CN108788033B - 一种镁合金铸造冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金铸造冷却系统，包括：上部冷却腔，其设于结晶器的上部，所述上部冷却腔与上部冷却介质管路连接，所述上部冷却介质管路上设有上部控制阀；下部冷却腔，其设于结晶器的下部，所述下部冷却腔与下部冷却介质管路连接，所述下部冷却介质管路上设有下部控制阀；第一热电偶，其对应于镁合金凝固起点的位置设于结晶器壁上；第二热电偶，其对应于镁合金液芯终点的位置设于结晶器壁上；控制装置，其与所述第一热电偶、第二热电偶、上部控制阀和下部控制阀分别连接。此外，本发明还公开了一种镁合金铸造冷却方法。本发明所述的镁合金铸造冷却系统工艺简单，所铸造出的镁合金产品质量高，适应性广。

Description

一种镁合金铸造冷却方法

技术领域

本发明涉及一种冷却系统及方法，尤其涉及一种合金铸造冷却系统及方法。

背景技术

我国的镁产量居世界第一，但是却鲜有高附加值的镁合金产品。究其原因，主要是缺乏完善的镁合金铸锭制备技术。为了得到理想的铸锭，除了需要在熔炼时严格控制合金成分、杂质含量外，铸锭的冷却工艺也是保证铸锭内外部质量的重要环节。

传统的镁合金铸锭制备过程中，往往采用在金属表面直接喷水冷却的DC(Direct-Chill)工艺，该工艺设备结构简易、生产率高，因此得到了广泛的应用。在实际的生产过程中，结晶器冷却水(一次冷却水)在完成对结晶器的冷却之后，沿着铸锭表面流出，起到对铸锭的冷却(二次冷却水)作用。

公开号为CN101450372，公开日为2009年6月10日，名称为“铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺”的中国专利文献公开了一种铝合金半连续铸造过程中铸锭区域水冷工艺。在该专利文献所公开的技术方案中，在此基础上设置了一个挡板，挡板位于结晶器下方，距离结晶器底部一定距离，阻碍二次冷却水对挡板下部铸锭的冷却，使挡板下部的铸锭处于空冷的环境中，从而降低铸锭内应力，抑制铸锭开裂。但由于二次冷却水来自结晶器内部的一次冷却水，其冷却效率较一次冷却水还低，对于热导率较低的镁合金而言，该工艺会导致镁合金铸锭内部的液芯变长。此时形成的组织，边部细小，中心粗大，中部缺陷多且易形成裂纹。特别是对于高合金化、尺寸大的铸锭，中心与边部的组织差异较大，中心偏析现象严重，疏松与气孔也较容易产生，导致成材率偏低。

公开号为CN102430732A，公开日为2012年5月2日，名称为“内外双向冷却连铸镁合金和铝合金锭坯装置与工艺”的中国专利文献公开了一种镁合金和铝合金锭坯连铸设备和方法。在该专利文献所公开的技术方案中，通过在熔体中心增加一个冷却源，来减少液芯长度，在较短的液芯条件下，由于镁合金熔体各部分受到均匀的冷却，可获得内部组织均匀的铸锭。但是该方法破坏了铸锭的原始形状，所获得的铸锭中间会产生一个尺寸与冷却源相同的圆孔，对后续的加工产生较大的负面影响。

公开号为CN101829768A，公开日为2010年09年15日，名称为“铝合金铸造用非连续式水冷控制系统”的中国专利文献涉及铝合金铸造用非连续式水冷控制系统，包括气动三通阀、薄膜气缸、电磁阀和气动三联件。在该专利文献所公开的技术方案中，采用一种非连续的水冷方式，使用一个三通管，一端接进水管，一端接排水管，一端接入结晶器进行冷却，通过“三通阀”控制冷却水的连续/非连续供给，在铸造开始阶段提供非连续式供水，在稳定阶段提供连续式供水。目的是在铸造开始阶段，提供一个“缓冷”的效果，有效的减缓铸锭冷却，以抑制铸锭底部翘曲。而在后续铸造稳定阶段，采用连续供水方式，与传统的DC方式毫无差异。

此外，在现有技术中，由于实际的镁合金铸造过程中受工艺条件的限制，被浇注的镁合金熔液的温度与流量都难以精确控制，浇注温度存在相对大的波动；而结晶器冷却水结构单一，缺乏有效的调节手段，导致铸造过程的凝固条件难以保持稳定，最终的结果是镁合金铸锭的产品质量不稳定。上述涉及的专利针对铸造过程中的冷却方法进行了一些改进，但是无法稳定铸造过程的凝固条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金铸造冷却系统，在该镁合金铸造冷却系统中，对于具体成分的镁合金，通过调节冷却强度，确保合金的凝固起点及凝固终点始终处于同一位置，从而稳定液芯长度及形状，保证镁合金铸锭制备工艺稳定性，进而稳定铸锭质量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种镁合金铸造冷却系统，包括：

上部冷却腔，其设于结晶器的上部，所述上部冷却腔与上部冷却介质管路连接，所述上部冷却介质管路上设有上部控制阀；

下部冷却腔，其设于结晶器的下部，所述下部冷却腔与下部冷却介质管路连接，所述下部冷却介质管路上设有下部控制阀；

第一热电偶，其对应于镁合金凝固起点的位置设于结晶器壁上；

第二热电偶，其对应于镁合金液芯终点的位置设于结晶器壁上；

控制装置，其与所述第一热电偶、第二热电偶、上部控制阀和下部控制阀分别连接；

在铸造过程中，冷却介质进入上部冷却腔和下部冷却腔对结晶器壁进行冷却，所述控制装置根据第一热电偶和第二热电偶测得的实时温度，分别控制上部控制阀和下部控制阀的开度以调节冷却介质的量，以使第一热电偶测得的温度无限接近于镁合金的固相线温度T_s，以使第二热电偶测得的温度无限接近于镁合金凝固终点温度目标值T₀。

发明人发现目前镁合金铸造过程中受工艺条件的限制，导致进入结晶器内的镁合金熔液温度存在相对大的波动问题。当镁合金熔液在固相线温度时开始凝固，形成初始坯壳，随着浇注过程的继续，已经形成的铸锭不断下移，由于铸锭中心温度较高，中心处的镁合金仍处于液态，称为液芯。因此，液芯长度受镁合金熔凝固起点位置到凝固终止位置(即液芯终点的位置)所决定，因而，在本发明所述的镁合金铸造冷却系统中，通过控制第一热电偶与第二热电偶所在位置的温度，从而稳定了镁合金熔液的凝固起点的位置与凝固终止位置(即液芯终点的位置)，使得液芯的长度也固定，从而保证镁合金铸锭制备工艺稳定性，进而保证了铸锭的质量。

进一步地，在本发明所述的镁合金铸造冷却系统中，所述控制装置包括PLC。

本发明的另一目的在于提供一种镁合金铸造冷却方法，包括步骤：

在铸造开始前：检测镁合金液芯终点的位置；确定镁合金液芯终点在结晶器壁上的对应点，测量该对应点的温度，并将其作为镁合金凝固终点温度目标值T₀；根据镁合金液芯终点的位置和镁合金的液芯长度，确定结晶器壁上镁合金凝固起点的位置，将该镁合金凝固起点的目标温度设为镁合金固相线温度Ts；

在铸造过程中：采用冷却介质对结晶器壁进行冷却，并实时测量所述对应点的实际温度T_D和镁合金凝固起点的实际温度T_B，对所述对应点的实际温度T_D和镁合金凝固起点的实际温度T_B进行闭环控制，以使T_B＝Ts，T_D＝T₀。

当T_B＞T_s或T_D＞T₀时，通过控制装置控制相对应的冷却介质管路的流量，加大冷却强度，以降低实际温度T_B或T_D，以使T_B＝Ts，T_D＝T₀；当T_B＜T_s或T_D＜T₀时，通过控制装置控制相对应的冷却介质管路中的冷却介质流量，降低冷却强度，使实际温度T_B或T_D升高，以使得T_B＝Ts，T_D＝T₀。通过此方法，使T_B或T_D，保持稳定，从而稳定液芯长度，保证镁合金铸锭制备工艺稳定性，进而稳定铸锭质量。其中，合金的固相线温度可通过热分析法获得。

进一步地，在本发明所述的镁合金铸造冷却方法中，采用电磁超声波检测法检测镁合金液芯终点的位置。

本发明所述的镁合金铸造冷却系统及方法有如下优点：

对于具体某一成分的镁合金而言，若铸造工艺已确定，最佳液芯长度已知，则可通过稳定第一电偶和第二电偶的温度从而固定镁合金熔液的凝固起点位置和液芯终点位置，使得液芯长度固定不变，保持工艺稳定，使得所获得的镁合金产品质量稳定优良。

附图说明

图1为本发明所述的镁合金铸造系统在一种实施方式下的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的镁合金铸造冷却系统及方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1为本发明所述的镁合金铸造系统在一种实施方式下的结构示意图。

如图1所示，本发明所述的镁合金铸造系统包括上部冷却腔4，其设于结晶器3的上部，上部冷却腔4与上部冷却介质管路连接，上部冷却介质管路上设有上部控制阀7；下部冷却腔5，其设于结晶器3的下部，下部冷却腔5与下部冷却介质管路连接，下部冷却介质管路上设有下部控制阀8。P1标示了冷却介质的进口处，P2表示了冷却介质的出口处。在本实施方式中，冷却介质为水。

上部冷却腔璧上设有若干个上部热电偶1，为了示意性说明而标注了A处和B处两个上部热电偶1的位置，但需要说明的是，上部热电偶的数量根据工艺条件的需要具体设置，并不仅限于两个。

下部冷却腔璧上设有若干个下部热电偶9，为了示意性说明而标注了C处与D处两个下部热电偶9的位置，但需要说明的是，下部热电偶的数量根据工艺条件的需要具体设置，并不仅限于两个。

此外，本发明所述的镁合金铸造冷却系统还包括PLC，PLC与上部热电偶1、下部热电偶9、部控制阀7以及下部控制阀8连接。

在实际的镁合金铸锭制备过程中，熔炼好的镁合金熔液2，经保温炉保温后，进入到结晶器3中。上部冷却腔4与下部冷却腔5分别通有循环冷却水。当镁合金熔液的温度降低到固相线温度T_S后就会凝固，形成初始坯壳，随着浇铸过程的继续，最终镁合金熔液完全凝固，通过电磁超声波检测发现镁合金液芯终点位于下部热电偶D处，即D处的热电偶为第二热电偶，测得该点对应的温度并将其设置为镁合金凝固终点温度目标值T₀，根据镁合金液芯终点的位置和镁合金的液芯长度，确定结晶器壁上镁合金凝固起点的位置位于上部热电偶B处，即B处的热电偶为第一热电偶B，PLC将第一热电偶B处的目标温度设为镁合金固相线温度T_S；在铸造过程中：采用冷却介质对结晶器壁进行冷却，并实时测量液芯终点位置D的实际温度T_D和镁合金凝固起点位置B的实际温度T_B，对液芯终点位置D的实际温度T_D和镁合金凝固起点B的实际温度T_B进行闭环控制，以使T_B＝Ts，T_D＝T₀，当T_B<T_s时或T_D<T₀时，PLC控制上部控制阀7或者下部控制阀8，减小冷却水流量，降低冷却强度，使T_B＝T_s或T_D＝T₀；当T_B>T_s时或T_D>T₀时，PLC上部控制阀7或者下部控制阀8，加大冷却水流量，增加冷却强度，使T_B＝T_s或T_D＝T₀，通过实时的闭环调控，达到稳定液芯长度，保证工艺稳定性的目的。当铸锭6出结晶器3后，二冷水喷嘴10喷出冷却水对铸锭进行二次冷却，完成铸锭的制备。

由此可以看出，本发明所述的镁合金铸造冷却系统通过稳定第一电偶和第二电偶的温度从而固定镁合金熔液的凝固起点位置和液芯终点位置，使得液芯长度固定不变，保持工艺稳定，使得所获得的镁合金产品质量稳定优良，生产工艺简单，适用性广。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种镁合金铸造冷却方法，其特征在于，包括步骤：

在铸造开始前：检测镁合金液芯终点的位置；确定镁合金液芯终点在结晶器壁上的对应点，测量该对应点的温度，并将其作为镁合金凝固终点温度目标值T₀；根据镁合金液芯终点的位置和镁合金的液芯长度，确定结晶器壁上镁合金凝固起点的位置，将该镁合金凝固起点的目标温度设为镁合金固相线温度T_s；

在铸造过程中：采用冷却介质对结晶器壁进行冷却，并实时测量所述对应点的实际温度T_D和镁合金凝固起点的实际温度T_B，对所述对应点的实际温度T_D和镁合金凝固起点的实际温度T_B进行闭环控制，以使T_B＝T_s，T_D＝T₀。

2.如权利要求1所述的镁合金铸造冷却方法，其特征在于，采用电磁超声波检测法检测镁合金液芯终点的位置。

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