方法有电磁控制法、充芯连铸法和双结晶器法等，其中电磁控制法由于电磁力和金属液流速有关，故制动力在实际界面控制方面效果不明显；充芯连铸法，由于芯部熔体采用导流管进入结晶器，易造成熔体混合；双结晶器法是指利用两套结晶器，采用上下垂直布置，芯层金属浇入上结晶器中，形成一定厚度坯层，下拉后进入下结晶器，浇注包覆金属，具有复合界面良好的优势，但是，该工艺需单独对芯层和包覆层的引锭进行控制，操作复杂，且不易控制。
如专利《用于铸造复合锭的方法》（专利号：200480023704）中提到采用冷却板，使芯层金属形成自支撑层，后与包覆层金属结合，形成复合锭。该方法和双结晶器法类似，需单独控制芯层和包覆层引锭，过程较复杂。
专利《稳恒磁场作用下铝合金低过热度复合铸造的方法及装置》（申请号：200910187947.7）是在专利铸造复合锭的方法（专利号：200480023704）基础上增加磁场制动，仍然需要单独对芯层和包覆层引锭进行控制。
专利《多层异种铝合金同步复合铸造方法》（申请号：200810244176.6）和《多层异种铝合金同步复合铸造装置》（申请号：20081024475.1）中提到芯层和包覆层引锭的同步铸造，但引锭部分是利用芯层金属（先浇注）先行凝固，后包覆层（后浇注）附着在芯层金属上凝固复合，如实现仍然需通过对芯层金属和包覆层金属引锭的分别控制实现，否则现场安全隐患较大。且仅限于竖井式半连续铸造。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种芯层金属和包覆层金属引锭无需进行单独控制，从而简化复合锭浇铸工艺，提高浇注成功率，且可实现竖井式半连续铸造和水平连续铸造的铝镁合金复合铸造装置。
为实现上述发明目的所采取的技术方案为：
一种铝镁合金复合铸造装置，其特征在于包括由内结晶器和设置在其外侧的外结晶器构成的复合结晶器，及将底座、芯层引锭头和包覆层引锭头设计成一体结构的一体化引锭装置；所述芯层引锭头在铸造开始前对正进入内结晶器并与之形成芯层熔池，与此同时，包覆层引锭头亦进入内结晶器和外结晶器之间的空间，外结晶器器壁、包覆层引锭头和芯层引锭头侧面三者之间形成包覆层熔池；
所述内结晶器外侧设置有绝热保温材料；
所述内外结晶器沿口不在同一平面；
所述内结晶器采用水冷结晶器，其两端底部设置有喷淋水孔；
所述外结晶器采用水冷结晶器，两端底部和两侧底部均设置有喷淋水孔；
所述一体化引锭装置直接利用前期浇注端头带液穴复合锭；
所述一体化引锭装置采用纯铝或其它铝合金加工成与要铸造复合金属相同外形的结构形式。
本发明的技术优势突出体现在以下几点：
1、将底座、芯层引锭头和包覆层引锭头设置成一体化引锭装置，在铸造开始时，包覆层金属提供了凝固壁，简化了引锭工作；
2、复合结晶器针对两种或三种金属的凝固点不同，使高熔点的芯层金属优先凝固，包覆层金属以优先凝固的芯层金属的一个面为支撑进行凝固。
综上所述，本发明通过引入复合结晶器技术和一体化引锭装置技术实现了芯层金属和包覆层金属的同步复合铸造，简化了复合锭浇铸工艺，提高了产品成品率。本发明适合于铝、铝基合金、镁、镁基合金间两层或三层金属的复合铸造。
本发明可实现竖井式半连续铸造和水平连续铸造的铝镁合金复合铸造。
附图说明
图1为本发明用于竖式铸造、三层复合扁锭的铸造装置的装配示意图；
图2 为本发明用于竖式铸造、三层复合扁锭的铸造过程示意图；
图3为本发明用于竖式铸造、三层复合扁锭的复合锭铸造端部示意图；
图4为本发明用于水平连续铸造、两层复合扁锭的装配示意图。
具体实施方式
图1 、图2和图3提供的是竖式铸造三层复合扁锭的铸造装置及铸造过程示意图，下面结合附图对本发明的铸造装置作详细描述。
本发明的铸造装置主要是由复合结晶器和一体化引锭装置组成，其中复合结晶器是由内结晶器1和设置在其外侧的外结晶器2构成，且内外结晶器沿口不在同一平面，主要目的是利于内结晶器1内液态金属先凝固，外结晶器2中金属能够以内结晶器1中凝固金属的一个面做为复合界面。
和普通结晶器相类似，内结晶器1和外结晶器2的结晶器壁为铜质或铝质，外部和水套相连，结晶器内部通冷却水并在底部（包括侧面和端面）开喷淋孔。
内结晶器1采用水冷结晶器，其两端底部设置有喷淋水孔，侧底部无喷淋孔，故侧面只依靠其结晶器壁进行热传导，冷却内部芯层金属液促进凝固；在内结晶器1两端部，通过内结晶器壁进行热传导，同时利用端底部所开喷淋孔4直接喷淋冷却。在内结晶器1外侧衬以绝热保温材料8，目的是避免过早造成外结晶器熔池10内包覆层金属液凝固。
外结晶器2通过内部通以冷却水的结晶器壁对包覆层金属液进行冷却，同时在其端面底部设置喷淋孔11，铸造开始时利用端面底部设置的喷淋孔11和侧面底部的喷淋孔5进行冷却。
一体化引锭装置是指将底座6、芯层引锭头3和包覆层引锭头7制作成一体结构形式，在实际生产中，可以直接利用前期浇注端头带液穴复合锭，或者采用原铝及其它金属加工成与所要铸造复合金属相同结构形式，此主要是保证引锭的顺利进行。
铸造开始前，先将一体化引锭装置伸入复合结晶器中，即芯层引锭头3对正进入内结晶器1内，芯层引锭头3可作为熔池底部与内结晶器1形成芯层熔池10，与此同时，作为一体结构的包覆层引锭头7亦进入内结晶器1和外结晶器2之间空间，结晶器2的一个侧部、两个端部和包覆层引锭头三者之间形成包覆层熔池9。在一体化引锭装置伸入复合结晶器后，用石棉绳等封堵可能漏铝缝隙，确认复合结晶器和一体化引锭装置无明显间隙后，放入金属液进行铸造工艺。
下面结合铸造工艺对上述铸造装置的使用作详细描述：
当不同复合金属液满足浇注温度时，打开芯层金属和包覆层金属浇注堵头，使芯层金属液注入芯层熔池10，包覆层金属液注入包覆层熔池9，此时，芯层金属通过内结晶器1的侧壁以及下方一体化引锭装置的芯层引锭头的热传导进行冷却凝固成型；包覆层金属液通过外结晶器2的一个侧壁和2个端壁、一体化引锭装置的芯层引锭头3的一个侧面、一体化引锭装置的包覆层引锭头7的顶部热传导，进行冷却凝固成型。
当熔池9、10内金属液达到铸造工艺要求液位时，开动铸造牵引装置。此时，已经形成凝固外壳的芯层金属从内结晶器1引出时，受到内结晶器1端面底部冷却水喷淋冷却、下部一体化引锭装置芯层引锭头3热传导和包覆层金属的热传导凝固；同时包覆层金属从结晶器引出时，受到外结晶器一个侧部、二个端部三面直接水冷、下部一体化引锭装置包覆层引锭头热传导和芯层金属的支撑凝固。
铸造进入正常后，中间芯层金属受到包覆层金属间接冷却和内结晶器端部直接水冷、还有下部凝固锭的热传导完全凝固；包覆层金属通过外结晶器二个端部水冷和一个侧部水冷凝固、还有下部凝固锭的热传导完全凝固；芯层金属在结晶器内形成外壳，出结晶器后包覆层金属在上面凝固，在复合锭的四面（由外结晶器的两个侧面构成复合锭的两个侧面、由内结晶器的二个端面和外结晶器的四个端面连接成复合锭的两个端面）水冷作用下，复合铸锭形成。
图4 提供的是水平铸造两层复合扁锭的铸造装置图，要求包覆层和芯层保持上下位置关系。同时在内结晶器和外结晶器上设置绝热保温材料12做为浇注包。
Claims (5)
1. 一种铝镁合金复合铸造装置，其特征在于包括由内结晶器（1）和设置在其外侧的外结晶器（2）构成的复合结晶器，及将底座（6）、芯层引锭头（3）和包覆层引锭头（7）设计成一体结构的一体化引锭装置；所述芯层引锭头（3）在铸造开始前对正进入内结晶器（1）并与之形成芯层熔池（10），与此同时，包覆层引锭头（7）亦进入内结晶器（1）和外结晶器（2）之间的空间，外结晶器器壁、包覆层引锭头和芯层引锭头侧面三者之间形成包覆层熔池（9）；
所述一体化引锭装置直接利用前期浇注端头带液穴复合锭或者采用纯铝或其它铝合金加工成与要铸造复合金属相同外形的结构形式。
2.按照权利要求1所述的铝镁合金复合铸造装置，其特征是：所述内结晶器（1）外侧设置有绝热保温材料（8）。
3.按照权利要求1所述的铝镁合金复合铸造装置，其特征是：所述内外结晶器沿口不在同一平面。
4.按照权利要求1所述的铝镁合金复合铸造装置，其特征在于该铸造装置可用于竖井式铸造和水平连续铸造，其中用于水平连续铸造时，要求包覆层和芯层保持上下位置关系。
5.按照权利要求1所述的铝镁合金复合铸造装置，其特征在于该铸造装置用于铝、铝基合金、镁、镁基合金间两层或三层金属的复合。
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