CN109261914B - 铝锂合金热顶连铸的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

铝锂合金热顶连铸的装置及方法，装置包括结晶器、上顶和下顶；上顶的横段通道的上方设有氩气保护导管；上顶和下顶之间固定有过滤网；其中上顶和下顶的材质为硅酸钙板，内表面涂覆有BN涂料、BN‑纳米碳化硅涂料或MgO‑MgCl涂料。方法为：(1)熔炼制成铝锂合金熔体；(2)拉动控流钎子使熔体经上顶流入下顶内，进入结晶器，冷却形成凝固壳；(3)启动引锭台进行连铸；向上顶喷洒覆盖剂；(4)控制上顶内熔体液面波动高度差≤5mm；(5)当液面低于过滤网时，停止热顶连铸，完成铸造。本发明的方法能够使热顶连铸工艺用于铝锂合金的熔炼，减少连铸过程中的夹杂，获得的合金具有良好的力学性能。

Description

铝锂合金热顶连铸的装置及方法
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，特别涉及一种铝锂合金热顶连铸的装置及方法。
背景技术
铝锂合金由于高比强度和高比刚度，在航天、航空领域的飞行器中得到大量应用。近年来，铝锂合金在无人机，自行车和轿车等领域开始应用，这些应用需要小截面的坯料。
目前铝锂合金主要生产集中于美国铝业(Alcao)，俄罗斯铝业(UC RUSAL)及法国铝业(Pichiney)等国际大型铝业公司，我国的西南铝业可以生产铝锂合金；这些大企业，采用大型熔炼炉，浇注时用导管将铝锂合金液从静置炉中导出，导入到上面有氩气喷淋保护罩的结晶器中，液面采用溶剂保护；结晶器为铝合金或铜制作的长结晶器；这种方法制作的铸锭，易裹入夹渣，尤其是溶剂夹渣。
铝合金生产中，由于热顶铸造可以一次铸造多根，生产率高，同时，铸锭的冶金质量比较好控制，因此截面尺寸较小的铸锭通常都采用热顶铸造方法生产；但是铝锂合金由于化学性质活泼，常规的耐火材料都溶蚀；溶蚀的结果不但是耐火材料的损坏，更重要的是溶蚀的产物进入铝锂合金液中，形成夹渣，显著降低了铸锭的加工性能和热处理后的性能；因此目前，大部分铝锂合金铸造都不采用热顶方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝锂合金热顶连铸的装置及方法，通过调整热顶的材质与结构，并根据所熔炼的铝锂合金的成分使用涂覆涂料，在热顶连铸时避免耐火材料溶蚀，提高铝锂合金的生产率以及铸锭产品的冶金质量。
本发明的铝锂合金热顶连铸的装置包括结晶器外壳(2)、结晶器铝套(5)、上顶(3)、下顶(7)和结晶器下板(11)；结晶器外壳(2)套在结晶器铝套(5)外部，结晶器外壳(2)和结晶器铝套(5)的底部均与结晶器下板(11)固定连接；结晶器铝套(5)下方设有引锭台；结晶器铝套内部中段内壁上设有石墨环(8)，石墨环(8)的顶面与下顶(7)底面连接；下顶(7)设置在结晶器铝套(5)内部，上顶(3)的横段压在结晶器外壳(2)和结晶器铝套(5)的上表面，上顶(3)的直段压在下顶(7)的上表面；上顶(3)的横段通道的上方设有氩气保护导管(1)，氩气保护导管(1)的管壁上均匀分布有多个出气孔；上顶(3)和下顶(7)之间固定有过滤网(9)；结晶器外壳(2)和结晶器铝套(5)之间的空间为冷却水腔(14)，结晶器铝套(5)侧壁上设有喷水孔(15)与冷却水腔(14)连通；其中上顶(3)和下顶(7)的材质为硅酸钙板，内表面涂覆有防熔蚀涂料；所述的防熔蚀涂料为BN涂料、BN-纳米碳化硅涂料或MgO-MgCl涂料。
上述的硅酸钙板为N17板。
上述的防熔蚀涂料为BN涂料时，涂覆方法为：将BN加水制成涂料，涂料中BN的重量百分比为40～60％；将上顶(3)和下顶(7)预热至60～80℃，将涂料用喷枪喷涂到上顶(3)和下顶(7)的内表面，将喷涂后的上顶(3)和下顶(7)在电阻炉中加热到400～600℃，保温1～2小时，随炉冷却到室温。
上述的防熔蚀涂料为BN-纳米碳化硅涂料时，涂覆方法为：将BN加水制成料浆，然后将纳米碳化硅和分散剂混合后加入到料浆中，混合均匀制成涂料，涂料中纳米碳化硅的重量百分比为5～10％，BN的重量百分比为15～30％，分散剂的重量百分比为2～6％；所述的分散剂为选用OT-75，所述的纳米碳化硅的粒度<100nm；将上顶(3)和下顶(7)预热至60～80℃，将涂料用喷枪喷涂到上顶(3)和下顶(7)的内表面，将喷涂后的上顶(3)和下顶(7)在电阻炉中加热到400～600℃，保温1～2小时，随炉冷却到室温。
上述的防熔蚀涂料为MgO-MgCl涂料时，涂覆方法为：向粒度在400～1000目的MgO中加入分散剂稀释后，再加入MgCl和蒸馏水，混合均匀制成涂料，涂料中MgO的重量百分比为30～40％，MgCl的重量百分比为15～20％，分散剂的重量百分比为5～10％；所述的分散剂选用OT-75；将上顶(3)和下顶(7)预热至60～80℃，将涂料用喷枪喷涂到上顶(3)和下顶(7)的内表面，将喷涂后的上顶(3)和下顶(7)在电阻炉中加热到400～600℃，保温1～2小时，随炉冷却到室温。
上述的防熔蚀涂料的厚度为0.1～0.5mm。
上述的上顶(3)由上顶横段和上顶直段构成一体结构；上顶直段内部为圆柱状通道，其轴线与水平面垂直；上顶横段上部设有横截面半圆形的凹槽通道，其轴线与水平面平行；凹槽通道的一端与圆柱状通道的上部连通；上述的下顶(7)顶面设有过滤网凹槽，用于放置过滤网(9)；过滤网凹槽底面设有圆柱状通道，圆柱状通道的半径为R1，高度为H1；圆柱状通道下方与圆台状通道连通，圆台状通道的顶面半径为R1，底面半径为R2，高度为H2；其中R2>R1，H2:H1＝1～2；所述的上顶直段的圆柱状通道与下顶的圆柱状通道的半径相同，且轴线重和。
上述装置中，喷水孔(15)位于石墨环(8)下方。
上述装置中，下顶(7)和结晶器铝套(5)之间设有压紧环(6)，用于将下顶(7)压紧。
上述的过滤网(9)材质为金属钛，其孔径为10～20目。
上述的氩气保护导管(1)由两个直管和一个弧形管构成水平放置的U形，弧形管的两端分别与两个直管的前端连通，其中一个直管的后端与气源连通，另一个直管的的后端封闭；氩气保护导管(1)上的出气孔直径1～1.5mm，相邻两个出气孔的间距3～5mm，各出气孔开口向下，出气孔的轴线与水平面的夹角优选45°。
上述的上顶(3)上方用压板(17)使上顶(3)与下顶(7)紧密接触；结晶器外壳顶面上设有螺杆(18)，压板(17)通过螺杆(18)固定；压板(17)的形状为一侧带有缺口的矩形，该缺口位于上顶直段的上方。
本发明的铝锂合金热顶连铸的方法是采用上述装置，按以下步骤进行：
1、向冷却水腔通入冷却水，冷却水从喷水孔喷出；氩气保护导管位于熔体出口管道内；通过氩气保护导管向熔体出口管道内熔体上方喷吹氩气，使氩气笼罩于熔体上方以减少金属锂氧化；
2、在铝锂合金熔炼炉内熔化的合金经出气净化后加锂，形成的铝锂合金熔体静置，此时熔体出口管道位于上顶横段的凹槽通道内；向外拉动熔体出口管道内的控流钎子，使铝锂合金熔体从出口管道流出，经上顶直段和过滤网流入下顶内部，在石墨环和引锭台的冷却作用下形成凝固壳；
3、随着铝锂合金熔体经熔体的流入，形成的熔池的液位不断升高，当熔池液面高度超过过滤网10～20mm时，启动引锭台向下运动，进行热顶连铸；此时向上顶内喷洒溶剂，将熔池表面覆盖；
4、热顶连铸过程中，通过调整控流钎子的位置，先控制上顶中的熔池液面高度为高于上顶横段的底部20mm，在此后的热顶连铸过程中保持熔池液面波动高度差≤5mm；
5、当铝锂合金熔炼炉内铝锂合金熔体的液面高度在50～80mm高时，将控流钎子推回封闭熔体出口；当熔池液面低于过滤网所在位置时，停止通入冷却水；引锭台继续向下运动，使形成的铸锭脱离结晶器铝套，完成铸造。
上述方法中，.当熔炼的铝锂合金为Al-Cu-Li系合金时，溶剂的成分按重量百分比含KCl5～10％，LiCl 20～30％，LiF 5～10％，AlF3 5～10％，光卤石50～60％。
上述方法中，当熔炼的铝锂合金为Al-Mg-Li系合金时，溶剂的成分按重量百分比含KCl3～5％，LiCl 30～40％，AlF3 5～10％，光卤石50～60％。
上述方法中，当熔炼的铝锂合金中锂的重量百分比≤1.5％时，防熔蚀涂料为BN涂料；当熔炼的铝锂合金中锂的重量百分比大于1.5％且小于1.8％时，防熔蚀涂料为BN-纳米碳化硅涂料；当熔炼的铝锂合金中锂的重量百分比≥1.8％时，防熔蚀涂料为MgO-MgCl涂料。
本发明的方法能够使热顶连铸工艺用于铝锂合金的熔炼，通过特定材质的上顶和下顶以及根据合金成分选择涂料涂覆，减少连铸过程中的夹杂，获得的冶金质量优良的铝锂合金锭坯。
附图说明
图1为本发明实施例中的铝锂合金热顶连铸的装置半剖面结构示意图；
图2为本发明实施例中进行热顶连铸时铝锂合金热顶连铸的装置与铝锂合金熔炼炉连接部分的俯视结构示意图；
图3为图1中的上顶剖面结构示意图；
图4为图3的俯视图；
图5为图1中的下顶剖面俯视结构示意图；
图6为图5的剖面图；
图7为本发明实施例中的压板结构示意图；
图中，1、氩气保护导管，2、结晶器外壳，3、上顶，4、上密封圈，5、结晶器铝套，6、压紧环，7、下顶，8、石墨环，9、过滤网，10、外螺栓，11、结晶器下板，12、内螺栓，13、下密封圈，14、冷却水腔，15、喷水孔，16、引锭台，17、压板，18、螺杆，19、铝锂合金熔体，20、铝锂合金熔炼炉炉壁，21、耐火材料，22、熔体出口管道，23、控流钎子，A、上顶的凹槽通道内壁，B、上顶的圆柱状通道内壁，C、下顶的圆柱状通道内壁，D、下顶的圆台状通道内壁。
具体实施方式
本发明实施例中氩气保护导管的材质为不锈钢。
本发明实施例中结晶器外壳的材质为不锈钢。
本发明实施例中结晶器铝套的材质为6061铝合金。
本发明实施例中压紧环的材质为不锈钢。
本发明实施例中采用的N17板(牌号)为市购碳纤维增强型硅酸钙板，其成分按重量百分比含SiO2 43～47％，CaO 39-42％，碳纤维3～5％。
本发明实施例中结晶器外壳和结晶器铝套通过上密封圈密封连接，上密封圈的材质为耐热橡胶。
本发明实施例中结晶器铝套和结晶器下板通过下密封圈密封连接，下密封圈的材质为耐热橡胶。
本发明实施例中结晶器下板通过外螺栓和内螺栓分别与结晶器外壳和结晶器铝套固定连接，外螺栓和内螺栓的材质为不锈钢。
本发明实施例中喷水孔与水平面的夹角为60°.
本发明实施例中熔体出口管道和控流钎子的材质为不锈钢。
本发明实施例中进行热顶连铸前，先将下顶装入由结晶器外壳、结晶器铝套和结晶器下板组成的结晶器内，用压紧环将下顶固定，然后放入过滤网在过滤网凹槽内，用于减少夹渣和溶剂的裹入；再在下顶上放入上顶，用压板将上顶压紧。
本发明实施例中锂的重量百分比≤1.5％的铝锂合金选用Weldalite-049合金，其成分按重量百分比含Cu 5.4％，Li 1.38％，Mg 0.4％，Ag 0.4％，Zr 0.12％，Ti 0.005％，Fe 0.10％，Si 0.06％，余量为Al。
本发明实施例中锂的重量百分比大于1.5％且小于1.8％的铝锂合金选用2A97、2099或2196合金；其中2A97合金的成分按重量百分比含Cu 3.8％，Li 1.56％，Mg 0.4％，Zn0.4％，Mn 0.4％，Zr 0.12％，Fe 0.10％，Si 0.08％，余量为Al；2099合金的成分按重量百分比含Cu 3.0％，Li 1.7％，Mg 0.4％，Zn 0.4％，Mn 0.4％，Zr 0.12％，Fe 0.10％，Si0.05％，余量为Al；2196合金的成分按重量百分比含Cu 3.0％，Li 1.8％，Mg 0.4％，Zn0.35％，Mn 0.35％，Zr 0.12％，Fe 0.15％，Si 0.12％，余量为Al。
本发明实施例中锂的重量百分比≥1.8％的铝锂合金选用1420合金，其成分按重量百分比含Li 1.89％，Mg 5.3％，Zr 0.12％，Ti 0.005％，Fe 0.10％，Si 0.07％，余量为Al。
本发明实施例中当熔炼的铝锂合金为Al-Cu-Li系合金时(如Weldalite-049合金、2A97合金、2099合金和2196合金)，溶剂的成分按重量百分比含KCl 5～10％，LiCl 20～30％，LiF5～10％，AlF3 5～10％，光卤石50～60％。
本发明实施例中当熔炼的铝锂合金为Al-Mg-Li系合金时(如1420合金)，溶剂的成分按重量百分比含KCl 3～5％，LiCl 30～40％，AlF3 5～10％，光卤石50～60％。
本发明实施例中防熔蚀涂料的涂覆厚度为0.1～0.5mm。
本发明实施例中，防熔蚀涂料为BN涂料时，涂覆方法为：将BN加水制成涂料，涂料中BN的重量百分比为40～60％；将上顶(3)和下顶(7)预热至60～80℃，将涂料用喷枪喷涂到上顶(3)和下顶(7)的内表面，将喷涂后的上顶(3)和下顶(7)在电阻炉中加热到400～600℃，保温1～2小时，随炉冷却到室温。
本发明实施例中，防熔蚀涂料为BN-纳米碳化硅涂料时，涂覆方法为：将BN加水制成料浆，然后将纳米碳化硅和分散剂混合后加入到料浆中，混合均匀制成涂料，涂料中纳米碳化硅的重量百分比为5～10％，BN的重量百分比为15～30％，分散剂的重量百分比为2～6％；分散剂为OT-75，纳米碳化硅的粒度<100nm；将上顶(3)和下顶(7)预热至60～80℃，将涂料用喷枪喷涂到上顶(3)和下顶(7)的内表面，将喷涂后的上顶(3)和下顶(7)在电阻炉中加热到400～600℃，保温1～2小时，随炉冷却到室温。
本发明实施例中，防熔蚀涂料为MgO-MgCl涂料时，涂覆方法为：向粒度在400～1000目的MgO中加入分散剂稀释后，再加入MgCl和蒸馏水，混合均匀制成涂料，涂料中MgO的重量百分比为30～40％，MgCl的重量百分比为15～20％，分散剂的重量百分比为5～10％；分散剂为选用OT-75；将上顶(3)和下顶(7)预热至60～80℃，将涂料用喷枪喷涂到上顶(3)和下顶(7)的内表面，将喷涂后的上顶(3)和下顶(7)在电阻炉中加热到400～600℃，保温1～2小时，随炉冷却到室温。
本发明实施例中的分散剂和纳米碳化硅为市购产品。
本发明实施例中的OT-75中二辛基磺化琥珀酸钠的重量含量74～76％。
本发明实施例中铝锂合金熔炼炉上的熔体出口管道距离铝锂合金熔炼炉底面30mm。
本发明实施例中上顶高度100mm，横段通道深度50mm。
实施例1
铝锂合金热顶连铸的装置结构如图1所示，进行热顶连铸时铝锂合金热顶连铸的装置与熔炼铝锂合金熔炼炉连接部分的俯视结构如图2所示，装置包括结晶器外壳(2)、结晶器铝套(5)、上顶(3)、下顶(7)和结晶器下板(11)；结晶器外壳(2)套在结晶器铝套(5)外部，结晶器外壳(2)和结晶器铝套(5)的底部均与结晶器下板(11)固定连接；结晶器铝套(5)下方设有引锭台；结晶器铝套内部中段内壁上设有石墨环(8)，石墨环(8)的顶面与下顶(7)底面连接；
下顶(7)设置在结晶器铝套(5)内部，上顶(3)的横段压在结晶器外壳(2)和结晶器铝套(5)的上表面，上顶(3)的直段压在下顶(7)的上表面；
上顶(3)的横段通道的上方设有氩气保护导管(1)，氩气保护导管(1)的管壁上均匀分布有多个出气孔；上顶(3)和下顶(7)之间固定有过滤网(9)；
下顶(7)和结晶器铝套(5)之间设有压紧环(6)，用于将下顶(7)压紧；
结晶器外壳(2)和结晶器铝套(5)之间的空间为冷却水腔(22)，结晶器铝套(5)侧壁上设有喷水孔(15)与冷却水腔(14)连通，喷水孔位于石墨环(8)下方；其中上顶(3)和下顶(7)的材质为硅酸钙板，内表面涂覆有防熔蚀涂料；所述的防熔蚀涂料为BN涂料；其中上顶(3)侧视剖图结构如图3所示，俯视图如图4所示，下顶(7)俯视结构如图5所示，侧视剖图结构如图6所示，其上顶的凹槽通道内壁A、上顶的圆柱状通道内壁B、下顶的圆柱状通道内壁C和下顶的圆台状通道内壁D为涂覆涂料的内壁面；
硅酸钙板为N17板；
上顶(3)由上顶横段和上顶直段构成一体结构；上顶直段内部为圆柱状通道，其轴线与水平面垂直；上顶横段上部设有横截面半圆形的凹槽通道，其轴线与水平面平行；凹槽通道的一端与圆柱状通道的上部连通；上述的下顶(7)顶面设有过滤网凹槽，用于放置过滤网(9)；过滤网(9)材质为金属钛，其孔径为10～20目；过滤网凹槽底面设有圆柱状通道，圆柱状通道的半径为R1，高度为H1；圆柱状通道下方与圆台状通道连通，圆台状通道的顶面半径为R1，底面半径为R2，高度为H2；其中R2>R1，H2:H1＝0.6；所述的上顶直段的圆柱状通道与下顶的圆柱状通道的半径相同，且轴线重和；
氩气保护导管(1)由两个直管和一个弧形管构成水平放置的U形，弧形管的两端分别与两个直管的前端连通，其中一个直管的后端与气源通过管道连通，另一个直管的的后端封闭；两个直管的与横段通道的轴线平行设置；氩气保护导管(1)上的出气孔直径1～1.5mm，相邻两个出气孔的间距3～5mm，各出气孔开口向下，出气孔的轴线与水平面的夹角45°；
上顶(3)上方用压板(17)将上顶(3)与下顶(7)紧密接触，结晶器外壳顶面上设有螺杆(18)，压板(17)通过螺杆(18)固定；压板(17)的俯视结构如图7所示，形状为一侧带有缺口的矩形，其缺口位于上顶直段的上方；
铝锂合金热顶连铸的方法是采用上述装置，按以下步骤进行：
向冷却水腔通入冷却水，冷却水从结晶器铝套上的喷水孔喷出；氩气保护导管位于熔体出口管道内；通过氩气保护导管向熔体出口管道内熔体上方喷吹氩气，使氩气笼罩与熔体上方以减少金属锂氧化；
铝锂合金熔炼炉内熔化合金，经出气净化后加锂，形成的Weldalite-049铝锂合金熔体静置，此时熔体出口管道位于上顶横段的凹槽通道内；向外拉动熔体出口管道内的控流钎子，使铝锂合金熔体从出口管道流出，经上顶直段和过滤网流入下顶内部，在石墨环和引锭台的冷却作用下形成凝固壳；
随着铝锂合金熔体的流入，形成的熔池的液位不断升高，当熔池液面高度超过过滤网10mm时，启动引锭台向下运动，进行热顶连铸；此时向上顶内喷洒溶剂，将熔池表面覆盖；
热顶连铸过程中，通过调整控流钎子的位置，控制上顶中的熔池液面高度为高于上顶横段的底部20mm，在此后的热顶连铸过程中保持熔池液面波动高度差≤5mm；
当铝锂合金熔炼炉内铝锂合金熔体的液面高度在50～80mm高时，将控流钎子推回封闭熔体出口；当熔池液面低于过滤网所在位置时，停止通入冷却水；引锭台继续向下运动，使形成的铸锭脱离结晶器铝套，完成铸造；
铸锭直径Φ125mm，每炉熔炼80Kg；
铸锭经宏观观察和电子探针检查，发现铸锭边部有少量氧化物夹渣，未发现有BN夹渣，铸锭铣面量为3mm；
铸锭经510℃均化24小时，铣面，350℃加热2小时，挤压，500℃固溶40分钟，135℃时效24小时(T6)，合金抗拉强度为565-567MPa，延伸率为10-12％，预拉伸3％，165℃时效12小时(T8)，合金抗拉强度为621～638MPa，延伸率为6～8％。
实施例2
装置结构同实施例1，不同点在于：
(1)防熔蚀涂料为BN-纳米碳化硅涂料；
(2)圆柱状通道的高度H1与圆台状通道的高度H2的比值＝1；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)熔炼的铝锂合金为2A97合金；
(2)当熔池液面高度超过过滤网15mm时，启动引锭台向下运动，进行热顶连铸；
(3)当铝锂合金熔炼炉内铝锂合金熔体的液面高度在60mm高时，将控流钎子推回封闭熔体出口；
铸锭经宏观观察和电子探针检查，发现铸锭边部有少量氧化物夹渣，未发现有BN夹渣，铸锭铣面量为3mm；
铸锭经500℃均化24小时，铣面，350℃加热2小时，挤压，500℃固溶40分钟，165℃时效24小时(T6)，合金抗拉强度为568-572MPa，延伸率为11～13％，预拉伸3％，150℃时效12小时(T8)，合金抗拉强度为595～618MPa，延伸率为8～9％。
实施例3
装置结构同实施例1，不同点在于：
(1)防熔蚀涂料为MgO-MgCl涂料；
(2)圆柱状通道的高度H1与圆台状通道的高度H2的比值＝1.5；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)熔炼的铝锂合金为1420合金；铸锭直径Φ125mm，每炉熔炼70Kg；
(2)当熔池液面高度超过过滤网20mm时，启动引锭台向下运动，进行热顶连铸；
(3)当铝锂合金熔炼炉内铝锂合金熔体的液面高度在80mm高时，将控流钎子推回封闭熔体出口；
铸锭经宏观观察和电子探针检查，发现铸锭边部有少量氧化物夹渣，未发现有MgO夹渣，铸锭铣面量为5mm；
铸锭经460℃均化24小时，铣面，350℃加热2小时，挤压，460℃固溶20分钟，120℃时效36小时(T6)，制成的合金产品抗拉强度为465～472MPa，延伸率为10～12％。

Claims (3)

1. 一种铝锂合金热顶连铸的装置，其特征在于包括结晶器外壳（2）、结晶器铝套（5）、上顶（3）、下顶（7）和结晶器下板（11）；结晶器外壳（2）套在结晶器铝套（5）外部，结晶器外壳（2）和结晶器铝套（5）的底部均与结晶器下板（11）固定连接；结晶器铝套（5）下方设有引锭台；结晶器铝套内部中段内壁上设有石墨环（8），石墨环（8）的顶面与下顶（7）底面连接；下顶（7）设置在结晶器铝套（5）内部，上顶（3）的横段压在结晶器外壳（2）和结晶器铝套（5）的上表面，上顶（3）的直段压在下顶（7）的上表面；上顶（3）的横段通道的上方设有氩气保护导管（1），氩气保护导管（1）的管壁上均匀分布有多个出气孔；上顶（3）和下顶（7）之间固定有过滤网（9）；结晶器外壳（2）和结晶器铝套（5）之间的空间为冷却水腔（14），结晶器铝套（5）侧壁上设有喷水孔（15）与冷却水腔（14）连通；其中上顶（3）和下顶（7）的材质为硅酸钙板，内表面涂覆有防熔蚀涂料；所述的防熔蚀涂料为BN涂料、BN-纳米碳化硅涂料或MgO-MgCl涂料；所述的硅酸钙板为N17板；当防熔蚀涂料为BN涂料时，涂覆方法为：将BN加水制成涂料，涂料中BN的重量百分比为40~60%；将上顶（3）和下顶（7）预热至60~80℃，将涂料用喷枪喷涂到上顶（3）和下顶（7）的内表面，将喷涂后的上顶（3）和下顶（7）在电阻炉中加热到400~600℃，保温1~2小时，随炉冷却到室温；当防熔蚀涂料为BN-纳米碳化硅涂料时，涂覆方法为：将BN加水制成料浆，然后将纳米碳化硅和分散剂混合后加入到料浆中，混合均匀制成涂料，涂料中纳米碳化硅的重量百分比为5~10%，BN的重量百分比为15~30%，分散剂的重量百分比为2~6%；所述的分散剂为选用OT-75，所述的纳米碳化硅的粒度<100nm；将上顶（3）和下顶（7）预热至60~80℃，将涂料用喷枪喷涂到上顶（3）和下顶（7）的内表面，将喷涂后的上顶（3）和下顶（7）在电阻炉中加热到400~600℃，保温1~2小时，随炉冷却到室温；当防熔蚀涂料为MgO-MgCl涂料时，涂覆方法为：向粒度在400~1000目的MgO中加入分散剂稀释后，再加入MgCl和蒸馏水，混合均匀制成涂料，涂料中MgO的重量百分比为30~40%，MgCl的重量百分比为15~20%，分散剂的重量百分比为5~10%；所述的分散剂选用OT-75；将上顶（3）和下顶（7）预热至60~80℃，将涂料用喷枪喷涂到上顶（3）和下顶（7）的内表面，将喷涂后的上顶（3）和下顶（7）在电阻炉中加热到400~600℃，保温1~2小时，随炉冷却到室温；所述的上顶（3）由上顶横段和上顶直段构成一体结构；上顶直段内部为圆柱状通道，其轴线与水平面垂直；上顶横段上部设有横截面半圆形的凹槽通道，其轴线与水平面平行；凹槽通道的一端与圆柱状通道的上部连通；上述的下顶（7）顶面设有过滤网凹槽，用于放置过滤网（9）；过滤网凹槽底面设有圆柱状通道，圆柱状通道的半径为R1，高度为H1；圆柱状通道下方与圆台状通道连通，圆台状通道的顶面半径为R1，底面半径为R2，高度为H2；其中R2> R1，H2: H1=1~2；所述的上顶直段的圆柱状通道与下顶的圆柱状通道的半径相同，且轴线重和；所述的上顶（3）上方用压板（17）使上顶（3）与下顶（7）紧密接触；结晶器外壳顶面上设有螺杆（18），压板（17）通过螺杆（18）固定；压板（17）的形状为一侧带有缺口的矩形，该缺口位于上顶（3）直段的上方。
2.一种铝锂合金热顶连铸的方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行：
（1）向冷却水腔通入冷却水，冷却水从喷水孔喷出；氩气保护导管位于熔体出口管道内；通过氩气保护导管向熔体出口管道内熔体上方喷吹氩气，使氩气笼罩于熔体上方以减少金属锂氧化；
（2）在铝锂合金熔炼炉内熔化的合金经出气净化后加锂，形成的铝锂合金熔体静置，此时熔体出口管道位于上顶横段的凹槽通道内；向外拉动熔体出口管道内的控流钎子，使铝锂合金熔体从出口管道流出，经上顶直段和过滤网流入下顶内部，在石墨环和引锭台的冷却作用下形成凝固壳；
（3）随着铝锂合金熔体经熔体的流入，形成的熔池的液位不断升高，当熔池液面高度超过过滤网10~20mm时，启动引锭台向下运动，进行热顶连铸；此时向上顶内喷洒溶剂，将熔池表面覆盖；
（4）热顶连铸过程中，通过调整控流钎子的位置，先控制上顶中的熔池液面高度为高于上顶横段的底部20mm，在此后的热顶连铸过程中保持液面波动高度差≤5mm；
（5）当铝锂合金熔炼炉内铝锂合金熔体的液面高度在50~80mm高时，将控流钎子推回封闭熔体出口；当熔池液面位低于过滤网所在位置时，停止通入冷却水；引锭台继续向下运动，使形成的铸锭脱离结晶器铝套，完成铸造。
3.根据权利要求2所述的铝锂合金热顶连铸的方法，其特征在于步骤（1）中熔炼的铝锂合金中锂的重量百分比≤1.5%时，防熔蚀涂料为BN涂料；当熔炼的铝锂合金中锂的重量百分比大于1.5%且小于1.8%时，防熔蚀涂料为BN-纳米碳化硅涂料；当熔炼的铝锂合金中锂的重量百分比≥1.8%时，防熔蚀涂料为MgO-MgCl涂料。
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